食品機械與設備第十四章.ppt

1、第十四章 發(fā)酵機械與設備,第一節(jié) 發(fā)酵設備的類型和基本構成,一、發(fā)酵設備的基本要求 發(fā)酵設備的功能是按照發(fā)酵過程的要求，保證和控制各種發(fā)酵條件，主要是適宜微生物生長和形成產(chǎn)物的條件，促進生物體的新陳代謝，使之在低消耗下（包括原料消耗、能量消耗、人工消耗）獲得較高的產(chǎn)量。,二、發(fā)酵設備的分類,1.根據(jù)發(fā)酵用培養(yǎng)基：固體發(fā)酵設備及液體發(fā)酵設備。,3.根據(jù)發(fā)酵過程使用的生物體：分為微生物反應器、酶反應器和細胞反應器。,固態(tài)發(fā)酵是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水下溶性固態(tài)基質中，用一種或多種微生物的一個生物反應過程。 液體發(fā)酵法是借助于液體介質來完成面團的發(fā)酵，即先將酵母置于液體介質中，

2、在液體中經(jīng)幾個小時的繁殖，制成發(fā)酵液，然后用發(fā)酵液與其他原輔料攪拌成面團。,2.根據(jù)微生物類型：分為嫌氣和好氣兩大類。,第二節(jié) 嫌氣發(fā)酵設備,在生產(chǎn)酒精、白酒、啤酒等發(fā)酵產(chǎn)品時，微生物不需要氧氣來完成發(fā)酵，使用嫌氣發(fā)酵設備。,一、間歇式發(fā)酵罐,間歇式發(fā)酵是指生長緩慢期、加速期、平衡期和衰落期四個階段的微生物培養(yǎng)過程全部在一個罐內(nèi)完成。 利用酵母將糖轉化為酒精時，要獲得較高的轉化率，除滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件外，還需要一定的生化反應時間，并移走在生化反應過程中釋放出的生物熱，否則將影響酵母的生長和代謝產(chǎn)物的轉化率。酒精發(fā)酵罐的結構必須首先滿足上述工藝要求，還應有利于發(fā)酵液的排出、設備清洗

3、、維修以及設備制造安裝方便。,間歇式酒精發(fā)酵罐,1-冷卻水入口 2-取樣口 3-壓力表 4-CO2氣體出口 5-噴淋水入口 6-料液和酒母入口 7-人孔 8-冷卻水出口 9-溫度計 10-噴淋水收集槽 11-噴淋水出口 12-發(fā)酵液和污水排出口,發(fā)酵罐水力洗滌裝置,工作時，噴水管借助于兩頭噴嘴處以一定的速度噴出而形成的反作用力自定旋轉，在旋轉過程中，洗滌水由噴水孔排出而均勻噴灑在罐壁、罐頂、罐底上進行罐的洗滌。,發(fā)酵罐高壓水力噴射洗滌裝置,水流噴出時可使噴水管以4856r/min的速度自動旋轉，并高速噴射到罐體四壁和罐底，垂直的分配管以同樣的水流速度噴射到罐體四壁和罐底，一次洗滌過程約需5mi

4、n。,1-洗滌劑進口 2-水平噴水管 2-垂直噴水管,圓筒體錐形底啤酒發(fā)酵罐,1-麥汁與酵母進口 2-啤酒出口 3-冷媒進口 4-人口門 5-冷媒出口 6-洗滌器 7-人口 8-安全閥 9-排氣閥 10-壓力表 11-取樣口 12-CO2入口,工作原理,罐身為圓筒結構，外部圍護有24段冷卻夾套，用以維持適宜的發(fā)酵溫度，在發(fā)酵最旺盛時，冷卻夾套全部投入使用，其中冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。罐體外設有良好的保溫層，以減少冷量損耗。 為在啤酒后發(fā)酵過程中有飽和CO2，罐底安裝有凈化的CO2充氣管，經(jīng)小孔吹入發(fā)酵液中。同時，為便于在罐中收集并回收CO2，罐內(nèi)需要保持一定程度的正壓狀態(tài)，并且在罐頂安裝有

5、壓力表和安全閥。 已滅菌的新鮮麥芽汁及酵母由底部進口泵入罐內(nèi)。發(fā)酵完成后最終沉積于錐體部分的酵母可通過底部閥門排出，部分可留作下次使用。,二、連續(xù)酒精發(fā)酵設備,通過在發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)加入培養(yǎng)液和取出發(fā)酵液，可使發(fā)酵罐中的微生物一直維持在生長加速期，同時降低代謝產(chǎn)物的積累，培養(yǎng)液濃度和代謝產(chǎn)品含量相對穩(wěn)定，微生物在整個發(fā)酵過程中即可始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)，細胞處于均質狀態(tài)，這即為連續(xù)發(fā)酵技術。,第三節(jié) 通風發(fā)酵設備,通風發(fā)酵設備是好氧發(fā)酵使用的發(fā)酵反應器，主要包括酵母發(fā)酵罐、單細胞蛋白發(fā)酵罐、氨基酸發(fā)酵罐、酶制劑發(fā)酵罐、抗生素發(fā)酵罐等。,一、自吸式發(fā)酵罐,自吸式發(fā)酵罐是一種在攪拌過程中自行吸入空氣的發(fā)酵

6、罐，不需要配置空氣壓縮機或鼓風機，廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、醋酸工業(yè)、酵母工業(yè)等工業(yè)。采用不同類型、容積的發(fā)酵罐已能成功生產(chǎn)葡萄糖酸鈣、維生素C、酵母、蛋白酶等產(chǎn)品。,自吸式發(fā)酵罐,1-皮帶輪 2-排氣管 3-消泡器 4-冷卻排管 5-定子 6-軸 7-雙端面軸封 8-聯(lián)軸器 9-電機 10-轉子 11-端面軸封,自吸式發(fā)酵罐,轉子在啟動前，需要先用液體將其浸沒，在電機驅動其高速旋轉時，液體因離心力而被甩向葉輪邊緣，并在轉子中心處形成負壓。在負壓作用下，空氣自動從轉子中心處被吸入，通過導向葉輪內(nèi)腔甩出，而液體因轉子外闊葉片被吸入并均勻甩出，在轉子外圓處被剪切成細微的氣泡并與循環(huán)的發(fā)酵液相遇，在湍流狀態(tài)

7、下混合、翻騰、擴散，在攪拌的同時完成了充氣。,二、機械攪拌發(fā)酵罐,1-帶輪 2-軸承支撐 3-聯(lián)軸器 4-軸封 5-視鏡 6-取樣口 7-冷卻水出口 8-夾套 9-螺旋片 10溫度計接口 11-軸 12-攪拌器 13-底軸承 14-放料口 15-冷水進口 16-通風管 17-熱電偶接口 18-擋板 19-接壓力表 20-手孔 21-電機 22-排氣口 23-取樣口 24-進料口 25-壓力表接口 26-視鏡 27-手孔 28-補料口,工作原理,通過機械攪拌使發(fā)酵罐中溶解氧增多，體現(xiàn)在三個方面： 將空氣進入初期的大氣泡打碎成小氣泡，使氣液界面面積增大，提高了體積溶氧系數(shù)； 氣泡經(jīng)攪拌破碎后，上浮

8、速度下降，在攪拌形成的液流影響下，氣泡由直線上浮變成曲線上浮，因運動路徑的延長增加氣體與液體間接觸時間，提高了空氣中氧的利用率； 在攪拌器作用下產(chǎn)生強烈的液相湍流，使得液膜厚度變薄，傳質系數(shù)增大，從而獲得較大的體積溶氧系數(shù)。,三、氣升式發(fā)酵罐,空氣由罐底進入后，通過罐內(nèi)底部安裝的分散元件（如多孔板）分散成小氣泡，在向上移動過程中與培養(yǎng)液混合進行供氧，最后經(jīng)液面與二氧化碳等一起釋出。,（一）帶升式發(fā)酵罐,在發(fā)酵過程中，空氣用噴嘴以250300m/s高速噴入上升管。由于噴嘴的作用空氣泡被分割細碎，而與上升管的發(fā)酵液密切接觸。因氣體含量多、密度小，加上壓縮空氣的高速向上噴流動能，上升管內(nèi)液體上升。同時，罐內(nèi)液體下降進入上升管下端，形成反復循環(huán)。在循環(huán)過程中，發(fā)酵液不斷地與空氣氣泡接觸，供給發(fā)酵所耗的溶解氧，使發(fā)酵正常進行。,1-上升管 2-空氣管 3-空氣噴嘴,（二）塔式發(fā)酵罐,空氣從空氣分配器進