第二章发酵工程

第二章发酵设备

Chapter2FermentationEquipment

本章要求了解发酵设备的种类掌握通气式机械搅拌发酵罐的结构掌握通气式机械搅拌发酵罐的相关操作量少浅盘，帘子量多厚层通风发酵设备液体厌氧发酵好氧发酵机械搅拌

气升式非循环式——通用式机械搅拌发酵罐、自吸式循环式伍氏（内循环）、泵循环、文氏管循环（外循环）

非循环式——

循环式——

空气带升式固体喷射式、排管式一、固体发酵容器酱油固体发酵罐二、液体发酵容器

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厌氧发酵罐啤酒厂中发酵罐啤酒发酵罐发酵罐顶进料管发酵罐顶人孔发酵罐底排料口啤酒厂中发酵罐葡萄酒发酵罐双层部分控制温度葡萄酒发酵罐顶部进料口排气口CO2葡萄酒发酵罐的底部出皮渣口葡萄酒葡萄酒发酵罐底部2好氧发酵罐

机械搅拌通气式发酵罐

小试机械搅拌通气式发酵罐罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢厚度为2～3mm；为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，通常灭菌压力为0.25MPa；生产用的发酵罐容积有20m3，30m3，50～60m3，75m3，150m3以至500m3；罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小；（1）罐体罐体上的管路越少越好机械搅拌通气式发酵罐结构

设备主要部件包括：

罐身电机搅拌器轴封消泡器联轴器中间轴承空气吹泡管（或空气喷射器）挡板冷却装置人孔以及视镜其它（2）搅拌器－搅拌器和挡板

搅拌作用打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率；使发酵液充分混和。搅拌叶的类型涡轮式螺带螺杆式锚式旋叶式

（3）挡板

挡板的作用——防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；（4）消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式等消泡器的长度约为罐经的0.65倍（5）仪表工艺参数温度压力空气流量液位pH值溶解氧物理参数：轴的功率、发酵液的粘度、温度、压力化学参数：pH值、糖含量、无机离子浓度、排气中的CO2间接参数：呼吸熵、细胞干重、产物的含量压力表会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种直管缺点弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。阀门三通，使弯管灭菌彻底温度计常用的水银、酒精温度计转子流量计温度计流量计发酵罐罐体的尺寸比例罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的3倍。对于大型发酵罐以及液体深度HL较高的，可安装三组或三组以上的搅拌桨叶。最下面一组搅拌器与风管出口较接近为好，与罐底的距离C一般等于搅拌器直径D，不宜小于0.8D，否则会影响液体的循环。各种各样的发酵罐自吸式发酵罐2好氧发酵罐自吸式发酵罐

自吸式发酵罐使用的是带中央吸气口的搅拌器。搅拌器由从罐底向上伸入的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，于是将罐外空气通过搅拌器中心的吸气管而吸人罐内，吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。电机2好氧发酵罐--气升式发酵罐三、发酵罐的操作1发酵罐的灭菌（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2kg/cm2（120℃），最好是4～5kg/cm2（160℃）。当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。因为有缓冲性，蒸气会冲到121℃。在80℃以上冲入蒸气不容易产生冷凝水，罐内体积不会增加很大，培养基不会被稀释很大。发酵罐的灭菌－－注意点

升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上而出。如从25℃→30℃，加热到28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关小型罐50L～7T用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）2发酵罐的管路和死角的消除尽量减少管路发酵罐的出口越少越好出料口和进气管可以合并接种管、消泡管、补料管可以合并排气管不能合并，易引起交叉污染消灭死角丝口连接处改用法兰连接焊接部位：堆焊、电焊、氧焊、鱼鳞焊，选用鱼鳞焊管道转弯有弧度放料管、取料管的阀腔处装小阀消灭渗漏2发酵罐的管路和死角的消除罐体穿孔——

不锈钢冷却管产生裂缝——

定期更换垫圈（法兰连接）松脱——

拧紧轴封渗漏——

轴绝对垂直焊缝渗漏阀杆3发酵罐的管道布置保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）灭菌后的管道用无菌空气保压单向阀位置正确蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀相邻罐不联通4发酵罐的操作－－接种接种的三种方法火圈直接倒种注射器接种压力差接种小罐接种口用火圈杀菌；橡胶口在火圈上过一下，套入接种口；进气阀打开，排气阀关闭，罐内和种子瓶同时升压至1kg/cm2；关闭发酵罐和种子瓶之间的阀门，打开发酵罐排气阀，罐内压力下降至0.5kg/cm2，倒置种子瓶，打开发酵罐和种子瓶之间的阀门，瓶内种子液进入罐内；一次没有接完再重复。种子罐→发酵罐移种管灭菌：进入罐的管道阀门要关好，移种管中压力>2kg/cm2，灭菌15min，关蒸气种子罐上进气阀打开，排气阀关闭，压力升至2kg/cm2发酵罐中保持正压，比空气高一点，排气阀打开，进气阀关小，压力降至0.5kg/cm2打开通向罐的阀门，两罐相通，因压力差，菌液进入发酵罐关掉通向罐的两个阀门，移种管灭菌5发酵罐的操作－－取样①②③取样阀①关紧，打开蒸气阀②，再打开阀门③