第二章發(fā)酵工程

第二章發(fā)酵設(shè)備

Chapter2FermentationEquipment

本章要求了解發(fā)酵設(shè)備的種類掌握通氣式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)掌握通氣式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的相關(guān)操作量少淺盤，簾子量多厚層通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備液體厭氧發(fā)酵好氧發(fā)酵機(jī)械攪拌

氣升式非循環(huán)式——通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐、自吸式循環(huán)式伍氏（內(nèi)循環(huán)）、泵循環(huán)、文氏管循環(huán)（外循環(huán)）

非循環(huán)式——

循環(huán)式——

空氣帶升式固體噴射式、排管式一、固體發(fā)酵容器醬油固體發(fā)酵罐二、液體發(fā)酵容器

1

厭氧發(fā)酵罐啤酒廠中發(fā)酵罐啤酒發(fā)酵罐發(fā)酵罐頂進(jìn)料管發(fā)酵罐頂人孔發(fā)酵罐底排料口啤酒廠中發(fā)酵罐葡萄酒發(fā)酵罐雙層部分控制溫度葡萄酒發(fā)酵罐頂部進(jìn)料口排氣口CO2葡萄酒發(fā)酵罐的底部出皮渣口葡萄酒葡萄酒發(fā)酵罐底部2好氧發(fā)酵罐

機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐

小試機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐罐體由圓柱體或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼或復(fù)合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼厚度為2～3mm；為了滿足工藝要求，罐需要承受一定壓力，通常滅菌壓力為0.25MPa；生產(chǎn)用的發(fā)酵罐容積有20m3，30m3，50～60m3，75m3，150m3以至500m3；罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小；（1）罐體罐體上的管路越少越好機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要部件包括：

罐身電機(jī)攪拌器軸封消泡器聯(lián)軸器中間軸承空氣吹泡管（或空氣噴射器）擋板冷卻裝置人孔以及視鏡其它（2）攪拌器－攪拌器和擋板

攪拌作用打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率；使發(fā)酵液充分混和。攪拌葉的類型渦輪式螺帶螺桿式錨式旋葉式

（3）擋板

擋板的作用——防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，提高溶解氧。豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用；（4）消泡器有鋸齒式、梳式、孔板式、旋槳梳式等消泡器的長度約為罐經(jīng)的0.65倍（5）儀表工藝參數(shù)溫度壓力空氣流量液位pH值溶解氧物理參數(shù)：軸的功率、發(fā)酵液的粘度、溫度、壓力化學(xué)參數(shù)：pH值、糖含量、無機(jī)離子濃度、排氣中的CO2間接參數(shù)：呼吸熵、細(xì)胞干重、產(chǎn)物的含量壓力表會有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；起不到緩沖作用；滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種直管缺點(diǎn)彎管液封，上面的雜菌不會掉入下面管道中。閥門三通，使彎管滅菌徹底溫度計(jì)常用的水銀、酒精溫度計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)溫度計(jì)流量計(jì)發(fā)酵罐罐體的尺寸比例罐體各部分的尺寸有一定比例，高/徑比約為2.5～4。發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑的3倍。對于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌槳葉。最下面一組攪拌器與風(fēng)管出口較接近為好，與罐底的距離C一般等于攪拌器直徑D，不宜小于0.8D，否則會影響液體的循環(huán)。各種各樣的發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐2好氧發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐

自吸式發(fā)酵罐使用的是帶中央吸氣口的攪拌器。攪拌器由從罐底向上伸入的主軸帶動，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片不斷排開周圍的液體使其背側(cè)形成真空，于是將罐外空氣通過攪拌器中心的吸氣管而吸人罐內(nèi)，吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立即通過導(dǎo)輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，均勻分布。電機(jī)2好氧發(fā)酵罐--氣升式發(fā)酵罐三、發(fā)酵罐的操作1發(fā)酵罐的滅菌（在夾套中）關(guān)好空氣閥，蒸氣上進(jìn)下出，沖蒸氣，壓力大于2kg/cm2（120℃），最好是4～5kg/cm2（160℃）。當(dāng)罐內(nèi)溫度>80℃，進(jìn)蒸氣口（蒸氣閥）關(guān)掉，出蒸氣口（排氣閥）關(guān)小。打開空氣閥，蒸氣直接進(jìn)罐，121℃，20～30min。從80℃～100℃上升很快，大于100℃后溫度上升很慢，到118℃時(shí)就開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)25min時(shí)立即關(guān)掉蒸氣閥。關(guān)掉蒸氣閥后通入無菌空氣，使罐內(nèi)一直保持正壓（高于大氣壓，空氣不會倒灌入罐內(nèi)）。（在夾套中）立即加自來水冷卻，從下向上，使溫度盡快降到55℃左右，到37～38℃時(shí)關(guān)掉水，也有緩沖性。因?yàn)橛芯彌_性，蒸氣會沖到121℃。在80℃以上沖入蒸氣不容易產(chǎn)生冷凝水，罐內(nèi)體積不會增加很大，培養(yǎng)基不會被稀釋很大。發(fā)酵罐的滅菌－－注意點(diǎn)

升溫降溫時(shí)注意緩沖性滅菌時(shí)蒸氣從夾套中進(jìn)去，如從罐中進(jìn)去，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法接種、容易污染冬天溫度低、散熱快，低于30℃需加溫。加溫時(shí)蒸氣由下進(jìn)入、從上而出。如從25℃→30℃，加熱到28℃時(shí)即可關(guān)蒸氣閥微生物代謝發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生大量熱，使溫度大于30℃，需考慮適當(dāng)降溫。冷卻時(shí)冷卻水由下進(jìn)入、從上而出，注意緩沖性，不要降至30℃才關(guān)小型罐50L～7T用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐7噸以上，用冷卻管（盤腸、列管系統(tǒng)）2發(fā)酵罐的管路和死角的消除盡量減少管路發(fā)酵罐的出口越少越好出料口和進(jìn)氣管可以合并接種管、消泡管、補(bǔ)料管可以合并排氣管不能合并，易引起交叉污染消滅死角絲口連接處改用法蘭連接焊接部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊管道轉(zhuǎn)彎有弧度放料管、取料管的閥腔處裝小閥消滅滲漏2發(fā)酵罐的管路和死角的消除罐體穿孔——

不銹鋼冷卻管產(chǎn)生裂縫——

定期更換墊圈（法蘭連接）松脫——

擰緊軸封滲漏——

軸絕對垂直焊縫滲漏閥桿3發(fā)酵罐的管道布置保證蒸氣在管道中暢通，有排氣口（小閥），接種管、中間補(bǔ)料管、放料管都要有排氣口（小閥）避免冷凝水排入已滅菌的罐體或空氣，加止逆閥（單向閥）滅菌后的管道用無菌空氣保壓單向閥位置正確蒸氣總管道要有分氣缸、排氣閥、減壓閥、安全閥相鄰罐不聯(lián)通4發(fā)酵罐的操作－－接種接種的三種方法火圈直接倒種注射器接種壓力差接種小罐接種口用火圈殺菌；橡膠口在火圈上過一下，套入接種口；進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，罐內(nèi)和種子瓶同時(shí)升壓至1kg/cm2；關(guān)閉發(fā)酵罐和種子瓶之間的閥門，打開發(fā)酵罐排氣閥，罐內(nèi)壓力下降至0.5kg/cm2，倒置種子瓶，打開發(fā)酵罐和種子瓶之間的閥門，瓶內(nèi)種子液進(jìn)入罐內(nèi)；一次沒有接完再重復(fù)。種子罐→發(fā)酵罐移種管滅菌：進(jìn)入罐的管道閥門要關(guān)好，移種管中壓力>2kg/cm2，滅菌15min，關(guān)蒸氣種子罐上進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，壓力升至2kg/cm2發(fā)酵罐中保持正壓，比空氣高一點(diǎn)，排氣閥打開，進(jìn)氣閥關(guān)小，壓力降至0.5kg/cm2打開通向罐的閥門，兩罐相通，因壓力差，菌液進(jìn)入發(fā)酵罐關(guān)掉通向罐的兩個閥門，移種管滅菌5發(fā)酵罐的操作－－取樣①②③取樣閥①關(guān)緊，打開蒸氣閥②，再打開閥門③