第二章 生物细胞培养基制备设备

发酵机械与设备徐明芳博士教授暨南大学生科院2015-09-18目录绪论第一篇生物质原料处理设备第二篇生物反应设备第三篇产物分离设备第四篇其他设备底物2生物反应器检测控制仪表培养基2（灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料1营养物典型工业生物技术过程核心技术？第一篇生物质原料处理设备第一章生物质原料预处理设备第二章生物细胞培养基制备设备第三章生物细胞培养基灭菌设备内容第一节淀粉质原料的蒸煮与糖化设备第二节糖蜜原料的稀释与澄清第三节啤酒生产中麦芽汁的制备设备第四节固体培养基制备设备思考题1.目前啤酒厂的糖化锅中利用___________进行搅拌。A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.醪液内二氧化碳的密度梯度D.二折叶旋桨式搅拌器？2.酒精厂连续蒸煮、糖化流程？3.啤酒厂糖化设备组成方式：四器、六器组合，各设备作用？4.连续蒸煮糖化的设备流程（真空罐、管式和柱式）5、连续蒸煮糖化设备有几种形式？6、几种糖蜜稀释器的主要结构形式特点的差异性？7、糖蜜原料的澄清方法有几种？。8、麦芽汁的制备流程？主要设备的结构及工作原理：糊化锅、糖化锅、9、固体培养基制备的主要设备有有几种？底物生物反应器检测控制仪表培养基（灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料营养物典型工业生物技术过程核心技术？培养基制备工艺过程：

原料→筛选→粉碎

→糊化（蒸煮、酶）

→→糖化（酶法）→灭菌→冷却第一节、淀粉质原料的蒸煮糖化设备（一）蒸煮目的1、破坏淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，便于糖化剂作用。2、灭菌。(二)蒸煮和糖化1.连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮工艺，中温的柱式连续蒸煮工艺和高温短时间的管式连续蒸煮工艺。2.对连续糖化的要求主要是使糊化醪与曲液（酶液）充分混合，在一定温度下维持一定时间，并保持流动状态，以便于酶的作用。第一节淀粉质原料的蒸煮与糖化蒸煮目的：

使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。糖化：糖化酶将淀粉、糊精进行水解化为能够被生物细胞利用的可发酵性物质，降低醪液的粘度连续糖化与间隙糖化：连续流动，在不同的设备中完成加料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化

连续蒸煮糖化设备有罐式、管式和柱式三种形式。罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便1、连续蒸煮糖化及其设备

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（气液分离）1、连续式蒸煮罐结构主体:圆筒与封头焊成

易损部件:下封头

罐径：D/H=3-5

罐数：4-6个

操作过程：长圆筒与封头焊成，粉浆由罐底进料口压入，用活汽加热蒸煮，加热达要求的物料经罐顶出料口流出入后熟罐，物料出口管伸入罐内300-400mm（使罐内留有一定的空间）从罐中部6引出部分糊化醪去制备液体曲。

罐式连续蒸煮糖化的特点：１、采用喷射加热器连续加热，节省２、操作容易控制；３、设备结构简单，为大中型工厂广泛采用；４、采用真空冷却器冷却，提高效率，降低费用。蒸煮器---（1）罐式蒸煮设备2.连续式三套管式蒸煮罐

它由三层直径不同的套管组成。内层和中层管上都钻有很多小孔，各层套管用法兰连接。粉浆流过中层管，高压加热蒸汽从内外两层管的小孔内喷出，使热粉浆加热，这种形式汽液接触均匀，加热较全面，可在很短时间内使粉浆达到规定的蒸煮温度。粉浆冷粉浆热粉浆热粉浆蒸汽3、汽液分离器

（后熟器）操作要求：（1）分离出二次蒸汽（2）装料率为50%

4、真空冷却器（加快冷却）优点：蒸煮醪在骤然冷却下，形成结晶状的小粒。

糊化醪冷却温度: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却器的原理构造

原理:物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度，称为真空冷却。欲保持真空冷却器中真空度，一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。真空冷却器构造三维图真空连续糖化罐工艺真空糖化罐依靠压力差蒸煮醪液由汽液分离器a，与糖化曲液由计量暂存桶b同时进入蒸发-糖化器c。既是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备。罐式连续蒸煮糖化的特点：１、采用喷射加热器连续加热，节省２、操作容易控制；３、设备结构简单，为大中型工厂广泛采用；４、采用真空冷却器冷却，提高效率，降低费用。（2）柱式连续蒸煮设备蒸汽加热（3）管式连续蒸煮--糖化工艺流程1-输送机2-斗式提升机3-贮料斗4-锤式粉碎机5-螺旋输送机6-粉浆罐7-泵8-预热锅9-进料控制阀10-过滤器11-泥浆泵12-单向阀13-三套管加热器14-蒸煮管道15-压力控制阀16-后熟器17-蒸汽分离器18-真空冷凝器19-蒸汽冷凝器

20-糖化锅

（1）糖化罐a.连续糖化罐具有圆筒形外壳，球形或锥形底。作用原理：是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳或糖化酶（酶制剂）混合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。糖化罐（淀粉、糊精水解）糖化罐的构造和计算（１）糖化罐的计算

糖化罐的容积决定于醪液流量和在罐中的逗留时间及其有效的容积系数。

（２）糖化罐的构造

气液分离器

糖化曲计量罐

真空糖化罐

冷凝器

真空冷却器糖化醪泵

三级冷凝器

双酶法制糖工艺流程图贮罐调配预热喷射液化器后熟罐喷射灭酶冷却器糖化罐冷却器分离罐2、间歇蒸煮糖化设备及蒸煮工艺蒸煮设备：锥形蒸煮锅适宜于对整粒原料的蒸煮，蒸煮醪的质量很均匀，蒸煮醪排出比较方便

蒸煮工艺：间歇加压蒸煮和添加淀粉酶液化后间歇加压蒸煮糊化锅的构造：球形锅底，有搅拌装置；糊化锅的直径与圆筒高度之比为2∶1，升气管面积为料液面积的1/30~1/50糊化锅的容积：决定于加入的原料量。每100kg投料有效容积为0.5~0.55m3，（1）间歇加压蒸煮工艺流程加水入蒸煮锅→投料→升温→蒸煮→吹醪（2）加淀粉酶加压蒸煮工艺流程先加细菌淀粉酶（粉碎原料的0.1~0.2%）液化后，再进行加压蒸煮，蒸煮压力可以降低，蒸煮时间也可缩短。粉碎原料和水拌匀，调整温度至50~60℃，加入细菌淀粉酶，拌匀，再加石灰水调整pH到6.9~7.1将淀粉液输送到蒸煮锅中，通入压缩空气进行搅拌，并通蒸汽升温到93℃，保持1小时。达到标准后，则停止通压缩空气，继续升温至130℃，保持0.5小时，吹醪送至糖化锅

（3）间歇糖化设备：具有搅拌和冷却装置的糖化锅间歇糖化法的工艺流程：蒸煮醪→糖化锅＋加水＋冷却（120→60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷却（60→30℃）→发酵罐（或酒母罐）（4）糖化效率：糖化效率=糖化醪中还原糖×100%／糖化醪中总糖第二节糖蜜的稀释与澄清糖蜜含有大量的可发酵性糖，是一种非结晶糖分。是微生物工业大规模发酵生产酒精、甘油、谷氨酸、食用酵母及液态饲料等的良好原料。浓度高（80°Bx以上），胶体物质与灰分多，产酸细菌多发酵前需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程1、糖蜜稀释器的构造和原理目前中国糖蜜酒精厂多采用连续稀释法。（1）水平式糖蜜连续稀释器管内没有搅拌器水平式糖蜜连续稀释器主体：圆筒水平管

结构特点：管内装有若干隔板和筛板，将其分成若干空段，以改善糖液的流动形式，使糖蜜与水很好地混合。(2）立式糖蜜稀释器

主体：立式圆筒

特点：圆筒部分有7-8板半圆形缺口的隔板左右交替配置(3）错板式糖蜜稀释器

主体:立式圆筒

特点：圆筒内有10-15块档板成600角设置

4）胀缩式糖蜜稀释器

主体：立式变径圆筒

特点：中间几次突然收缩直径5）变管径式糖蜜稀释器

主体：立式变径圆筒

特点：由几种不同管径的直管段连接而成

2、糖蜜原料的澄清目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时进行灭菌，以达到发酵的要求。对于固体含量少[<0.1%（v/v）]，颗粒直径在5~100μm的悬浮液，在过滤时难以形成滤饼，就要采用澄清过滤。澄清方法：加酸通用处理法、加热加酸沉淀法、絮凝剂澄清处理法等

第四节啤酒生产中麦芽汁的制备设备麦芽汁是啤酒酵母的培养基，是影响啤酒的产量和质量的关键因素之一。制备设备：糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅等。（一）

啤酒厂糖化设备的组合方式1.两器组合2.四器组合3.五器组合（糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽）4.六器组合第三节啤酒生产中麦芽汁的制备设备啤酒生产流程一、糊化锅主要作用是用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。1．糊化锅的构造2．糊化锅的容积糊化锅1、作用2、结构及材料D/H=2，弧形底,蒸汽夹套传热搅拌器升气管环形槽调节风门容积100kg干物料0.5m3材料：不锈钢球形锅中麦芽汁的循环图3.原理

弧形锅底对流体传热循环的影响，靠近锅倾斜壁有较浅的液柱h2，但有较大的加热面积f2，而中心部位具有较深的液柱h1，加热面积f1较小，因此在锅底部位周围较快发生气泡，将液体向上推，而形成中心液体向下的自然循环。

优点:节省搅拌动力消耗，能够促进液体循环,,便于清洗。

二、糖化锅用途是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化广泛采用不锈钢制作，也可用碳钢制造。其外形和构造与糊化锅大致相同。装有螺旋桨搅拌器，有的在锅内壁装有挡板。一般糖化锅容积比糊化锅大约一倍。锅底为平底或球形底（球形蒸汽夹套）。锅体直径与高之比一般为2∶1，升气管截面积为锅圆筒截面积的1/30~1/50

糖化锅1.结构：与糊化锅相似。H=0.5D2.作用：蛋白质分解和淀粉糖化3.容积：比糊化锅大1倍装满系数为0.74.传热面积：比糊化锅小三、过滤槽用途：过滤糖化后的麦醪，使麦汁与麦糟分开而得到清亮的麦芽汁型式与构造：具有不锈钢圆柱形槽身和平底及紫铜板弧形顶盖的容器，有一层与平底平行的过滤筛板（用3.5~4.5mm厚的磷青铜或不锈钢制成），筛孔一般采用0.4~0.7×30~50mm条形孔或直径0.8mm的圆孔，内设有耕糟装置。麦糟层厚度：0.3~0.4m过滤面积：100kg干麦芽所需过滤面积为0.5~0.6m2过滤槽容积：G＝200FG-每次糖化所用的麦芽量，kg；F-所需槽底的面积，m2耕糟机转速：耕糟时0.25~0.4r/min，0.04~0.07m/s出糟时4~5r/min，0.4~0.7m/s四、煮沸锅（浓缩作用）用途：用于麦汁的煮沸和浓缩，蒸发掉多余的水分，使麦汁达到一定的浓度。并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁中。

型式与结构：结构型式与糊化锅基本相同，有搅拌装置容积：麦芽煮沸锅容积计算与糊化锅相同。麦汁煮沸锅的容量：100kg麦芽约需800~900升容量，加上25~30％作为麦汁运动的空间锅内液柱高与直径之比：1：2

搅拌叶的转速：约20~35r/min，3m/s左右排汽管的截面积：锅内液体表面积的1/30~1/50煮沸时间：一般约1.5~2小时啤酒发酵设备啤酒酿造工艺粉碎机冷却器发酵罐啤酒酿造流程两器第四节固体培养基制备设备固态发酵：微生物在具有一定温度和湿度的固体表面进行生长和繁殖就称为固态发酵。固态发酵流程：原料先经过粉碎设备粉碎后，在混合机中充分混合，蒸煮灭菌，冷却后接入固体或液体种，再进行充分混合，最后在一定温度、pH及适度搅拌等条件下进行固态发酵培养。酱油固态发酵车间发酵池固体培养基：固态发酵所用的培养基为固体培养基。固体培养基：制备工艺流程主要设备