《培养基的制备设备》PPT课件.ppt

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1、发酵设备 学院：化学工程学院学院：化学工程学院专业：生物工程专业：生物工程教师：教师：宋向阳宋向阳1 教 材 发酵设备 主编：高孔荣主编：高孔荣中国轻工出版社中国轻工出版社3232 学时学时2 第二章 培养基的制备设备 v培养基的制备 培养基的灭菌 原料的蒸煮 糖化v蒸汽加热灭菌(生产上)v高温短时间3第一节第一节 培养基的灭菌培养基的灭菌 培养基灭菌方法 A、蒸汽加热B、化学药物C、电磁波D、机械方法直接直接（活汽）（活汽）间接间接（闭汽）（闭汽）蒸汽加热蒸汽加热4一、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

2、一级反应 5（一）灭菌时间（1）杂菌在一定温度下，受热灭死属于一级反应 dtdN =kN式中式中 表示活菌数减少表示活菌数减少 N 活菌个数活菌个数 k 反应速度常数反应速度常数6（一）灭菌时间（2）在恒定温度下，将下式积分 dtdN =kNdN NN0Ns =-K d0ln =kN0Ns2.303 log =kNsN0NsN0 =2.303 log1k7（一）灭菌时间（3）v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 无穷大（理论上）工程上Ns=10-3 个/罐，即1000 只发酵罐仅有1

3、个杂菌。一般高温灭菌时间 15-30 S，维持罐 8-25 min。8（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 logk1NsN0代入代入得得 D=2.303 logk110010090 D=2.303/k9（二）灭菌温度与菌死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 dTERT2RT代入代入当当E为常数时上式积分得为常数时上式积分得即即=+ak=e E式中的式中的a是积分常数，是积分常数，上式整理为上式整理为 ln k=-ERT ln k=ln e a-a-ERTk=A e RT E1

4、0（二）灭菌温度与菌死亡反应速度常数的关系（2）v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)E 细胞孢子的活化能 (4.187 J/mol)e 2.718 k=A e ERT11二、连续灭菌流程（二、连续灭菌流程（1 1）连续灭菌特点A、易于调控、易于调控B、蒸汽负荷均匀、蒸汽负荷均匀C、产品质量稳定、产品质量稳定D、自动化程度高、自动化程度高12二、连续灭菌流程（二、连续灭菌流程（2 2）培养基连续灭菌流程冷却水图图2-6 2-6 培养基连续灭菌流程培养基连续灭菌流程消泡剂去发酵123451-料液

5、罐2-连消泵3-连消塔4-维持罐5-喷淋冷却器13二、连续灭菌流程（二、连续灭菌流程（3 3）蒸汽直接喷入待灭菌的培养基图图2-7 2-7 喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程蒸汽蒸汽生培养液生培养液膨胀阀膨胀阀维持段维持段真空真空急速冷却器急速冷却器14二、连续灭菌流程（二、连续灭菌流程（4 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15三、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图2-11 套管式连消塔套管式连消塔16三、设备构造和计算(2)上升的

6、培养液被圆形挡板阻挡,折转向四周上升,再经二次加热。图图2-12 混合式连消塔混合式连消塔培养液培养液蒸汽蒸汽(二次蒸汽)圆形挡板17三、设备构造和计算(3)特点 外形尺寸小外形尺寸小结构简单结构简单效果好效果好培养液培养液蒸汽蒸汽图图 2-13 连消塔连消塔套管喷嘴圆形挡板18三、设备构造和计算(4)套管式连消塔计算培养液在管间流动,线速度线速度为wW=G3600 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）19三、设备构造和计算(5)套管式连消塔计算培养液在管间流动,线速度线速度为wW=G3600 4(D2d2)则塔高 H=w H 连

7、消塔高（m）灭菌时间 （s）20三、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即即 F =V/(3600 w)式中式中 F 蒸汽喷孔总面积蒸汽喷孔总面积（m2）w 蒸汽喷孔的速度蒸汽喷孔的速度（m/s），一般值为），一般值为25-40 m/s V 加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量（m3/h）21三、设备构造和计算(7)加热喷嘴孔数 nn=F/（0.785 d12）式中式中 n 喷孔数喷孔数（个（个）d1 喷孔直径喷孔直径（m）22（二）喷射加热器料液在扩大管6中转变为压力能蒸汽蒸汽料液料液已加热料液已加热料液图图2-

8、14 喷射加热器喷射加热器1234561-喷嘴 2-吸入口 3-吸入室4-混合喷嘴 5-混合段 6-扩大管23 （三）维持罐（1）结构结构 长圆筒形 H：D=2-4 上下为球形封头参数参数 维持时间8-25 min排汽去冷却器图图2-15 维持罐维持罐料液142351-人孔 2-进料管 3-出料管4-温度计测温口 5-排料管24（三）维持罐（2）维持罐容积维持罐容积V V计算计算V=v /（60 ）(m )式中式中 V 维持罐容积维持罐容积（m3）v 料液体积容量料液体积容量 (m3/h)维持时间维持时间 (min)，8-25min 充满系数，充满系数，25（四）管式连消器高温短时间连续灭菌设

9、备高温短时间连续灭菌设备活塞流U=Umax湍流 U=（）Umax粘滞流U=(0.5)Umax图图2-16 圆管内不同流动形式圆管内不同流动形式 流体的速度分布情况流体的速度分布情况U 流体的平均流速26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稀释酸化酸化灭菌灭菌添加营养盐添加营养盐罐式罐式 低温，时间长低温，时间长管式管式 高温，时间短高温，时间短27一、糖蜜稀释器的构造原理（1）（一）水平式糖蜜连续稀释器（1）热水营养盐酒精液体冷水糖蜜出口糖蜜入口图图2-20 水平式糖蜜连续稀释器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

10、出口稍低28（一）水平式糖蜜连续稀释器（2）特点连接管无搅拌器无搅拌器节省动力节省动力混合效果好混合效果好热水热水营养盐营养盐冷水冷水酒精酒精29高浓稀释设备高浓稀释设备高浓稀释设备高浓稀释设备30（二）立式糖蜜稀释器结构主体主体 圆筒形圆筒形上下封头上下封头 锥形锥形冷水热水糖蜜糖蜜图图 2-21 立式糖蜜连续稀释器立式糖蜜连续稀释器121-隔板 2-固定杆半圆形缺口的隔板半圆形缺口的隔板交错配置，呈湍流运动糖蜜31二、罐式连续蒸煮糖化连续蒸煮设备罐式连续蒸煮罐式罐式管式管式柱式柱式蒸煮温度低蒸煮温度低设备结构简单设备结构简单能耗低能耗低32（一）蒸煮器和后熟器（1）长圆筒形球形封头图图 2

11、-22 蒸煮罐蒸煮罐987654321粉粉浆浆糊化醪糊化醪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33（一）蒸煮器和后熟器（2）长圆筒形 球形封头作用作用 维持一定时间 使糊化醪煮透图图 2-22 后熟器后熟器294681534糊化醪糊化醪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结结 构构 34（二）糖化罐1、连续糖化罐21384567图图 2-24 连续糖化罐连续糖化罐 糖化醪糖化醪无菌压缩空气无菌压缩

12、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。35第三节 啤酒厂原料的糊化、糖化设备糖化锅两锅两锅 糊化锅糊化锅/麦汁煮沸锅，糖化锅麦汁煮沸锅，糖化锅/过滤槽过滤槽四锅四锅 糊化、糖化、过滤、煮沸糊化、糖化、过滤、煮沸六锅六锅 增加一个过滤槽、一个煮沸锅增加一个过滤槽、一个煮沸锅36一、糊化锅的构造和计算（一）糊化锅的构造构造H：D=1：2加热加热搅拌器搅拌器CIP挡板挡板气升管气升管37一、糊化锅的构造和计

13、算（二）糊化锅容积的确定构造H：D=1：2V糊化糊化=（1/22/3）V糖化糖化S气升管气升管=（1/301/50）S罐罐W料料：W水水=1：38二、糖化锅的构造和计算（一）糖化锅容积的确定构造H：D=1：2V糊化糊化=（1/22/3）V糖化糖化S气升管气升管=（1/301/50）S罐罐W料料：W水水=1：39(二)糖化锅计算v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430kg，计算糖化锅的容积及其基本尺寸。40(二)糖化锅计算v解 某啤酒厂一次糖化的糖化锅中

14、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 (5/100)(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=53

15、17.49+6032=11349.49(kg)41(二)糖化锅计算v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%)=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42(二)糖化锅计算v解 某啤酒厂一

16、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)15.14 H=0.5 3.38 =1.69 (m)糖化锅升气管的直径为d，则0.785 d22 1/50 d=0.48(m)43第四节 味精厂水解设备v味精厂水解设备流程1234568791011121-调浆罐 2-盐酸计量罐 3-耐酸粉浆泵 4-水解锅(酸法)5-料液回收罐6-过滤器 7-沉浸式热交换器 8、12-一、二

17、次中和罐 9-糖液泵10-板框式压缩机 11-糖浆泵 NaOHNa2CO344一、味精生产工艺条件v1v2v3v4v5v6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，水解压力，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45一、味精生产工艺条件v1v2v3v4v5v6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，水解压力，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（N

18、aOH）发酵：葡萄糖 谷氨酸 谷氨酸钠46一、味精生产工艺条件v1v2v3v4v5v6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，水解压力，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47味精生产工艺流程图味精生产工艺流程图v原料淀粉糖化发酵谷氨酸提取味精制造包装4849二、水解锅构造（1）v锅体 圆柱形v封头 碟形v进料 淀粉浆由锅顶管2进入v加热 蒸汽由管3通入到锅下部v排料 排液管7通至锅底中心12345678不锈钢水解锅不锈钢水解锅1-人孔人孔 2-粉浆入口管粉浆入口管 3-加热蒸汽管加热蒸汽管 4-不凝性气不凝性气体排出管体排出管 5-取样管取样管 6-压力表压力表 7-排液管排液管 8-锅耳锅耳50二、水解锅计算（2）v 水解锅数目v式中 VN=v480V480 vn淀粉水解锅数目淀粉水解锅数目V每班处理淀粉量（每班处理淀粉量（t）淀粉水解锅的周转时间（淀粉水解锅的周转时间（min）v每锅处理淀粉量（每锅处理淀粉量（t）480每天开工一个班，每班的分钟数每天开工一个班，每班的分钟数（60 8）51