食品发酵设备

1、主讲人：殷荫主讲人：殷荫学号：学号：0604111371、发酵罐的类型、发酵罐的类型2、厌氧固体发酵设备、厌氧固体发酵设备3、厌氧液体发酵设备、厌氧液体发酵设备4、好氧固体浅层发酵设备、好氧固体浅层发酵设备5、好氧固体深层发酵设备、好氧固体深层发酵设备6、好氧液体浅层发酵设备、好氧液体浅层发酵设备7、好氧液体深层发酵设备、好氧液体深层发酵设备8、视频实践、视频实践1 1、菌种的生理特性：、菌种的生理特性：（1 1）好氧发酵设备）好氧发酵设备 （2 2）厌氧发酵设备）厌氧发酵设备2 2、发酵培养基性质：（、发酵培养基性质：（1 1）固体发酵设备）固体发酵设备 （2 2）液体发酵设备）液体发酵设备

2、3 3、发酵培养基厚度：（、发酵培养基厚度：（1 1）浅层发酵设备）浅层发酵设备 （2 2）深层发酵设备）深层发酵设备4 4、工艺操作的条件、工艺操作的条件：（：（1 1）分批式发酵设备）分批式发酵设备 （2 2）连续式发酵设备）连续式发酵设备 固体发酵历史悠久，长期以来，白酒、黄酒的酿造一直采用固体发酵，主要设备有曲盘、帘子、厚层通风制曲设备、发酵室、发酵池等等。厚层通见制曲设备是20世纪50年代发展起来的，它是在保持固体发酵优点的基础上加以改进，以适应大规模业生产需要的一种固体培养方法。发酵室发酵室1、酒精发酵罐、酒精发酵罐2、丙酮、丙酮-丁醇发酵罐丁醇发酵罐3、啤酒发酵设备、啤酒发酵设备

3、（1）酒精发酵罐筒体为圆柱形，）酒精发酵罐筒体为圆柱形，底底盖和盖和顶盖均为碟形或锥形。顶盖均为碟形或锥形。（2）酒精发酵罐采用密闭式）酒精发酵罐采用密闭式，顶有顶有入入孔，孔，视镜及二氧化碳回收管，为了在酒精发酵视镜及二氧化碳回收管，为了在酒精发酵过程中，回收二氧化碳气体及其所带出的过程中，回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精。部分酒精。（3）进料管接种管压力表和测量仪表接）进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。口管等。（4）酒精发酵罐的罐底装有排料口和排）酒精发酵罐的罐底装有排料口和排污口污口。罐身上下装有取样口和温度计罐身上下装有取样口和温度计。（5）为了便于酒精发酵罐的维修和清洗，）为

4、了便于酒精发酵罐的维修和清洗，在近罐底装有在近罐底装有污水排出口。污水排出口。 发酵罐的洗涤，近年来，已发酵罐的洗涤，近年来，已逐渐采用水力喷淋洗涤装置，逐渐采用水力喷淋洗涤装置，从而减小了劳动强度，提高了从而减小了劳动强度，提高了生产效率。它是一根直立的喷生产效率。它是一根直立的喷水管，在垂直喷水管上钻有直水管，在垂直喷水管上钻有直径径4-6mm的小孔。空与水平呈的小孔。空与水平呈20。水平喷水管借助于活接。水平喷水管借助于活接头上端和喷水总管相连，洗涤头上端和喷水总管相连，洗涤水压为水压为0.6-0.8MPa。水流在较。水流在较高的压力下，由水平喷水口处高的压力下，由水平喷水口处喷出，使其

5、以喷出，使其以48-56r/min的速度的速度自动旋转，并以极大的速度喷自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处。在射到罐壁各处。在5min内就可内就可以完成洗涤作业。以完成洗涤作业。设备罐身罐壁酒精发酵罐低厚丙醇-丁醇发酵罐高较厚，用钢板制成丙醇丙醇-丁醇发酵罐的其丁醇发酵罐的其他特点：他特点：1、灭菌要求较高，顶盖和、灭菌要求较高，顶盖和底部采用球形封头，罐内底部采用球形封头，罐内表面平整光滑；表面平整光滑；2、采用表面喷淋冷却。、采用表面喷淋冷却。1、前发酵设备、前发酵设备v长、正方形长、正方形v开放式、密闭式开放式、密闭式v控温：槽内控温、发酵控温：槽内控温、发酵室控温（降温、绝热）室控

6、温（降温、绝热）v室内室内CO2浓度应控制浓度应控制开放式前发酵槽开放式前发酵槽2、后发酵槽、后发酵槽v后发酵阶段：残糖继后发酵阶段：残糖继续发酵，饱和续发酵，饱和CO2 ，澄清、成熟澄清、成熟v贮酒罐贮酒罐v卧式、立式卧式、立式v温度维持在温度维持在0-21、罐身呈圆柱形，罐底呈圆、罐身呈圆柱形，罐底呈圆锥状，管的锥体高度为总高度锥状，管的锥体高度为总高度1/3-1/4，锥角，锥角70-75，罐，罐的径高比为的径高比为1:3，罐容量，罐容量60-600m，工作压力为，工作压力为0.07Mpa2、灌顶和罐身均装有人孔，、灌顶和罐身均装有人孔，便于观察和维修便于观察和维修3、灌顶装有压力表、安全

7、阀、灌顶装有压力表、安全阀、玻璃试镜、二氧化碳排出口、玻璃试镜、二氧化碳排出口、加压及真空装置加压及真空装置4、管内上部安装洗涤球，罐、管内上部安装洗涤球，罐身外部装有取样管、温度计及身外部装有取样管、温度计及2-4段冷却夹套和盘管段冷却夹套和盘管5、罐底装有净化的二氧化碳、罐底装有净化的二氧化碳充气管充气管6、罐底部有一段冷却夹套和、罐底部有一段冷却夹套和盘管，利于发酵后酵母的沉积，盘管，利于发酵后酵母的沉积，整个罐体外部包扎聚氨酯泡沫整个罐体外部包扎聚氨酯泡沫塑料保温塑料保温 传统的好氧固体浅层发酵传统的好氧固体浅层发酵也可称为自然通风固体浅层也可称为自然通风固体浅层发酵，是传统发酵工业中

8、制发酵，是传统发酵工业中制备种曲的方法，其发酵的设备种曲的方法，其发酵的设备有：种曲室、区盘或竹匾、备有：种曲室、区盘或竹匾、种曲培养工具，采用这种传种曲培养工具，采用这种传统的好氧固体浅层发酵设备统的好氧固体浅层发酵设备进行生产，劳动强度高，易进行生产，劳动强度高，易污染杂菌，发酵过程不易控污染杂菌，发酵过程不易控制，占用面积大。制，占用面积大。现代好氧固体浅层发现代好氧固体浅层发酵设备是密封箱式浅盘酵设备是密封箱式浅盘发酵设备，已应用于生发酵设备，已应用于生产，可较大规模生产如产，可较大规模生产如酶制剂、酒曲、酱油，酶制剂、酒曲、酱油，食用菌、饲料添加剂等，食用菌、饲料添加剂等，其优点是：

9、料层薄，发其优点是：料层薄，发酵过程通入调温调湿的酵过程通入调温调湿的空气，温、湿度易控制空气，温、湿度易控制不易污染杂菌；其缺点不易污染杂菌；其缺点是占用面积大。是占用面积大。1、机械搅拌通风制曲池、机械搅拌通风制曲池2、旋转式固体深层发酵罐、旋转式固体深层发酵罐3、传送带式固体深层发酵设备、传送带式固体深层发酵设备简介：简介：机械搅拌通风制曲池设在制曲室内，机械搅拌通风制曲池设在制曲室内，由池体、通风装置、搅拌装置由池体、通风装置、搅拌装置3部分组成。部分组成。池体一般用砖砌成，上抹水泥，呈长方形，池体一般用砖砌成，上抹水泥，呈长方形，上方敞开，长上方敞开，长8-10m，宽，宽2m，高，高

10、1m。池。池壁距池底壁距池底0.2m处还有处还有0.1m的宽边，上铺的宽边，上铺筛板，下置假低，假低为通风道，底部向筛板，下置假低，假低为通风道，底部向上倾斜，倾斜度为上倾斜，倾斜度为8-10，以便通风均，以便通风均匀。池体两侧壁上设有齿轮导轨，供翻曲匀。池体两侧壁上设有齿轮导轨，供翻曲机移动。池体一端设有通风口与风道相连。机移动。池体一端设有通风口与风道相连。 旋转式固体发酵罐有鼓型和管型两种形旋转式固体发酵罐有鼓型和管型两种形态；将固体培养基接入菌种，放在发酵罐态；将固体培养基接入菌种，放在发酵罐内；培养或发酵培养过程中，发酵罐以低内；培养或发酵培养过程中，发酵罐以低速间歇式旋转，罐内培养

11、物沿罐壁滑动，速间歇式旋转，罐内培养物沿罐壁滑动，达到散热并与空气接触的目的；同时还可达到散热并与空气接触的目的；同时还可以通入经过调温调湿的空气，利于控制发以通入经过调温调湿的空气，利于控制发酵条件。但由于罐体旋转，菌丝生长早期酵条件。但由于罐体旋转，菌丝生长早期易遭损伤，易结块；而且控制不当，易污易遭损伤，易结块；而且控制不当，易污染。染。 传送带式固体深层发酵设备由一组传送带组成。工艺流传送带式固体深层发酵设备由一组传送带组成。工艺流程为：程为：1、将湿麦麸加热至、将湿麦麸加热至85以上，并在第一传送带上保持以上，并在第一传送带上保持15min2、在第二传送带上用无菌冷空气将培养料吹冷至

12、适当温度、在第二传送带上用无菌冷空气将培养料吹冷至适当温度3、喷上孢子液或用种曲接入料中、喷上孢子液或用种曲接入料中4、用布料器将接种的培养料分装如无菌的底部具多孔的金、用布料器将接种的培养料分装如无菌的底部具多孔的金属盘中属盘中5、用空中吊车把金属盘送入培养隧道，采用适宜温度培养、用空中吊车把金属盘送入培养隧道，采用适宜温度培养发酵至成熟发酵至成熟6、用吊车把培养发酵好的金属盘送入干燥隧道、用吊车把培养发酵好的金属盘送入干燥隧道 好氧液体浅层发酵的主好氧液体浅层发酵的主要设施与设备包括：培养要设施与设备包括：培养室、搪瓷室、培养工具等。室、搪瓷室、培养工具等。柠檬酸发酵生产的早起曾柠檬酸发酵

13、生产的早起曾采用好氧液体浅层发酵，采用好氧液体浅层发酵，随着生产规模的扩大，好随着生产规模的扩大，好氧液体浅层发酵很快被液氧液体浅层发酵很快被液体深层发酵设备代替体深层发酵设备代替。1、机械搅拌通风密闭式发酵罐、机械搅拌通风密闭式发酵罐2、改良的机械搅拌通风式发酵罐、改良的机械搅拌通风式发酵罐3、机械搅拌自吸式发酵罐、机械搅拌自吸式发酵罐4、机械搅拌伍式发酵罐、机械搅拌伍式发酵罐5、气升发酵罐、气升发酵罐6、液提式发酵罐、液提式发酵罐7、膜生物反应器、膜生物反应器8、基因工程菌生物反应器、基因工程菌生物反应器（一）发酵罐的基本条件（一）发酵罐的基本条件v机械搅拌发酵罐是利用机械搅机械搅拌发酵罐

14、是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。又称繁殖、发酵所需的氧气。又称通用式发酵罐通用式发酵罐。（二）、发酵罐的基本要求：（二）、发酵罐的基本要求：v1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；v2）有良好的气）有良好的气-液液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、固接触和混合性能与

15、高效的热量、质量、动量传递性能；动量传递性能；v3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；v4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；v5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。控制。v电动机输入功率决定于搅拌桨形式和其他发酵罐部件。发酵罐内常安装4块挡板以增加混合、传热和传质效率。挡板之宽度为发酵罐直径的10%12%，挡板越宽则混合效果越好。搅拌功率的计算一直作为发酵罐设计和放大的一个重要课题。它是指搅拌桨输入发酵液的功率，即搅

16、拌桨在转动时为克服发酵液阻力所作的功率，有时被称为轴功率。v通气条件下非牛顿流体搅拌功率的计算常用Michel-Miller公式v式中：v与流体黏度有关的系数；vPg通气功率，kW； Q1、Q2与流体粘度有关的系数vPo不通气功率，kW； Di搅拌器直径，m；v Q 通气量，L/min; N搅拌转速，r/min；23020 .5 6ipn DQQ1gp Q1gp Q(1)瓦尔德夫发酵罐，它装有一种独特的消泡装置。瓦尔德夫发酵罐，它装有一种独特的消泡装置。(2)一种带有上下两个分离搅拌器的发酵罐。上搅拌采用螺一种带有上下两个分离搅拌器的发酵罐。上搅拌采用螺旋桨，用以加强轴向流动；下搅拌采用涡轮桨

17、分散气体，旋桨，用以加强轴向流动；下搅拌采用涡轮桨分散气体，可以提高氧传递效率。这种设计方法充分发挥了这两种搅可以提高氧传递效率。这种设计方法充分发挥了这两种搅拌桨的各自特长。拌桨的各自特长。(3)完全填充反应器是一种比通气搅拌罐能更有效地提高氧完全填充反应器是一种比通气搅拌罐能更有效地提高氧传递效率的发酵罐。它混合时间短，即使对十分黏稠的液传递效率的发酵罐。它混合时间短，即使对十分黏稠的液体也有同样效果。它还消除了罐顶的空间，空气在罐内的体也有同样效果。它还消除了罐顶的空间，空气在罐内的滞留时间比通气搅拌罐长。滞留时间比通气搅拌罐长。改良型通风式发酵虽然有一些改进，但是它的实际应用却改良型通

18、风式发酵虽然有一些改进，但是它的实际应用却远没有通风发酵广泛。远没有通风发酵广泛。（一）简介（一）简介 机械搅拌自吸式发酵罐是机械搅拌自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机和通一种不需要空气压缩机和通气管，而是在转子和定子组气管，而是在转子和定子组成的特殊搅拌器作用下自吸成的特殊搅拌器作用下自吸入空气的发酵罐。入空气的发酵罐。（二）特点（二）特点1、节省了空气压缩系统，、节省了空气压缩系统，减少了设备投资；减少了设备投资；2、溶氧系数高，应用范、溶氧系数高，应用范围广；围广；3、便于实现自动化和连、便于实现自动化和连续化续化（三）缺点：（三）缺点：1、进罐空气处于负压状、进罐空气处于负压状态，容易

19、增加杂菌侵入的态，容易增加杂菌侵入的机会，不适合无菌要求高机会，不适合无菌要求高的发酵过程；的发酵过程；2、装料系数较低，约、装料系数较低，约40%；3、搅拌容易导致转速提、搅拌容易导致转速提高，有可能使某些微生物高，有可能使某些微生物的菌丝被切断，影响细胞的菌丝被切断，影响细胞的正常生长。的正常生长。搅拌时液体沿着套筒外向搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用回罐底，搅拌器是用6根弯曲根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼做的空气管子焊于圆盘上，兼做空气分配器。空气由空心轴导空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，入，经过搅拌器的空

20、心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。这种筒内部下降，形成循环。这种发酵罐多应用于纸浆废液发酵发酵罐多应用于纸浆废液发酵生产酵母。设备的缺点是结构生产酵母。设备的缺点是结构复杂，清洗套筒较困难，消耗复杂，清洗套筒较困难，消耗功率较高。功率较高。（一）简介（一）简介气升式发酵罐属于气升式发酵罐属于非机械搅拌发酵罐。该非机械搅拌发酵罐。该发酵罐内分为上升管和发酵罐内分为上升管和下降管，含气量高的发下降管，含气量高的发酵液密度小向上升，而酵液密度小向上升，而含气量低的发酵液密度含气量低的发酵液密度高

21、乡下降；由于在管内高乡下降；由于在管内外发酵液密度不同，产外发酵液密度不同，产生压力差，推动发酵液生压力差，推动发酵液在罐内外循环。在罐内外循环。（二）原理（二）原理在上升管的下部设在上升管的下部设有空气喷嘴，空气以有空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速喷入的高速喷入上升管，使气泡分散在上升管，使气泡分散在上升管中的发酵液中，上升管中的发酵液中，发酵液的密度下降而上发酵液的密度下降而上升，罐内发酵液由于密升，罐内发酵液由于密度较大而下降进入上升度较大而下降进入上升管，从而形成了发酵液管，从而形成了发酵液的循环。的循环。（三）特点（三）特点1、结构简单，节省动、结构简单，节省动力，操作方便

22、，杂菌污力，操作方便，杂菌污染机会少，装料系数高，染机会少，装料系数高，氧的传质速率高，可用氧的传质速率高，可用于高密度培养；于高密度培养；2、依靠空气流动带动、依靠空气流动带动发酵液循环流动，既能发酵液循环流动，既能使发酵液均匀混合，又使发酵液均匀混合，又能使气体充分分散，而能使气体充分分散，而且没有动力剪切力，也且没有动力剪切力，也适合动植物细胞培养。适合动植物细胞培养。 液提式发酵罐是液体借助液体泵进行液提式发酵罐是液体借助液体泵进行输送，同时气体在液体的喷嘴处被吸入的输送，同时气体在液体的喷嘴处被吸入的发酵罐，液提发酵罐的常见形式有：喷嘴发酵罐，液提发酵罐的常见形式有：喷嘴塔式、喷嘴塔循环式、滴流式、六级塔循塔式、喷嘴塔循环式、滴流式、六级塔循环式、管道循环式、下流塔式、液体流化环式、管道循环式、下流塔式、液体流化床式。床式。中空纤维固定化中空纤维固定化细胞反应器细胞反应器细胞循环膜细胞循环膜发酵系统发酵系统膜生物反应器是将细胞或微生物等截留或膜生物反应器是将细胞或微生物等截留或存放在海绵体内，以实现生物催化剂和反