培养基的准备与灭菌设备

培养基的准备与灭菌设备第1页，共77页，2023年，2月20日，星期四

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。第一节液体培养基的灭菌第2页，共77页，2023年，2月20日，星期四

将培养基配制在发酵罐里，用蒸汽直接加热，以达到预定灭菌温度并保温维持一段时间，然后冷却到发酵温度。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，将培养基在发酵罐外采用高效设备连续不断地进行加热，保温灭菌和冷却，然后连续进入已灭菌好的发酵罐里。第3页，共77页，2023年，2月20日，星期四常用的灭菌方法

化学灭菌

采用化学试剂进行灭菌干热灭菌

用160℃，保温1-2h

射线灭菌

用紫外线、高能量的电磁波或粒子辐射进行灭菌

湿热灭菌用高压蒸汽对物料或设备容器灭菌

过滤灭菌

用微孔0.22滤膜过滤截留微生物灭菌方法第4页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、常用的连续灭菌流程

1.连消塔-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入发酵罐。

第5页，共77页，2023年，2月20日，星期四第6页，共77页，2023年，2月20日，星期四2.喷射加热-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70-80℃左右，再进入发酵罐冷却到接种温度。第7页，共77页，2023年，2月20日，星期四第8页，共77页，2023年，2月20日，星期四3.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。

第9页，共77页，2023年，2月20日，星期四第10页，共77页，2023年，2月20日，星期四分批灭菌过程与设备

全过程包括升温、保温、降温三个过程。第11页，共77页，2023年，2月20日，星期四第12页，共77页，2023年，2月20日，星期四第二节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，有利于酵母的发酵和酵液的输送。一、连续蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化第13页，共77页，2023年，2月20日，星期四一、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料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。

第14页，共77页，2023年，2月20日，星期四第15页，共77页，2023年，2月20日，星期四（一）蒸煮糖化设备1．罐式蒸煮设备第16页，共77页，2023年，2月20日，星期四第17页，共77页，2023年，2月20日，星期四第18页，共77页，2023年，2月20日，星期四2．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，在一定温度下继续蒸煮。第一根柱子内装有锐孔，第二根柱子内装有挡板，料液经过锐孔和挡板缺口时，流速增快，压力发生骤变，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，为使原料的淀粉糊化，一般在柱子后面再连接1~2个后熟器，使料液在一定温度下继续维持一定时间，保证淀粉糊化比较彻底。第19页，共77页，2023年，2月20日，星期四第20页，共77页，2023年，2月20日，星期四（1）加热器加热器是利用高压蒸汽加热粉浆，使汽液相对喷射，紧密接触，能在短时间内达到较高的温度。高压蒸汽从内、外层管进入，穿过小孔向粉浆液流两旁喷射，由于高压蒸汽从侧喷射，接触均匀，加热比较全面，故能在很短时间就达到蒸煮温度145℃-150℃。第21页，共77页，2023年，2月20日，星期四3．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，冲击等使淀粉软化和破碎，进行快速蒸煮。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第22页，共77页，2023年，2月20日，星期四

1-输送机2-斗式提升机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-近料控制阀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-糖化锅第23页，共77页，2023年，2月20日，星期四4．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，因而醪液很快冷到与真空度相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却。

第24页，共77页，2023年，2月20日，星期四

真空冷却器器身为圆筒锥底，醪液由切线方向进入，顶中心有二次蒸汽排出口，连接膜式塔，用冷水在膜式塔中冷凝二次蒸汽，不凝性气体经真空泵或蒸汽喷射器抽走，造成器内真空。

第25页，共77页，2023年，2月20日，星期四5．糖化罐（1）连续糖化罐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，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。第26页，共77页，2023年，2月20日，星期四第27页，共77页，2023年，2月20日，星期四第28页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、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。间歇糖化法的工艺流程：蒸煮醪→糖化锅＋加水＋冷却（120℃至60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷却（60至30℃）→发酵罐（或酒母罐）第29页，共77页，2023年，2月20日，星期四第30页，共77页，2023年，2月20日，星期四第三节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、林业残余物、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。一、蒸汽爆裂法二、稀酸预处理法三、酸酶水解法第31页，共77页，2023年，2月20日，星期四一、蒸汽爆裂法

向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，使罐温度达到200-240℃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，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）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65%。第32页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、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（100℃）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SCP或酒精等产品。剩下的物料进入第二阶段水解，即在较强烈的条件下进行纤维素分解。第33页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.影响酸水解的因素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。

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。所以工业生产上往往使用粗硫酸作为水解用酸。液比系数

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

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。

第34页，共77页，2023年，2月20日，星期四2.稀酸水解的几种常用方法

纤维原料稀酸水解稀酸加压水解稀酸常压水解分段水解法固定水解法渗滤水解法第35页，共77页，2023年，2月20日，星期四3.稀酸水解生产流程和设备第36页，共77页，2023年，2月20日，星期四三、酸酶水解法蔗渣预处理爆破膨化（或碱煮）酶解反应器内切木聚糖酶低聚木糖液清净真空浓缩低聚木糖浆酶解渣多级串联水解六碳糖液连续发酵酒精水解残渣（燃料、肥料或填料）粗馏精馏脱水无水酒精酸第37页，共77页，2023年，2月20日，星期四两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（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。第38页，共77页，2023年，2月20日，星期四第39页，共77页，2023年，2月20日，星期四

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6～8公斤压力下蒸煮，硫酸用量是干渣（酶解渣干固物）的3～5%，因此液比约1∶5，蒸煮水解时间50～60分钟，水解液得糖率是纤维素应得糖的40%左右。

第40页，共77页，2023年，2月20日，星期四第四节糖蜜原料的稀释与澄清

糖蜜是一种非结晶糖分，因其本身就含有相当数量的可发酵性糖，无需糖化，因此是微生物工业大规模发酵生产酒精、甘油、丙酮丁醇、柠檬酸、谷氨酸、食用酵母及液态饲料等的良好原料。由于原糖蜜的浓度一般都在80°Bx以上，胶体物质与灰分多，产酸细菌多，所以糖蜜酒精发酵前需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程。一、糖蜜稀释器二、糖蜜原料的澄清第41页，共77页，2023年，2月20日，星期四一、糖蜜稀释器1.水平式糖蜜连续稀释器

为圆筒形水平管子沿管长装置若干隔板和筛板，分成若干部分。为了使糖蜜与水很好地混合，隔板上的孔上下交错地配置，以改变糖液流动形式。隔板上的孔径要保证液体在稀释器内湍流流动。隔板固定在两根水平杆上，能与杆一起装卸，以便清理，并可以从管子中取出来。为使糖蜜容易流出，稀释器安装时，通常出口的一端向下倾斜。这种稀释器的混合效果较好，没有搅拌器，节省动力。该器装有供应热水、营养盐类、冷水和酒精液体的连接管。第42页，共77页，2023年，2月20日，星期四第43页，共77页，2023年，2月20日，星期四2.立式糖蜜连续稀释器圆筒形器身。上、下封头为锥形。该器的下部有两个连接管：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又进入冷水与糖液混合。里面有7-8块具有圆形缺口的隔板交错配置，即一个半圆形缺口在左，一个圆形缺口在右，这样液体呈逆流运动，使糖蜜和水更好地混合。第44页，共77页，2023年，2月20日，星期四第45页，共77页，2023年，2月20日，星期四3.错板式连续稀释器

是在一般的圆形管内装上交错排列的挡板，挡板倾斜安装以减少流动阻力，挡板的数目一般为10-15块。糖蜜和水从稀释器的上部自上而下以并流方向流动，经过器内各挡板的作用，糖液反复改变流向，使糖蜜和水得到均匀的混合。

第46页，共77页，2023年，2月20日，星期四4.胀缩式糖蜜连续稀释器

为一个中间突然收缩的中空圆筒。水和糖蜜从器身底端进入，糖液在器内因器径的几次改变使流速随着发生多次的改变，促进了糖液的均匀混合，最后从顶部获得符合工艺需要的糖液。第47页，共77页，2023年，2月20日，星期四5.变管径式连续稀释器

是用几种不同管径的直管段连接而成。作用原理与胀缩式相同，利用糖液流过不同管径截面时流速发生改变，致使器内流动的糖蜜与水经几次的膨胀、收缩作用而达到均匀混合。第48页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、糖蜜原料的澄清

糖蜜原料的澄清的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。方法：1．加酸通用处理法2．加热加酸沉淀法3．絮凝剂澄清处理法4．酸化澄清设备第49页，共77页，2023年，2月20日，星期四第五节啤酒生产中麦芽汁的制备设备

啤酒是生物加工产业中的一个典型产品，我国的啤酒生产已位于全世界第三位。影响啤酒的产量和质量的关键因素之一是麦芽汁的制备。麦芽汁是啤酒酵母的培养基。第50页，共77页，2023年，2月20日，星期四

啤酒糖化设备的组合方式是随着生产规模的不断扩大而变化的。根据组成糖化系统设备的数目，可分为以下几种组合方式：①二器组合常见于小型啤酒厂，由一只糖化过滤槽和一只糊化煮沸锅构成一套单式糖化系统，每天可糖化２次左右。②四器组合常见于中型啤酒厂，由糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅４只专用设备构成一套复式糖化系统，每天可糖化４次左右。该套组合的特点是设备分工明确，利用率极不均衡。第51页，共77页，2023年，2月20日，星期四

③五器组合常见于中型啤酒厂的技术改造中。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，以此缩短等待煮沸锅的时间，提高整个系统的生产效率，使每天的糖化能力增加到６次。④六器组合常见于大型啤酒厂。随着发酵工艺技术的不断发展，对糖化工艺的要求也越来越高。在单批产量一定的前提下，须实现尽可能多的日糖化批次，才能满足发酵工艺技术要求。因此，在四器组合的基础上，再添一只过滤槽和一只煮沸锅就构成了一套六器组合的双元糖化系统，每天可糖化8次左右，该套组合的特点是糊化锅与糖化锅的利用率已达到极限。第52页，共77页，2023年，2月20日，星期四第53页，共77页，2023年，2月20日，星期四一、糊化锅

糊化锅的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。

第54页，共77页，2023年，2月20日，星期四第55页，共77页，2023年，2月20日，星期四

在锅底部周围较快发生气泡，将液体向上推，而形成中心的液体向下的自然循环。第56页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、糖化锅

糖化锅的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，现时糖化锅的材料广泛采用不锈钢制作，也可用碳钢或铜钢制造。其外形和构造与糊化锅大致相同。为保持糖化醪在一定温度下浸渍和糖化，一般在锅底周围设置一两圈通蒸汽的蛇管或设有蒸汽夹套。为保持醪液浓度和温度均匀，避免固形物下沉，保持流动状态以便酶的作用，锅内装有螺旋桨搅拌器。现时有的在锅内壁装有挡板，以改变流型，提高搅拌效果。

第57页，共77页，2023年，2月20日，星期四三、过滤槽

过滤槽用于过滤糖化后的麦醪，使麦汁与麦槽分开而得到清亮的麦芽汁。过滤槽是一具有不锈钢圆柱形槽身和平底及紫铜板弧形顶盖的容器，

第58页，共77页，2023年，2月20日，星期四第59页，共77页，2023年，2月20日，星期四四、麦汁煮沸锅

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。麦汁煮沸锅的结构型式与糊化锅基本相同，只因麦汁煮沸锅需要容纳全部麦汁，故其容积较大在锅顶上也与糖化锅一样开2个人孔拉门，一个人孔单拉门，一个人孔双拉门。为了观察麦汁量，锅内设有液量标尺，在锅身上部还有一圈开有小孔的喷水管，便于清洗锅壁。其他与糊化锅相同.第60页，共77页，2023年，2月20日，星期四

第61页，共77页，2023年，2月20日，星期四五、糖化醪过滤槽糖化醪的过滤是啤酒厂获得澄清麦汁的一个关键设备，主要用于醪液的糖化和麦汁的过滤。糖化醪过滤槽的结构部分与过滤槽基本相同，见图2-38所示。由于本设备除了完成过滤的任务之外，还有进行醪液的糖化，所以通过一个三速齿轮变速箱来达到耕槽、出槽及糖化三种转速，这是与过滤槽不同之处。另外在槽底设有两只阀门，一只用于进料，一只用于出料。在弧形顶盖上，加设下粉筒，其他与过滤槽相同。第62页，共77页，2023年，2月20日，星期四第六节固体培养基制备发酵的类型按培养基的种类来分：有机发酵和液体（深层）发酵固态发酵：微生物在具有一定温度和湿度的固体表面进行生长和繁殖。固体培养基的碳源主要来自小麦、麸皮、玉米、碎米、大麦、高梁、米糠等淀粉质原料，氮源主要来自大豆、豆粕、豆饼、花生饼、蚕豆、豌豆等蛋白质原料。第63页，共77页，2023年，2月20日，星期四一、固体培养基制备的工艺流程固体培养基的制备的主要设备有粉碎设备、润水设备、混合设备、蒸煮灭菌设备、冷却设备等第64页，共77页，2023年，2月20日，星期四二、主要设备1．润水设备

润水的目的一方面是使原料中蛋白质含有适量水分，以便在蒸料时迅速使蛋白质适度变性（即蒸熟），另一方面是使原料中淀粉吸水膨胀易充分糊化，以便溶出菌种生长所需要的营养物质。而且润水还能够供给菌种生长繁殖所需要的水分。第65页，共77页，2023年，2月20日，星期四1.1最简单的润水设备是在蒸锅附近用水泥砌一个平地，四周砌一砖高围墙，以防拌水时水分流失，水泥平地稍向一方倾斜，以便冲洗排水。润水方法象拌水泥一样。在固体粉碎原料中加入50～80℃热水。用钉耙与煤铲靠人工翻拌，使主、辅料混合均匀。

第66页，共77页，2023年，2月20日，星期四

1.2利用螺旋输送机将粉碎后的主辅料不断送入绞龙，一面加入50～80℃的热水，一面通过螺旋输送进入蒸锅达到润水的目的。绞龙的底部外壳，要求制成一边可以脱卸型，便于润水完毕清洗干净，以免细菌污染而发臭。第67页，共77页，2023年，2月20日，星期四3）目前国内多数工厂采用N.K式旋转蒸煮锅，如图2-51所示。原料经真空管道吸入蒸锅，或用提升机将原料送入蒸锅，直接喷入50～80℃的热水，开启旋转锅，翻拌润水。

第68页，共77页，2023年，2月20日，星期四第69页，共77页，2023年，2月20日，星期四2．蒸煮设备

固体培养基也和液体培养基一样，要进行蒸煮灭菌。蒸煮的目的主要有以下三个方面：（1）对固体培养基进行灭菌，而且还可杀死固体原料上存在的一些虫卵。（2）使培养基中的蛋白质完成适度变性，消除培养基中生大豆等物质所含的酶阻遏物质，成为酶容易作用的状态，未经变性的蛋白质，一般很难为酶所分解。（3）蒸煮使淀粉原料先是吸水膨胀，随着温度的上升，淀粉粒的体积逐渐增大，分子链之间的联系消弱，达到颗粒解体的程度，这样淀粉就发生糊化后变成淀粉糊和糖分，这些成分能够更利于菌体的生长。第70页