食品發(fā)酵設備

1、主講人：殷蔭主講人：殷蔭學號：學號：0604111371、發(fā)酵罐的類型、發(fā)酵罐的類型2、厭氧固體發(fā)酵設備、厭氧固體發(fā)酵設備3、厭氧液體發(fā)酵設備、厭氧液體發(fā)酵設備4、好氧固體淺層發(fā)酵設備、好氧固體淺層發(fā)酵設備5、好氧固體深層發(fā)酵設備、好氧固體深層發(fā)酵設備6、好氧液體淺層發(fā)酵設備、好氧液體淺層發(fā)酵設備7、好氧液體深層發(fā)酵設備、好氧液體深層發(fā)酵設備8、視頻實踐、視頻實踐1 1、菌種的生理特性：、菌種的生理特性：（1 1）好氧發(fā)酵設備）好氧發(fā)酵設備 （2 2）厭氧發(fā)酵設備）厭氧發(fā)酵設備2 2、發(fā)酵培養(yǎng)基性質：（、發(fā)酵培養(yǎng)基性質：（1 1）固體發(fā)酵設備）固體發(fā)酵設備 （2 2）液體發(fā)酵設備）液體發(fā)酵設備

2、3 3、發(fā)酵培養(yǎng)基厚度：（、發(fā)酵培養(yǎng)基厚度：（1 1）淺層發(fā)酵設備）淺層發(fā)酵設備 （2 2）深層發(fā)酵設備）深層發(fā)酵設備4 4、工藝操作的條件、工藝操作的條件：（：（1 1）分批式發(fā)酵設備）分批式發(fā)酵設備 （2 2）連續(xù)式發(fā)酵設備）連續(xù)式發(fā)酵設備 固體發(fā)酵歷史悠久，長期以來，白酒、黃酒的釀造一直采用固體發(fā)酵，主要設備有曲盤、簾子、厚層通風制曲設備、發(fā)酵室、發(fā)酵池等等。厚層通見制曲設備是20世紀50年代發(fā)展起來的，它是在保持固體發(fā)酵優(yōu)點的基礎上加以改進，以適應大規(guī)模業(yè)生產(chǎn)需要的一種固體培養(yǎng)方法。發(fā)酵室發(fā)酵室1、酒精發(fā)酵罐、酒精發(fā)酵罐2、丙酮、丙酮-丁醇發(fā)酵罐丁醇發(fā)酵罐3、啤酒發(fā)酵設備、啤酒發(fā)酵設備

3、（1）酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形，）酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形，底底蓋和蓋和頂蓋均為碟形或錐形。頂蓋均為碟形或錐形。（2）酒精發(fā)酵罐采用密閉式）酒精發(fā)酵罐采用密閉式，頂有頂有入入孔，孔，視鏡及二氧化碳回收管，為了在酒精發(fā)酵視鏡及二氧化碳回收管，為了在酒精發(fā)酵過程中，回收二氧化碳氣體及其所帶出的過程中，回收二氧化碳氣體及其所帶出的部分酒精。部分酒精。（3）進料管接種管壓力表和測量儀表接）進料管接種管壓力表和測量儀表接口管等?？诠艿取＃?）酒精發(fā)酵罐的罐底裝有排料口和排）酒精發(fā)酵罐的罐底裝有排料口和排污口污口。罐身上下裝有取樣口和溫度計罐身上下裝有取樣口和溫度計。（5）為了便于酒精發(fā)酵罐的維修和清洗，）為

4、了便于酒精發(fā)酵罐的維修和清洗，在近罐底裝有在近罐底裝有污水排出口。污水排出口。 發(fā)酵罐的洗滌，近年來，已發(fā)酵罐的洗滌，近年來，已逐漸采用水力噴淋洗滌裝置，逐漸采用水力噴淋洗滌裝置，從而減小了勞動強度，提高了從而減小了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。它是一根直立的噴生產(chǎn)效率。它是一根直立的噴水管，在垂直噴水管上鉆有直水管，在垂直噴水管上鉆有直徑徑4-6mm的小孔?？张c水平呈的小孔?？张c水平呈20。水平噴水管借助于活接。水平噴水管借助于活接頭上端和噴水總管相連，洗滌頭上端和噴水總管相連，洗滌水壓為水壓為0.6-0.8MPa。水流在較。水流在較高的壓力下，由水平噴水口處高的壓力下，由水平噴水口處噴出，使其

5、以噴出，使其以48-56r/min的速度的速度自動旋轉，并以極大的速度噴自動旋轉，并以極大的速度噴射到罐壁各處。在射到罐壁各處。在5min內就可內就可以完成洗滌作業(yè)。以完成洗滌作業(yè)。設備罐身罐壁酒精發(fā)酵罐低厚丙醇-丁醇發(fā)酵罐高較厚，用鋼板制成丙醇丙醇-丁醇發(fā)酵罐的其丁醇發(fā)酵罐的其他特點：他特點：1、滅菌要求較高，頂蓋和、滅菌要求較高，頂蓋和底部采用球形封頭，罐內底部采用球形封頭，罐內表面平整光滑；表面平整光滑；2、采用表面噴淋冷卻。、采用表面噴淋冷卻。1、前發(fā)酵設備、前發(fā)酵設備v長、正方形長、正方形v開放式、密閉式開放式、密閉式v控溫：槽內控溫、發(fā)酵控溫：槽內控溫、發(fā)酵室控溫（降溫、絕熱）室控

6、溫（降溫、絕熱）v室內室內CO2濃度應控制濃度應控制開放式前發(fā)酵槽開放式前發(fā)酵槽2、后發(fā)酵槽、后發(fā)酵槽v后發(fā)酵階段：殘?zhí)抢^后發(fā)酵階段：殘?zhí)抢^續(xù)發(fā)酵，飽和續(xù)發(fā)酵，飽和CO2 ，澄清、成熟澄清、成熟v貯酒罐貯酒罐v臥式、立式臥式、立式v溫度維持在溫度維持在0-21、罐身呈圓柱形，罐底呈圓、罐身呈圓柱形，罐底呈圓錐狀，管的錐體高度為總高度錐狀，管的錐體高度為總高度1/3-1/4，錐角，錐角70-75，罐，罐的徑高比為的徑高比為1:3，罐容量，罐容量60-600m，工作壓力為，工作壓力為0.07Mpa2、灌頂和罐身均裝有人孔，、灌頂和罐身均裝有人孔，便于觀察和維修便于觀察和維修3、灌頂裝有壓力表、安全

7、閥、灌頂裝有壓力表、安全閥、玻璃試鏡、二氧化碳排出口、玻璃試鏡、二氧化碳排出口、加壓及真空裝置加壓及真空裝置4、管內上部安裝洗滌球，罐、管內上部安裝洗滌球，罐身外部裝有取樣管、溫度計及身外部裝有取樣管、溫度計及2-4段冷卻夾套和盤管段冷卻夾套和盤管5、罐底裝有凈化的二氧化碳、罐底裝有凈化的二氧化碳充氣管充氣管6、罐底部有一段冷卻夾套和、罐底部有一段冷卻夾套和盤管，利于發(fā)酵后酵母的沉積，盤管，利于發(fā)酵后酵母的沉積，整個罐體外部包扎聚氨酯泡沫整個罐體外部包扎聚氨酯泡沫塑料保溫塑料保溫 傳統(tǒng)的好氧固體淺層發(fā)酵傳統(tǒng)的好氧固體淺層發(fā)酵也可稱為自然通風固體淺層也可稱為自然通風固體淺層發(fā)酵，是傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)中

8、制發(fā)酵，是傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)中制備種曲的方法，其發(fā)酵的設備種曲的方法，其發(fā)酵的設備有：種曲室、區(qū)盤或竹匾、備有：種曲室、區(qū)盤或竹匾、種曲培養(yǎng)工具，采用這種傳種曲培養(yǎng)工具，采用這種傳統(tǒng)的好氧固體淺層發(fā)酵設備統(tǒng)的好氧固體淺層發(fā)酵設備進行生產(chǎn)，勞動強度高，易進行生產(chǎn)，勞動強度高，易污染雜菌，發(fā)酵過程不易控污染雜菌，發(fā)酵過程不易控制，占用面積大。制，占用面積大。現(xiàn)代好氧固體淺層發(fā)現(xiàn)代好氧固體淺層發(fā)酵設備是密封箱式淺盤酵設備是密封箱式淺盤發(fā)酵設備，已應用于生發(fā)酵設備，已應用于生產(chǎn)，可較大規(guī)模生產(chǎn)如產(chǎn)，可較大規(guī)模生產(chǎn)如酶制劑、酒曲、醬油，酶制劑、酒曲、醬油，食用菌、飼料添加劑等，食用菌、飼料添加劑等，其優(yōu)點是：

9、料層薄，發(fā)其優(yōu)點是：料層薄，發(fā)酵過程通入調溫調濕的酵過程通入調溫調濕的空氣，溫、濕度易控制空氣，溫、濕度易控制不易污染雜菌；其缺點不易污染雜菌；其缺點是占用面積大。是占用面積大。1、機械攪拌通風制曲池、機械攪拌通風制曲池2、旋轉式固體深層發(fā)酵罐、旋轉式固體深層發(fā)酵罐3、傳送帶式固體深層發(fā)酵設備、傳送帶式固體深層發(fā)酵設備簡介：簡介：機械攪拌通風制曲池設在制曲室內，機械攪拌通風制曲池設在制曲室內，由池體、通風裝置、攪拌裝置由池體、通風裝置、攪拌裝置3部分組成。部分組成。池體一般用磚砌成，上抹水泥，呈長方形，池體一般用磚砌成，上抹水泥，呈長方形，上方敞開，長上方敞開，長8-10m，寬，寬2m，高，高

10、1m。池。池壁距池底壁距池底0.2m處還有處還有0.1m的寬邊，上鋪的寬邊，上鋪篩板，下置假低，假低為通風道，底部向篩板，下置假低，假低為通風道，底部向上傾斜，傾斜度為上傾斜，傾斜度為8-10，以便通風均，以便通風均勻。池體兩側壁上設有齒輪導軌，供翻曲勻。池體兩側壁上設有齒輪導軌，供翻曲機移動。池體一端設有通風口與風道相連。機移動。池體一端設有通風口與風道相連。 旋轉式固體發(fā)酵罐有鼓型和管型兩種形旋轉式固體發(fā)酵罐有鼓型和管型兩種形態(tài)；將固體培養(yǎng)基接入菌種，放在發(fā)酵罐態(tài)；將固體培養(yǎng)基接入菌種，放在發(fā)酵罐內；培養(yǎng)或發(fā)酵培養(yǎng)過程中，發(fā)酵罐以低內；培養(yǎng)或發(fā)酵培養(yǎng)過程中，發(fā)酵罐以低速間歇式旋轉，罐內培養(yǎng)

11、物沿罐壁滑動，速間歇式旋轉，罐內培養(yǎng)物沿罐壁滑動，達到散熱并與空氣接觸的目的；同時還可達到散熱并與空氣接觸的目的；同時還可以通入經(jīng)過調溫調濕的空氣，利于控制發(fā)以通入經(jīng)過調溫調濕的空氣，利于控制發(fā)酵條件。但由于罐體旋轉，菌絲生長早期酵條件。但由于罐體旋轉，菌絲生長早期易遭損傷，易結塊；而且控制不當，易污易遭損傷，易結塊；而且控制不當，易污染。染。 傳送帶式固體深層發(fā)酵設備由一組傳送帶組成。工藝流傳送帶式固體深層發(fā)酵設備由一組傳送帶組成。工藝流程為：程為：1、將濕麥麩加熱至、將濕麥麩加熱至85以上，并在第一傳送帶上保持以上，并在第一傳送帶上保持15min2、在第二傳送帶上用無菌冷空氣將培養(yǎng)料吹冷至

12、適當溫度、在第二傳送帶上用無菌冷空氣將培養(yǎng)料吹冷至適當溫度3、噴上孢子液或用種曲接入料中、噴上孢子液或用種曲接入料中4、用布料器將接種的培養(yǎng)料分裝如無菌的底部具多孔的金、用布料器將接種的培養(yǎng)料分裝如無菌的底部具多孔的金屬盤中屬盤中5、用空中吊車把金屬盤送入培養(yǎng)隧道，采用適宜溫度培養(yǎng)、用空中吊車把金屬盤送入培養(yǎng)隧道，采用適宜溫度培養(yǎng)發(fā)酵至成熟發(fā)酵至成熟6、用吊車把培養(yǎng)發(fā)酵好的金屬盤送入干燥隧道、用吊車把培養(yǎng)發(fā)酵好的金屬盤送入干燥隧道 好氧液體淺層發(fā)酵的主好氧液體淺層發(fā)酵的主要設施與設備包括：培養(yǎng)要設施與設備包括：培養(yǎng)室、搪瓷室、培養(yǎng)工具等。室、搪瓷室、培養(yǎng)工具等。檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)的早起曾檸檬酸發(fā)酵

13、生產(chǎn)的早起曾采用好氧液體淺層發(fā)酵，采用好氧液體淺層發(fā)酵，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，好隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，好氧液體淺層發(fā)酵很快被液氧液體淺層發(fā)酵很快被液體深層發(fā)酵設備代替體深層發(fā)酵設備代替。1、機械攪拌通風密閉式發(fā)酵罐、機械攪拌通風密閉式發(fā)酵罐2、改良的機械攪拌通風式發(fā)酵罐、改良的機械攪拌通風式發(fā)酵罐3、機械攪拌自吸式發(fā)酵罐、機械攪拌自吸式發(fā)酵罐4、機械攪拌伍式發(fā)酵罐、機械攪拌伍式發(fā)酵罐5、氣升發(fā)酵罐、氣升發(fā)酵罐6、液提式發(fā)酵罐、液提式發(fā)酵罐7、膜生物反應器、膜生物反應器8、基因工程菌生物反應器、基因工程菌生物反應器（一）發(fā)酵罐的基本條件（一）發(fā)酵罐的基本條件v機械攪拌發(fā)酵罐是利用機械攪機械攪拌發(fā)酵罐

14、是利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需的氧氣。又稱繁殖、發(fā)酵所需的氧氣。又稱通用式發(fā)酵罐通用式發(fā)酵罐。（二）、發(fā)酵罐的基本要求：（二）、發(fā)酵罐的基本要求：v1）結構嚴密，經(jīng)得起蒸汽的反復滅菌，內壁光滑，耐腐蝕性）結構嚴密，經(jīng)得起蒸汽的反復滅菌，內壁光滑，耐腐蝕性能好，以利于滅菌徹底和減小金屬離子對生物反應的影響；能好，以利于滅菌徹底和減小金屬離子對生物反應的影響；v2）有良好的氣）有良好的氣-液液-固接觸和混合性能與高效的熱量、質量、固接觸和混合性能與

15、高效的熱量、質量、動量傳遞性能；動量傳遞性能；v3）在保持生物反應要求的前提下，降低能耗；）在保持生物反應要求的前提下，降低能耗；v4）有良好的熱量交換性能，以維持生物反應最適溫度；）有良好的熱量交換性能，以維持生物反應最適溫度；v5）有可行的管路比例和儀表控制，適用于滅菌操作和自動化）有可行的管路比例和儀表控制，適用于滅菌操作和自動化控制?？刂?。v電動機輸入功率決定于攪拌槳形式和其他發(fā)酵罐部件。發(fā)酵罐內常安裝4塊擋板以增加混合、傳熱和傳質效率。擋板之寬度為發(fā)酵罐直徑的10%12%，擋板越寬則混合效果越好。攪拌功率的計算一直作為發(fā)酵罐設計和放大的一個重要課題。它是指攪拌槳輸入發(fā)酵液的功率，即攪

16、拌槳在轉動時為克服發(fā)酵液阻力所作的功率，有時被稱為軸功率。v通氣條件下非牛頓流體攪拌功率的計算常用Michel-Miller公式v式中：v與流體黏度有關的系數(shù)；vPg通氣功率，kW； Q1、Q2與流體粘度有關的系數(shù)vPo不通氣功率，kW； Di攪拌器直徑，m；v Q 通氣量，L/min; N攪拌轉速，r/min；23020 .5 6ipn DQQ1gp Q1gp Q(1)瓦爾德夫發(fā)酵罐，它裝有一種獨特的消泡裝置。瓦爾德夫發(fā)酵罐，它裝有一種獨特的消泡裝置。(2)一種帶有上下兩個分離攪拌器的發(fā)酵罐。上攪拌采用螺一種帶有上下兩個分離攪拌器的發(fā)酵罐。上攪拌采用螺旋槳，用以加強軸向流動；下攪拌采用渦輪槳

17、分散氣體，旋槳，用以加強軸向流動；下攪拌采用渦輪槳分散氣體，可以提高氧傳遞效率。這種設計方法充分發(fā)揮了這兩種攪可以提高氧傳遞效率。這種設計方法充分發(fā)揮了這兩種攪拌槳的各自特長。拌槳的各自特長。(3)完全填充反應器是一種比通氣攪拌罐能更有效地提高氧完全填充反應器是一種比通氣攪拌罐能更有效地提高氧傳遞效率的發(fā)酵罐。它混合時間短，即使對十分黏稠的液傳遞效率的發(fā)酵罐。它混合時間短，即使對十分黏稠的液體也有同樣效果。它還消除了罐頂?shù)目臻g，空氣在罐內的體也有同樣效果。它還消除了罐頂?shù)目臻g，空氣在罐內的滯留時間比通氣攪拌罐長。滯留時間比通氣攪拌罐長。改良型通風式發(fā)酵雖然有一些改進，但是它的實際應用卻改良型通

18、風式發(fā)酵雖然有一些改進，但是它的實際應用卻遠沒有通風發(fā)酵廣泛。遠沒有通風發(fā)酵廣泛。（一）簡介（一）簡介 機械攪拌自吸式發(fā)酵罐是機械攪拌自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機和通一種不需要空氣壓縮機和通氣管，而是在轉子和定子組氣管，而是在轉子和定子組成的特殊攪拌器作用下自吸成的特殊攪拌器作用下自吸入空氣的發(fā)酵罐。入空氣的發(fā)酵罐。（二）特點（二）特點1、節(jié)省了空氣壓縮系統(tǒng)，、節(jié)省了空氣壓縮系統(tǒng)，減少了設備投資；減少了設備投資；2、溶氧系數(shù)高，應用范、溶氧系數(shù)高，應用范圍廣；圍廣；3、便于實現(xiàn)自動化和連、便于實現(xiàn)自動化和連續(xù)化續(xù)化（三）缺點：（三）缺點：1、進罐空氣處于負壓狀、進罐空氣處于負壓狀態(tài)，容易

19、增加雜菌侵入的態(tài)，容易增加雜菌侵入的機會，不適合無菌要求高機會，不適合無菌要求高的發(fā)酵過程；的發(fā)酵過程；2、裝料系數(shù)較低，約、裝料系數(shù)較低，約40%；3、攪拌容易導致轉速提、攪拌容易導致轉速提高，有可能使某些微生物高，有可能使某些微生物的菌絲被切斷，影響細胞的菌絲被切斷，影響細胞的正常生長。的正常生長。攪拌時液體沿著套筒外向攪拌時液體沿著套筒外向上升至液面，然后由套筒內返上升至液面，然后由套筒內返回罐底，攪拌器是用回罐底，攪拌器是用6根彎曲根彎曲的空氣管子焊于圓盤上，兼做的空氣管子焊于圓盤上，兼做空氣分配器。空氣由空心軸導空氣分配器?？諝庥煽招妮S導入，經(jīng)過攪拌器的空心管吹出，入，經(jīng)過攪拌器的空

20、心管吹出，與被攪拌器甩出的液體相混合，與被攪拌器甩出的液體相混合，發(fā)酵液在套筒外側上升，由套發(fā)酵液在套筒外側上升，由套筒內部下降，形成循環(huán)。這種筒內部下降，形成循環(huán)。這種發(fā)酵罐多應用于紙漿廢液發(fā)酵發(fā)酵罐多應用于紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酵母。設備的缺點是結構生產(chǎn)酵母。設備的缺點是結構復雜，清洗套筒較困難，消耗復雜，清洗套筒較困難，消耗功率較高。功率較高。（一）簡介（一）簡介氣升式發(fā)酵罐屬于氣升式發(fā)酵罐屬于非機械攪拌發(fā)酵罐。該非機械攪拌發(fā)酵罐。該發(fā)酵罐內分為上升管和發(fā)酵罐內分為上升管和下降管，含氣量高的發(fā)下降管，含氣量高的發(fā)酵液密度小向上升，而酵液密度小向上升，而含氣量低的發(fā)酵液密度含氣量低的發(fā)酵液密度高

21、鄉(xiāng)下降；由于在管內高鄉(xiāng)下降；由于在管內外發(fā)酵液密度不同，產(chǎn)外發(fā)酵液密度不同，產(chǎn)生壓力差，推動發(fā)酵液生壓力差，推動發(fā)酵液在罐內外循環(huán)。在罐內外循環(huán)。（二）原理（二）原理在上升管的下部設在上升管的下部設有空氣噴嘴，空氣以有空氣噴嘴，空氣以250-300m/s的高速噴入的高速噴入上升管，使氣泡分散在上升管，使氣泡分散在上升管中的發(fā)酵液中，上升管中的發(fā)酵液中，發(fā)酵液的密度下降而上發(fā)酵液的密度下降而上升，罐內發(fā)酵液由于密升，罐內發(fā)酵液由于密度較大而下降進入上升度較大而下降進入上升管，從而形成了發(fā)酵液管，從而形成了發(fā)酵液的循環(huán)。的循環(huán)。（三）特點（三）特點1、結構簡單，節(jié)省動、結構簡單，節(jié)省動力，操作方便

22、，雜菌污力，操作方便，雜菌污染機會少，裝料系數(shù)高，染機會少，裝料系數(shù)高，氧的傳質速率高，可用氧的傳質速率高，可用于高密度培養(yǎng)；于高密度培養(yǎng)；2、依靠空氣流動帶動、依靠空氣流動帶動發(fā)酵液循環(huán)流動，既能發(fā)酵液循環(huán)流動，既能使發(fā)酵液均勻混合，又使發(fā)酵液均勻混合，又能使氣體充分分散，而能使氣體充分分散，而且沒有動力剪切力，也且沒有動力剪切力，也適合動植物細胞培養(yǎng)。適合動植物細胞培養(yǎng)。 液提式發(fā)酵罐是液體借助液體泵進行液提式發(fā)酵罐是液體借助液體泵進行輸送，同時氣體在液體的噴嘴處被吸入的輸送，同時氣體在液體的噴嘴處被吸入的發(fā)酵罐，液提發(fā)酵罐的常見形式有：噴嘴發(fā)酵罐，液提發(fā)酵罐的常見形式有：噴嘴塔式、噴嘴塔循環(huán)式、滴流式、六級塔循塔式、噴嘴塔循環(huán)式、滴流式、六級塔循環(huán)式、管道循環(huán)式、下流塔式、液體流化環(huán)式、管道循環(huán)式、下流塔式、液體流化床式。床式。中空纖維固定化中空纖維固定化細胞反應器細胞反應器細胞循環(huán)膜細胞循環(huán)膜發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵系統(tǒng)膜生物反應器是將細胞或微生物等截留或膜生物反應器是將細胞或微生物等截留或存放在海綿體內，以實現(xiàn)生物催化劑和反