培养基的准备与灭菌设备.ppt
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1、关于培养基的准备与灭菌设备现在学习的是第1页,共80页 灭菌是利用物理或化学方法杀灭或除去灭菌是利用物理或化学方法杀灭或除去物料及设备中生物体的过程。物料及设备中生物体的过程。第一节第一节 液体培养基的灭菌液体培养基的灭菌现在学习的是第2页,共80页 将培养基配制在发酵将培养基配制在发酵罐里,用蒸汽直接加罐里,用蒸汽直接加热,以达到预定灭菌热,以达到预定灭菌温度并保温维持一段温度并保温维持一段时间,然后冷却到发时间,然后冷却到发酵温度。酵温度。培养基湿罐灭菌培养基湿罐灭菌培养基分批灭菌培养基连续灭菌 把发酵罐先灭菌好,把发酵罐先灭菌好,将培养基在发酵罐外将培养基在发酵罐外采用高效设备连续不采用
2、高效设备连续不断地进行加热,保温断地进行加热,保温灭菌和冷却,然后连灭菌和冷却,然后连续进入已灭菌好的发续进入已灭菌好的发酵罐里。酵罐里。现在学习的是第3页,共80页常用的灭菌方法 化学灭菌化学灭菌 采用化学试剂进行灭菌采用化学试剂进行灭菌干热灭菌干热灭菌 用用160160,保温,保温1-2h1-2h 射线灭菌射线灭菌 用紫外线、高能量的电磁波或用紫外线、高能量的电磁波或粒子辐射进行灭菌粒子辐射进行灭菌 湿热灭菌湿热灭菌 用高压蒸汽对物料或设备容器用高压蒸汽对物料或设备容器灭菌灭菌 过滤灭菌过滤灭菌 用微孔用微孔0.220.22滤膜过滤截留微生物滤膜过滤截留微生物灭菌方法灭菌方法现在学习的是第
3、4页,共80页二、常用的连续灭菌流程二、常用的连续灭菌流程 1.1.连消塔连消塔- -喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程 配好的培养基用泵打入连消塔与蒸汽直接配好的培养基用泵打入连消塔与蒸汽直接混合,达到灭菌温度后进入维持罐,维持一混合,达到灭菌温度后进入维持罐,维持一定时间后经喷淋冷却器冷却至一定温度后进定时间后经喷淋冷却器冷却至一定温度后进入发酵罐。入发酵罐。 现在学习的是第5页,共80页 图2-4 连续灭菌设备流程示意图1-配料罐(拌料罐)2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐 5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水1234567现在学习的是第6页,共80页2. 2. 喷射加热喷射
4、加热- -真空冷却流程真空冷却流程 培养基用泵打入喷射加热器,以较高速度自喷嘴喷出,借培养基用泵打入喷射加热器,以较高速度自喷嘴喷出,借高速流体的抽吸作用与蒸汽混合后进入管道维持器,经一高速流体的抽吸作用与蒸汽混合后进入管道维持器,经一定维持时间后通过一膨胀阀进入真空闪急蒸发室,因真空定维持时间后通过一膨胀阀进入真空闪急蒸发室,因真空作用使水分急骤蒸发而冷却到作用使水分急骤蒸发而冷却到70-8070-80左右,再进入发酵左右,再进入发酵罐冷却到接种温度。罐冷却到接种温度。 现在学习的是第7页,共80页图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程生培养液蒸汽喷射加热器维持管膨胀阀急聚蒸发室灭菌好的培养液
5、真空 现在学习的是第8页,共80页3. 板式换热器灭菌流程 采用了薄板换热器作为培养液的加热和冷却器,培养液采用了薄板换热器作为培养液的加热和冷却器,培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程,蒸汽加热段在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程,蒸汽加热段使培养液的温度升高,经维持段保温一段时间,然后在使培养液的温度升高,经维持段保温一段时间,然后在薄板换热器的另一段冷却,从而使培养基的预热、加热薄板换热器的另一段冷却,从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却过程可在同一设备内完成。灭菌及冷却过程可在同一设备内完成。 现在学习的是第9页,共80页图2-6 薄板换热器连续灭菌流程维持段蒸汽加热段热回收段水
6、冷却段生培养液冷却水灭菌好的培养液现在学习的是第10页,共80页分批灭菌过程与设备 全过程包括升温、保温、降温三个过程。全过程包括升温、保温、降温三个过程。现在学习的是第11页,共80页图2-11 实罐灭菌设备示意图冷凝水冷却水进口排料管进汽取样管进汽进汽冷却水出口排气排气排气排气消沫剂管出气口接种管进料口进汽进气管现在学习的是第12页,共80页第二节第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化淀粉质原料的蒸煮与糖化 淀粉糖化的目的,是通过糖化酶将淀粉、糊精进行水解。糖淀粉糖化的目的,是通过糖化酶将淀粉、糊精进行水解。糖化的作用也就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被生物化的作用也就是把溶解状态的淀粉、糊精
7、转化为能够被生物细胞利用的可发酵性物质(当然也有不发酵性物质生成,这细胞利用的可发酵性物质(当然也有不发酵性物质生成,这主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用),降低醪液的粘度,主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用),降低醪液的粘度,有利于酵母的发酵和酵液的输送。有利于酵母的发酵和酵液的输送。一、连续蒸煮糖化一、连续蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化现在学习的是第13页,共80页一、连续蒸煮糖化一、连续蒸煮糖化 连续蒸煮糖化工艺料液连续流动,在不同的设备中完成加连续蒸煮糖化工艺料液连续流动,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。料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作,
8、整个过程连续化。 现在学习的是第14页,共80页96 213578蒸煮 废气 去发酵罐10冷水4图2-12 连续糖化工艺工程1-后熟罐 2-真空罐 3-混合冷凝器 4-水密封池 5-真空蒸发罐 6-糖化锅 7-硫酸罐 8-液曲罐 9-转料泵 10-喷淋冷却器现在学习的是第15页,共80页(一)蒸煮糖化设备1 1罐式蒸煮设备罐式蒸煮设备现在学习的是第16页,共80页 图2-13 蒸煮罐1-粉浆入口 2-加热蒸汽管 3-糊化醪出口 4-安全阀接口 5-压力表 6-制液体曲醪出口 7-罐耳 8-温度计测温口 9-人孔321546879现在学习的是第17页,共80页 图2-14 最后一个后熟器(气液分
9、离器)1-糊化醪入口 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-安全线 9-液位指示器8756493412糊化醪现在学习的是第18页,共80页2柱式连续蒸煮设备 特点是高温快速蒸煮,预热后的粉浆经泵送入加热器,被特点是高温快速蒸煮,预热后的粉浆经泵送入加热器,被高压蒸汽从相对方向喷射进行瞬间高温蒸煮,然后流入缓高压蒸汽从相对方向喷射进行瞬间高温蒸煮,然后流入缓冲器,再均匀地流入后面几根柱子内,在一定温度下继续冲器,再均匀地流入后面几根柱子内,在一定温度下继续蒸煮。第一根柱子内装有锐孔,第二根柱子内装有挡板,蒸煮。第一根柱子内装有锐孔,第二根柱子内
10、装有挡板,料液经过锐孔和挡板缺口时,流速增快,压力发生骤变,料液经过锐孔和挡板缺口时,流速增快,压力发生骤变,原料细胞膜突然膨胀而部分破裂,细胞内容物流出,得到原料细胞膜突然膨胀而部分破裂,细胞内容物流出,得到充分蒸煮。但柱子容积不大,料液在里面维持的时间不长,充分蒸煮。但柱子容积不大,料液在里面维持的时间不长,为使原料的淀粉糊化,一般在柱子后面再连接为使原料的淀粉糊化,一般在柱子后面再连接1212个后熟器,个后熟器,使料液在一定温度下继续维持一定时间,保证淀粉糊化比较使料液在一定温度下继续维持一定时间,保证淀粉糊化比较彻底。彻底。现在学习的是第19页,共80页3图2-15 柱式连续蒸煮流程图
11、1-粉浆罐 2-泵 3-加热器 4-缓冲器 5-柱子 6-后熟器1245555566现在学习的是第20页,共80页图2-16 加热器粉浆粉浆蒸汽蒸汽(1 1)加热器)加热器 加热器是利用高压蒸汽加热粉加热器是利用高压蒸汽加热粉浆,使汽液相对喷射,紧密接浆,使汽液相对喷射,紧密接触,能在短时间内达到较高的触,能在短时间内达到较高的温度。温度。 高压蒸汽从内、外层管进入高压蒸汽从内、外层管进入,穿过小孔向粉浆液流两旁,穿过小孔向粉浆液流两旁喷射,由于高压蒸汽从侧喷喷射,由于高压蒸汽从侧喷射,接触均匀,加热比较全射,接触均匀,加热比较全面,故能在很短时间就达到面,故能在很短时间就达到蒸煮温度蒸煮温度
12、145-150145-150。现在学习的是第21页,共80页3管式连续蒸煮管式连续蒸煮是通过加热器和管道来完成的,物料管式连续蒸煮是通过加热器和管道来完成的,物料先通过加热器在较高的温度和压力下,使物料和蒸先通过加热器在较高的温度和压力下,使物料和蒸汽在短时间内就充分混合,完成热交换,然后混合汽在短时间内就充分混合,完成热交换,然后混合的高温物料再通过管道转弯处产生压力的间歇上升的高温物料再通过管道转弯处产生压力的间歇上升和下降,使醪液发生收缩膨胀,减压汽化,冲击等和下降,使醪液发生收缩膨胀,减压汽化,冲击等使淀粉软化和破碎,进行快速蒸煮。使淀粉软化和破碎,进行快速蒸煮。主要特点是高温快速,糊
13、化均匀,糖分损失少,主要特点是高温快速,糊化均匀,糖分损失少,设备紧凑,易于实现机械化和自动化操作设备紧凑,易于实现机械化和自动化操作 现在学习的是第22页,共80页2010图2-17 管式连续蒸煮设备流程图181716191176151213141289543 1-1-输送机输送机 2-2-斗式提升机斗式提升机 3-3-贮料斗贮料斗 4-4-锤式粉碎机锤式粉碎机 5-5-螺旋输送机螺旋输送机 6-6-粉浆罐粉浆罐 7-7-泵泵 8-8-预热锅预热锅 9-9-近料控制阀近料控制阀 10-10-过滤器过滤器 11-11-泥浆泵泥浆泵 12-12-单向阀单向阀 13-13-三套管加热器三套管加热器
14、 14-14-蒸煮蒸煮管道管道 15-15-压力控制阀压力控制阀 16-16-后熟器后熟器 17-17-蒸汽分离器蒸汽分离器 18-18-真空冷凝器真空冷凝器 19-19-蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器 20-20-糖化锅糖化锅现在学习的是第23页,共80页4真空冷却器 真空冷却指的是醪液在一定的真空度下(即醪液进入真空冷却指的是醪液在一定的真空度下(即醪液进入负压状态)醪液本身产生大量蒸气(二次蒸气),负压状态)醪液本身产生大量蒸气(二次蒸气),并被抽出,这样便消耗了醪液大量的热量,因而醪并被抽出,这样便消耗了醪液大量的热量,因而醪液很快冷到与真空度相应的温度,这种醪液冷却法液很快冷到与真空度相应的温
15、度,这种醪液冷却法就称为真空冷却。就称为真空冷却。 现在学习的是第24页,共80页123至糖化锅蒸汽空气混合气体料液冷水 图2-18 真空冷却器1-真空冷却器 2-膜式塔 3-喷射器 真空冷却器器身为圆筒锥底,真空冷却器器身为圆筒锥底,醪液由切线方向进入,顶中醪液由切线方向进入,顶中心有二次蒸汽排出口,连接心有二次蒸汽排出口,连接膜式塔,用冷水在膜式塔中膜式塔,用冷水在膜式塔中冷凝二次蒸汽,不凝性气体冷凝二次蒸汽,不凝性气体经真空泵或蒸汽喷射器抽走经真空泵或蒸汽喷射器抽走,造成器内真空。,造成器内真空。 现在学习的是第25页,共80页5糖化罐(1 1)连续糖化罐)连续糖化罐 连续糖化罐的作用是
16、连续地把糊化醪与水稀释,连续糖化罐的作用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,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,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。以利于酶的活动。现在学习的是第26页,共80页 图2-19 连续糖化罐糊化醪进管 2-水和液体曲或曲乳或糖化酶进入 3-无菌压缩空气管 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌蒸汽进口管 7-糖化醪出口 8-搅拌器糊化醪无菌压缩空气糖化醪124 8 35676现在学习的是第27页,共80页图2-20 真空糖化装置142389Aabcdefg a 汽液分离器
17、(最后 个后热器)b-糖化曲液计量罐 c-真空糖化罐 d-冷凝器 e-三级真空冷却器 f-三级冷凝器 g-糖化醪泵 1,2,8-阀 3,4,6,7,9-控制阀及管 5-测温管现在学习的是第28页,共80页二、间歇蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化 间歇糖化法在整个糖化过程中主要有前冷却、糖化、后冷间歇糖化法在整个糖化过程中主要有前冷却、糖化、后冷却以及将糖醪送入发酵罐等操作,间歇糖化的生产操作是却以及将糖醪送入发酵罐等操作,间歇糖化的生产操作是在一个具有搅拌和冷却装置的糖化锅内完成的。在一个具有搅拌和冷却装置的糖化锅内完成的。 间歇糖化法的工艺流程:蒸煮醪间歇糖化法的工艺流程:蒸煮醪糖化锅加水冷却糖化锅
18、加水冷却(120120至至6060)加酸十加曲十糖化十冷却()加酸十加曲十糖化十冷却(6060至至3030)发酵罐(或酒母罐)发酵罐(或酒母罐)现在学习的是第29页,共80页45738 图2-21 锥形蒸煮锅1-加料口 2-排汽阀 3-锅耳 4-取样器 5-加热蒸汽管 6-排醪管 7-衬套 8-压力表216现在学习的是第30页,共80页第三节第三节 纤维素和半纤维素的水解纤维素和半纤维素的水解 可以利用的生物质资源很多,包括各种农业残余物可以利用的生物质资源很多,包括各种农业残余物 、林、林业残余物、专门栽培的作物以及各种废弃物。这些木质纤业残余物、专门栽培的作物以及各种废弃物。这些木质纤维材
19、料完全可望将它们降解转化为糖类,并生物加工成有维材料完全可望将它们降解转化为糖类,并生物加工成有用的物质,如生物能源等。用的物质,如生物能源等。一、蒸汽爆裂法一、蒸汽爆裂法二、稀酸预处理法二、稀酸预处理法三、酸酶水解法三、酸酶水解法现在学习的是第31页,共80页一、蒸汽爆裂法一、蒸汽爆裂法 向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽,使罐温度向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽,使罐温度达到达到200-240200-240左右,原料中的半纤维素会迅速分解释放出左右,原料中的半纤维素会迅速分解释放出有机酸,发生自水解作用而可溶化。细胞间的木质素熔化,有机酸,发生自水解作用而可溶化。细胞间的木质素熔
20、化,并发生部分降解,变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加并发生部分降解,变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然减压爆碎的机械分离作用,使植物细胞间质或细胞壁上突然减压爆碎的机械分离作用,使植物细胞间质或细胞壁变疏松,细胞游离,纤维素的可酶解性明显增强。蒸汽爆碎变疏松,细胞游离,纤维素的可酶解性明显增强。蒸汽爆碎技术的成败在于精确控制处理强度(蒸汽温度和处理时间)技术的成败在于精确控制处理强度(蒸汽温度和处理时间)和处理的均匀度。控制不当,半纤维素等未充分降解或降解和处理的均匀度。控制不当,半纤维素等未充分降解或降解产生的单糖被进一步降解破坏,得糖率往往会低于理论值的产生的单糖被进一步降解破
21、坏,得糖率往往会低于理论值的65% 65% 。现在学习的是第32页,共80页二、稀酸预处理法二、稀酸预处理法优点:稀酸处理既对纤维物料进行预处理,又可以得到半纤维优点:稀酸处理既对纤维物料进行预处理,又可以得到半纤维素水解的糖液。素水解的糖液。缺点:糖的得率较低,能量消耗较大(因为要在高温高压下进缺点:糖的得率较低,能量消耗较大(因为要在高温高压下进行)和仍需要耐酸材料(比浓酸要好些)。行)和仍需要耐酸材料(比浓酸要好些)。 过程:第一阶段在较温和的条件下(过程:第一阶段在较温和的条件下(100100)左右进行,)左右进行,使半纤维素分解,所得半纤维素水解液可用来生产使半纤维素分解,所得半纤维
22、素水解液可用来生产SCPSCP或酒或酒精等产品。剩下的物料进入第二阶段水解,即在较强烈的条件精等产品。剩下的物料进入第二阶段水解,即在较强烈的条件下进行纤维素分解。下进行纤维素分解。现在学习的是第33页,共80页1.影响酸水解的因素原料的种类和粉碎度原料的种类和粉碎度 原料和酸的接触面越大,水解效果越理想。原料和酸的接触面越大,水解效果越理想。 酸的种类和用量酸的种类和用量 盐酸催化能力较强,但价格较高,腐蚀性也强。所以盐酸催化能力较强,但价格较高,腐蚀性也强。所以工业生产上往往使用粗硫酸作为水解用酸。工业生产上往往使用粗硫酸作为水解用酸。液比系数液比系数 水解时液体和纤维素原料的比例叫液比系
23、数。水解时液体和纤维素原料的比例叫液比系数。 水解时间和温度水解时间和温度 温度越高,纤维素酸水解的速度越快。但是已生成的温度越高,纤维素酸水解的速度越快。但是已生成的单糖的分解速度也越快。单糖的分解速度也越快。 现在学习的是第34页,共80页2. 稀酸水解的几种常用方法 纤维原料稀酸水解纤维原料稀酸水解稀酸加压水解稀酸加压水解稀酸常压水解稀酸常压水解分段水解法分段水解法固定水解法固定水解法渗滤水解法渗滤水解法现在学习的是第35页,共80页3. 稀酸水解生产流程和设备现在学习的是第36页,共80页三、酸酶水解法三、酸酶水解法蔗渣蔗渣预处理预处理爆破膨化(或碱煮)爆破膨化(或碱煮)酶解反应器酶解
24、反应器内切木聚糖酶内切木聚糖酶低聚木糖液低聚木糖液清净清净真空浓缩真空浓缩低聚木糖浆低聚木糖浆酶解渣酶解渣多级串联水解多级串联水解六碳糖液六碳糖液连续发酵酒精连续发酵酒精水解残渣(燃料、肥料或填料)水解残渣(燃料、肥料或填料)粗馏粗馏精馏精馏脱水脱水无水酒精无水酒精酸酸现在学习的是第37页,共80页两段水解的第一段为半纤维素水解,方法有化学或微两段水解的第一段为半纤维素水解,方法有化学或微生物或物理方法。第一段制低聚木糖方法是:蔗髓生物或物理方法。第一段制低聚木糖方法是:蔗髓(即蔗渣糠)等半纤维素降解有采用热水蒸煮、酸水(即蔗渣糠)等半纤维素降解有采用热水蒸煮、酸水解、微波降解和酶解等方法。采
25、用蒸汽膨胀爆破方法解、微波降解和酶解等方法。采用蒸汽膨胀爆破方法 方法是将蔗髓裂解后用热水或稀酸浸泡获木聚糖液,然后方法是将蔗髓裂解后用热水或稀酸浸泡获木聚糖液,然后加入能分泌内切木聚糖酶的微生物培养液将木聚糖降解为加入能分泌内切木聚糖酶的微生物培养液将木聚糖降解为木二糖和木三糖。木二糖和木三糖。现在学习的是第38页,共80页热压器沸腾器控制点水份控制器冲子同轴喷射器喷射器进料处收料器排阀器图2-27 蔗渣蒸汽裂解膨化流程示意图现在学习的是第39页,共80页 提取木聚糖后的酶解渣用化学法进行第二段水解,目的使纤维素降解成葡萄糖。方法是将酶解渣加酸放入立式蒸煮锅中,在68公斤压力下蒸煮,硫酸用量
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