细胞工程教学PPT物料处理与培养基制备.ppt

1,第三章 物料处理与培养基制备,生物工程设备,2,主要内容,第一节 固体物料的处理与粉碎设备（一）固体物料的筛选、分级设备（二）固体物料的粉碎设备第二节 液体培养基的制备及灭菌设备（一）糖蜜原料的稀释与澄清（二）淀粉质原料的蒸煮糖化设备（三）啤酒生产中麦芽的制备（四）液体培养基的灭菌,3,主要内容：一 固体物料的筛选分级设备 二 固体物料的粉碎设备学习要求：了解原料筛选、粉碎的方法；掌握筛选、粉碎设备的类型、结构及特点,1 固体物料的处理与粉碎,4,纤维性较长的物质，如麻绳草屑、庄稼秸秆等颗粒状物质，如沙子、泥土块、小石块等铁磁性物质，如铁钉、螺丝等,原料在收获、运输、储藏过程中混入其它物质工业生产要求去除原料中杂物 杂物种类,1.1固体物料的筛选、分级设备,5,粗选机（除石、草、土块、小草籽、沙石和灰尘等）磁铁分离器（除磁性金属、铁钉、铁屑、铁丝等）精选机（除圆形杂粒、半粒及分级等）分级筛（平板分级筛、圆筒分级筛）,1.1固体物料的筛选、分级设备,6,一、粗筛选设备（质量、数量、效益）,要求：足够的筛选时间，所有物料接触筛面 连续加料，连续筛选 振动筛：平板筛面，倾斜安装，振动筛选,1.1固体物料的筛选、分级设备,振动筛,转筒筛,一、粗筛选设备（质量、数量、效益）,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备（质量、数量、效益）,转筒筛,7,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,振动筛,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,8,10吨大麦粗选机,是带有风力除尘的振动筛，筛面倾斜做前后往复运动，成为平摇倾斜筛。,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,大麦粗选机,一、粗筛选设备,大麦粗选机,一、粗筛选设备,大麦粗选机,一、粗筛选设备,9,进口风速46m/s出口风速47m/s,大麦粗选机,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,进料装置：使调节物料流量 均匀分布筛 体：三层筛选吸风除尘装置：除尘自衡振动装置：电机、吊杆,10,1.1固体物料的筛选、分级设备,流 程,一、粗筛选设备,大麦粗选机,一、粗筛选设备,11,工作原理：第一层为接料筛，筛孔最大、筛面较短、反向倾斜60 第二层为分级筛，筛孔比所选原料稍大，正向倾斜100 第三层为精选筛，筛孔小于所选原料，正向倾斜120第一层上留下的为大杂质（如草杆、泥块）；第二层上留下的是稍大于原料的中级杂质；第三层上留下的是所选原料；第三层下穿过的是小于原料的泥沙、杂草种子等小杂质。,大麦粗选机,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,12,永磁滚筒由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成170的圆弧形磁芯，安装在固定的轴上磁芯一般固定不动,旋转式磁分离器,磁钢的排列,1.1固体物料的筛选、分级设备,永磁滚筒,一、粗筛选设备,永磁滚筒,一、粗筛选设备,磁铁滚筒由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯组成,13,永磁滚筒主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和变速机构等组成。磁芯是永久磁钢和铁隔板按一定顺序排列成圆弧形，安装在固定的轴上，形成极头开放磁路。磁芯圆弧表面与滚筒内表面间隙小而均匀。,永磁滚筒,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,14,RCYG永磁转动滚筒,组成部件：进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等,1.1固体物料的筛选、分级设备,15,永磁筒主要由圆柱型磁芯和不锈钢外筒组成,永磁筒,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,一、粗筛选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,16,主要是对谷物颗粒料（如小麦、大麦等）进行精选。按颗粒的长度进行分级，可以除去半粒和杂粒。常用的有滚筒式精选机和碟片式精选机两种。,二、精选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,碟片式精选机,二、精选设备,1.1固体物料的筛选、分级设备,滚筒式精选机,大麦,17,结构：金属碟片的平面上有许多袋形的凹孔，孔的大小和形式视分级条件而定。原理：碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入袋孔被带到较高的位置，因此把收集短小颗粒的斜槽放在适当高度的位置上，就能将短小颗粒分离出来。,二、精选设备 1.碟片式精选机,1.1固体物料的筛选、分级设备,二、精选设备 1.碟片式精选机,1.1固体物料的筛选、分级设备,18,碟片精选机的结构 1进料口 2碟片 3轴 4轴承 5绞龙/螺旋输送机 6大链轮 7小链轮 8链条 9隔板 10孔11长粒物料出口 12淌板,二、精选设备 1.碟片式精选机,1.1固体物料的筛选、分级设备,碟片袋孔,19,1.1固体物料的筛选、分级设备,优点：工作面积大、转速高，故工作效率较高。不同规格的袋孔可设在同一台设备中，以适 应除去不同品种杂质的需要。若碟片损坏可以部分更换。缺点：碟片上的袋孔容易磨损。功率消耗比较大。,二、精选设备 1.碟片式精选机,1.1固体物料的筛选、分级设备,二、精选设备 1.碟片式精选机,20,上层为4块2.525mm筛板，中层为两块2.225mm筛板，下层为两块2.825mm筛板。麦流先经上层2.5mm筛，2.5mm筛上物流入下层2.8mm筛，分别为2.8mm以上的麦粒和2.5mm以上的麦粒，2.5mm筛下物流入中层2.2mm筛，分别为小粒麦和2.2mm以上的麦粒。,1.1固体物料的筛选、分级设备,三、分级设备 1.平板分级筛（大麦）,特点：分离效果高、占地面积小、能耗低；造价高、维修困难,1.1固体物料的筛选、分级设备,三、分级设备 1.平板分级筛（大麦）,21,袋孔在内表面滚筒倾斜短粒嵌入袋孔位置深，带上去从中部落下，由绞龙送出。长粒在未送上之前落下，依靠筛转圆筒的倾斜度从下面出,1.1固体物料的筛选、分级设备,二、精选设备 2.滚筒式精选机,特点：分离出来的杂粒含大麦较少，缺点是袋孔的利用系数低，产量低，且工作面磨损后不能修复。,1.1固体物料的筛选、分级设备,二、精选设备 2.滚筒式精选机,22,原理：圆筒用铁板冲孔后 卷成，分层几节筒 筛，布置不同孔径 的筛面。圆周速度 0.71.0m/s,1.1固体物料的筛选、分级设备,三、分级设备 2.圆筒分级筛（大麦）,优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。缺点：筛面利用率少，仅为整个筛面的1/5。,23,1.粉碎目的：提高原料的利用率；缩短生产时间；提高生产效率,固体物料经粉碎后，颗粒变小，表面积显著增大可加速溶解、混合和反应过程节省加热蒸汽，便于输送，减少能量消耗,1.2 固体物料的粉碎设备,1.2 固体物料的粉碎设备,24,2.粉碎方式：,湿式粉碎,干式粉碎,湿式粉碎是将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好。但是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多。干式粉碎是将干物料送入粉碎机中粉碎，有一定的粉尘涌出来，如果不采取必要的除尘措施，车间内会充满灰尘。,1.2 固体物料的粉碎设备,25,3.粉碎方法,挤压破碎(a)、冲击破碎(b)、研磨粉碎(c)、剪切破碎(d)、劈裂粉碎(e),1.2 固体物料的粉碎设备,26,1、工作原理物料从上方加入，在悬空状态下被高速旋转的锤刀产生的冲击力所破碎物料被抛至冲击板上，再次被击碎物料在粉碎机内还受到挤压和研磨的作用,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,1.2 固体物料的粉碎设备,27,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,28,2、主要组成部件锤刀：矩形、带角矩形和斧型 常用矩形，可两头调换使用,1.2 固体物料的粉碎设备,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,29,筛网,作用：排出物料，控制粉碎后颗粒大小筛孔形状：圆形筛孔，颗粒均匀、出料慢 长条形筛孔的出料快筛孔尺寸：颗粒尺寸的36倍，如要得到物料颗粒 直径为1mm，则筛孔尺寸应为36mm转子：使锤刀均匀分布，可摆动避开硬物，便于拆换锤刀,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,30,3.锤碎机通常发生的不正常情况及其处理措施：,（1）出现锤碎机堵塞现象 产生原因：进料量太多；筛孔堵塞；有异物落入机内 处理措施：首先是打开锤碎机，进行疏通；还可以取出筛子，疏通筛眼；或者可以停止磨粉，取出异物（2）锤碎机运转时有杂声 产生原因：硬质杂物落入锤碎机内 处理措施：停止锤碎机运转，取出杂物，并检查筛子是否损坏（3）粉粒直径过大，超过规定范围 筛子磨损或破裂而引起的，处理的办法是调换新筛子,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,31,锤式粉碎机,4、特点优点：构造简单、紧凑、物料适应性强，粉碎度大（粗粉碎、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠。缺点：机械磨损较大,1.2 固体物料的粉碎设备,1.2 固体物料的粉碎设备,1.2 固体物料的粉碎设备,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,32,5.生产能力的计算：圆孔筛：设一个圆筛孔排出的产品定量V0（m3)V0=D02.d.（m3)D0-筛孔直径，m;d-产品粒度，m；-排料的不均匀系数，一般取0.7。若转子上有 k 排锤刀，则转子转一周锤刀就扫过k 次。若转子转速为n(r/min)，筛孔总数为Z个，则每小时排出量为：V=60 D02.d.Z.k.n(m3/h)或：Q=V.=15 D02 d Z k n（-比重 T/m3）（长方形筛孔可类推）,1.2 固体物料的粉碎设备,一、锤式粉碎机,33,6.双转子锤式粉碎机单转子：由于物料环流，不仅严重影响颗粒的分级，也极大地削弱了锤刀的冲击效果，造成很高的能量损失。双转子：轴转方向相反，无环流，减少了动力消耗。,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（一）锤式粉碎机,34,用途：破碎脆性、粘性或潮湿物料 啤酒生产原料麦芽和大米常用辊式粉碎机进行粉碎,类型：两辊式、四辊式、五辊式、六辊式,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,35,1两辊式粉碎机工作原理主要工作机构为两个相对旋转的圆柱形辊筒物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被挤压粉碎,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,36,主要工作部件辊筒：有的表面光滑，有的表面有凸棱或凹槽。其中一个辊筒轴承座为可移动的，并且辊筒的轴承座为弹簧压紧。,1.2 固体物料的粉碎设备,特点两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。通常用于中碎和细碎,1两辊式粉碎机,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,37,1.2 固体物料的粉碎设备,1两辊式粉碎机,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,38,生产能力,(kg/h),式中：D 辊筒直径，m n 辊筒转速，r/min L 辊筒长度，m b 两辊间隙，m 物料的密度，kg/m3 填充系数，其值与物 料性质及操作 均匀度有关，对于麦芽为0.50.7,Q=60DnLb,1.2 固体物料的粉碎设备,1两辊式粉碎机,二、辊式粉碎机,39,2、四辊式粉碎机并联：两对辊筒分别进料粉碎，提高生产能力串联：物料经第一对辊筒粉碎后，进入第二对辊筒再次粉碎，提高粉碎比,1.2 固体物料的粉碎设备,四辊式粉碎机,1、入料口 2、下料辊3、棍子 4、筛选装置,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,40,1.2 固体物料的粉碎设备,二、辊式粉碎机,2、四辊式粉碎机,41,3、五辊式粉碎机轻微挤压破碎，使麦芽的皮壳破裂分离皮壳、麦粒挤压研磨麦粒粉碎成细粉,1.2 固体物料的粉碎设备,五辊式粉碎机,1、入料口 2、下料辊 3、棍子 4、筛选装置,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,42,4、六辊式粉碎机前两对辊筒挤压麦芽破裂，与麦粒分离第三对辊筒将筛出的粗粒粉碎成细粉,1.2 固体物料的粉碎设备,1、入料口 2、下料辊 3、下料斗4、棍子 5、筛选装置,六辊式粉碎机,一、干式粉碎机械（二）辊式粉碎机,43,1.2 固体物料的粉碎设备,钢磨片,粉碎小麦、玉米、大豆、大米等。单转盘构造：两个带沟槽的圆盘，一个固定，一个 转动；进料口在圆盘中心；圆盘缝隙可调。物料进入后受离心力作用，在缝隙间 向外甩出，并受到圆盘沟槽的研磨和剪切作用而被粉碎。双转盘圆盘钢磨：两盘都旋转，方向相反，剪切作用大，效率更高。,一、干式粉碎机械（三）圆盘钢磨,44,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（四）钢片式磨粉机,当主轴转动时，带动粉碎齿轮、风扇叶片、动磨盘一起转动，物料由进料口不断被吸入，并被粉碎齿轮和齿套初步粉碎。经过初粉碎的物料被吸入动、静磨盘的间隙中，受离心力的作用，通过此间隙向外运动，都到高速旋转的磨盘所产生的剪切力的作用，被研磨成一定细度的粉粒,1.主轴 2.轴承座 3.皮带轮 4.料斗 5.磨体 6.粉碎齿轮 7.齿条 8.静磨盘 9.动磨盘 10.风扇论 11.调节机构,45,1.2 固体物料的粉碎设备,一、干式粉碎机械（四）钢片式磨粉机,46,主要包括输料装置、加料器、粉碎机和加热器等几部分湿法粉碎优点：1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，减少了原料损失 2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果 3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率 4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用,1.2 固体物料的粉碎设备,二、湿法粉碎设备,47,酒精生产湿法粉碎流程,1.2 固体物料的粉碎设备,二、湿法粉碎设备,48,（一）砂轮磨,1.2 固体物料的粉碎设备,二、湿法粉碎设备,1.砂轮磨 构造：进料斗 上砂轮（静止，碟形）下砂轮（转动）传动系统（在下面）出料口,SM-30A型砂轮磨1-料斗 2-上砂轮 3-下砂轮4-出料嘴 5-主轴6-主轴皮带轮 7-底座8-电机皮带轮 9-V带 10-电机,操作时先加水再开机。砂轮磨片采用上静下动式结构，借固定的碟形上磨片和旋转的平行下磨片对物料进行粉碎。,49,（二）高压均质机,1.2 固体物料的粉碎设备,二、湿法粉碎设备,通过机械作用或流体力学效应造成高压、挤压冲击、失压等，使物料在高压下挤研，强冲击下发生剪切，失压下膨胀，在这三重作用下达到细化和混合均质的目的。由高压泵和均质阀组成的特殊形式的高压泵,1.操纵盘；2.传动机构；3.均质头；4.泵体；5.高压表；6.电动机；7.机座及外壳,50,（二）胶体磨,1.2 固体物料的粉碎设备,二、湿法粉碎设备,利用高速旋转的转子与定子之间的可调节的狭缝，使物料受到强大的剪切摩擦及高频振动等作用，有效地 粉碎、乳化、均质，从而获得满意的精细加工。由壳体、转子、定子、调节机构、密封机构、电机等。,51,所选用粉碎机应符合基本要求：（1）粉碎后的物料颗粒大小要均匀（2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除（3）操作应能自动化（4）易磨损的部位应容易更换（5）应产生极少的粉尘，以减少环境污染（6）在操作发生障碍时，应有保险装置能使自动停车（7）单位产品消耗能量要小,1.2 固体物料的粉碎设备,52,液体深层发酵培养基中，碳源的提供常用淀粉质原料：谷类、薯类、淀粉等，另外还有糖蜜及各种农产品残余物如：玉米秸、麦秸、稻草等。通过蒸煮糖化将淀粉制原料转化为可发酵性糖是培养基 制备中的重要过程。糖蜜稀释连续糖化：酒精培养基制备设备 淀粉制原料水解 柠檬酸等 谷氨酸间歇糖化：啤酒,2 液体培养基的制备及灭菌,53,2 液体培养基的制备及灭菌,一、糖蜜原料的稀释与澄清二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备三、啤酒生产中麦芽汁的制备四、液体培养基的灭菌,54,一、糖蜜原料的稀释与澄清糖蜜是制糖厂的一种副产品，里面含有大量的可发酵性糖，这些糖分在目前制糖工业技术或经济核算上已不宜用结晶方法加以回收。糖蜜浓度一般在80 Bx，酵母不能直接利用，需进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐等处理过程。35 Bx1151（kg/m3)80Bx1412（kg/m3),2 液体培养基的制备及灭菌,间歇式稀释器连续式,55,2 液体培养基的制备及灭菌,一、糖蜜原料的稀释与澄清 1.水平式糖蜜稀释器,主体：圆筒形水平管子，设置多个管口。结构：圆柱型水平管，出口端向下倾斜安装；中部有两根横杆。若干隔板和筛板，形成若干空段，孔径保证糖液处在湍流；隔板上的孔上下交错地配置，使交错流动无须搅拌；若干空段根据工艺需要加入水及其它物质。动力特点：没有搅拌器，节省动力，安装时通常出口的一端向下倾斜。功能特点:同时可进行稀释，加营养盐等操作。,56,2 液体培养基的制备及灭菌,主体：圆筒形器身，上下封头锥形。结构：下部有两个连接管，一个进糖蜜，另一个进热水，流过最下边的一个中心有圆形孔的隔板后，糖液又与冷水混合。里面有7-8块具有半圆形缺口的隔板交错配置，这样液体呈湍流运动，使糖蜜和水更好地混合。隔板间距125mm，糖液允许速度为0.08-0.1m/s。,一、糖蜜原料的稀释与澄清 2.立式糖蜜稀释器,57,2 液体培养基的制备及灭菌,一、糖蜜原料的稀释与澄清 3.其它连续式稀释器,错板式连续稀释器,膨缩式连续稀释器,变管径式连续稀释器,58,酸化澄清目的：防止杂菌的繁殖，加酸可以使其中的Ca+生成硫酸钙沉淀，因而加速糖蜜中胶体物质与灰分一道沉淀而除去。同时调整稀糖液的酸度，使适于酵母的生长。,4、糖液的酸化澄清设备,一、糖蜜原料的稀释与澄清,2 液体培养基的制备及灭菌,59,蒸煮目的：1、借助蒸煮时的高温作用，破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用。2、高温高压灭菌。,蒸煮糖化的目的,淀粉质原料通过蒸煮以后，把颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，如果这时的糊精还不能被细胞直接利用，还必须采取添加糖化剂（麸曲、液体曲、糖化酶）的办法，把醪液中的淀粉、糊精转化为可发酵性糖等物质，作为生物细胞的碳源发酵产生酒精。,淀粉为白色无定形的结晶粉末，有圆形、椭圆形和多角形三种形状。,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,60,蒸煮糖化的步骤,1、糊化：由于淀粉质原料中含有的淀粉是存在于原料的细胞之中，受到细胞壁的保护，难以溶解。蒸煮的目的是使植物组织细胞膜破裂，淀粉受热、吸水膨胀，破坏晶状结构（未糊化前对酶作用的抵抗力较强难以糖化），成为凝胶状态，此过程称为糊化。2、液化：通过添加液化酶，使长链淀粉转化为糊精、低聚糖。糊化和液化常同时进行3、糖化：通过添加糖化酶再将糊精、低聚糖转化为可发酵性糖。,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,61,在我国生物发酵厂，将加热器（喷射加热器）、后熟器、冷却器（真空冷却器）和糖化锅组成了连续蒸煮糖化流程。提高了生产能力和出酒率，降低了煤耗，改善了劳动条件，提高产品质量。连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮。对连续糖化的要求主要是使糊化醪与曲液充分混合，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。,蒸煮设备,2 液体培养基的制备及灭菌,62,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,罐式连续蒸煮糖化流程,63,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,罐式连续蒸煮糖化流程,64,1.蒸煮设备（1）蒸煮锅构造：长圆筒，球形或蝶形封头。粉浆口在下端，正对蒸汽入口，蒸汽 口直通罐下部并装有止逆阀，以防压力下降液体倒流。压力表、安全阀、温度计罐耳（支承）外部有保温层表压：0.30.35MPa罐直径不宜太大，防止过大的返混 运动，保证培养基先进先出。因此蒸煮与后熟罐总数不宜过少，瓜 干类45个；玉米56个。,2 液体培养基的制备及灭菌,65,1.蒸煮设备（2）后熟器前三个后熟器都是由下进料由上出料。不再进蒸汽加热，只是保温，构造与蒸煮罐相同。由多个组成，为保证保温时间。最后一个后熟器由侧上部进料由下出料最后一个后熟器：又称气液分离器。不加热，目的分离出二次蒸汽降温，从上部出供粉浆罐预热。构造如图：二次蒸汽出口上部另一侧。液位较低，50左右，便于分离二次蒸汽。,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,66,1蒸煮设备（3）加热器（作用同蒸煮罐）结构：由三层直径不同的套管组成。内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接。工作原理：粉浆流径中层管，高压加热蒸汽从内 外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中 喷射。特点：气液接触均匀，加热比较全面。在很短时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度 粉浆在“有效加热段”停留时间1525s。在此区域内的流速以不超过0.1m/s为宜。,2 液体培养基的制备及灭菌,67,3.真空冷却装置,由汽液分离器排出的糊化醪温度高(100)粘度大，需降温至60左右进行糖化，许多厂家采用真空冷却装置进行糊化醪糖化之前的冷却。工作原理：沸点和压力成正比。如：真空度610mmHg，沸点60；真空度732mmHg，沸点28。物料在一定真空度下沸点降低，蒸发部分水，水沸腾时会吸热(即汽化吸热)，所需要的热量取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度，称为真空冷却。,1圆桶体 人孔3进料管 料液排出管5温度计插座6真空表接管7二次蒸汽出口管,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,68,3.真空冷却器圆筒锥底，料液以切线进入，由于器内为真空（喷射器产生的）醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸汽，醪液在器内被离心力甩向周边沿壁往下流，以锥底排醪液口排出。温度降至6065，至糖化锅。二次蒸汽从器顶进入冷凝器（真空吸过去）。安装高于糖化锅10 M。,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,69,喷射器 工作原理：利用有压介质通过喷嘴以高速射出，在喷嘴出口（混合室）造成射流对另一介质有抽吸作用，将不凝气吸入。在混合室中的介质与高速流动的工作介质发生能量交换，通过混合段到达收缩段时流速增加，造成真空。当真空系统采用水力喷射泵时，可省去冷凝器，将真空冷凝器与水力泵直接连接。,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,蒸汽喷射器,70,真空冷却器的计算,例题：已知从汽液分离器排除顶糊化醪量为12000kg/h，其比热容为3.6kJ/（kg.K），温度为100，要求冷却至65，计算真空冷却器的基本尺寸。解：（1）真空冷却器内产生的二次蒸汽量：,2 液体培养基的制备及灭菌,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,真空冷却器的计算,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,真空冷却器的计算,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,查水蒸气表和二次蒸汽在65时的汽化潜热 r2343.4kJ/kg,故真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：,71,与65相对应的真空度为76.3kPa（572mmHg）,在此温度下蒸汽的密度为0.1611kg/m3,则二次蒸汽的体积流量为：,（2）真空冷却器的直径和高度：取器内二次蒸汽的上升速度不超过1m/s，则真空冷却器的直径D：,一般真空冷却器的径高比为为：1：1.52，现取D：H=1：1.5，则真空冷却器的圆柱部分高H：,2 液体培养基的制备及灭菌,真空冷却器的计算,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,经真空冷却后，从冷却器内排出的醪液量为,72,（3）醪液下降管（排醪管）的直径：设糊化醪液密度1090kg/m3，取醪液在排醪管内下降为1m/s，则醪液下降管管径D:,可选用68mm4mm的无缝钢管。,（4）醪液下降管的长度：,选用L=8m。,2 液体培养基的制备及灭菌,真空冷却器的计算,二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备,73,（三）糖化设备.连续糖化罐作用：连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲、麸曲、曲乳及糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的作用。构造：圆筒形、底部球形或罐形，常压操作，密闭，内设蛇形冷凝管（当降温不够时用）液面控制装置、灭菌蒸汽进口、连续出料口、搅拌器12组。,2 液体培养基的制备及灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,74,2 液体培养基的制备及灭菌,（三）糖化设备,75,糖化罐的体积取决于醪液流量和在罐中的停留时间以及装液量V糖化醪流量（包括曲量）m3/h 醪液停留时间，min 装填系数，取0.750.85连续糖化罐的尺寸与直径D有如下比例关系：圆柱部分高H H=(0.51.0)D球形底（或罐底）高h h=(0.110.25)D球形底曲率半径r,2 液体培养基的制备及灭菌,（三）糖化设备,1.连续糖化罐,76,优点：即是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备，平均停留20min,不凝气,2 液体培养基的制备及灭菌,2.真空糖化装置,（三）糖化设备,77,啤酒厂糖化设备的组合方式,糖化车间的主要任务：麦芽加水糊化、糖化、糖化醪过滤和麦汁的煮沸。,1.两器组合：一只糊化锅兼煮沸锅和一只糖化锅兼过滤槽2.四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅 3.六器组合：在四器组合的基础上，再添一只过滤槽和一只煮沸锅；另一种六器组合是：2只糊化-糖化两用锅、2只过滤槽、2只煮沸锅。4.五器组合：在四器组合的基础上，增加一只暂贮罐，用于 暂贮过滤后的麦汁，设备趋于大型化和自动化,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,78,（一）糊化锅作用：加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪 液，使糊化和液化。构造：锅身为圆柱形；锅底为弧形或球形，蒸汽夹套（同 时4个进口）、保温层；弧形顶盖；环形洗水管 升气筒（1/301/50截面积/液面积）环形污水槽、筒形风帽；旋浆式搅拌器（电机在下部）；人孔（观察孔）下粉筒（粉、水等混合和同时加）,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,79,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,（一）糊化锅材料多采用不锈钢微型以紫铜加工,80,（二）糖化锅 作用：进行蛋白质分解；淀粉水解：麦芽糖、麦芽三糖、葡萄糖、蔗糖、果糖，少量的麦芽四糖、麦芽五糖。结构：与糊化锅大致相同（如图）体积一般比糊化锅大一倍 平底或球底带蒸汽夹套 搅拌器,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,81,（三）糖化醪过滤槽作用：糖化一结束，需快速将麦汁和麦 糟分离。以获得澄清麦汁。麦糟：残留皮壳、高分子蛋白质、纤维素、脂肪等。构造：常压过滤（另有低真空快速过滤）上半部与糊化锅等基本相同。水平筛板 下半部分三层 麦汁收集底 保温夹底洗涤：喷水管（大型）承接杯（小型）耕糟装置：耕糟臂、耕糟刀；排糟臂,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,82,耕糟机：由双速电机、减速器、油压升降轴、耕糟臂、耕糟刀等组成。耕糟转速0.40.5，排糟转速34 r/min。耕糟臂有2、3、4臂（根据投料量），耕糟臂上每隔2030cm装有垂直于筛板的耕糟刀或波形切割刀。大型槽还有排糟臂，装挂可旋转角度的出糟刀。操作：泵送糖化醪后，开动耕糟机转35r，使糖化醪在槽内均 匀分布。静置1030 min，使沉降形成滤层。浑浊麦汁回至槽内，直至澄清（1015 min）正常过滤（4590 min）待麦糟露出，开动耕糟机，疏松麦糟层。喷水洗糟。打开麦糟排出阀，排空糟。,2 液体培养基的制备及灭菌,（三）糖化醪过滤槽,83,现代过滤槽的基本结构,1醪液进口 2麦糟暂存箱 3耕糟机 4清洗环管 5照明 6人孔 7排气管 8调节阀 9视镜 10假底清洗管 11过滤泵 12耕糟机的升降和驱动装置,2 液体培养基的制备及灭菌,84,麦汁收集管（内区4个，外区6个）,过滤槽排糟口工作示意图,2 液体培养基的制备及灭菌,85,不同形式的麦汁导出管结构,2 液体培养基的制备及灭菌,86,耕糟臂中心柱,1混浊麦汁回流进口2混浊麦汁出口3耕糟臂4耕刀5主轴6耕糟臂中心柱俯视图,2 液体培养基的制备及灭菌,87,快速过滤槽是一种在低真空下操作的新型糖化过滤设备。结构：圆柱形或长方形，底部为锥形。下部装有57层呈网状而互相沟通的过滤管，上有条形滤孔，每层过滤管为一独立的过滤单元。工作原理：把糖化醪用泵输送到已用热水预热过的过滤槽中，醪液通过两个分配器均匀分布到槽内，在滤管上形成滤层。当醪液没过滤管后，开始用泵抽滤。开始流出的麦汁比较混浊，用泵返回过滤槽，待麦汁清亮透明后送入麦汁煮沸锅。,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,（三）糖化醪过滤槽,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,（三）糖化醪过滤槽,88,（四）煮沸锅 蒸发多余水分作用：煮啤酒花 凝固蛋白质 灭菌结构：与糊化锅相同，但需容纳包括滤清汁在内的全部麦汁，体积较大。具外加热器的麦汁煮沸锅 内有列管加热的麦汁煮沸锅,2 液体培养基的制备及灭菌,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,89,麦芽汁煮沸锅,有列管式内加热器的煮沸锅,具两段内加热器的煮沸锅,煮沸锅与外加热器的组合方式1,煮沸锅与外加热器的组合方式2,三、啤酒生产中麦芽汁的制备,（三）糖化醪过滤槽,2 液体培养基的制备及灭菌,90,四、液体培养基的灭菌,灭菌：指用物理或化学方法杀灭或除去物料及设备中所有有生命物质的技术或工艺过程。常用的灭菌方法有：(1)化学试剂灭菌：常用试剂有甲醛、氯、高锰酸钾、环氧乙烷等；（2）射线灭菌：x-射线、-射线、紫外线；（3）干热灭菌；（4）湿热灭菌；（5）过滤除菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,91,分批灭菌（实罐灭菌，实消）：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫做分批灭菌，又称实罐灭菌(实消)。实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,92,（一）连续灭菌连消塔灭菌流程和设备连续灭菌优点（相对分批灭菌）：（1）提高产量，设备利用率高；（2）受热时间短，营养成分破坏少；（3）质量较易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便；（4）降低劳动强度，适用于自动控制。,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,93,料液罐（预热2730）连消塔 20S 110130维持罐 825min喷淋冷却器30,连消塔灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,94,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,套管式连消塔,套管：内走蒸汽，外走培养液内管上设有蒸汽小孔。,连消塔灭菌流程,95,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,气液混合式连消塔,连消塔灭菌流程,96,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,维持罐,1人孔 2进料孔 3出料孔 4温度计测量孔 5排进管,外壁绝缘、压力表向下弯曲、维持825min、填充系数85%90%,连消塔灭菌流程,97,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,喷淋冷却器,连消塔灭菌流程,98,（急速冷却器）,培养基（生培养液）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7080左右，再进入发酵罐冷却到接种温度。,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,喷射加热的连续灭菌流程,99,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,喷射加热的连续灭菌流程,当料液压经渐缩喷嘴，以高速喷出时，将蒸汽由吸入口经吸入室进入混合喷嘴中混合，混合段较长，有利于汽液混合。,100,优点：加热（可达140）与冷却在 瞬间完成，营养成分破坏最少。设计得合适的管道维持器能能保 证培养液先进先出，避免过热。真空冷却通过膨胀阀急速降温；缺点：保温时间由管道长度来保证；管道 长，不易安装；因此多用维持罐代 替。由于真空冷却后需用泵出料，对 泵的密闭性能要求很高才能避重新染。高于发酵罐10M。,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,喷射加热的连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,101,该系统的主要设备是若干个薄板换热器和管式维持器。在该流程 中，培养基同时完成预热、灭菌和冷却过程。低温培养基先在一个换热器中与从维持器中流出的灭菌后的热培养 基进行热交换。一方面使未灭菌的低温培养基得到预热，另一方面 使灭菌后的高温培养基得到预冷；预热后的培养基进入另一个换热 器被蒸汽加热到灭菌温度，再进入维持器进行保温灭菌；然后经预 冷后，又在另一个换热器中被冷却介质彻底冷却。,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,薄板换热器连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,薄板换热器连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,102,薄板换热器连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,103,根据流体通过板间的流动方式，分为条流板和网流板,薄板换热器连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,104,根据流体流动路线，分为直线流型和对角流型两种,根据板型结构分为球面凸纹板和波纹板等。波纹板片又有水平纹波板、人字形波纹板、圆弧形波纹板和倾斜波纹板,薄板换热器连续灭菌流程,四、液体培养基的灭菌,2 液体培养基的制备及灭菌,105,谢谢！,