第二章 生物細胞培養(yǎng)基制備設備

發(fā)酵機械與設備徐明芳博士教授暨南大學生科院2015-09-18目錄緒論第一篇生物質原料處理設備第二篇生物反應設備第三篇產物分離設備第四篇其他設備底物2生物反應器檢測控制儀表培養(yǎng)基2（滅菌）經加工原料酶細胞生物催化劑（游離或固定化）機械能除菌空氣產品提取純化副產品產品廢物熱能原材料1營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術過程核心技術？第一篇生物質原料處理設備第一章生物質原料預處理設備第二章生物細胞培養(yǎng)基制備設備第三章生物細胞培養(yǎng)基滅菌設備內容第一節(jié)淀粉質原料的蒸煮與糖化設備第二節(jié)糖蜜原料的稀釋與澄清第三節(jié)啤酒生產中麥芽汁的制備設備第四節(jié)固體培養(yǎng)基制備設備思考題1.目前啤酒廠的糖化鍋中利用___________進行攪拌。A.圓盤平直葉渦輪攪拌器B.螺旋漿式攪拌器C.醪液內二氧化碳的密度梯度D.二折葉旋槳式攪拌器？2.酒精廠連續(xù)蒸煮、糖化流程？3.啤酒廠糖化設備組成方式：四器、六器組合，各設備作用？4.連續(xù)蒸煮糖化的設備流程（真空罐、管式和柱式）5、連續(xù)蒸煮糖化設備有幾種形式？6、幾種糖蜜稀釋器的主要結構形式特點的差異性？7、糖蜜原料的澄清方法有幾種？。8、麥芽汁的制備流程？主要設備的結構及工作原理：糊化鍋、糖化鍋、9、固體培養(yǎng)基制備的主要設備有有幾種？底物生物反應器檢測控制儀表培養(yǎng)基（滅菌）經加工原料酶細胞生物催化劑（游離或固定化）機械能除菌空氣產品提取純化副產品產品廢物熱能原材料營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術過程核心技術？培養(yǎng)基制備工藝過程：

原料→篩選→粉碎

→糊化（蒸煮、酶）

→→糖化（酶法）→滅菌→冷卻第一節(jié)、淀粉質原料的蒸煮糖化設備（一）蒸煮目的1、破壞淀粉顆粒的外皮，使其內容物流出，呈溶解狀態(tài)變成可溶性淀粉，便于糖化劑作用。2、滅菌。(二)蒸煮和糖化1.連續(xù)蒸煮有低溫長時間的罐式連續(xù)蒸煮工藝，中溫的柱式連續(xù)蒸煮工藝和高溫短時間的管式連續(xù)蒸煮工藝。2.對連續(xù)糖化的要求主要是使糊化醪與曲液（酶液）充分混合，在一定溫度下維持一定時間，并保持流動狀態(tài)，以便于酶的作用。第一節(jié)淀粉質原料的蒸煮與糖化蒸煮目的：

使植物組織和細胞膜徹底破裂，淀粉成為溶解狀態(tài)進行液化；同時對進料進行滅菌；排除原料中的一些不良成分及氣味。糖化：糖化酶將淀粉、糊精進行水解化為能夠被生物細胞利用的可發(fā)酵性物質，降低醪液的粘度連續(xù)糖化與間隙糖化：連續(xù)流動，在不同的設備中完成加料、蒸煮、糖化、冷卻等不同工藝操作，整個過程連續(xù)化

連續(xù)蒸煮糖化設備有罐式、管式和柱式三種形式。罐式連續(xù)蒸煮糖化，蒸煮溫度較低，可節(jié)省煤耗，操作容易控制，設備結構簡單，制造方便1、連續(xù)蒸煮糖化及其設備

1.1蒸煮器：淀粉糊化

1.2糖化器：（淀粉酶促水解）

1.3后熟罐（氣液分離）1、連續(xù)式蒸煮罐結構主體:圓筒與封頭焊成

易損部件:下封頭

罐徑：D/H=3-5

罐數：4-6個

操作過程：長圓筒與封頭焊成，粉漿由罐底進料口壓入，用活汽加熱蒸煮，加熱達要求的物料經罐頂出料口流出入后熟罐，物料出口管伸入罐內300-400mm（使罐內留有一定的空間）從罐中部6引出部分糊化醪去制備液體曲。

罐式連續(xù)蒸煮糖化的特點：１、采用噴射加熱器連續(xù)加熱，節(jié)?。?、操作容易控制；３、設備結構簡單，為大中型工廠廣泛采用；４、采用真空冷卻器冷卻，提高效率，降低費用。蒸煮器---（1）罐式蒸煮設備2.連續(xù)式三套管式蒸煮罐

它由三層直徑不同的套管組成。內層和中層管上都鉆有很多小孔，各層套管用法蘭連接。粉漿流過中層管，高壓加熱蒸汽從內外兩層管的小孔內噴出，使熱粉漿加熱，這種形式汽液接觸均勻，加熱較全面，可在很短時間內使粉漿達到規(guī)定的蒸煮溫度。粉漿冷粉漿熱粉漿熱粉漿蒸汽3、汽液分離器

（后熟器）操作要求：（1）分離出二次蒸汽（2）裝料率為50%

4、真空冷卻器（加快冷卻）優(yōu)點：蒸煮醪在驟然冷卻下，形成結晶狀的小粒。

糊化醪冷卻溫度:100℃→60℃

真空度：70-80kPa冷水池入口料液入口冷水入口水池料液出口真空冷卻器的原理構造

原理:物料在一定真空度下蒸發(fā)部分水，需要汽化潛熱，取自料液本身，因而料液很快被冷卻到真空相應的溫度，稱為真空冷卻。欲保持真空冷卻器中真空度，一般要借助于水力噴射泵或蒸汽噴射泵，連續(xù)地抽去真空冷卻器中的二次蒸汽。真空冷卻器構造三維圖真空連續(xù)糖化罐工藝真空糖化罐依靠壓力差蒸煮醪液由汽液分離器a，與糖化曲液由計量暫存桶b同時進入蒸發(fā)-糖化器c。既是蒸發(fā)冷卻器，又是糖化器，簡化了設備。罐式連續(xù)蒸煮糖化的特點：１、采用噴射加熱器連續(xù)加熱，節(jié)?。?、操作容易控制；３、設備結構簡單，為大中型工廠廣泛采用；４、采用真空冷卻器冷卻，提高效率，降低費用。（2）柱式連續(xù)蒸煮設備蒸汽加熱（3）管式連續(xù)蒸煮--糖化工藝流程1-輸送機2-斗式提升機3-貯料斗4-錘式粉碎機5-螺旋輸送機6-粉漿罐7-泵8-預熱鍋9-進料控制閥10-過濾器11-泥漿泵12-單向閥13-三套管加熱器14-蒸煮管道15-壓力控制閥16-后熟器17-蒸汽分離器18-真空冷凝器19-蒸汽冷凝器

20-糖化鍋

（1）糖化罐a.連續(xù)糖化罐具有圓筒形外殼，球形或錐形底。作用原理：是連續(xù)地把糊化醪與水稀釋，并與液體曲或麩曲乳或糖化酶（酶制劑）混合，在一定溫度下維持一定時間，保持流動狀態(tài)，以利于酶的活動。糖化罐（淀粉、糊精水解）糖化罐的構造和計算（１）糖化罐的計算

糖化罐的容積決定于醪液流量和在罐中的逗留時間及其有效的容積系數。

（２）糖化罐的構造

氣液分離器

糖化曲計量罐

真空糖化罐

冷凝器

真空冷卻器糖化醪泵

三級冷凝器

雙酶法制糖工藝流程圖貯罐調配預熱噴射液化器后熟罐噴射滅酶冷卻器糖化罐冷卻器分離罐2、間歇蒸煮糖化設備及蒸煮工藝蒸煮設備：錐形蒸煮鍋適宜于對整粒原料的蒸煮，蒸煮醪的質量很均勻，蒸煮醪排出比較方便

蒸煮工藝：間歇加壓蒸煮和添加淀粉酶液化后間歇加壓蒸煮糊化鍋的構造：球形鍋底，有攪拌裝置；糊化鍋的直徑與圓筒高度之比為2∶1，升氣管面積為料液面積的1/30~1/50糊化鍋的容積：決定于加入的原料量。每100kg投料有效容積為0.5~0.55m3，（1）間歇加壓蒸煮工藝流程加水入蒸煮鍋→投料→升溫→蒸煮→吹醪（2）加淀粉酶加壓蒸煮工藝流程先加細菌淀粉酶（粉碎原料的0.1~0.2%）液化后，再進行加壓蒸煮，蒸煮壓力可以降低，蒸煮時間也可縮短。粉碎原料和水拌勻，調整溫度至50~60℃，加入細菌淀粉酶，拌勻，再加石灰水調整pH到6.9~7.1將淀粉液輸送到蒸煮鍋中，通入壓縮空氣進行攪拌，并通蒸汽升溫到93℃，保持1小時。達到標準后，則停止通壓縮空氣，繼續(xù)升溫至130℃，保持0.5小時，吹醪送至糖化鍋

（3）間歇糖化設備：具有攪拌和冷卻裝置的糖化鍋間歇糖化法的工藝流程：蒸煮醪→糖化鍋＋加水＋冷卻（120→60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷卻（60→30℃）→發(fā)酵罐（或酒母罐）（4）糖化效率：糖化效率=糖化醪中還原糖×100%／糖化醪中總糖第二節(jié)糖蜜的稀釋與澄清糖蜜含有大量的可發(fā)酵性糖，是一種非結晶糖分。是微生物工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵生產酒精、甘油、谷氨酸、食用酵母及液態(tài)飼料等的良好原料。濃度高（80°Bx以上），膠體物質與灰分多，產酸細菌多發(fā)酵前需進行稀釋、酸化、滅菌、澄清等處理過程1、糖蜜稀釋器的構造和原理目前中國糖蜜酒精廠多采用連續(xù)稀釋法。（1）水平式糖蜜連續(xù)稀釋器管內沒有攪拌器水平式糖蜜連續(xù)稀釋器主體：圓筒水平管

結構特點：管內裝有若干隔板和篩板，將其分成若干空段，以改善糖液的流動形式，使糖蜜與水很好地混合。(2）立式糖蜜稀釋器

主體：立式圓筒

特點：圓筒部分有7-8板半圓形缺口的隔板左右交替配置(3）錯板式糖蜜稀釋器

主體:立式圓筒

特點：圓筒內有10-15塊檔板成600角設置

4）脹縮式糖蜜稀釋器

主體：立式變徑圓筒

特點：中間幾次突然收縮直徑5）變管徑式糖蜜稀釋器

主體：立式變徑圓筒

特點：由幾種不同管徑的直管段連接而成

2、糖蜜原料的澄清目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同時進行滅菌，以達到發(fā)酵的要求。對于固體含量少[<0.1%（v/v）]，顆粒直徑在5~100μm的懸浮液，在過濾時難以形成濾餅，就要采用澄清過濾。澄清方法：加酸通用處理法、加熱加酸沉淀法、絮凝劑澄清處理法等

第四節(jié)啤酒生產中麥芽汁的制備設備麥芽汁是啤酒酵母的培養(yǎng)基，是影響啤酒的產量和質量的關鍵因素之一。制備設備：糊化鍋、糖化鍋、過濾槽和煮沸鍋等。（一）

啤酒廠糖化設備的組合方式1.兩器組合2.四器組合3.五器組合（糊化鍋、糖化鍋、過濾槽、麥汁煮沸鍋、糖化醪過濾槽）4.六器組合第三節(jié)啤酒生產中麥芽汁的制備設備啤酒生產流程一、糊化鍋主要作用是用于煮沸大米粉和部分麥芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。1．糊化鍋的構造2．糊化鍋的容積糊化鍋1、作用2、結構及材料D/H=2，弧形底,蒸汽夾套傳熱攪拌器升氣管環(huán)形槽調節(jié)風門容積100kg干物料0.5m3材料：不銹鋼球形鍋中麥芽汁的循環(huán)圖3.原理

弧形鍋底對流體傳熱循環(huán)的影響，靠近鍋傾斜壁有較淺的液柱h2，但有較大的加熱面積f2，而中心部位具有較深的液柱h1，加熱面積f1較小，因此在鍋底部位周圍較快發(fā)生氣泡，將液體向上推，而形成中心液體向下的自然循環(huán)。

優(yōu)點:節(jié)省攪拌動力消耗，能夠促進液體循環(huán),,便于清洗。

二、糖化鍋用途是使麥芽粉與水混合，并保持一定溫度進行蛋白質分解和淀粉糖化廣泛采用不銹鋼制作，也可用碳鋼制造。其外形和構造與糊化鍋大致相同。裝有螺旋槳攪拌器，有的在鍋內壁裝有擋板。一般糖化鍋容積比糊化鍋大約一倍。鍋底為平底或球形底（球形蒸汽夾套）。鍋體直徑與高之比一般為2∶1，升氣管截面積為鍋圓筒截面積的1/30~1/50

糖化鍋1.結構：與糊化鍋相似。H=0.5D2.作用：蛋白質分解和淀粉糖化3.容積：比糊化鍋大1倍裝滿系數為0.74.傳熱面積：比糊化鍋小三、過濾槽用途：過濾糖化后的麥醪，使麥汁與麥糟分開而得到清亮的麥芽汁型式與構造：具有不銹鋼圓柱形槽身和平底及紫銅板弧形頂蓋的容器，有一層與平底平行的過濾篩板（用3.5~4.5mm厚的磷青銅或不銹鋼制成），篩孔一般采用0.4~0.7×30~50mm條形孔或直徑0.8mm的圓孔，內設有耕糟裝置。麥糟層厚度：0.3~0.4m過濾面積：100kg干麥芽所需過濾面積為0.5~0.6m2過濾槽容積：G＝200FG-每次糖化所用的麥芽量，kg；F-所需槽底的面積，m2耕糟機轉速：耕糟時0.25~0.4r/min，0.04~0.07m/s出糟時4~5r/min，0.4~0.7m/s四、煮沸鍋（濃縮作用）用途：用于麥汁的煮沸和濃縮，蒸發(fā)掉多余的水分，使麥汁達到一定的濃度。并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物質進入麥汁中。

型式與結構：結構型式與糊化鍋基本相同，有攪拌裝置容積：麥芽煮沸鍋容積計算與糊化鍋相同。麥汁煮沸鍋的容量：100kg麥芽約需800~900升容量，加上25~30％作為麥汁運動的空間鍋內液柱高與直徑之比：1：2

攪拌葉的轉速：約20~35r/min，3m/s左右排汽管的截面積：鍋內液體表面積的1/30~1/50煮沸時間：一般約1.5~2小時啤酒發(fā)酵設備啤酒釀造工藝粉碎機冷卻器發(fā)酵罐啤酒釀造流程兩器第四節(jié)固體培養(yǎng)基制備設備固態(tài)發(fā)酵：微生物在具有一定溫度和濕度的固體表面進行生長和繁殖就稱為固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵流程：原料先經過粉碎設備粉碎后，在混合機中充分混合，蒸煮滅菌，冷卻后接入固體或液體種，再進行充分混合，最后在一定溫度、pH及適度攪拌等條件下進行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)。醬油固態(tài)發(fā)酵車間發(fā)酵池固體培養(yǎng)基：固態(tài)發(fā)酵所用的培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基：制備工藝流程主要設備