hzau生物工程設(shè)備第二章 培養(yǎng)基制備及滅菌設(shè)備

第二章培育基制備及滅菌設(shè)備培育基的制備包括培育基淀粉質(zhì)原料的液化、糖化、過(guò)濾以及培育基的調(diào)配等操作。根據(jù)原料、菌種以及產(chǎn)品、消費(fèi)規(guī)模的不同，培育基的制備及滅菌工藝有所不同，設(shè)備上也會(huì)有些差別。這要根據(jù)詳細(xì)的情況來(lái)思索。

第一節(jié)培育基的制備采用的原料不同、菌種不同，培育基的制備會(huì)有所不同。如：不具備液、糖化才干的菌種采用淀粉質(zhì)原料時(shí)，必需經(jīng)過(guò)液、糖化后才干被利用；而采用糖蜜作為原料時(shí)，只需經(jīng)過(guò)稀釋、配料即可。同時(shí)，根據(jù)菌種、原料和后處置的難易，糖化后的糖化液要思索能否經(jīng)過(guò)過(guò)濾處置。一、糖蜜原料的稀釋及廓清糖蜜是制糖廠的副產(chǎn)物，是糖的結(jié)晶母液，含有約占70%的可發(fā)酵性糖，還含有大量的生物素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。除可作為糖源外，還可作為生物素添加。用糖蜜為原料進(jìn)展酵母的酒精發(fā)酵時(shí)，由于糖濃度太高，酵母不能直接利用，需進(jìn)展稀釋、酸化、滅菌和添加營(yíng)養(yǎng)鹽等處置過(guò)程。主要采用糖蜜稀釋器來(lái)進(jìn)展稀釋和添加營(yíng)養(yǎng)鹽的操作。根據(jù)產(chǎn)量不同可分別采用間歇式和延續(xù)式兩種稀釋器?！?〕間歇式稀釋器采用敞口的容器，安裝攪拌安裝使糖蜜和水能到達(dá)均勻的混合。常用的攪拌安裝有通風(fēng)管和攪拌槳葉兩種。V=5-20m3H/D=1.1裝填系數(shù)φ=0.8-0.85主要適用于小規(guī)模的消費(fèi)上。〔2〕延續(xù)式稀釋器1、程度式主體為一個(gè)圓筒形程度管，略有傾斜，沿管長(zhǎng)安裝假設(shè)干隔板和篩板，分成假設(shè)干個(gè)空段，隔板上的孔上下交錯(cuò)布置，用來(lái)改動(dòng)糖液流向，使糖蜜和水很好的混合。沿管長(zhǎng)還有許多的管口，用來(lái)添加水、營(yíng)養(yǎng)鹽和酒精液體。該設(shè)備無(wú)須攪拌器，節(jié)省動(dòng)力。2、立式器身為圓筒形，糖蜜和水從下部底進(jìn)入，經(jīng)過(guò)混合安裝，并添加營(yíng)養(yǎng)鹽后從上部頂流出?；旌习惭b有三種方式：a、通用形：筒體部分用假設(shè)干塊具有半圓形缺口的隔板交錯(cuò)配置，即一塊缺口在左、另一塊缺口在右，迫使液體交錯(cuò)呈湍流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)糖蜜與水的混合；b、脹縮式：在中空的圓筒形器身上有幾次直徑的突變，水和糖蜜從器底進(jìn)入后，因幾次直徑的忽然改動(dòng)而使流速發(fā)生改動(dòng)，促進(jìn)了糖液的均勻混合。其收縮部分的直徑與器身的直徑比是1:2-3，收縮段的長(zhǎng)度等于器身的直徑。c、變管徑式：器身由幾種不同管徑的直管段銜接而成，原理同脹縮式。除此之外，還有從上部進(jìn)料，下部出料的錯(cuò)板式。它是在圓筒形器體內(nèi)安裝交錯(cuò)陳列的傾斜擋板，擋板數(shù)量10-15塊。經(jīng)過(guò)擋板的作用使糖蜜和水得到均勻混合。進(jìn)展稀釋器設(shè)計(jì)時(shí)要留意，立式上流稀釋器糖蜜的流速控制在0.035m/s，稀釋器內(nèi)流速控制在0.03-0.05m/s，進(jìn)水流速控制在1.5m/s。二、淀粉質(zhì)原料培育基的制備以淀粉質(zhì)原料消費(fèi)酒精傳統(tǒng)工藝采用蒸煮糖化工藝；消費(fèi)氨基酸及現(xiàn)代酒精消費(fèi)采用液化、糖化工藝；乳酸發(fā)酵先只液化，而在發(fā)酵過(guò)程中邊糖化、邊發(fā)酵工藝；檸檬酸發(fā)酵采用只進(jìn)展液化的工藝；此外，淀粉質(zhì)原料還有酸水解制糖工藝；

〔一〕蒸煮糖化工藝〔1〕蒸煮的目的第一是要借助于蒸煮的高溫高壓作用，破壞原料中淀粉顆粒的外皮，使內(nèi)容物釋放出來(lái)，變成可溶性淀粉；第二是借助高溫高壓作用，把存在于原料中的大量微生物殺死?！?〕流程調(diào)漿升溫維持降溫糖化〔3〕設(shè)備目前，在我國(guó)多采用延續(xù)的罐式蒸煮設(shè)備。它具有溫度可高可低，節(jié)省能耗，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，制造方便的優(yōu)點(diǎn)。1、調(diào)漿罐是一個(gè)帶攪拌系統(tǒng)的立式罐，下部是橢圓形或錐形封底，上部是平頂或敞口，經(jīng)過(guò)工字鋼來(lái)支撐攪拌系統(tǒng)。H/D=1。

2、蒸煮罐由長(zhǎng)圓筒和球形或碟形封頭焊接而成。漿料從底部進(jìn)入，蒸汽從下封頭偏上處進(jìn)入后，往下噴出，將料迅速加熱，保壓0.3-0.35MPa〔表壓〕。罐頂裝有平安閥和壓力表，出口管伸入罐內(nèi)300-400mm。罐的焊接采用雙面焊，蒸汽管的入口處安裝單向閥，以防止蒸汽管路壓力降低時(shí)罐內(nèi)醪液倒流。罐外有良好的保溫層，防止熱量的散失。3、蒸汽放射泵漿料的加熱安裝，可替代蒸煮罐。當(dāng)物料流過(guò)放射泵時(shí)，在噴嘴處產(chǎn)生的真空將外來(lái)的蒸汽吸入，對(duì)物料進(jìn)展加熱，它屬于靜態(tài)混合器的一種。4、后熟器〔維持罐〕外形和蒸煮罐一樣，但沒(méi)有蒸汽管。目的是維持蒸煮壓力，保證一定的蒸煮時(shí)間。其直徑不宜太大，以保證物料的先進(jìn)先出，防止受熱不均。5、汽液分別器糊化醪隨著流動(dòng)，壓力降低，產(chǎn)生大量的二次蒸汽，由最后一個(gè)后熟器排出，故最后一個(gè)后熟器又叫做汽液分別器。為了分別二次蒸汽，汽液分別器上部需留有足夠的自在空間，普通醪液控制在50%左右的位置。

當(dāng)蒸煮罐和后熟器的體積一樣時(shí)，每個(gè)罐的體積計(jì)算如下：V1τ=V2〔N–1〕+V2φ得到：V2=V1τ／〔N+φ–1〕V2—每個(gè)罐的體積，m3；V1—含蒸汽冷凝水的糊化醪量，m3/h；τ—蒸煮時(shí)間，h；N—蒸煮罐和后熟器的數(shù)目；φ—汽液分別器的填充系數(shù)50%；6、真空冷卻器糊化醪需經(jīng)過(guò)真空冷卻器冷卻到60℃后才干糖化。器身為圓筒錐底，料液切線進(jìn)入，由于器內(nèi)處于真空形狀，醪液會(huì)自蒸發(fā)，產(chǎn)生大量的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器與水直接接觸而冷凝，不凝性氣體由真空泵抽走，構(gòu)成器內(nèi)真空。醪液在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)被離心力甩向周邊沿壁下流，由錐底排料口排出。真空冷卻器應(yīng)安裝于較高的位置。7、糖化設(shè)備a、延續(xù)糖化罐圓筒外殼、球形或碟形封底的密閉容器。假設(shè)進(jìn)料溫度過(guò)高，那么罐內(nèi)安裝冷卻管。采用自動(dòng)控制液面的安裝來(lái)保證醪液在罐內(nèi)停留一定的時(shí)間；罐內(nèi)裝有1-2組攪拌器，保證酶和醪液均勻混合。

V=V′τ／60φV′—糖化醪流量，m3/h；τ—停留時(shí)間，min；φ—裝填系數(shù)，=0.75-0.85；b、真空糖化安裝依托壓力差蒸煮醪液由汽液分別器與糖化曲液同時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)-糖化器，在糖化罐內(nèi)停留20min，然后進(jìn)入三級(jí)真空冷卻的第一室?！捕骋夯?、糖化工藝1、流程調(diào)漿升溫保溫降溫糖化過(guò)濾2、設(shè)備蒸煮和液、糖化工藝非常類(lèi)似。不同之處在于：a、運(yùn)用液化酶來(lái)替代高溫蒸煮；b、液化溫度降低很多，液化工藝多種多樣；c、糖化主要采用間歇操作，糖化時(shí)間28-32小時(shí)。糖化鍋帶加熱管、攪拌安裝及保溫層；d、降溫采用螺旋板換熱器、薄板換熱器或噴淋冷卻器；e、普通需求對(duì)糖渣進(jìn)展過(guò)濾；〔三〕酸水解工藝1、流程淀粉在調(diào)漿罐內(nèi)與水混合后加鹽酸調(diào)pH1.5左右，用耐酸離心泵送到水解鍋。水解壓力0.25MPa。當(dāng)用無(wú)水酒精檢驗(yàn)，無(wú)白色渾濁時(shí)，水解完成，壓至過(guò)濾。再經(jīng)過(guò)噴淋冷卻器，進(jìn)到中和罐，用碳酸鈉中和至pH4.8-5.0。經(jīng)活性炭脫色、過(guò)濾，最后用氫氧化鈉中和至pH6.7-7.0。2、水解鍋鍋體資料為不銹鋼板或內(nèi)襯1.5-3mm厚不銹鋼板的碳鋼板制成。鍋體為圓筒形，封頭均為碟形。粉漿從鍋?lái)斶M(jìn)入。蒸汽管從鍋?lái)敳粩嘌由斓藉伒變?nèi)部，下端有十字形加熱管，并開(kāi)有小孔。同樣，排液管也是直通究竟部中心。此外，還有碳鋼板內(nèi)襯耐熱耐酸瓷磚、耐酸橡膠、搪瓷和玻璃鋼水解鍋。第二節(jié)培育基的滅菌原料中含有大量的雜菌，在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)利用培育基繁衍并產(chǎn)生過(guò)多無(wú)用的、甚至有毒的代謝物，使發(fā)酵不能正常的進(jìn)展，以及呵斥原料的浪費(fèi)和后處置難度增大。滅菌可利用熱能、化學(xué)藥物和電磁波，也可運(yùn)用機(jī)械方法和各種射線、微波來(lái)滅菌。我國(guó)工廠主要采用蒸汽加熱滅菌。〔一〕培育基熱滅菌的動(dòng)力學(xué)微生物受熱死亡是指其生活才干的喪失，死滅緣由是細(xì)胞內(nèi)的反響，是因蛋白質(zhì)高分子的不活性化，結(jié)果導(dǎo)致蛋白量變性。1、實(shí)際滅菌時(shí)間微生物在一定溫度下，受熱死亡遵照一級(jí)反響方程的規(guī)律：-dN／dτ=kNN—活菌個(gè)數(shù)；τ—受熱時(shí)間；k—反響速度常數(shù)；在恒定溫度下，將上式積分得到：τ=2.303lg通常高溫滅菌15-30s，再根據(jù)消費(fèi)的類(lèi)型維持8-25min。通常Ns=10-3個(gè)/罐，即雜菌污染降低到每1000罐只殘留一個(gè)活菌。1kN0Ns2、1/10衰減時(shí)間當(dāng)有90%的活菌被殺死，即NS/N0=0.1時(shí)，τ=2.303lg10=2.303/k這個(gè)時(shí)間就是1/10衰減時(shí)間，記作τ0.9。由此得到：k=2.303/τ0.9k是判別微生物受熱死亡難易程度的根本根據(jù)。k值越小，τ值越大，滅菌時(shí)間越長(zhǎng)。通常濕熱滅菌的程度要以殺死細(xì)菌芽孢為準(zhǔn)。1k3、滅菌溫度t與k值的關(guān)系滅菌溫度t與k值的關(guān)系可用一級(jí)反響的公式——阿累尼烏斯方程表示：

當(dāng)E為常數(shù)時(shí)積分得到：k=Ae帶入滅菌時(shí)間公式中得到：τ=elndlnkdT=ERT21AERTN0Ns-ERT4、活化能由公式k=Ae導(dǎo)出：lnk=lnAe得：lnk=lnA–E/RT由上式可知，假設(shè)能求得k的對(duì)數(shù)與1/T的關(guān)系圖，就可由直線求出E值?；瘜W(xué)反響動(dòng)力學(xué)又指出，在活化能大的反響中，反響速度隨溫度變化也大。-ERT-ERT培育基中各物質(zhì)活化能比較：細(xì)菌孢子：4.187×〔50-100〕kJ/mol；營(yíng)養(yǎng)成分：4.187×〔2-26〕kJ/mol；葡萄糖：4.187×24kJ/mol從以上數(shù)值看出：細(xì)菌孢子的活化能最大，它隨溫度的變化也最大。根據(jù)以上實(shí)際：采用濕熱法對(duì)液體培育基進(jìn)展滅菌時(shí)，應(yīng)采用高溫短時(shí)間的滅菌方法，以減小營(yíng)養(yǎng)成分的破壞?！捕硿缇牟僮鳌?〕滅菌的程序升溫保溫降溫〔2〕分類(lèi)對(duì)于中小型工廠，培育基滅菌可采用間歇滅菌即實(shí)消——培育基參與發(fā)酵罐中后，再連同發(fā)酵罐一同滅菌。對(duì)于大型工廠，采用延續(xù)滅菌〔連消〕——培育基經(jīng)過(guò)連消設(shè)備后，再進(jìn)入已滅菌的發(fā)酵罐?！?〕連消1、連消優(yōu)點(diǎn)：a、提高產(chǎn)量，設(shè)備利用率高；b、培育基受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分破壞較少；c、產(chǎn)質(zhì)量量較易控制，操作方便；d、蒸汽負(fù)荷均勻；e、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，適用于自動(dòng)控制；2、流程物料在配料罐中調(diào)配好后，經(jīng)過(guò)泵打到加熱設(shè)備〔連消塔、蒸汽放射泵〕加熱到120℃-130℃，在維持罐中維持8-25min，經(jīng)冷卻安裝〔螺旋板換熱器、薄板換熱器、噴淋冷卻器〕冷卻到發(fā)酵溫度。(三)、滅菌設(shè)備a、連消塔直接加熱的有套管式、混合式、連消器三種。此外，還有間接加熱的。b、維持罐長(zhǎng)圓筒描畫(huà)器，H/D=2-4，罐的有效體積應(yīng)能滿足培育基在罐內(nèi)停留8-25min，裝填系數(shù)為85%-90%。c、連消管迂回轉(zhuǎn)機(jī)的一段管路，外包保溫層。其直徑由培育基的體積流量和流速求得，管長(zhǎng)由連消維持時(shí)間和流速求得。流速控制在0.1-0.3m/s之間，維持時(shí)間控制在130℃4min左右。d、螺旋板換熱器由兩張鋼板疊放、卷制后，再焊接而成。適用于液-液、