第二章生物细胞培养基制备设备

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1、发酵机械与设备,徐 明 芳 博 士 教 授 暨 南 大 学 生 科 院 2015-09-18,目录,绪论 第一篇 生物质原料处理设备 第二篇 生物反应设备 第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备,底物2,生物反应器,检测控 制仪表,培养基2,（灭菌）,经加工 原料,酶,细胞,生物催化剂 （游离或固定化）,机械能,除 菌,空气,产品提取纯化,副产品 产品 废物,热能,原材料1,营养物,典型工业生物技术过程,核心技术？,第一篇 生物质原料处理设备,第一章 生物质原料预处理设备 第二章 生物细胞培养基制备设备 第三章 生物细胞培养基灭菌设备,内容,第一节淀粉质原料的蒸煮与糖化设备 第二节糖蜜原料的稀

2、释与澄清 第三节啤酒生产中麦芽汁的制备设备 第四节固体培养基制备设备,思考题,1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用_进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器？ 2.酒精厂连续蒸煮、糖化流程？ 3.啤酒厂糖化设备组成方式：四器、六器组合，各设备作用 ？ 4. 连续蒸煮糖化的设备流程（真空罐、管式和柱式） 5、连续蒸煮糖化设备有几种形式？ 6、几种糖蜜稀释器的主要结构形式特点的差异性？ 7、糖蜜原料的澄清方法有几种？。 8、麦芽汁的制备流程？主要设备的结构及工作原理：糊化锅、糖化锅、 9、固体培养基制备的主要设备有有几种？,底物,生

3、物反应器,检测控 制仪表,培养基,（灭菌）,经加工 原料,酶,细胞,生物催化剂 （游离或固定化）,机械能,除 菌,空气,产品提取纯化,副产品 产品 废物,热能,原材料,营养物,典型工业生物技术过程,核心技术？,培养基制备工艺过程：,原 料 筛 选 粉 碎 糊 化（蒸煮、酶） 糖 化（酶法） 灭 菌 冷 却,第一节 、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,（一）蒸煮目的 1、破坏淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，便于糖化剂作用。 2、灭菌。 (二)蒸煮和糖化 1.连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮工艺， 中温的柱式连续蒸煮工艺和 高温短时间的管式连续蒸煮工艺。 2. 对连续糖化的要求

4、主要是使糊化醪与曲液（酶液）充分混合，在一定温度下维持一定时间，并保持流动状态，以便于酶的作用。,第一节 淀粉质原料的蒸煮与糖化 蒸煮目的： 使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化； 同时对进料进行灭菌； 排除原料中的一些不良成分及气味。 糖化： 糖化酶将淀粉、糊精进行水解化为能够被生物细胞利用的可发酵性物质，降低醪液的粘度 连续糖化与间隙糖化：连续流动，在不同的设备中完成加料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化 连续蒸煮糖化设备有罐式、管式和柱式三种形式。 罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便,1、连续蒸煮糖化及其设备 1

5、.1蒸煮器：淀粉糊化 1.2 糖化器：（淀粉酶促水解） 1.3 后熟罐（气液分离）,1、连续式蒸煮罐,结构主体:圆筒与封头焊成 易损部件:下封头 罐径： D/H = 3-5 罐数：4-6个,操作过程：长圆筒与封头焊成，粉浆由罐底进料口压入，用活汽加热蒸煮 ，加热达要求的物料经罐顶出料口流出入后熟罐，物料出口管伸入罐内 300-400mm（使罐内留有一定的空间）从罐中部6引出部分糊化醪去制备液体曲。,罐式连续蒸煮糖化的特点：,、采用喷射加热器连续加热，节省 、操作容易控制； 、设备结构简单，为大中型工厂广泛采用； 、采用真空冷却器冷却，提高效率，降低费用。,蒸煮器-（1）罐式蒸煮设备,2.连续式

6、三套管式蒸煮罐,它由三层直径不同的套管组成。 内层和中层管上都钻有很多小孔，各层套管用法兰连接。 粉浆流过中层管，高压加热蒸汽从内外两层管的小孔内喷出，使热粉浆加热，这种形式汽液接触均匀，加热较全面，可在很短时间内使粉浆达到规定的蒸煮温度。,粉浆,冷粉浆,热粉浆,热粉浆,蒸汽,3、汽液分离器 （后熟器）,操作要求： （1）分离出二次蒸汽 （2）装料率为50%,4、真空冷却器（加快冷却）,优点：蒸煮醪在骤然冷却下，形成结晶状的小粒。 糊化醪冷却温度:10060 真空度：70-80kPa 冷水池入口,料液入口,冷水入口,水池,料液出口,真空冷却器的原理构造,原理:物料在一定真空度下蒸发部分水，需要

7、汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度，称为真空冷却。 欲保持真空冷却器中真空度，一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。,真空冷却器构造三维图,真空连续糖化罐工艺,真空糖化罐,依靠压力差蒸煮醪液由汽液分离器a，与糖化曲液由计量暂存桶b同时进入蒸发-糖化器c。 既是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备。,罐式连续蒸煮糖化的特点：,、采用喷射加热器连续加热，节省 、操作容易控制； 、设备结构简单，为大中型工厂广泛采用； 、采用真空冷却器冷却，提高效率，降低费用。,（2）柱式连续蒸煮设备,蒸汽加热,（3）管式连续蒸煮-糖化工艺流程,1-输送机 2-斗

8、式提升机 3-贮料斗 4-锤式粉碎机 5-螺旋输送机 6-粉浆罐 7-泵 8-预热锅 9-进料控制阀 10-过滤器 11-泥浆泵 12-单向阀 13-三套管加热器 14-蒸煮管道 15-压力控制阀 16-后熟器 17-蒸汽分离器 18-真空冷凝器 19-蒸汽冷凝器 20-糖化锅,（1）糖化罐 a.连续糖化罐 具有圆筒形外壳，球形或锥形底。 作用原理： 是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳或糖化酶（酶制剂）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。,糖化罐（淀粉、糊精水解）,糖化罐的构造和计算,（）糖化罐的计算 糖化罐的容积决定于醪液流量和在罐中的逗留时间及其有效的容

9、积系数。 （）糖化罐的构造,气 液 分 离 器,糖化曲计量罐,真空糖化罐,冷 凝 器,真 空 冷 却 器,糖化醪泵,三级冷凝器,双酶法制糖工艺流程图,贮罐,调配预热,喷 射 液 化 器,后 熟 罐,喷 射 灭 酶,冷 却 器,糖 化 罐,冷 却 器,分 离 罐,2、间歇蒸煮糖化设备及蒸煮工艺 蒸煮设备：锥形蒸煮锅适宜于对整粒原料的蒸煮 ，蒸煮醪的质量很均匀，蒸煮醪排出比较方便 蒸煮工艺：间歇加压蒸煮和添加淀粉酶液化后间歇加压蒸煮,糊化锅的构造：球形锅底，有搅拌装置；糊化锅的直径与圆筒高度之比为21，升气管面积为料液面积的1/301/50 糊化锅的容积：决定于加入的原料量。每100kg投料有效容

10、积为0.50.55m3，,（1）间歇加压蒸煮工艺流程 加水入蒸煮锅投料升温蒸煮吹醪 （2）加淀粉酶加压蒸煮工艺流程 先加细菌淀粉酶（粉碎原料的0.10.2%）液化后，再进行加压蒸煮，蒸煮压力可以降低，蒸煮时间也可缩短。 粉碎原料和水拌匀，调整温度至5060， 加入细菌淀粉酶，拌匀，再加石灰水调整pH到6.97.1 将淀粉液输送到蒸煮锅中，通入压缩空气进行搅拌，并通蒸汽升温到93，保持1小时。 达到标准后，则停止通压缩空气，继续升温至130，保持0.5小时，吹醪送至糖化锅,（3）间歇糖化设备： 具有搅拌和冷却装置的糖化锅 间歇糖化法的工艺流程： 蒸煮醪糖化锅加水冷却（12060）加酸十加曲十糖化

11、十冷却（6030）发酵罐（或酒母罐） （4）糖化效率： 糖化效率=糖化醪中还原糖100%糖化醪中总糖,第二节 糖蜜的稀释与澄清,糖蜜含有大量的可发酵性糖，是一种非结晶糖分。 是微生物工业大规模发酵生产酒精、甘油、谷氨酸、食用酵母及液态饲料等的良好原料。 浓度高（80Bx以上），胶体物质与灰分多，产酸细菌多 发酵前需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程,1、糖蜜稀释器的构造和原理 目前中国糖蜜酒精厂多采用连续稀释法。 （1）水平式糖蜜连续稀释器,管内没有搅拌器,水平式糖蜜连续稀释器,主体：圆筒水平管 结构特点：管内装有若干隔板和筛板，将其分成若干空段，以改善糖液的流动形式，使糖蜜与水很好地混合。

12、,(2）立式糖蜜稀释器,主体： 立式圆筒 特点：圆筒部分有7-8板半圆形缺口的隔板左右交替配置,(3）错板式糖蜜稀释器,主体:立式圆筒 特点：圆筒内有10-15块档板成600角设置,4）胀缩式糖蜜稀释器,主体： 立式变径圆筒 特点： 中间几次突然收缩直径,5）变管径式糖蜜稀释器,主体：立式变径圆筒 特点： 由几种不同管径的直管段连接而成,2、糖蜜原料的澄清,目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时进行灭菌，以达到发酵的要求。 对于固体含量少0.1%（v/v），颗粒直径在5100m的悬浮液，在过滤时难以形成滤饼，就要采用澄清过滤。 澄清方法： 加酸通用处理法、 加热加酸沉淀法 、 絮凝剂澄清处理法

13、等,第四节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备,麦芽汁是啤酒酵母的培养基，是影响啤酒的产量和质量的关键因素之一。 制备设备：糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅等。,（一） 啤酒厂糖化设备的组合方式,1. 两器组合 2. 四器组合 3. 五器组合（糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽） 4. 六器组合,第三节啤酒生产中麦芽汁 的制备设备,啤酒生产流程,一、糊化锅,主要作用是用于煮沸大米粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。 1糊化锅的构造 2糊化锅的容积,糊化锅,1、作用 2、结构及材料 D/H = 2， 弧形底,蒸汽夹套传热 搅拌器 升气管 环形槽 调节风门 容积100kg干物料0.5m3 材

14、料：不锈钢,球形锅中麦芽汁的循环图,3.原理 弧形锅底对流体传热循环的影响，靠 近锅倾斜壁有较浅的液柱h2，但有较大的加热面积f2，而中心部位具有较深的液柱h1，加热面积f1较小，因此在锅底部位周围较快发生气泡，将液体向上推，而形成中心液体向下的自然循环。 优点:节省搅拌动力消耗，能够促进液体循环, ,便于清洗。,二、糖化锅,用途是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化 广泛采用不锈钢制作，也可用碳钢制造。 其外形和构造与糊化锅大致相同。装有螺旋桨搅拌器，有的在锅内壁装有挡板。 一般糖化锅容积比糊化锅大约一倍。锅底为平底或球形底（球形蒸汽夹套）。 锅体直径与高之比一般为21，

15、升气管截面积为锅圆筒截面积的1/301/50,糖化锅,1.结构：与糊化锅相似。H=0.5D 2.作用：蛋白质分解和淀粉糖化 3.容积：比糊化锅大1倍 装满系数为0.7 4.传热面积：比糊化锅小,三、过滤槽,用途：过滤糖化后的麦醪，使麦汁与麦糟分开而得到清亮的麦芽汁 型式与构造 ：具有不锈钢圆柱形槽身和平底及紫铜板弧形顶盖的容器，有一层与平底平行的过滤筛板（用3.54.5mm厚的磷青铜或不锈钢制成），筛孔一般采用0.40.73050mm条形孔或直径0.8mm的圆孔，内设有耕糟装置 。,麦糟层厚度：0.3 0.4m 过滤面积 ：100kg干麦芽所需过滤面积为0.50.6m 2 过滤槽容积：G200

16、F G-每次糖化所用的麦芽量，kg； F-所需槽底的面积，m2 耕糟机转速： 耕糟时0.250.4r/min，0.040.07m/s 出糟时45r/min，0.40.7m/s,四、煮沸锅（浓缩作用）,用途：用于麦汁的煮沸和浓缩，蒸发掉多余的水分，使麦汁达到一定的浓度。并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁中。 型式与结构 ：结构型式与糊化锅基本相同 ，有搅拌装置 容积：麦芽煮沸锅容积计算与糊化锅相同。,麦汁煮沸锅的容量：100kg麦芽约需800900升容量，加上2530作为麦汁运动的空间 锅内液柱高与直径之比：1：2 搅拌叶的转速：约2035r/min，3m/s 左右 排汽管的截面积：锅内液体表面积的1/301/50 煮沸时间：一般约1.52小时,啤酒发酵设备,啤