發(fā)酵工程原理與技術(shù)江南大學(xué)陳堅

1、第四章 培養(yǎng)基及其制備第五章第一節(jié) 原料一、原料的定義及選擇（一）原料的定義從工藝角度來看，凡是能被生物細(xì)胞利用并轉(zhuǎn)化成所需的代謝產(chǎn)物或菌體的物料，都可作為發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的原料。（二）選擇原料的依據(jù)1，原料選擇的原則選擇淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時，從工藝的角度著眼，凡任何含有可發(fā)酵性糖或可變?yōu)榘l(fā)酵糖的原料，都可作為酒精生產(chǎn)的原料。對于工業(yè)上大規(guī)模投入生產(chǎn)的原料，除了要提出工藝上的要求外，還要提出生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)上的要求，因此，在選擇工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)酒精的原料時，應(yīng)考慮到下列諸條件：（1）因地制宜，就地取材，原料產(chǎn)地離工廠要近，便于運(yùn)輸，節(jié)省費(fèi)用。（2）要求原料內(nèi)碳水化合物含量較多，蛋白質(zhì)含量要適當(dāng)，適合

2、與微生物的需要和吸收利用。（3）原料資源要豐富，容易收集。由于酒精生產(chǎn)需要大量原料，要保證一定的庫存量。（4）原料要容易貯藏。應(yīng)考慮到新鮮原料內(nèi)含水量多，不耐久藏，最好選擇經(jīng)，干燥后，含水極少的干原料，易與保藏，不宜霉?fàn)€。（5）對人民的身體無尋損害，影響發(fā)酵過程的雜質(zhì)含量因應(yīng)當(dāng)極少，或者幾乎不含。（6）原料價格低廉，可降低產(chǎn)品成本。此外，還應(yīng)當(dāng)考慮到大力節(jié)約糧食原料，盡量少用或不用糧食原料，充分利用當(dāng)?shù)氐姆羌Z食原料，廣泛利用野生植物原料，同時利用農(nóng)林副產(chǎn)物和植物纖維原料，以及亞硫酸鹽紙漿廢液等，對于節(jié)約糧食原料有著重要意義。另外，利用石油原料化學(xué)合成制造酒精，也是發(fā)展酒精的主要途徑。2，在確定

3、原料選擇原則時需注意的問題（1）所選用的培養(yǎng)基與所使用的發(fā)酵器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如ICI公司因指定用甲醇和氨生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)而另行設(shè)計新的發(fā)酵罐。同樣的理由，在一個巳設(shè)定的發(fā)酵罐中，發(fā)酵必然會受到培養(yǎng)基組份改變的影響。（2）從實(shí)驗室規(guī)模放大到實(shí)驗工廠規(guī)模，以至于放大到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，都要考慮培養(yǎng)基的組份的變化。（3）培養(yǎng)基的組成，除了考慮到菌體生長和產(chǎn)物的形成的需要外，還要考慮到培養(yǎng)基的pH變化、泡沫的形成、氧化還原電位和微生物的形態(tài)等，而且還有前體和代謝抑制劑的需要。二、常用主要原料及其化學(xué)組成（一）原料的種類發(fā)酵生產(chǎn)的原料，一般可分成下列幾類：1，薯類：甘薯、馬鈴薯、木薯、山藥等。2，糧谷類：高

4、粱、玉米、大米、谷子、大麥、小麥、燕麥、黍和稷等。3，野生植物 橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金剛頭、香符子等。4，農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物 米粞、米糠餅、麩皮、高粱糠、淀粉渣等。（二）常用原料的化學(xué)組成原料所含的化學(xué)成分，不僅關(guān)系著生產(chǎn)率的高低，同時也影響生產(chǎn)的工藝過程。常用原料中主要的化學(xué)成分如下：碳水化學(xué)物：原料中所含的淀粉，或與淀粉類似的菊糖、蔗糖、麥芽糖、果糖及葡萄糖等，這些物質(zhì)都可以發(fā)酵生成產(chǎn)品，同時也是霉菌和酵母的營養(yǎng)及能源，原料中含這些物質(zhì)越多，生成酒精也就越多，所以它和產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮層，如麩皮、高粱糠，谷糠、花生殼等都含有很多，它不但影響

5、淀粉數(shù)字偏高，發(fā)酵中也易生成有害的糠醛。纖維素雖屬于碳水化合物，但不被淀粉水解，只起填充作用，對于發(fā)酵沒有什么直接影響。蛋白質(zhì)：原料含有的蛋白質(zhì)，在發(fā)酵生產(chǎn)過成中，經(jīng)蛋白酶水解后，可為微生物生長繁殖的重要營養(yǎng)成分，而微生物細(xì)胞中，3050%（干重）是蛋白質(zhì)。一般的說，當(dāng)培養(yǎng)基內(nèi)氮的含量適當(dāng)，則微生物生長旺盛，酶的含量也較高。有些原料所含蛋白質(zhì)有時不能滿足微生物生長和繁殖的要求，則應(yīng)從外界加入氮源。蛋源一般包括有機(jī)蛋源和無機(jī)氮源兩種，根據(jù)不同情況，添加不同種類的氮源。脂肪：對發(fā)酵有影響，如高粱糠、米糠等含油脂多，則生酸較快，生酸幅度也較大。一些發(fā)酵廠如采用玉米作為原料，總是把玉米坯芽除去。灰分：

6、灰分中的磷、硫、鎂、鉀、鈣等是構(gòu)成菌體系胞的和輔霉的重要成分，還有調(diào)節(jié)滲透壓的作用，是微生物生長不可卻少的，在一般原料中，灰分的含量一足夠。三、工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計1，為何要進(jìn)行培養(yǎng)基的設(shè)計？完善的培養(yǎng)基設(shè)計是實(shí)驗室的試驗、實(shí)驗工廠和生產(chǎn)規(guī)模的放大中的一個重要步驟。在發(fā)酵過程中，我們的目的產(chǎn)品是菌體或代謝產(chǎn)物。而發(fā)酵培養(yǎng)基是否適合于菌體的生長或積累代謝產(chǎn)物，對最終產(chǎn)品的得率具有非常大的影響。2，培養(yǎng)基設(shè)計的基本原則培養(yǎng)基的組成必需滿足細(xì)胞的生長和代謝產(chǎn)物所需的元素，并能提供生物合成和細(xì)胞維持活力所需要的能量。3，如何進(jìn)行培養(yǎng)基的設(shè)計（1）作出細(xì)胞生長和產(chǎn)物形成的化學(xué)計算的平衡碳源和能源+氮源+

7、其他需要細(xì)胞+產(chǎn)物+CO2+H2O+熱量通過計算可以獲得生產(chǎn)一定數(shù)量的細(xì)胞時所需的營養(yǎng)物的最低數(shù)量。在了解一定數(shù)量的生物體所能產(chǎn)生的產(chǎn)物數(shù)量后；就有可能計算出形成產(chǎn)物時所需的底物數(shù)量。這些培養(yǎng)基的組份的數(shù)量僅僅是供給細(xì)胞形成產(chǎn)物，而不包括生成細(xì)胞所需的營養(yǎng)。所有上述各項數(shù)量，是不易獲得其精確的數(shù)字。（2）組成微生物的元素包括C、H、O、N、S、P、Mg和K（見下表），這些元素都要在方程式中予以平衡細(xì)菌、酵母和真菌的元素組成(按干重計)在培養(yǎng)基中有些元素的含量往往超過需要量，如P和K。而其它元素含量則接近最低值(如Zn，Cu等)。在許多培養(yǎng)基中增加磷酸鹽濃度，其用意是增加培養(yǎng)基的緩沖容量，這一點(diǎn)

8、，在設(shè)計培養(yǎng)基時要引起注意。（3）有些微生物無力的合成特定營養(yǎng)物，如氨基酸、維生素或核苷酸。一旦測出其中一種是生長因子，就要在培養(yǎng)基中加入適量的純凈的化合物或含有該物質(zhì)的混合物。（4）碳源具有生物合成的底物和能源的雙重作用，在需氧條件下，對碳源的需要量可以從菌體對底物的產(chǎn)率系數(shù)(Yx/s)推算而得。該系數(shù)的定義是：細(xì)胞干物質(zhì)的產(chǎn)量碳源底物的被利用量下表中列出了一些Yx/s值。如以葡萄糖為底物時，其Y值為0.5g即表示每1g葡萄糖能生成0.5g細(xì)胞干物質(zhì)。為要獲得30gdm-3濃度的細(xì)胞，需要葡萄糖300.560gdm-3。在發(fā)酵過程中，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充碳源是必要的。將碳源轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的觀察值與理論上最

9、大值之間進(jìn)行比較，才能進(jìn)行深入的研究。但由于對生物合成的知識的限制而難以作出精密的分析。Cooney(1979)以青霉素生物合成的途徑為基礎(chǔ)，通過物質(zhì)和能量平衡，計算出青霉素生物合成的理論值?？偟幕瘜W(xué)計算式為 方程式中的a2、b2、c2、d2、e2、nz、p2和q2都是化學(xué)計算中的系數(shù)，PAA代表苯乙酸。解方程式得：按上述方程式計算每1g葡萄糖能產(chǎn)生1.1g芐青霉素的理論值。在青霉素分批發(fā)酵的一個簡單模型中，用于合成細(xì)胞、維持生命活力和轉(zhuǎn)化成青霉素的葡萄糖，分別占總糖耗量的28、61和11。在分批補(bǔ)料發(fā)酵時，則26的葡萄糖用于生長、70用于維持生命、6用于合成青霉素。每克葡萄糖的最大青霉素轉(zhuǎn)化

10、產(chǎn)量為0.0538，這個理論值數(shù)倍于實(shí)驗值。4，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成成分（1）水（2）碳源l 影響選擇碳源的因素：l 原料成本占生產(chǎn)總成本的比例；l 在某些發(fā)酵過程中，必須除去碳源中的雜質(zhì)； l 對碳源的選擇，往往還受到政府政策的影響；l 當(dāng)?shù)氐姆蓷l例指定了許多飲料業(yè)所使用的底物； l 培養(yǎng)基的配制方法，特別是滅菌方法。（3）氮源（4）無機(jī)鹽（5）維生素（6）緩沖劑控制pH時對獲得最佳生產(chǎn)能力是十分重要的。在培養(yǎng)基中加入一種化合物作為緩沖劑或同時可作為營養(yǎng)源。許多種培養(yǎng)基多加入碳酸鈣作為緩沖劑，以達(dá)到pH70左右。如果pH下降，則碳酸鈣分解，如果是pH上升，可以自然地校正微生物的產(chǎn)酸量。在許多培

11、養(yǎng)基中，也用磷酸鹽作為重要的緩沖劑。碳源和氮源的平衡，也是控制pH的一種方式。在玉米漿中的蛋白質(zhì)、肽、氨基酸等也具有緩沖容量。滴加氨，氫氧化鈉和硫酸，可以嚴(yán)格地控制pH值。 （7）前體和代謝調(diào)節(jié)劑 （8）消沫劑第二節(jié) 原料處理一、預(yù)處理的必要性1，發(fā)酵工廠在進(jìn)行生產(chǎn)前，必須先將原料中混雜的小鐵釘、雜草、泥快和石頭等雜質(zhì)除去，保證后續(xù)工序生產(chǎn)的正常和順利進(jìn)行。2，為保證后續(xù)工序生產(chǎn)的正常和順利進(jìn)行，還需對原料進(jìn)行適當(dāng)加工。3，為保證生產(chǎn)環(huán)境的清潔，必須采用適當(dāng)?shù)妮斔头绞綄⒃蠌膫}庫運(yùn)送至配料罐或反應(yīng)器。二、預(yù)處理的方法（方式）（一）原料除雜1，篩選、風(fēng)選氣流-篩式分離機(jī)：這類分離機(jī)主要用于谷物原

12、料除雜用。凡是厚度和寬度或空氣動力學(xué)性質(zhì)(懸浮速度)與所用谷物不同的雜質(zhì)，都可用氣流-篩式分離機(jī)將其分離。2，磁力除鐵包括永久性磁力除鐵器和電磁除鐵器兩種方式。（二）原料的粉碎1，原料粉碎的目的把原料進(jìn)行粉碎后成為粉末原料，其目的是要增加原料受熱面積，有利于淀粉顆粒的吸水膨漲、糊化，提高熱處理效率，縮短熱處理時間。另外，粉末狀原料加水混合后容易流動輸送。對于一些帶殼的原料，如高粱、大麥，在粉碎前，則要求先把皮殼破碎，除去皮殼后在形粉碎。如果不把皮殼原料的外層去掉，有如下幾個缺點(diǎn)：（1）皮殼本身毫無營養(yǎng)價值，在發(fā)酵過程中對微生物沒有好處，皮殼在醪液中會引起阻礙液體的流動。（2）皮殼在生產(chǎn)過程中，

13、不發(fā)生變化，而大量皮殼匯集起來會占據(jù)一定的有效容積，無形中降低了設(shè)備的生產(chǎn)能力。（3）醪液糖化后進(jìn)行發(fā)酵時，皮殼會聚集在液面上，而引起較厚的醪蓋，醪蓋的形成會妨礙熱量的逸散和CO2的放出，致使液體溫度升高，細(xì)菌容易繁殖，特別是醋酸菌，出現(xiàn)這些現(xiàn)象，都會對發(fā)酵帶來不利。（4）皮殼會使蒸餾塔及冷卻器等設(shè)備發(fā)生阻塞。皮殼漸多，需要停機(jī)清理，會給生產(chǎn)帶來損失。一般對于帶皮殼的原料，處理過程要先行破碎，脫去皮殼。2，原料粉碎的力學(xué)分析固體物料的粉碎按其受力情況可分為：（1）擠壓粉碎（2）沖擊粉碎（3）研磨粉碎（4）剪切粉碎（5）劈裂粉碎3，粉碎方法原料粉碎的方法可分為干粉碎和濕粉碎兩種。（1）干粉碎粗碎

14、：原料過磅稱重后，進(jìn)入輸送帶，電磁除鐵后進(jìn)行粗碎。粗碎后的物料應(yīng)能通過610mm的篩孔，然后再送去進(jìn)行細(xì)粉碎。 粗砰常用的設(shè)備是軸向滾筒式粗碎機(jī)，也有用錘式粉碎機(jī)進(jìn)行粗碎的例子細(xì)碎：經(jīng)過粗碎的原料進(jìn)入細(xì)碎機(jī)，細(xì)碎后的原料顆粒一般應(yīng)通過1.21.5mm的篩孔。也有采用1.82.0mm篩孔的。常用的細(xì)碎設(shè)備是錘式粉碎機(jī)（2）濕粉碎當(dāng)采用濕粉碎時，將蒸煮所需的全部水量，和原料一起加入粉碎機(jī)中，這種方法可以加工水分較多的原料，原料粉末不會飛揚(yáng)，減少原料的損失，省去處塵通風(fēng)設(shè)備，但是濕粉碎所得到的粉碎原料，之能立即及時直接用于生產(chǎn)，不易干貯藏，且耗電量較干粉碎多8-10%，同時錘式粉碎機(jī)容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象

15、。我國某廠的濕法破碎工藝流程分四個部分，如下：a.風(fēng)選送料部分 原料進(jìn)入料斗后，由滾筒加料機(jī)，經(jīng)傾斜安置的輸料槽，均勻加入風(fēng)管中，由風(fēng)力輸送入旋風(fēng)分離器。同時原料中混雜的金屬、沙石、泥土等雜物，因重力作用，從風(fēng)管落下，而料斗上方，裝有吸塵室，將風(fēng)揚(yáng)起來的粉塵，經(jīng)吸塵室頂部的吸塵管，和原料一起吸入旋風(fēng)分離器中。b.濕法除塵部分 在旋風(fēng)分離器中，原料和較大顆粒的粉塵，受離心作用，向下沉至底部，并由螺旋輸送機(jī)送至破碎部分。同時在旋風(fēng)分離器的內(nèi)部淋以水膜，將細(xì)顆粒的粉塵吸收。水量的大小，由浮子流量計控制。c.破碎部分 為了提高原料粉碎細(xì)度，降低電力消耗，采用兩級破碎。在一級破碎機(jī)的進(jìn)料口，裝有進(jìn)水管，

16、將水和原料一起加入破碎機(jī)中，水量的大小，根據(jù)加料的速度和工藝要求的水料比，由浮子流量計控制。原料經(jīng)一機(jī)破碎后，變成流體，然后借位差經(jīng)管道自然流入二級破碎機(jī)中，再次粉碎至規(guī)定細(xì)度，流入物料暫儲池。d.預(yù)熱部分 在暫儲池內(nèi)，裝有加熱盤管，管內(nèi)通入蒸氣或蒸餾工段來的廢熱水，將物料進(jìn)行第一次預(yù)熱，然后在用泵送入加熱器，用蒸煮工段蒸氣分離器中排出的二次蒸氣進(jìn)行第二次預(yù)熱，預(yù)熱后的物料送入蒸煮工段。濕法粉碎工藝的優(yōu)點(diǎn)徹底消除了粉塵的危害，改善了勞動條件，降低了原料的損耗 提高了原料的粉碎細(xì)度 節(jié)省了蒸煮時所消耗的蒸氣 粉碎機(jī)部件（特別是刀片）的磨損減少設(shè)備簡單，對廠房要求不高 4，常用的粉碎設(shè)備（1）錘式

17、粉碎機(jī)（瓜干、高粱、玉米）結(jié)構(gòu)示意圖錘式粉碎機(jī)的計算：（a）生產(chǎn)能力的計算錘式粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力，可按半經(jīng)驗公式計算設(shè)從一個圓孔中排出的產(chǎn)品體積為：錘刀掃過篩孔時，才有產(chǎn)品排出，如果轉(zhuǎn)子上有K排錘刀，則轉(zhuǎn)動一周，錘刀就掃過K次，而排料也為K次，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)為n（轉(zhuǎn)/分），篩孔總數(shù)為Z個，則每小時排出產(chǎn)品的體積為（b）動力消耗的計算動力消耗可按下列經(jīng)驗公式估計：上式表明錘式粉碎機(jī)的動力消耗與錘刀末端直徑平方，轉(zhuǎn)速和長度成正比。為節(jié)省動力應(yīng)盡量使用小尺寸的機(jī)器。（2）輥式粉碎機(jī)（麥芽、大米）兩輥式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖輥式粉碎機(jī)的計算生產(chǎn)能力的計算 Q=60D1nbL （kg/h） D1：扎輥直徑（m）

18、n：輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速（r/min） b：兩輥間距（m） L：扎輥長度（m） ：被粉碎物料的視密度（容重，kg/m3） ：松散系數(shù)，麥芽可取0.50.7根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，扎輥長度為100mm的雙輥粉碎機(jī)每小時可粉碎麥芽150200kg，四輥式可達(dá)200300kg功率估算：輥式粉碎機(jī)的功率可按下列經(jīng)驗公式估算根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，一般每小時粉碎1000kg的生產(chǎn)量功率消耗約為2kW。（三）原料的輸送1，機(jī)械的輸送為了是物料能起到混合攪拌和輸送作用，固體輸送主要是采用機(jī)械輸送。發(fā)酵廠內(nèi)固體輸送大多采用皮帶輸送機(jī)，斗式提升機(jī)和螺旋混合器（也稱絞龍）。如果在絞龍上加蓋鐵板，則在密閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行物料輸送，對粉狀物料而言，可以防

19、止運(yùn)轉(zhuǎn)時粉塵的飛揚(yáng)。2，氣流輸送又稱風(fēng)送，或稱氣力輸送。它是利用空氣流動所產(chǎn)生的推動力在管道中輸送的，其簡單原理是，固體物料在垂直向上的氣流中，受到向下拉的重力F1，和氣流向上推的動力F2，如果F2大于F1，則氣流向上推動，使物料由低位向高位運(yùn)送。例如甘薯干的塊狀原料，利用風(fēng)動運(yùn)送，有引風(fēng)機(jī)把甘薯干運(yùn)進(jìn)料管，從低位向高位運(yùn)送上去，而原料中的鐵皮、石塊等雜物，因比重較大，不能為氣流所帶走，而自動掉落在地上。風(fēng)送特別適于輸送散粒狀或塊狀的物料，是一種較好的輸送方式。（1）優(yōu)點(diǎn)l 設(shè)備簡單l 占地面積小l 費(fèi)用少l 連續(xù)化自動化改善了勞動條件l 輸送能力和距離有較大的變動范圍l 在氣流輸送的同時，還

20、可對物料進(jìn)行加熱、冷卻、干燥等操作（2）原理氣流輸送方法，是借助氣流的動能，使管道中的物輯被懸浮輸送?？梢娢锪显跉饬髦械膽腋栴}是很重要的。顆粒在垂直管中和水平管中的懸浮機(jī)理及運(yùn)動狀態(tài)是不一樣的。垂直管中的懸浮輸送機(jī)理設(shè)物料小顆粒，在靜止的空氣中自由降落，顆粒上作用力有三：顆粒重力Ws，浮力Wa，及空氣阻力fs。當(dāng)Ws = Wa + fs時顆粒在空氣中以不變的速度t作勻速降落，稱為顆粒的自由沉降。根據(jù)相對運(yùn)動的原理，當(dāng)空氣以顆粒的沉降速度自下而上流過顆粒時，顆粒必將自由懸浮在氣流中。這時的氣流速度稱為顆粒的懸浮速度。如果氣流速度大于顆粒的懸浮速度，則在氣流中懸浮的顆粒，必將為氣流帶走，而發(fā)生了

21、氣流輸送。這時的氣流速度又稱氣流的輸送速度。水平管中的懸浮輸送機(jī)理顆粒在水平管中的懸浮，較為復(fù)雜。顆粒所以能克服重力而懸浮在氣流中，是由于下列幾種力作用的結(jié)果：l 氣流為湍流運(yùn)動狀態(tài)l 湍流狀態(tài)的氣流，沿管截面上的氣速分布l 顆粒在氣流中，除隨同氣流一道運(yùn)動外，還有顆粒的自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動l 由于顆粒形態(tài)不規(guī)則而產(chǎn)生的氣流推力的垂直分力l 由于顆粒間的碰撞或顆粒與管壁間碰撞而產(chǎn)生的垂直方向的反作用分力顆粒在垂直管中的運(yùn)動狀態(tài)氣流速度=粒子的懸浮速度時，顆粒在氣流中呈流態(tài)化狀態(tài)，自由懸浮在氣流中；氣速大于懸浮速度，進(jìn)行氣流輸送，顆?；旧鲜蔷鶆蚍植加跉饬髦?。顆粒在水平管中的運(yùn)動狀態(tài)當(dāng)氣流速度很大時，顆

22、粒全部懸浮，均勻分布于氣演中，呈現(xiàn)所謂懸浮流狀態(tài)。當(dāng)氣流速度降低時，一部分顆粒沉積管下部，但沒有降落在管壁上，整個管截面上出現(xiàn)上部顆粒稀薄，下部顆粒密集的所謂兩相流動狀態(tài)，這種狀態(tài)為懸浮輸送的極限狀態(tài)。當(dāng)氣速進(jìn)一步降低，將有顆粒從氣流中分離出來沉于管底，沿管底滑動或停止移動產(chǎn)生堆積。而上部懸浮的顆粒愈來愈少，大部顆粒堆積底部，形成“小砂丘”向前推移，產(chǎn)生所謂團(tuán)塊流（3）氣流輸送的流程吸引式流程（真空輸送）真空輸送方式是將空氣和物料吸入輸料管中，在負(fù)壓下輸送到指定的地點(diǎn)，然后將物料從氣流中分離出來，再經(jīng)過排料器將物科卸出來。從分離器分離出來的空氣，再經(jīng)過凈化除塵之后，用真空泵抽出。真空輸送設(shè)備出

23、口裝有分離器和能封閉空氣的卸料器。由于輸送系統(tǒng)為真空，消除了物料的外漏，保持了室內(nèi)的清潔。壓送式流程（壓力輸送）這種輸送方式是將空氣和物料壓送入輸料管中， 物料被送到指定位置之后，經(jīng)分離器物料自動排出，分離出來的空氣凈化后放空。在加料處要用封閉較好的加料器，防止物料反吹，空氣用鼓風(fēng)機(jī)送入系統(tǒng)中?；旌鲜綒饬鬏斔土鞒蹋ㄕ婵?、壓力輸送）兼有吸引式和壓送式的特點(diǎn)，可以從數(shù)點(diǎn)吸入物料和壓送至較遠(yuǎn)、較高的地方。（4）氣流輸送流程的比較 吸引式流程，不需加料器，但要有封閉較好的排料器； 壓送式流程，不需排料器，但要有封閉較好的加料器； 對相同輸送量，壓送式流程較吸引式流程采用較細(xì)的管道； 從幾個不同的地方，

24、向一個卸料點(diǎn)時，吸引式流程較適合；從一個加料點(diǎn)向幾個不同地方送料時，壓送式流程較適合； 具體到流程選擇時，必須對輸送物料的性質(zhì)，形狀、尺寸、輸送量、輸送距離等進(jìn)行詳細(xì)了解，結(jié)合實(shí)際綜合考慮。（5）采用氣流輸送時應(yīng)注意的問題 水分含量超過16的粉末原料，特別是鮮原料，不宜采用氣流輸送； 所選用風(fēng)機(jī)型號一般要選擇比實(shí)際需用量大1.2-1.5倍風(fēng)機(jī)，風(fēng)壓也要比全系統(tǒng)壓力損失的總和更大一些； 選擇輸送管道的直徑時，要保證空氣通氣量有110-120的富余量； 所用落料器性能要好，要保證既能較快分料，又能有一定的密封程度，防止落料器落料慢而引起旋風(fēng)分離器出現(xiàn)粉料阻塞現(xiàn)象； 整個輸送原料的管道中，要盡量減少

25、90的彎角和閥門。（6）氣流輸送系統(tǒng)的組成設(shè)備進(jìn)料裝置吸嘴：包括單管形吸嘴、帶二次空氣進(jìn)口的單管形吸嘴、喇叭形雙簡吸嘴、固定式吸嘴旋轉(zhuǎn)加料器：旋轉(zhuǎn)加料器在真空輸送系統(tǒng)中可用作卸料器，在壓力輸送系統(tǒng)中可用作加料路。因此，旋轉(zhuǎn)加料器在氣流輸送中得到廣泛應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)加料器的供料量，由下式計算：輸料管道卸料裝置離心式卸料器：離心式卸料器實(shí)質(zhì)就是旋風(fēng)分離器，利用氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、使物科顆粒產(chǎn)生離心力，將懸浮于氣流中的物料分離出。離心式卸料器上部為帶有切線方向氣流入口的圓柱殼體，下部連有倒圓錐形的殼體。沉降式卸料器：沉降式卸料器實(shí)質(zhì)上就是重力式分離器。帶有懸浮物料的氣流，進(jìn)入一個較大的圓柱形空間里，氣流速度大

26、大降低，懸浮的顆粒由于自身的重力而沉降，氣體由上部排出。閉風(fēng)器風(fēng)機(jī)空氣除塵裝置常用的除塵器：離心式除塵器、袋濾器、濕式除塵器。空氣管道（7）氣流輸送系統(tǒng)的設(shè)計流程的選擇和確定經(jīng)過調(diào)研后，結(jié)合工廠的實(shí)際情況，決定選擇什么樣的流程，是吸入式、壓送式還是混合式。工藝流程圖和設(shè)備流程圖在確定好工藝流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合工廠實(shí)際情況、車間廠房的高低和與其它工序配合的情況，畫出工藝流程圖和設(shè)備流程圖。在有條件的地方應(yīng)畫出車間設(shè)備布置圖和管路圖，主要設(shè)備的相對尺寸，主要聯(lián)系尺寸都應(yīng)注明，以便進(jìn)行設(shè)計計算。管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計計算A，空氣需求量的計算混合比的確定定義：每1kg空氣所能提升或輸送的物料流量G物（kg/h）

27、與空氣流量G氣（kg/h）之比。= G物/ G氣選擇依據(jù)：l 大，每1kg空氣輸送的物料量大；l 過高的易造成管道阻塞，阻力損失大，需較高壓力的空氣，增大設(shè)備費(fèi)用；l 松散顆粒（大），潮濕易結(jié)快物料和粉狀物料（小）；l 吸入式流程（小 ），壓送式流程（大）?；旌媳戎递斔头绞较到y(tǒng)內(nèi)壓力/Pa混合比/ 低真空吸送高真空吸送低壓壓送高壓壓送-0.2 105以下（-0.2-0.5）105小于0.5105(17)10511010301101050計算時，可參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)。原糧裝卸 =714，米廠 =4左右 氣流速度的選擇輸送物料的空氣速度即輸送氣流速度，簡稱氣流速度。氣流速度過低，被輸送物料不能懸浮或不能

28、完全懸?。粴饬魉俣冗^高，浪費(fèi)動力和增加顆粒的破碎。氣流速度與輸送距離總距離/m氣流速度/（m/s）60150360202530對大約90%的氣流輸送，25米/秒的氣流速度是足夠的。對物料不超過880kg/m3和顆粒體積不大于2.0cm3時，表中的氣流速度是可用的。物料密度超過880，但小于1360時，表中氣流速度值增加5米/秒。對密度在13601840時，表中增加10米秒。物料密度超過1840或顆粒尺寸大于2.0cm3時，氣流速度應(yīng)由實(shí)驗測定。各類谷物的輸送氣流速度的經(jīng)驗值名 稱密度/（kg/m3）氣流速度v氣/（m/s）大 麥小 麥玉 米糙 米高 粱麥 芽瓜 干 片1300135012401

29、3801300140011201220125013507008008009001525152425301525152520222022輸送空氣量的計算注：實(shí)際空氣量可比上述計算值大10%20%。B，輸送管、空氣管管徑的計算和選擇由上式計算得的管徑，在根據(jù)國家的管徑規(guī)格，選用標(biāo)準(zhǔn)管徑。輸料管一般采用無縫鋼管、普通水煤氣管、不銹鋼管或硬質(zhì)聚乙烯管等。用上述公式計算輸送管徑時，因為被輸送的物料與空氣的重度相差懸殊，物料的體積忽略不計。如果用上述公式計算空氣管的管徑，則：空氣管中的氣流速度取614m/s；壓縮空氣管路系統(tǒng)取610m/s；低壓或負(fù)壓空氣管路取1014m/s。C，管網(wǎng)中的阻力計算（壓力降計

30、算）a，空氣管的壓力損失p1：指不帶物料的氣流管道中純空氣氣流的壓力損失。b：彎管阻力系數(shù)，見下表空氣彎管阻力系數(shù)表曲率半徑r/Db1.01.52.00.260.170.15b，加速段的壓力損失p2 ：加入輸料管的的物料，加入前一般是靜止的，在氣流方向上的初速度一般為零，要求輸送它的空氣流在瞬間將它加速到輸送速度，而產(chǎn)生的壓力損失。C：供料系數(shù)，其直為110，連續(xù)穩(wěn)定供料取小值，間斷供料或從吸嘴供料取大值。c，輸料管的壓力損失：指以穩(wěn)定狀態(tài)輸送物料時，輸料管中由于物料在管內(nèi)相互碰撞摩擦而引起的壓力損失。曲率半徑比r/D2467阻力系數(shù)e1.50.750.50.38d，分離器（卸料器）的壓力損失

31、e，空氣進(jìn)出口的壓力損失D，氣流輸送系統(tǒng)中總的壓力損失pp= p1+ p2+ p3+ p4+ p5E，風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和功率消耗的計算Q風(fēng)機(jī)=（1.11.2） Q氣（m3/h）p風(fēng)機(jī)=（1.11.2） p （Pa）第三節(jié) 淀粉的水解糖的制備一、淀粉的水解的理論基礎(chǔ) 1，淀粉的顆粒的外觀淀粉顆粒呈白色，不溶于冷水和有機(jī)溶劑，其內(nèi)部呈復(fù)雜的結(jié)晶組織。隨原料品種和種類的不同，淀粉顆粒具有不同的形狀和大小。形狀不規(guī)則，大致上可分為圓形、橢圓形和多角形。一般說來，水份含量高，蛋白少的植物，顆粒較大，形狀較整齊，大多為圓形或卵形，如馬鈴薯、甘薯的淀粉。 顆粒較大的薯類淀粉較易糊化，顆粒較小的谷物淀粉相對

32、較難糊化。淀粉顆粒的構(gòu)成如下圖： 氫鍵 聚集 淀粉分子鏈 針狀晶體 淀粉顆粒2，淀粉的分子結(jié)構(gòu)淀粉可分為直鏈和支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉通過-1，4鍵連接。支鏈淀粉的直鏈部分通過-1，4鍵連接，分支點(diǎn)則有-1，6鍵連接，支鏈平均有25個葡萄糖基團(tuán)，因而還原性末端數(shù)量較少。一般植物中直鏈淀粉含量為2025%，支鏈淀粉占7580%。直鏈淀粉在7080的水中可溶，溶液的粘度較小，遇I2呈純藍(lán)色；支鏈淀粉在高溫水中可溶，溶液的粘度大，遇I2呈蘭紫色。3，淀粉在水-熱處理過程的中變化（1）水-熱處理的概念將淀粉質(zhì)原料與水一起，在高溫高壓或低溫低壓的條件下進(jìn)行處理的過程。（2）水-熱處理的目的淀粉原料經(jīng)過水熱

33、處理，使淀粉從細(xì)胞中游離出來，并轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，以便淀粉酶系統(tǒng)進(jìn)行糖化作用，這就是原料水-熱處理的主要目的。（3）淀粉的膨脹和溶解膨脹：淀粉是一種親水膠體，遇水加熱后，水分子滲入淀粉顆粒的內(nèi)部，使淀粉分子的體積和重量增加，這種現(xiàn)象稱為膨脹。 糊化：在溫水中，當(dāng)?shù)矸垲w粒無限膨脹形成均一的粘稠液體的現(xiàn)象，稱為淀粉的糊化。此時的溫度稱為糊化溫度。溶解或液化：淀粉糊化后，如果提高溫度至 130，由于支鏈淀粉的全部（幾乎）溶解，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)徹底破壞，淀粉溶液的粘度迅速下降，變?yōu)榱鲃有暂^好的醪液，這種現(xiàn)象稱為淀粉的溶解或液化。（4）淀粉質(zhì)原料的各個組分在水-熱處理過程中的變化淀粉的變化自糖化：在5060預(yù)煮時

34、，原料自身的淀粉酶系統(tǒng)活化，并分解淀粉生成糖和糊精酸水解：在微酸條件（pH5.66.3），淀粉的局部酸水解現(xiàn)象 在70以下，水解的產(chǎn)物是糖，7580產(chǎn)物是糊精。糖的變化己糖的變化（葡萄糖和果糖）：果糖在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定，由于容易開鏈，所以較易分解。部分的 5-羥甲基糖醛縮合生成黃棕色色素。葡萄糖在 pH24 內(nèi)穩(wěn)定性最佳。 戊糖的變化：蒸煮過程中戊糖和己糖一樣脫水生產(chǎn)糠醛，但是后者比羥甲基糠醛穩(wěn)定。 焦糖化：當(dāng)溫度達(dá)到糖的熔點(diǎn)時（185）， 糖分脫水形成黑色無定形物，統(tǒng)稱焦糖。焦糖不僅不能被發(fā)酵利用，而且還會阻礙糖化酶對淀粉的糖化作用，影響微生物的生長。焦糖化反應(yīng)在高濃度醪液中比低濃度中較易進(jìn)

35、行。在不易與溶液接觸的地方（如蒸煮鍋的死角），或鍋壁局部過熱處都容易發(fā)生。 氨基糖反應(yīng)：還原糖與氨基酸之間產(chǎn)生的呈色反應(yīng)稱為氨基糖反應(yīng)。氨基糖反應(yīng)不是一個簡單的聚合反應(yīng)，而是一個過程相當(dāng)復(fù)雜的反應(yīng)。 NH2己糖 糖醛 聚合戊糖 羥甲基糖醛 氨基糖 其他醛酮類 縮合 中間產(chǎn)物二、淀粉的液化（糊化）1，淀粉液化的方法（1）按水解動力的不同分為：酸法、酶法、酸酶法、機(jī)械液化法（2）按工藝的不同分為：間歇式、半連續(xù)式、連續(xù)式（3）按設(shè)備的不同分為：管式、罐式、噴射式（4）按加酶方式的不同分為：一次加酶、兩次加酶、三次加酶（5）按原料的精粗不同分為：淀粉質(zhì)原料直接液化、精制淀粉液化2，酶法液化（1）酶解

36、法液化、糖化淀粉常用的酶-淀粉酶：其作用是將淀粉迅速水解為糊精及少量麥芽糖，對淀粉的作用，可將長鏈從內(nèi)部分裂成若干短鏈的糊精，所以也稱內(nèi)切淀粉酶。淀粉受到-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反應(yīng)，如下表現(xiàn)：藍(lán)紫紅淺紅不顯色(即碘原色)糖化酶：作用于淀粉的l，4鍵結(jié)合，能從葡萄糖鍵的非還原性末端起將葡萄糖單位一個一個的切斷，因為是從鏈的一端逐漸地一個個地切斷為葡萄糖，所以稱為外切淀粉酶。-淀粉酶： -淀粉酶能水解-1，4糖苷鍵，不能水解- 1，6糖苷鍵，遇此鍵水解停止，也不能越過繼續(xù)水解。水解由淀粉分子的非還原末端開始，水解相隔的- 1，4鍵麥芽糖，屆于-構(gòu)型。故叫-淀粉酶，-淀粉酶屆于外切酶，水解產(chǎn)

37、物只有麥芽糖。異淀粉酶： 異淀粉酶能水解支鏈淀粉和糖原分子中支叉地位的- 1，6糖苷鍵，使支叉結(jié)構(gòu)斷裂。但對于直鏈結(jié)構(gòu)中的- 1，6糖苷鍵卻不能水解。普魯藍(lán)酶 能水解支叉結(jié)構(gòu)和直鏈結(jié)構(gòu)的- 1，6糖苷鍵、支鏈淀粉、糖原和其-極限糊精及普魯藍(lán)分子中的- 1，6鍵。異淀粉酶或普魯藍(lán)酶與-淀粉酶合并水解，能使支叉開裂，使-淀粉酶繼續(xù)水解，大大提高麥芽糖的產(chǎn)率。（2）酶法液化方法間歇（升溫）液化法工藝：將濃度3040%淀粉乳調(diào)整pH到6.5，加入CaCl2 (0.01mol/L)和一定量淀粉酶(58u/克淀粉)，劇烈攪拌，加熱到8590，保持3060分鐘，達(dá)到液化程度( DE 1518 )，升溫到10

38、0，滅酶10分鐘。優(yōu)點(diǎn)：此方法簡便缺點(diǎn)：效果較差，能耗大，原料利用率低，過濾性能差。半連續(xù)（高溫）液化法（噴淋連續(xù)進(jìn)出料液化法）工藝：將淀粉乳調(diào)整到適當(dāng)pH和Ca2+濃度，加入一定量的液化酶，用泵打給噴淋頭引入液化罐中（其中已有90熱水），淀粉糊化后，立即液化，至保溫罐90保溫40分鐘，達(dá)到液化的程度。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備和操作簡單，效果比間歇液化好。缺點(diǎn)：不安全，蒸汽耗量大，溫度無法達(dá)到最佳溫度，液化效果差，糖液過濾性能也差。連續(xù)（噴射）液化法利用噴射器將蒸汽直接噴射至淀粉薄層，以在短時間內(nèi)達(dá)到要求的溫度，完成糊化和液化。噴射后，進(jìn)入保溫罐，8590保溫45分鐘。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備小，便于連續(xù)操作，原料利用率

39、高，轉(zhuǎn)化率高，蛋白質(zhì)凝聚好。缺點(diǎn)：但要求一定壓力的蒸汽，進(jìn)出料的速度要穩(wěn)定。噴射液化的幾種流程：一段高溫噴射液化工藝：工藝控制要點(diǎn)：淀粉乳濃度30%左右pH6.06.5噴射器出口溫度（1053）C，保溫97100 C，3060min。單罐維持連續(xù)出料多段液化：多次加酶，多次加熱，適用各種原料（特別是難液化的小麥，玉米淀粉）噴射液化器的結(jié)構(gòu)示意圖（3）液化程度的控制I2試測定DE值DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影響催化效率，終點(diǎn)DE值低。DE值低，液化不徹底，糖化速度慢，酶用量大，時間長，過濾性能差。透光率和澄清度（4）液化效果的標(biāo)準(zhǔn)液化要均勻蛋白絮凝效果好 液化徹底（60C時液化液要穩(wěn)

40、定，不出現(xiàn)老化現(xiàn)象，不含不溶性淀粉顆粒，液化液透明、清亮）（5）酶法液化方法比較直接升溫法：設(shè)備簡單，操作簡便，投資少，見效快。缺點(diǎn)是能耗大，原料利用率低，液化液過濾性能較差噴射液化法：原料利用率高，液化液過濾性能好。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，操作要求高，要求有一定的壓力蒸汽，穩(wěn)定的進(jìn)出料速度。三、淀粉的糖化（一）糖化理論1，基本概念（1）糖化：以無機(jī)酸或酶為催化劑，在一定溫度下使淀粉水解，將淀粉全部或部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖等可發(fā)酵性糖的過程。（2）糖化劑 ：糖化過程中所用的催化劑。包括無機(jī)酸和酶。（3）理論收率（111.11%）（C6H10O5）n+H2O nC6H12O6 162 18 180（3）實(shí)際收

41、率（105%108%）（4）淀粉轉(zhuǎn)化率（5）DE值：糖化液中還原糖含量（以葡萄糖計）占干物質(zhì)的百分率，用以表示淀粉糖的糖組成。還原糖用斐林法或碘量法測定，干物質(zhì)用阿貝折光儀測定。2，糖化的目的：將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。3，淀粉的水解反應(yīng)過程淀粉分子內(nèi)-1，4和-1，6葡萄糖苷鍵的斷裂，相對分子質(zhì)量逐漸變小，依次變?yōu)楹?，低聚糖，麥芽糖和葡萄糖。糊精是若干種分子大于低聚糖的碳水化合物，一般含210葡萄糖單位的為低聚糖。糊精具有旋光性，還原性，能溶于水，不溶于酒精。與碘作用，聚合度不同顏色不同。葡萄糖聚合度與碘液的呈色表葡萄糖聚合度與碘液呈色最高吸收波長（nm）781621283441611203

42、30無色淡紅色紅色紅紫色紫色蘭紫色蘭色蘭色蘭色4805105405605806006206304，糖化的過程檢測檢驗液化：是否有淀粉，用碘液，是否呈蘭色；檢驗糖化：是否水解完全測定還原糖；用無水酒精。5，淀粉水解過程的反應(yīng)主反應(yīng)：糖化（水解作用）副反應(yīng)：復(fù)合反應(yīng)（在酸和熱作用下，部分葡萄糖經(jīng)1，6鍵結(jié)合成龍膽二糖，異麥芽糖和其他低聚糖。）分解反應(yīng)（葡萄糖分解為羥甲基糠醛，有機(jī)酸和有色物質(zhì)等非糖產(chǎn)物）（二）淀粉糖化的方法1，酸解法（1）定義：以酸（無機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解為葡萄糖的方法。（2）優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，設(shè)備較單一，水解時間短，設(shè)備周轉(zhuǎn)快（3）缺點(diǎn)：需耐高溫、高壓和耐

43、腐蝕的設(shè)備；副產(chǎn)物多，淀粉的轉(zhuǎn)化率低；對原料要求高；廢水難處理（4）酸解法中常用的酸鹽酸：高效，但中和后產(chǎn)生氯化物，增加糖液灰分，對葡萄糖的結(jié)晶，分離及收率會有影響。硫酸：能力僅次于鹽酸，用碳酸鈣中和，經(jīng)脫色，離子交換可除去。草酸：能力低，用石灰中和生成草酸鈣，脫色過濾易除去，非強(qiáng)酸，減少了復(fù)合反應(yīng)。（5）淀粉酸解的工藝流程工藝參數(shù)淀粉漿的pH：1.5左右水解壓力：2.52.6大氣壓水解時間：30min一次中和pH：4.85.0二次中和pH：6.77.0（6）影響淀粉酸解速度因素酸的種類與用量水解的溫度與壓力淀粉乳濃度的高低2，酶解法（1）定義：以酶為催化劑，在常溫常壓下將淀粉水解為葡萄糖的方

44、法。包括液化和糖化兩個過程，故又稱雙酶水解法。（2）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和；副反應(yīng)少，淀粉質(zhì)量高；可在較高淀粉濃度下水解，對預(yù)料要求不高；糖液的質(zhì)量高、營養(yǎng)物質(zhì)較豐富。缺點(diǎn)：水解時間長，夏天糖液容易變質(zhì)；設(shè)備較多。（3）酶法糖化的工藝流程液化糖化滅酶過濾貯糖計量發(fā)酵 （4）工藝要點(diǎn)： 糖化pH4.2-4.5溫度60左右糖化酶用量150U/g淀粉糖化時間32小時，用無水酒精檢驗無糊精存在時，糖化結(jié)束，然后將pH調(diào)整至4.8-5.0，維持20分鐘滅酶 3，糖化方法的比較水解時間：酸法短，酶法長水解程度：酶法高糖液雜質(zhì)：酶法低，酸法高綜合4，水解糖液的質(zhì)量要求和控制要點(diǎn)（1）水解糖液的質(zhì)量要求色澤：呈強(qiáng)黃色透明液糊精反應(yīng)：無還原糖含量，18左右DE值：9