第二章 生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備設(shè)備

發(fā)酵機(jī)械與設(shè)備徐明芳博士教授暨南大學(xué)生科院2015-09-18目錄緒論第一篇生物質(zhì)原料處理設(shè)備第二篇生物反應(yīng)設(shè)備第三篇產(chǎn)物分離設(shè)備第四篇其他設(shè)備底物2生物反應(yīng)器檢測(cè)控制儀表培養(yǎng)基2（滅菌）經(jīng)加工原料酶細(xì)胞生物催化劑（游離或固定化）機(jī)械能除菌空氣產(chǎn)品提取純化副產(chǎn)品產(chǎn)品廢物熱能原材料1營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術(shù)過程核心技術(shù)？第一篇生物質(zhì)原料處理設(shè)備第一章生物質(zhì)原料預(yù)處理設(shè)備第二章生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備設(shè)備第三章生物細(xì)胞培養(yǎng)基滅菌設(shè)備內(nèi)容第一節(jié)淀粉質(zhì)原料的蒸煮與糖化設(shè)備第二節(jié)糖蜜原料的稀釋與澄清第三節(jié)啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設(shè)備第四節(jié)固體培養(yǎng)基制備設(shè)備思考題1.目前啤酒廠的糖化鍋中利用___________進(jìn)行攪拌。A.圓盤平直葉渦輪攪拌器B.螺旋漿式攪拌器C.醪液內(nèi)二氧化碳的密度梯度D.二折葉旋槳式攪拌器？2.酒精廠連續(xù)蒸煮、糖化流程？3.啤酒廠糖化設(shè)備組成方式：四器、六器組合，各設(shè)備作用？4.連續(xù)蒸煮糖化的設(shè)備流程（真空罐、管式和柱式）5、連續(xù)蒸煮糖化設(shè)備有幾種形式？6、幾種糖蜜稀釋器的主要結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)的差異性？7、糖蜜原料的澄清方法有幾種？。8、麥芽汁的制備流程？主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理：糊化鍋、糖化鍋、9、固體培養(yǎng)基制備的主要設(shè)備有有幾種？底物生物反應(yīng)器檢測(cè)控制儀表培養(yǎng)基（滅菌）經(jīng)加工原料酶細(xì)胞生物催化劑（游離或固定化）機(jī)械能除菌空氣產(chǎn)品提取純化副產(chǎn)品產(chǎn)品廢物熱能原材料營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術(shù)過程核心技術(shù)？培養(yǎng)基制備工藝過程：

原料→篩選→粉碎

→糊化（蒸煮、酶）

→→糖化（酶法）→滅菌→冷卻第一節(jié)、淀粉質(zhì)原料的蒸煮糖化設(shè)備（一）蒸煮目的1、破壞淀粉顆粒的外皮，使其內(nèi)容物流出，呈溶解狀態(tài)變成可溶性淀粉，便于糖化劑作用。2、滅菌。(二)蒸煮和糖化1.連續(xù)蒸煮有低溫長時(shí)間的罐式連續(xù)蒸煮工藝，中溫的柱式連續(xù)蒸煮工藝和高溫短時(shí)間的管式連續(xù)蒸煮工藝。2.對(duì)連續(xù)糖化的要求主要是使糊化醪與曲液（酶液）充分混合，在一定溫度下維持一定時(shí)間，并保持流動(dòng)狀態(tài)，以便于酶的作用。第一節(jié)淀粉質(zhì)原料的蒸煮與糖化蒸煮目的：

使植物組織和細(xì)胞膜徹底破裂，淀粉成為溶解狀態(tài)進(jìn)行液化；同時(shí)對(duì)進(jìn)料進(jìn)行滅菌；排除原料中的一些不良成分及氣味。糖化：糖化酶將淀粉、糊精進(jìn)行水解化為能夠被生物細(xì)胞利用的可發(fā)酵性物質(zhì)，降低醪液的粘度連續(xù)糖化與間隙糖化：連續(xù)流動(dòng)，在不同的設(shè)備中完成加料、蒸煮、糖化、冷卻等不同工藝操作，整個(gè)過程連續(xù)化

連續(xù)蒸煮糖化設(shè)備有罐式、管式和柱式三種形式。罐式連續(xù)蒸煮糖化，蒸煮溫度較低，可節(jié)省煤耗，操作容易控制，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便1、連續(xù)蒸煮糖化及其設(shè)備

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（氣液分離）1、連續(xù)式蒸煮罐結(jié)構(gòu)主體:圓筒與封頭焊成

易損部件:下封頭

罐徑：D/H=3-5

罐數(shù)：4-6個(gè)

操作過程：長圓筒與封頭焊成，粉漿由罐底進(jìn)料口壓入，用活汽加熱蒸煮，加熱達(dá)要求的物料經(jīng)罐頂出料口流出入后熟罐，物料出口管伸入罐內(nèi)300-400mm（使罐內(nèi)留有一定的空間）從罐中部6引出部分糊化醪去制備液體曲。

罐式連續(xù)蒸煮糖化的特點(diǎn)：１、采用噴射加熱器連續(xù)加熱，節(jié)?。?、操作容易控制；３、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為大中型工廠廣泛采用；４、采用真空冷卻器冷卻，提高效率，降低費(fèi)用。蒸煮器---（1）罐式蒸煮設(shè)備2.連續(xù)式三套管式蒸煮罐

它由三層直徑不同的套管組成。內(nèi)層和中層管上都鉆有很多小孔，各層套管用法蘭連接。粉漿流過中層管，高壓加熱蒸汽從內(nèi)外兩層管的小孔內(nèi)噴出，使熱粉漿加熱，這種形式汽液接觸均勻，加熱較全面，可在很短時(shí)間內(nèi)使粉漿達(dá)到規(guī)定的蒸煮溫度。粉漿冷粉漿熱粉漿熱粉漿蒸汽3、汽液分離器

（后熟器）操作要求：（1）分離出二次蒸汽（2）裝料率為50%

4、真空冷卻器（加快冷卻）優(yōu)點(diǎn)：蒸煮醪在驟然冷卻下，形成結(jié)晶狀的小粒。

糊化醪冷卻溫度: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卻器的原理構(gòu)造

原理:物料在一定真空度下蒸發(fā)部分水，需要汽化潛熱，取自料液本身，因而料液很快被冷卻到真空相應(yīng)的溫度，稱為真空冷卻。欲保持真空冷卻器中真空度，一般要借助于水力噴射泵或蒸汽噴射泵，連續(xù)地抽去真空冷卻器中的二次蒸汽。真空冷卻器構(gòu)造三維圖真空連續(xù)糖化罐工藝真空糖化罐依靠壓力差蒸煮醪液由汽液分離器a，與糖化曲液由計(jì)量暫存桶b同時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)-糖化器c。既是蒸發(fā)冷卻器，又是糖化器，簡(jiǎn)化了設(shè)備。罐式連續(xù)蒸煮糖化的特點(diǎn)：１、采用噴射加熱器連續(xù)加熱，節(jié)省２、操作容易控制；３、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為大中型工廠廣泛采用；４、采用真空冷卻器冷卻，提高效率，降低費(fèi)用。（2）柱式連續(xù)蒸煮設(shè)備蒸汽加熱（3）管式連續(xù)蒸煮--糖化工藝流程1-輸送機(jī)2-斗式提升機(jī)3-貯料斗4-錘式粉碎機(jī)5-螺旋輸送機(jī)6-粉漿罐7-泵8-預(yù)熱鍋9-進(jìn)料控制閥10-過濾器11-泥漿泵12-單向閥13-三套管加熱器14-蒸煮管道15-壓力控制閥16-后熟器17-蒸汽分離器18-真空冷凝器19-蒸汽冷凝器

20-糖化鍋

（1）糖化罐a.連續(xù)糖化罐具有圓筒形外殼，球形或錐形底。作用原理：是連續(xù)地把糊化醪與水稀釋，并與液體曲或麩曲乳或糖化酶（酶制劑）混合，在一定溫度下維持一定時(shí)間，保持流動(dòng)狀態(tài)，以利于酶的活動(dòng)。糖化罐（淀粉、糊精水解）糖化罐的構(gòu)造和計(jì)算（１）糖化罐的計(jì)算

糖化罐的容積決定于醪液流量和在罐中的逗留時(shí)間及其有效的容積系數(shù)。

（２）糖化罐的構(gòu)造

氣液分離器

糖化曲計(jì)量罐

真空糖化罐

冷凝器

真空冷卻器糖化醪泵

三級(jí)冷凝器

雙酶法制糖工藝流程圖貯罐調(diào)配預(yù)熱噴射液化器后熟罐噴射滅酶冷卻器糖化罐冷卻器分離罐2、間歇蒸煮糖化設(shè)備及蒸煮工藝蒸煮設(shè)備：錐形蒸煮鍋適宜于對(duì)整粒原料的蒸煮，蒸煮醪的質(zhì)量很均勻，蒸煮醪排出比較方便

蒸煮工藝：間歇加壓蒸煮和添加淀粉酶液化后間歇加壓蒸煮糊化鍋的構(gòu)造：球形鍋底，有攪拌裝置；糊化鍋的直徑與圓筒高度之比為2∶1，升氣管面積為料液面積的1/30~1/50糊化鍋的容積：決定于加入的原料量。每100kg投料有效容積為0.5~0.55m3，（1）間歇加壓蒸煮工藝流程加水入蒸煮鍋→投料→升溫→蒸煮→吹醪（2）加淀粉酶加壓蒸煮工藝流程先加細(xì)菌淀粉酶（粉碎原料的0.1~0.2%）液化后，再進(jìn)行加壓蒸煮，蒸煮壓力可以降低，蒸煮時(shí)間也可縮短。粉碎原料和水拌勻，調(diào)整溫度至50~60℃，加入細(xì)菌淀粉酶，拌勻，再加石灰水調(diào)整pH到6.9~7.1將淀粉液輸送到蒸煮鍋中，通入壓縮空氣進(jìn)行攪拌，并通蒸汽升溫到93℃，保持1小時(shí)。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，則停止通壓縮空氣，繼續(xù)升溫至130℃，保持0.5小時(shí)，吹醪送至糖化鍋

（3）間歇糖化設(shè)備：具有攪拌和冷卻裝置的糖化鍋間歇糖化法的工藝流程：蒸煮醪→糖化鍋＋加水＋冷卻（120→60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷卻（60→30℃）→發(fā)酵罐（或酒母罐）（4）糖化效率：糖化效率=糖化醪中還原糖×100%／糖化醪中總糖第二節(jié)糖蜜的稀釋與澄清糖蜜含有大量的可發(fā)酵性糖，是一種非結(jié)晶糖分。是微生物工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)酒精、甘油、谷氨酸、食用酵母及液態(tài)飼料等的良好原料。濃度高（80°Bx以上），膠體物質(zhì)與灰分多，產(chǎn)酸細(xì)菌多發(fā)酵前需進(jìn)行稀釋、酸化、滅菌、澄清等處理過程1、糖蜜稀釋器的構(gòu)造和原理目前中國糖蜜酒精廠多采用連續(xù)稀釋法。（1）水平式糖蜜連續(xù)稀釋器管內(nèi)沒有攪拌器水平式糖蜜連續(xù)稀釋器主體：圓筒水平管

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：管內(nèi)裝有若干隔板和篩板，將其分成若干空段，以改善糖液的流動(dòng)形式，使糖蜜與水很好地混合。(2）立式糖蜜稀釋器

主體：立式圓筒

特點(diǎn)：圓筒部分有7-8板半圓形缺口的隔板左右交替配置(3）錯(cuò)板式糖蜜稀釋器

主體:立式圓筒

特點(diǎn)：圓筒內(nèi)有10-15塊檔板成600角設(shè)置

4）脹縮式糖蜜稀釋器

主體：立式變徑圓筒

特點(diǎn)：中間幾次突然收縮直徑5）變管徑式糖蜜稀釋器

主體：立式變徑圓筒

特點(diǎn)：由幾種不同管徑的直管段連接而成

2、糖蜜原料的澄清目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同時(shí)進(jìn)行滅菌，以達(dá)到發(fā)酵的要求。對(duì)于固體含量少[<0.1%（v/v）]，顆粒直徑在5~100μm的懸浮液，在過濾時(shí)難以形成濾餅，就要采用澄清過濾。澄清方法：加酸通用處理法、加熱加酸沉淀法、絮凝劑澄清處理法等

第四節(jié)啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設(shè)備麥芽汁是啤酒酵母的培養(yǎng)基，是影響啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。制備設(shè)備：糊化鍋、糖化鍋、過濾槽和煮沸鍋等。（一）

啤酒廠糖化設(shè)備的組合方式1.兩器組合2.四器組合3.五器組合（糊化鍋、糖化鍋、過濾槽、麥汁煮沸鍋、糖化醪過濾槽）4.六器組合第三節(jié)啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設(shè)備啤酒生產(chǎn)流程一、糊化鍋主要作用是用于煮沸大米粉和部分麥芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。1．糊化鍋的構(gòu)造2．糊化鍋的容積糊化鍋1、作用2、結(jié)構(gòu)及材料D/H=2，弧形底,蒸汽夾套傳熱攪拌器升氣管環(huán)形槽調(diào)節(jié)風(fēng)門容積100kg干物料0.5m3材料：不銹鋼球形鍋中麥芽汁的循環(huán)圖3.原理

弧形鍋底對(duì)流體傳熱循環(huán)的影響，靠近鍋傾斜壁有較淺的液柱h2，但有較大的加熱面積f2，而中心部位具有較深的液柱h1，加熱面積f1較小，因此在鍋底部位周圍較快發(fā)生氣泡，將液體向上推，而形成中心液體向下的自然循環(huán)。

優(yōu)點(diǎn):節(jié)省攪拌動(dòng)力消耗，能夠促進(jìn)液體循環(huán),,便于清洗。

二、糖化鍋用途是使麥芽粉與水混合，并保持一定溫度進(jìn)行蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化廣泛采用不銹鋼制作，也可用碳鋼制造。其外形和構(gòu)造與糊化鍋大致相同。裝有螺旋槳攪拌器，有的在鍋內(nèi)壁裝有擋板。一般糖化鍋容積比糊化鍋大約一倍。鍋底為平底或球形底（球形蒸汽夾套）。鍋體直徑與高之比一般為2∶1，升氣管截面積為鍋圓筒截面積的1/30~1/50

糖化鍋1.結(jié)構(gòu)：與糊化鍋相似。H=0.5D2.作用：蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化3.容積：比糊化鍋大1倍裝滿系數(shù)為0.74.傳熱面積：比糊化鍋小三、過濾槽用途：過濾糖化后的麥醪，使麥汁與麥糟分開而得到清亮的麥芽汁型式與構(gòu)造：具有不銹鋼圓柱形槽身和平底及紫銅板弧形頂蓋的容器，有一層與平底平行的過濾篩板（用3.5~4.5mm厚的磷青銅或不銹鋼制成），篩孔一般采用0.4~0.7×30~50mm條形孔或直徑0.8mm的圓孔，內(nèi)設(shè)有耕糟裝置。麥糟層厚度：0.3~0.4m過濾面積：100kg干麥芽所需過濾面積為0.5~0.6m2過濾槽容積：G＝200FG-每次糖化所用的麥芽量，kg；F-所需槽底的面積，m2耕糟機(jī)轉(zhuǎn)速：耕糟時(shí)0.25~0.4r/min，0.04~0.07m/s出糟時(shí)4~5r/min，0.4~0.7m/s四、煮沸鍋（濃縮作用）用途：用于麥汁的煮沸和濃縮，蒸發(fā)掉多余的水分，使麥汁達(dá)到一定的濃度。并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物質(zhì)進(jìn)入麥汁中。

型式與結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)型式與糊化鍋基本相同，有攪拌裝置容積：麥芽煮沸鍋容積計(jì)算與糊化鍋相同。麥汁煮沸鍋的容量：100kg麥芽約需800~900升容量，加上25~30％作為麥汁運(yùn)動(dòng)的空間鍋內(nèi)液柱高與直徑之比：1：2

攪拌葉的轉(zhuǎn)速：約20~35r/min，3m/s左右排汽管的截面積：鍋內(nèi)液體表面積的1/30~1/50煮沸時(shí)間：一般約1.5~2小時(shí)啤酒發(fā)酵設(shè)備啤酒釀造工藝粉碎機(jī)冷卻器發(fā)酵罐啤酒釀造流程兩器第四節(jié)固體培養(yǎng)基制備設(shè)備固態(tài)發(fā)酵：微生物在具有一定溫度和濕度的固體表面進(jìn)行生長和繁殖就稱為固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵流程：原料先經(jīng)過粉碎設(shè)備粉碎后，在混合機(jī)中充分混合，蒸煮滅菌，冷卻后接入固體或液體種，再進(jìn)行充分混合，最后在一定溫度、pH及適度攪拌等條件下進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)。醬油固態(tài)發(fā)酵車間發(fā)酵池固體培養(yǎng)基：固態(tài)發(fā)酵所用的培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基：制備工藝流程主要設(shè)備