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1、发酵设备,主讲人：殷荫 学号：060411137,目录,1、发酵罐的类型 2、厌氧固体发酵设备 3、厌氧液体发酵设备 4、好氧固体浅层发酵设备 5、好氧固体深层发酵设备 6、好氧液体浅层发酵设备 7、好氧液体深层发酵设备 8、视频实践,一、发酵罐类型,1、菌种的生理特性：（1）好氧发酵设备 （2）厌氧发酵设备 2、发酵培养基性质：（1）固体发酵设备 （2）液体发酵设备 3、发酵培养基厚度：（1）浅层发酵设备 （2）深层发酵设备 4、工艺操作的条件：（1）分批式发酵设备 （2）连续式发酵设备,固体发酵历史悠久，长期以来，白酒、黄酒的酿造一直采用固体发酵，主要设备有曲盘、帘子、厚层通风制曲设备、发
2、酵室、发酵池等等。厚层通见制曲设备是20世纪50年代发展起来的，它是在保持固体发酵优点的基础上加以改进，以适应大规模业生产需要的一种固体培养方法。,二、厌氧固体发酵设备,发酵室,三、厌氧液体发酵设备,1、酒精发酵罐 2、丙酮-丁醇发酵罐 3、啤酒发酵设备,1、酒精发酵罐 特征,（1）酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 （2）酒精发酵罐采用密闭式，顶有入孔，视镜及二氧化碳回收管，为了在酒精发酵过程中，回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精。 （3）进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。 （4）酒精发酵罐的罐底装有排料口和排污口。罐身上下装有取样口和温度计。 （5）为了便于酒精发酵罐
3、的维修和清洗，在近罐底装有污水排出口。,1、酒精发酵罐 洗涤,发酵罐的洗涤，近年来，已逐渐采用水力喷淋洗涤装置，从而减小了劳动强度，提高了生产效率。它是一根直立的喷水管，在垂直喷水管上钻有直径4-6mm的小孔。空与水平呈20。水平喷水管借助于活接头上端和喷水总管相连，洗涤水压为0.6-0.8MPa。水流在较高的压力下，由水平喷水口处喷出，使其以48-56r/min的速度自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处。在5min内就可以完成洗涤作业。,2、丙醇-丁醇发酵罐,丙醇-丁醇发酵罐的其他特点： 1、灭菌要求较高，顶盖和底部采用球形封头，罐内表面平整光滑； 2、采用表面喷淋冷却。,1、前发酵设备
4、长、正方形 开放式、密闭式 控温：槽内控温、发酵室控温（降温、绝热） 室内CO2浓度应控制,开放式前发酵槽,3、啤酒发酵设备（前、后发酵设备）,2、后发酵槽,后发酵阶段：残糖继续发酵，饱和CO2 ，澄清、成熟 贮酒罐 卧式、立式 温度维持在0-2,3、啤酒发酵设备（现代）,露天啤酒发酵罐,1、罐身呈圆柱形，罐底呈圆锥状，管的锥体高度为总高度1/3-1/4，锥角70-75，罐的径高比为1:3，罐容量60-600m，工作压力为0.07Mpa 2、灌顶和罐身均装有人孔，便于观察和维修 3、灌顶装有压力表、安全阀、玻璃试镜、二氧化碳排出口、加压及真空装置,3、啤酒发酵设备（现代）,露天啤酒发酵罐,4、
5、管内上部安装洗涤球，罐身外部装有取样管、温度计及2-4段冷却夹套和盘管 5、罐底装有净化的二氧化碳充气管 6、罐底部有一段冷却夹套和盘管，利于发酵后酵母的沉积，整个罐体外部包扎聚氨酯泡沫塑料保温,露天啤酒发酵罐的特点,四、好养固体浅层发酵设备,传统的好氧固体浅层发酵也可称为自然通风固体浅层发酵，是传统发酵工业中制备种曲的方法，其发酵的设备有：种曲室、区盘或竹匾、种曲培养工具，采用这种传统的好氧固体浅层发酵设备进行生产，劳动强度高，易污染杂菌，发酵过程不易控制，占用面积大。,现代好氧固体浅层发酵设备是密封箱式浅盘发酵设备，已应用于生产，可较大规模生产如酶制剂、酒曲、酱油，食用菌、饲料添加剂等，其
6、优点是：料层薄，发酵过程通入调温调湿的空气，温、湿度易控制不易污染杂菌；其缺点是占用面积大。,五、好氧固体深层发酵设备,1、机械搅拌通风制曲池 2、旋转式固体深层发酵罐 3、传送带式固体深层发酵设备,1、机械搅拌通风制曲池,简介： 机械搅拌通风制曲池设在制曲室内，由池体、通风装置、搅拌装置3部分组成。池体一般用砖砌成，上抹水泥，呈长方形，上方敞开，长8-10m，宽2m，高1m。池壁距池底0.2m处还有0.1m的宽边，上铺筛板，下置假低，假低为通风道，底部向上倾斜，倾斜度为8-10，以便通风均匀。池体两侧壁上设有齿轮导轨，供翻曲机移动。池体一端设有通风口与风道相连。,2、旋转式固体深层发酵罐,旋
7、转式固体发酵罐有鼓型和管型两种形态；将固体培养基接入菌种，放在发酵罐内；培养或发酵培养过程中，发酵罐以低速间歇式旋转，罐内培养物沿罐壁滑动，达到散热并与空气接触的目的；同时还可以通入经过调温调湿的空气，利于控制发酵条件。但由于罐体旋转，菌丝生长早期易遭损伤，易结块；而且控制不当，易污染。,3、传送带式固体深层发酵设备,传送带式固体深层发酵设备由一组传送带组成。工艺流程为： 1、将湿麦麸加热至85以上，并在第一传送带上保持15min 2、在第二传送带上用无菌冷空气将培养料吹冷至适当温度 3、喷上孢子液或用种曲接入料中 4、用布料器将接种的培养料分装如无菌的底部具多孔的金属盘中 5、用空中吊车把金
8、属盘送入培养隧道，采用适宜温度培养发酵至成熟 6、用吊车把培养发酵好的金属盘送入干燥隧道,六、好氧液体浅层发酵设备,好氧液体浅层发酵的主要设施与设备包括：培养室、搪瓷室、培养工具等。柠檬酸发酵生产的早起曾采用好氧液体浅层发酵，随着生产规模的扩大，好氧液体浅层发酵很快被液体深层发酵设备代替。,七、好氧液体深层发酵设备,1、机械搅拌通风密闭式发酵罐 2、改良的机械搅拌通风式发酵罐 3、机械搅拌自吸式发酵罐 4、机械搅拌伍式发酵罐 5、气升发酵罐 6、液提式发酵罐 7、膜生物反应器 8、基因工程菌生物反应器,1、机械搅拌通风密闭式发酵罐,（一）发酵罐的基本条件 机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，
9、使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。又称通用式发酵罐。,（二）、发酵罐的基本要求： 1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、动量传递性能； 3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。,电动机输入功率决定于搅拌桨形式和其他发酵罐部件。发酵罐内常安装4块挡板以增加混合、传热和传质效率。挡板之宽度为发酵罐直径的10
10、%12%，挡板越宽则混合效果越好。搅拌功率的计算一直作为发酵罐设计和放大的一个重要课题。它是指搅拌桨输入发酵液的功率，即搅拌桨在转动时为克服发酵液阻力所作的功率，有时被称为轴功率。 通气条件下非牛顿流体搅拌功率的计算常用Michel-Miller公式 式中： 与流体黏度有关的系数； Pg通气功率，kW； Q1、Q2与流体粘度有关的系数 Po不通气功率，kW； Di搅拌器直径，m； Q 通气量，L/min; N搅拌转速，r/min；,2、改良的机械搅拌通风式发酵罐,(1)瓦尔德夫发酵罐，它装有一种独特的消泡装置。 (2)一种带有上下两个分离搅拌器的发酵罐。上搅拌采用螺旋桨，用以加强轴向流动；下搅
11、拌采用涡轮桨分散气体，可以提高氧传递效率。这种设计方法充分发挥了这两种搅拌桨的各自特长。 (3)完全填充反应器是一种比通气搅拌罐能更有效地提高氧传递效率的发酵罐。它混合时间短，即使对十分黏稠的液体也有同样效果。它还消除了罐顶的空间，空气在罐内的滞留时间比通气搅拌罐长。 改良型通风式发酵虽然有一些改进，但是它的实际应用却远没有通风发酵广泛。,3、机械搅拌自吸式发酵罐,（一）简介 机械搅拌自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机和通气管，而是在转子和定子组成的特殊搅拌器作用下自吸入空气的发酵罐。,（二）特点 1、节省了空气压缩系统，减少了设备投资； 2、溶氧系数高，应用范围广； 3、便于实现自动化和连续
12、化,（三）缺点： 1、进罐空气处于负压状态，容易增加杂菌侵入的机会，不适合无菌要求高的发酵过程； 2、装料系数较低，约40%； 3、搅拌容易导致转速提高，有可能使某些微生物的菌丝被切断，影响细胞的正常生长。,4、机械搅拌伍式发酵罐,搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用6根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼做空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。这种发酵罐多应用于纸浆废液发酵生产酵母。设备的缺点是结构复杂，清洗套筒较困难，消耗功率较高。,5、气升发酵罐,（一）简介 气升式发酵罐属于
13、非机械搅拌发酵罐。该发酵罐内分为上升管和下降管，含气量高的发酵液密度小向上升，而含气量低的发酵液密度高乡下降；由于在管内外发酵液密度不同，产生压力差，推动发酵液在罐内外循环。,（二）原理 在上升管的下部设有空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速喷入上升管，使气泡分散在上升管中的发酵液中，发酵液的密度下降而上升，罐内发酵液由于密度较大而下降进入上升管，从而形成了发酵液的循环。,（三）特点 1、结构简单，节省动力，操作方便，杂菌污染机会少，装料系数高，氧的传质速率高，可用于高密度培养； 2、依靠空气流动带动发酵液循环流动，既能使发酵液均匀混合，又能使气体充分分散，而且没有动力剪切力，也适合动植
14、物细胞培养。,6、液提式发酵罐,液提式发酵罐是液体借助液体泵进行输送，同时气体在液体的喷嘴处被吸入的发酵罐，液提发酵罐的常见形式有：喷嘴塔式、喷嘴塔循环式、滴流式、六级塔循环式、管道循环式、下流塔式、液体流化床式。,7、膜生物反应器,中空纤维固定化细胞反应器,细胞循环膜发酵系统,膜生物反应器是将细胞或微生物等截留或存放在海绵体内，以实现生物催化剂和反应溶液的即时分离的膜反应器。主要特点： 1、采用膜分离技术与发酵过程的结合，实现了发酵过程中生物催化剂和反应溶液的即时分离，解除了代谢产物对细胞生长的抑制作用，可进行细胞高密度培养和提高代谢产物效率； 2、生物催化剂能够重复使用，可采用固定化技术进行发酵； 3、生化条件温和，也适用高分子膜； 4、可用于微生物发酵和动植物的培养。,8、基因工程菌生物反应器,基因工程菌生物反应器与一般生物反应器的最大不同是防止菌体的泄露，造成基因工程菌生物反应器内微生物泄露的主要原因是：第一，在排气过程中，菌体随废气排入大气中，所以，必须经加热灭菌或经微孔过滤除菌后，才能将基因工程菌反应器中的气体排放到大气中去。第二，轴封不严，导致菌体泄露，即所谓的轴封泄露现象。因此，基因工程菌反应器应采用双端而密封，而且作为润滑剂的无菌水的压力应高于反应器内液体的静压力。,视频1 通用式,视频2液体菌液,八、视频实践,谢谢观赏,
