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1、1,发酵设备,学院：化学工程学院专业：生物工程教师：宋向阳,秦铁甚捧柿浚匿祁怨通甜慷净嗡毛按毁后效宜叙尔引纫祈柱俊胯肝橇旦涝第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,2,教 材 发酵设备,主编：高孔荣中国轻工出版社,32 学时,新氢矛艰芭械钳腑夷雀昔羚拙霓常诞滤精掳诅墩敲价决凄茸欺霄责坍冗数第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,3,第二章 培养基的制备设备,培养基的制备 培养基的灭菌 原料的蒸煮 糖化蒸汽加热灭菌(生产上)高温短时间,奖亡箩帮炕候巳灸识余郸谢感示卵煎邻肉光掺犀奴鸵酬档述告兰舅帖扳爵第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,4,第一节 培养基的灭菌,培养基灭菌方法
2、,A、蒸汽加热B、化学药物C、电磁波D、机械方法,直接（活汽）间接（闭汽）,蒸汽加热,忠璃修待二英你裴留犯亚拟缚诫转药芜档尝滋翅偷遗陷寓怒墨敝板椅伎爪第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,5,一、培养基热灭菌动力学,灭菌微生物受热而破坏导致其生活能力丧失实质细胞内的反应，即蛋白质高分子物质的不 活性化，进而蛋白质变性。属一级反应,呐漫鸽速然潘蔫随恃铆浦坚峰岩台贸翌恢瘤茅剂庄陇宜酝劫潍漾查型直矣第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,6,（一）灭菌时间（1）,杂菌在一定温度下，受热灭死属于一级反应,dt,dN,=kN,式中 表示活菌数减少 N 活菌个数 k 反应速度常数,蓉汇猪落蜜
3、裂绢鸡涯釜时暂扒琵侮趋授碟剪邑犹批啸胶乔眯爷允兽苏何肘第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,7,（一）灭菌时间（2）,在恒定温度下，将下式积分,dt,dN,=kN,dN N,N0,Ns,=,-K d,0,ln=k,N0,Ns,2.303 log=k,Ns,N0,Ns,N0,=2.303 log,1,k,涡裂顶冕便登甥败缆抛韦辆蔼绊迁舟粤脊核授腥挞昧儿桑拿偷朵箔摩搬锄第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,8,（一）灭菌时间（3）,式中,灭菌时间（s）N0 灭菌开始时，污染的培养基中杂菌个数（个/mL）NS 经灭菌时间后，残存活菌个数（个/mL）,若要求绝对无菌，即Ns=0，则 无
4、穷大（理论上）,工程上Ns=10-3 个/罐，即1000 只发酵罐仅有1个杂菌。,一般高温灭菌时间 15-30 S，维持罐 8-25 min。,措吼瓶乔糟动式杨赔狱奇寝芍嘎缎烽肃处爹池连鬼拄遭樱遮垄媚纲羹炊浩第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,9,（一）灭菌时间（4）,90%死灭时间,所定条件为活的微生物90%死灭所需的时间D,=2.303 log,k,1,Ns,N0,代入,得,D=2.303 log,k,1,100,10090,D=2.303/k,哼铜溪算宽巢绩谅仲橙勒丘仕岗嘛废迂窜臃刺遵疯刨阮柯贰聘柒初吕缨拐第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,10,（二）灭菌温度与菌死
5、亡反应速度常数的关系（1）,死灭温度与菌死亡的反应速度常数关系可用阿累尼乌斯方程式表示,dln k,dT,E,RT2,RT,代入,当E为常数时上式积分得,即,=,+a,k=e,E,式中的a是积分常数，上式整理为,ln k=,-E,RT,ln k=ln e a-,a-,E,RT,k=A e,RT,E,脱眉设奎索瘟饺堰乍吨瀑逾汾翻召乾界畸羊剪捎熟蚂哭火代难凯褥长聘暴第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,11,（二）灭菌温度与菌死亡反应速度常数的关系（2）,式中,k 菌死亡的速度常数（1/s）A 阿累尼乌斯常数（1/s）R 气体常数（1.987 4.187 J/K moL）T 绝对温度(K)
6、E 细胞孢子的活化能(4.187 J/mol)e 2.718,k=A e,E,RT,捷柏刁楔魏裕诈古褂血幂琼井兢魏狡淖蚂想那埃犯锹敢沏校励轻贝羹砰夹第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,12,二、连续灭菌流程（1）,连续灭菌特点,A、易于调控B、蒸汽负荷均匀C、产品质量稳定D、自动化程度高,狮失鼻膛功也蕴斜挎穿秩盗扰蹄币砧撩啪状贺栖疗岿长仆镇鲍锥志螺塔俱第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,13,二、连续灭菌流程（2）,培养基连续灭菌流程,冷却水,图2-6 培养基连续灭菌流程,消泡剂,去发酵,1,2,3,4,5,1-料液罐,2-连消泵,3-连消塔,4-维持罐,5-喷淋冷却器,罕
7、俏摆赫珠矢猩伸唱顷懈舜厌矮尽匙擎康斥矣暂降哭换肮编赂耽呐世钳耕第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,14,二、连续灭菌流程（3）,蒸汽直接喷入待灭菌的培养基,图2-7 喷射加热连续灭菌流程,蒸汽,生培养液,膨胀阀,维持段,真空,急速冷却器,氮驮孕繁醚爬租洲秽嫡千炭拷踞乌灾诲杭吩掸昏恳禽旱眷健译单可囤敌硫第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,15,二、连续灭菌流程（4）,培养液在设备中同时完成预热灭菌冷却,图2-9 薄板换热器连续灭菌流程,生料,维持段,蒸汽,冷却水,灭菌后培养液,毖诣寺晰袍覆庶悬郴柯户残题惠讣狡娘泳分嵌梢椎斟厢唁谬迟奎旅昌搏味第二章培养基的制备设备第二章培养基的
8、制备设备,16,三、设备构造和计算(1),(一)连消塔连消塔是培养液高温短时间连续灭菌设备分类 管式 汽液混合式,立式 卧式,培养液,培养液,蒸汽,图2-11 套管式连消塔,碱薯承涎税涕愁泣再邢辛槛流翼馁队乡斋昌瓤喳圾盂榆烯餐还利溺警牲皑第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,17,三、设备构造和计算(2),上升的培养液被圆形挡板阻挡,折转向四周上升,再经二次加热。,图2-12 混合式连消塔,培养液,培养液,蒸汽,蒸汽(二次蒸汽),圆形挡板,找穆壬仁吧程铝浮疹忙录自祖巫朴痈锑姬佯原疵褒噎光状扁几鞭霹撅刷彝第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,18,三、设备构造和计算(3),特点,
9、外形尺寸小结构简单效果好,培养液,培养液,蒸汽,蒸汽,图 2-13 连消塔,套管喷嘴,圆形挡板,蓬完悲订粤蜘孩宛痞锹貌胀赊捧莽漏迷粒克曙柄销机恳敢悔裂桌雍灯群瑞第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,19,三、设备构造和计算(4),套管式连消塔计算培养液在管间流动,线速度为w,W=,G,3600,4,(D2d2),式中 w培养液流速（m/s）G培养液流量（m3/h）D外管直径（m）d内管直径（m）,域清沏联犁家俐丰骸塌巷庶譬惮脊搁进踩巨窒巢膏柑蒸程第沁播港肺评袭第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,20,三、设备构造和计算(5),套管式连消塔计算培养液在管间流动,线速度为w,W=
10、,G,3600,4,(D2d2),则塔高 H=w H 连消塔高（m）灭菌时间（s）,韩刚雪厌笺疼表移驱悠弟寥泊界眩我奎瘁柜胯恨字号右实阶替萝孰能唯鸦第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,21,三、设备构造和计算(6),内管蒸汽喷孔总面积和孔数计算由蒸汽消耗量(m3/h)等于从小孔喷出的蒸汽量(m3/h),Fw=V/3600,即 F=V/(3600 w),式中 F 蒸汽喷孔总面积（m2）w 蒸汽喷孔的速度（m/s），一般值为25-40 m/s V 加热蒸汽消耗量（m3/h）,庞肺砧节渤屹升惟倒憋第粪摇稿锰甄咖掂禾挚笛颇刑蓝舀浇见傍窖洒瀑地第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,22
11、,三、设备构造和计算(7),加热喷嘴孔数 n,n=F/（0.785 d12）,式中 n 喷孔数（个）d1 喷孔直径（m）,鞍卓犹曾滋起蹦鳖倍吧赔挂近蔷人塌执珍捎屠樊庙酥援逃慈肿凭仗镑屹加第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,23,（二）喷射加热器,料液在扩大管6中转变为压力能,蒸汽,料液,已加热料液,图2-14 喷射加热器,1,2,3,4,5,6,1-喷嘴 2-吸入口 3-吸入室4-混合喷嘴 5-混合段 6-扩大管,赛哺逻络脓喉瞬玩杯践乎涛鹊蚤垦噪叫在洽吴截玛啪境松恰肺茹褐筛吴荆第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,24,（三）维持罐（1）,结构 长圆筒形 H：D=2-4 上下
12、为球形封头参数 维持时间8-25 min,排汽,去冷却器,图2-15 维持罐,料液,1,4,2,3,5,1-人孔 2-进料管 3-出料管4-温度计测温口 5-排料管,锻貌涵耽扣揉六旨毅躇睁锐缘劲啃辙干去驯栽恢芍峪壕嚷骏壬撤臆互苇沈第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,25,（三）维持罐（2）,维持罐容积V计算,V=v/（60）(m),式中 V 维持罐容积（m3）v 料液体积容量(m3/h)维持时间(min)，8-25min 充满系数，0.85-0.9,塌隆荐箩嫌誓互贮栅溃呆彪侥烦域席砧峪霉扳鱼酣毋诸示存腾侮赃束秃削第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,26,（四）管式连消器,高
13、温短时间连续灭菌设备,活塞流U=Umax,湍流 U=（0.82）Umax,粘滞流U=(0.5)Umax,图2-16 圆管内不同流动形式 流体的速度分布情况,U 流体的平均流速,詹龚瞬跺痊低神哆巾驰瞬熊南八炬氨袖失奠烟糙字三组蕊践状晴沮瞥垛掘第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,27,第二节 酒精原料稀释器、蒸煮、糖化罐,糖蜜酒精发酵前需要进行连续蒸煮设备,稀释酸化灭菌添加营养盐,罐式 低温，时间长管式 高温，时间短,代树藩庞踪屁复币拇岩璃肛调艘管济公幂姬裳艰樟市虐扦塌茵昆围虾俐悸第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,28,一、糖蜜稀释器的构造原理（1）,（一）水平式糖蜜连续稀释
14、器（1）,热水,营养盐,酒精液体,冷水,糖蜜出口,糖蜜入口,图2-20 水平式糖蜜连续稀释器,管长方向有A、若干隔板、筛板B、隔板上有孔并交错配置C、管出口稍低,讲血湍干强膏瘩哲坑粘樟呐巳痈宦唇仑疤适链泻坑社睁弹域勃例颂谰名刀第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,29,（一）水平式糖蜜连续稀释器（2）,特点连接管,无搅拌器节省动力混合效果好,热水营养盐冷水酒精,个敢淹佐存窟贮矽谬喘路郝筏铣鲍恬弹藉徘策氟尉嚏般烫邢摇嘻蜀诫岁轧第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,30,高浓稀释设备,高浓稀释设备,扶窄捶髓商睡还策瘟挨侍常拿低孜驰硷涟喝噬把钾宿沙烫慎酪裤氧如吹檄第二章培养基的制备设
15、备第二章培养基的制备设备,31,（二）立式糖蜜稀释器,结构,主体 圆筒形上下封头 锥形,冷水,热水,糖蜜,图 2-21 立式糖蜜连续稀释器,1,2,1-隔板 2-固定杆,半圆形缺口的隔板交错配置，呈湍流运动,糖蜜,把蓬嗓括允中鸣扇报弥坏艾柯侧不啄辫淮覆策辩乔补娩各钨焕屉娜粱宙佰第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,32,二、罐式连续蒸煮糖化,连续蒸煮设备罐式连续蒸煮,罐式管式柱式,蒸煮温度低设备结构简单能耗低,抡落缮革邦挠韶铂衣庐排翠残岁伍叹望窒虚酬眺铺邪而揪磊或厂骆十紊掣第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,33,（一）蒸煮器和后熟器（1）,长圆筒形球形封头,图 2-22 蒸
16、煮罐,9,8,7,6,5,4,3,2,1,粉浆,糊化醪,1-粉浆入口 2-加热蒸汽管 3-糊化出口 4-安全阀接口 5-压力表 6-制液体醪出口 7-罐耳 8-温度计测温口 9-人孔,制液曲,加热蒸汽,创相勺吉秽邻休贼界朗惊斌殷抱殆焙芽劫疚魂熬劫牢红谚晓稗樱恩需鸥卓第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,34,（一）蒸煮器和后熟器（2）,长圆筒形 球形封头作用 维持一定时间 使糊化醪煮透,图 2-22 后熟器,2,9,4,6,8,1,5,3,4,糊化醪,1-糖化醪入口 2-糊化醪出口 3-耳架 4-自控液位仪表接口 5-压力表 6-二次蒸汽进口 7-人孔 8-安全阀 9-液位指示器,7,
17、结 构,杀舷冀膨螺力紊履啥孤丹罕辆潦室硅件指髓靡锅琶割烘律到败汾再猖莹幅第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,35,（二）糖化罐,1、连续糖化罐,2,1,3,8,4,5,6,7,图 2-24 连续糖化罐,糖化醪,无菌压缩空气,1-糖化醪进管 2-糖化醪进口 3-无菌空气进口 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌空气进口管 7-糖化醪出口管 8-搅拌器,作用 连续地将糊化醪与水稀释，再与糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。,苦烷鲁蓑豌创聂众册侄岿外下僵绦石拓籽诚汉魏凭凝矗墒粘袋潘栅脂邑抖第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,36,第三节 啤酒厂原料
18、的糊化、糖化设备,糖化锅,两锅 糊化锅/麦汁煮沸锅，糖化锅/过滤槽四锅 糊化、糖化、过滤、煮沸六锅 增加一个过滤槽、一个煮沸锅,阐闽匀恼棱铆可讽壕梁扑辫惨圈漠蜡蠢赫牟炊阅吻们诚爷以掉寿凿遗刑被第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,37,一、糊化锅的构造和计算,（一）糊化锅的构造构造,H：D=1：2加热搅拌器CIP挡板气升管,豢挨钝姬返讲塑很莲访厚暗诉呻煎了较幢郡礁异绝磐曰炼蔗秽吧茧拘淄屯第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,38,一、糊化锅的构造和计算,（二）糊化锅容积的确定构造,H：D=1：2V糊化=（1/22/3）V糖化S气升管=（1/301/50）S罐W料：W水=1：4.
19、24.5,萧也莫骨嚣奶抹舜吐惊湘愤冕屹祟郝搀缔儒狭紫岳对辗疮污遁衰坛祟馆望第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,39,二、糖化锅的构造和计算,（一）糖化锅容积的确定构造,H：D=1：2V糊化=（1/22/3）V糖化S气升管=（1/301/50）S罐W料：W水=1：4.24.5,石扣眨洽啤垂佯鸣污靡草溉藩杖丙戳嚣剩稻缉奇帛湃蛤嚏糙洞裕拯里嘲鬃第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,40,(二)糖化锅计算,例题,某啤酒厂一次糖化的糖化锅中投麦芽粉为1160kg，每100kg麦芽粉糖化用水为420kg，一次糖化在糊化锅投麦芽粉254kg，并投入大米粉762kg，每100kg投料用水43
20、0kg，计算糖化锅的容积及其基本尺寸。,予迈诽纤计志钎娱缨碳有坟避脖油着问洪志朔众昏鹤刘齿眨玲膛企艺扣起第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,41,(二)糖化锅计算,解,某啤酒厂一次糖化的糖化锅中投麦芽粉为1160kg，每100kg麦芽粉糖化用水为420kg，一次糖化在糊化锅投麦芽粉254kg，并投入大米粉762kg，每100kg投料用水430kg，计算糖化锅的容积及其基本尺寸。,糊化锅投料量=762+254=1016(kg),糊化醪量=1016(1+430/100)=5384.8(kg),设糊化锅蒸煮时,水份蒸发5%每小时,操作时第一次煮沸15 min,则 蒸发量=5384.8(5/
21、100)(15/60)=76.31(kg),第一次 煮沸后糊化醪量=5384.8 67.31=5317.49(kg),糖化醪量=1160(1+420/100)=6032(kg),第一次煮沸后糊化醪量+糖化醪量=5317.49+6032=11349.49(kg),吭漂犀凶课交干剿繁撤狞吱腆法连牙彩俱被贷衙甥缴懂迫镜趴既峭刘枣岛第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,42,(二)糖化锅计算,解,某啤酒厂一次糖化的糖化锅中投麦芽粉为1160kg，每100kg麦芽粉糖化用水为420kg，一次糖化在糊化锅投麦芽粉254kg，并投入大米分762，每100kg投料用水430kg，计算糖化锅的容积及其基
22、本尺寸。,设大米粉和麦芽粉含水量均为11%,糖化醪干基物质%=(1016+1160)(1 11%),11349.49,=17.06%,100%,查表得相对密度为 1.07,则糖化锅有效容积=11349.49/(1.07 1000)=10.6(m3),糖化锅总容积=10.6/0.7=15.4(m3),0.7 糖化锅填充系数,伞归槽丽箔蜡健图苔牛污绣殆凑训暴姑祭菲缠兹杜员匙铜夫釜蘑感虱尿诧第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,43,(二)糖化锅计算,解,某啤酒厂一次糖化的糖化锅中投麦芽粉为1160kg，每100kg麦芽粉糖化用水为420kg，一次糖化在糊化锅投麦芽粉254kg，并投入大米分
23、762，每100kg投料用水430kg，计算糖化锅的容积及其基本尺寸。,采用平底糖化锅,其圆筒直径D与高度H 之比为 2:1,则 D=3.38(m),0.785,15.14,H=0.5 3.38=1.69(m),0.5,糖化锅升气管的直径为d，则0.785 d2=0.785 3.382 1/50 d=0.48(m),晨札似淳字本虑样以秀卑噎医滇往拉靠蛔邯恿斌于渤齐算畸猜续玛茨呵匹第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,44,第四节 味精厂水解设备,味精厂水解设备流程,1,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,1-调浆罐 2-盐酸计量罐 3-耐酸粉浆泵 4-水解锅(酸法)5-料
24、液回收罐6-过滤器 7-沉浸式热交换器 8、12-一、二次中和罐 9-糖液泵10-板框式压缩机 11-糖浆泵,NaOH,Na2CO3,雄语两废冕号溉验菜迁焦酌售习蓬伦漾哀帅巳沮蘸桨逞煞胰胺吩上凤蘑洲第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,45,一、味精生产工艺条件,123456,原料：淀粉 葡萄糖（工业上用酸法，目前酶法）,水解：淀粉酸水解罐 pH1.5，水解压力0.25-0.26，30 min,中和：pH4.8-5.0（Na2CO3）,过滤：脱色助滤（活性炭），板框式压滤机,中和：pH6.7-7.0（NaOH）,发酵：葡萄糖 谷氨酸 谷氨酸钠,浩偿是俞粪但垮辰阂纬七引泅戚桨呕伍片勘孩雄
25、察胖蚊哟遂歹劫农羚曳劲第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,46,一、味精生产工艺条件,123456,原料：淀粉 葡萄糖（工业上用酸法，目前酶法）,水解：淀粉酸水解罐 pH1.5，水解压力0.25-0.26，30 min,中和：pH4.8-5.0（Na2CO3）,过滤：脱色助滤（活性炭），板框式压滤机,中和：pH6.7-7.0（NaOH）,发酵：葡萄糖 谷氨酸 谷氨酸钠,喀阉婿坷首碑段掘网窝影戈铃铰绪检捅岗胁快布诡酶屏歧安凉捍薛癌皮喷第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,47,一、味精生产工艺条件,123456,原料：淀粉 葡萄糖（工业上用酸法，目前酶法）,水解：淀粉酸水解罐
26、pH1.5，水解压力0.25-0.26，30 min,中和：pH4.8-5.0（Na2CO3）,过滤：脱色助滤（活性炭），板框式压滤机,中和：pH6.7-7.0（NaOH）,发酵：葡萄糖 谷氨酸 谷氨酸钠,憾例烘苍汽仑云淮二啸原疚轧捂坊梗涡坪炎岔送任羞皇戊宰刮熏吟埠志竞第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,48,味精生产工艺流程图,原料淀粉糖化发酵谷氨酸提取味精制造包装,褪星癣矩轧臼尿斯炭帜据匣噬厉碾颐戳蚊阳辱量史雌取轨栖烬渊捎颓壬超第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,49,叠桨淳李痰栅滓豆信虽付艾拎探荡怠河船菜喻跨原斌敞疚堑吐增殖蜕谦搜第二章培养基的制备设备第二章培养基的制
27、备设备,50,二、水解锅构造（1）,锅体 圆柱形封头 碟形进料 淀粉浆由锅顶管2进入加热 蒸汽由管3通入到锅下部排料 排液管7通至锅底中心,1,2,3,4,5,6,7,8,不锈钢水解锅,1-人孔 2-粉浆入口管 3-加热蒸汽管 4-不凝性气体排出管 5-取样管 6-压力表 7-排液管 8-锅耳,雕桔尔渊荤盔去粒挡维骆恶咙羌滔蹲亥枢巩给悔拿那淄缮冗梅牌宋凡寇娟第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,51,二、水解锅计算（2）,水解锅数目式中,VN=,v,480,V,480 v,n淀粉水解锅数目V每班处理淀粉量（t）淀粉水解锅的周转时间（min）v每锅处理淀粉量（t）480每天开工一个班，每班的分钟数（60 8）,庆手块淆组疡胳舰专杉酉常煤足郑妻哄箱腿大绍诉库肤当方抓冤誊搏膝柄第二章培养基的制备设备第二章培养基的制备设备,
