第二章 生物细胞培养基制备过程与设备xin.ppt

1、第二章 生物细胞培养基制备过程与设备,所有的生物细胞都要不断地同外界进行物质和能量交换，都要进行新陈代谢，才能表现出生命活动，这时，就需要营养物质。生物技术产业中大多数都利用纯种培养技术，这就要求对培养基中已有的杂菌进行去除或杀灭。,第一节 液体培养基的灭菌,第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化,第三节 纤维素和半纤维素的水解,第四节 糖蜜原料的稀释与澄清,第五节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备,第六节 淀粉水解制糖,第七节 固体培养基制备,第一节 液体培养基的灭菌,杂菌的污染，会产生各种不良的后果。 （1）由于杂菌的污染，使生物反应中的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降； （2）由于杂菌

2、所产生的一些代谢产物，或在染菌后改变了培养液的某些理化性质，使产物的提取和分离变得困难，造成收率降低或使产品的质量下降； （3）杂菌会大量繁殖，会改变反应介质的PH值，从而使生物反应发生异常变化； （4）杂菌可能会分解产物，从而使生产过程失败； （5）发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使生产失败等等。,二、连续灭菌流程及设备,培养基灭菌应尽量采用高温短时间的连续灭菌。培养基经连续加热、维持和冷却后进入发酵罐。培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌 连续灭菌具有如下的优点： （1）提高产量。与分批灭菌相比培养液受热时间短，可缩短发酵周期

3、，同时培养基成分破坏较少。 （2）产品质量较易控制。 （3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便。 （4）适宜采用自动控制。 （5）降低劳动强度。,（一）连消塔喷淋冷却流程,连续灭菌的基本设备一般包括 （1）配料预热罐，将配好的料液预热到6070，以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；（2）连消塔，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126132）；（3）维持罐，连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的；（4）冷却管，从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到4050后，输送到预先已经灭菌过

4、的罐内。,（二）喷射加热真空冷却流程,（三）板式换热器灭菌流程,培养基连续灭菌的优点是灭菌的温度较高，灭菌时间较短， 培养基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了培养基的质量，同时由于连续灭菌过程不在发酵罐等设备中进行，提高了发酵罐等设备的利用率。 当然与间歇灭菌过程相比，连续灭菌过程的不足之处 过程所需的设备较多，操作较为麻烦，染菌机会也相应较多。,1连消塔又称加热器，是培养基于蒸汽混合加热至 灭菌温度的设备。要求在2030s或更短的时间内将料液加热至130140。生产中一般用0.50.8Mpa的活蒸汽与预热后的料液直接接触而加热。 连消塔用内外两根管子套合组成（图2-7），内管开有45向下

5、倾斜的小孔，孔径一般为6mm，蒸汽由此喷出。孔距应从上到下减少，使蒸汽较为均匀。培养基由塔底进入，与小孔中喷出的蒸汽连续混合后在塔上部流出。培养基在塔内停留时间一般取2030s；线速度要求0.1m/s。,（四）设备构造,这种连消塔比较高大，钻孔、加工、安装等均不便，改革后的连消器如图2-8所示。 培养基以较高流速从中间管喷入，蒸汽从管外环隙同时喷入，在器内进行混合，为了增加混合效果，器内设置一块弧形挡板。与近3m高的连消塔比较，尺寸大为减少，其高度仅为0.5m左右，使用效果也很好。,2维持罐 维持设备一般不需另行加热，但必须在维持设备的外壁用绝热材料进行绝热，以免培养基冷却。维持罐为长圆筒形，

6、高为直径的24倍，上下封头为球形，如图2-9所示。罐顶部设有人孔1，进料管2由圆筒上部侧面伸入后，在罐内通至下部，使料液自下向上流动，至上部侧面接管3流出，要防止进料管2上部弯头处受料液磨损而使料液短路，引起低温灭菌时间不够而染菌。罐的有效容积应能满足维持时间为825min的需要。,3喷射加热器 喷射式加热器（图2-10）的特点是蒸汽和料液迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。此种加热器结构简单，轻巧省料，且在操作过程中无噪声。,4冷却设备 喷淋冷却器是将水通过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上， 以冷却管内的培养基。培养基一般由排管下部进入，而由 上部排出，流体在管内的流速约为0.3m/s。

7、它具有结构简单， 清洗方便的优点，且由于部分淋下的水滴在管表面被高温的 管壁所汽化，其传热效率较高， 套管冷却器是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷 却水的冷却器。操作时，冷热两流体流向相反，以提高平均温 度差，节约用水。若将所制培养基代替冷却水，则培养基可获 得预热的作用。此种冷却器与喷淋冷却器相比，消耗钢材较多， 且内管有漏洞时不易被发现而引起严重污染，但其热利用较合 理，传热系数较高，,三、分批灭菌过程与设备,培养基的分批灭菌就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，通常也称为实罐灭菌。,（一）分批灭菌操作要点 确保设备的严密度是

8、防止染菌的重要因素。 要保证分批灭菌的成功，必须有：（1）内部结构合理（主要是无死角），焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵罐；（2）压力稳定的蒸汽；（3）合理的操作方法。,（二）分批灭菌的操作 各路进气要畅通，防止短路逆流，罐内液体翻动要激烈；各路排汽也要畅通，但排汽量不宜过大，以节约用气量。 在保温阶段，凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管都应进汽；凡开口在液面之上者均应排汽。无论与罐连通的管路如何配制，在实消时均应遵循“不进则出”的原则。 在引入无菌空气前，应注意罐压必须低于过滤器压力，否则物料将倒流入过滤器内，后果严重！,第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化,一、连续蒸煮糖化,二、间

9、歇蒸煮糖化,生物质原料进行蒸煮的目的是使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。将可溶性淀粉、糊精转化为糖的过程，生产中就叫做糖化。 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,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。糖化时间大约为2030分钟，糖化效率为28

10、40。,（一）蒸煮糖化设备:罐式、管式和柱式三种形式。 1罐式蒸煮设备：罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便，为大、中型工厂广泛采用,为了避免过多的热量散失，蒸煮罐须安装良好的保温层。 罐式连续蒸煮的蒸煮罐或后熟器的直径不宜太大，因醪液从罐底中心进入后作返混运动，不能保证醪液先进先出，致使受热时间不均匀，可能有部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化，因此罐式连续蒸煮罐数不能太少，宜采用36个，但罐数过多则压力降过大，后熟器压力过低，以致醪液压不到最后一个后熟器。故薯干类原料蒸煮压力较低，宜采用34个，玉米类原料压力较高，可采用56个。

11、后熟器的作用是一定温度下，维持一定时间，使糊化醪进一步煮透。,糊化醪随着流动，压力下降，产生二次蒸汽，由最后一个后熟器分离出来， 可供粉浆罐顶预热粉浆，故最后一个后熟器也为汽液分离器。醪液控制在50% 醪左右的位置上。,2柱式连续蒸煮设备 流程,柱式连续蒸煮的特点是高温快速蒸煮 ，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。一般在柱子后面再连接12个后熟器,加热器是三层直径不同的套管，内层和中层管壁上都钻有许多小孔，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

12、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145150。 加热器管壁上小孔分布区叫“有效加热段”。粉浆在有效加热段“停留时间一般很短，为1525s。粉浆在此区域内的流速以不超过0.1m/s为好。,(1)加热器,（2）柱子 柱子为长圆筒形，直径450550mm，高约10m，两端锥顶，锥高40mm。 柱子根数一般为35根，每根柱子分若干节，每节长约1m，节与节之间用法兰连接。第一、第三两根柱子内有12处管径缩小形成锐孔，锐孔直径约100120mm。第二根柱子内装两块倾斜的圆缺形挡板，这两块挡板是交错排列，一个向左倾斜30，一个向右倾斜30，板距为柱子全高的1/3。挡板为切去弓形的圆

13、缺板，板的直径比柱子内径略小，切去弓形的宽度约为板直径的1/4。柱子里装置锐孔和挡板都是使料液在流动中突然缩小和扩大，使细胞膜部分破裂，并且发生骚扰，得到充分混合，后面两个柱子则不装什么。柱子与柱子用圆弯并联，柱子两端入口直径约为100120mm。,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,3管式连续蒸煮,管式连续蒸煮的主要特点是高温快速，糊

14、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。但由于蒸煮温度高，加热蒸汽消耗量大，并形成较大数量的二次蒸汽，因而只有在充分利用二次蒸汽的条件下，才能提高其经济效益。又由于蒸煮时间短，蒸煮质量不够稳定，生产上操作难度大不易控制，有时在管道上还会出现阻塞现象。,原料粉碎搅拌和加热预煮加热器管式连续蒸煮后热器蒸汽分离器送至糖化工序。 粉碎后的原料在绞龙内与热水混合，加水比控制在1：3.54.0，温度要求为75，粉浆被加热到170之后，送至蒸煮管道，蒸汽喷入管内速度为40m/s，管式蒸煮器管道直径为117mm，总长98m，竖立安装，在管道的接头处放置孔径为30、40、50mm的锐孔板，醪液

15、在管道内经过的时间在35分钟，在后熟器内停留3040min，醪液温度在126130，在蒸汽分离器中醪液停68min，温度为90100,4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。,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。为保证醪液有一定的糖化时间，（采用45分钟或更长时间），应保证糖化醪的容量不变，故设有

16、自动控制液面的装置，因而在管3连续送入无菌压缩空气，罐内装有搅拌器12组，转速为4590r/min。连续糖化罐一般在常压下操作，为减少染菌，可作成密闭式。,（2）真空糖化罐 真空糖化器的优点是：既是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备。,二、间歇蒸煮糖化,（一）间歇蒸煮,1蒸煮设备,这种形式的蒸煮锅比较适宜于对整粒原料的蒸煮，例如甘薯干，甘薯丝，粉碎后的野生植物等。由于这种蒸煮设备是从锥形底部一点引入蒸汽，并可利用蒸汽循环搅拌原料，因此蒸煮醪液的质量很均匀，同时由于下部是锥形，蒸煮醪液排出比较方便。,目前我国酒精工厂常采用间歇加压蒸煮和添加淀粉酶液化后间歇加压蒸煮两种方法： （1）间歇加压蒸煮工

17、艺流程 加水入蒸煮锅投料升温蒸煮吹醪 加水 在蒸煮整粒原料时一般先加入温水 (80左右 )，粉状原料水温一般要求在50左右。原料不同，所采用的加水比也不一样，一般为：粉状原料，1：4.0；甘薯干原料，1：3.21：3.4；谷物原料，1：2.81：3.0。 投料 整粒原料蒸煮时，当投入的原料数量完毕后，即可关闭加料盖，进汽，或者可以在投料过程中同时通入少量蒸汽，便于上下翻动，使蒸汽冲击原料，起搅拌作用。若采用粉状原料，先在调浆桶内调匀，送入蒸煮锅，以防原料由于产生粉粒结块，引起蒸煮不彻底。投料时间一般为1520min。,升温 一般是当蒸汽通入锅内，从排气阀口有蒸汽排出时，即表示冷空气已赶净，即可

18、关闭排气阀，使蒸汽压力慢慢升到规定压力，升温时间一般采用40分钟左右。 蒸煮 料温升到规定压力时，保持此压力下维持一定的时间，使原料达到彻底糊化蒸煮。采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的原料，蒸煮的装醪量约为锅容量的7580%左右，在醪液面上要留有空间。 吹醪 蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排出，并送入糖化锅内。从理论上来分析，吹醪速度越快越好，但是吹醪速度太快，则醪液容易从糖化锅喷出，容易引起烫伤事故。一般规定吹醪时间不得少于1015分钟，要按照蒸煮锅的容量大小来决定。,（2）加淀粉酶加压蒸煮 先加细菌淀粉酶液化后，再进行加压蒸煮 ，淀粉酶用量大约是粉碎原料的0.10.2% ，事先

19、将细菌淀粉酶加水浸渍0.51小时，以备应用。 把粉碎原料，按照规定的加水比放到混合池拌匀，调整温度至5060，然后加入细菌淀粉酶，搅拌均匀，再加石灰水调整pH到6.97.1。将调整好的淀粉液输送到蒸煮锅中，通入压缩空气进行搅拌，并通蒸汽升温到93，保持1小时。取样化验其液化程度，达到标准后，则停止通压缩空气，继续升温至130，保持0.5小时，即可吹醪送至糖化锅。,（二）间歇糖化工艺,间歇糖化法的工艺流程： 蒸煮醪糖化锅加水冷却（12060）加酸十加曲十糖化十冷却（6030）发酵罐（或酒母罐） 1加水量 在糖化前要加入一定的水冲稀醪液，使糖化后的醪液能保持1416Bx之间，干原料应满足总加水量为

20、原料的3.04.0倍。 2温度 糖化醪温度保持在601内，如果采用As34309制备的液体曲时，可把糖化温度控制在5860。 3糖化时间 间歇糖化时间，从加完曲拌匀后开始计算时间，用于培养酒母的糖化醪，大约需1.52小时，很多厂采用11.5小时。但在大生产中的发酵用糖化醪，一般为2545分钟。 4糖化效率 糖化效率的控制，如果是用于培养酒母的糖化醪，糖化率可控制在5060左右，用于大生产中的糖化醪，通常在3550之间较好。,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

21、物加工成有用的物质，如生物能源等。 所有植物来源的木质纤维素均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素 . 预处理的主要作用就是要改变天然纤维的结晶度、脱去木质素或半纤维素，增加酶与纤维素的可接触面积，从而提高酶解的效率。,一、蒸汽爆裂法,二、稀酸预处理法,三、酸酶水解法,有很多可提高纤维素可降解率的物理、化学预处理方法，但这些方法往往都存在能耗大、成本高、催化剂不能循环利用、产生毒性副产物、污染环境等问题，而未能得以实用。利用微生物降解木质素的生物学方法，由于简单、低能耗而受到重视。但是，生物处理反应慢，在降解木质素的同时也会消耗纤维素和半纤维素，也不利于实现实用化。,一、蒸汽爆裂法,在众多预处理

22、方法中，高压蒸汽爆碎技术是比较有效、低成本、无污染的新技术。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200240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% 。,二、稀酸预处理法,半纤维素和纤维素都能被强酸直接降解成单糖。

23、纤维素的酸水解工艺比较简单，已有工业化经验。但是需要较高的温度和较大量的酸，水解产生的单糖会进一步降解，产生对微生物有毒性的糠醛类物质。处理后的糖液需要中和、脱毒等后处理后才能用于发酵。 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，这是该法的一大特点，只要很好地将后者利用，则它将是一种有发展前途的预处理方法 。,稀酸水解用的酸浓度为0.33%，温度T=100200。稀酸水解时，大部分半纤维素溶解于酸溶液中，纤维素和剩下的一部分半纤维素则呈不溶解状态。 根据这个特点，工业生产上纤维的水解可以分阶段进行。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

24、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。,（一）影响酸水解的因素,1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。一般稻草切成23cm长即可。棉子壳水解时可以不加粉碎。 2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。 从理论上讲，酸的浓度提高一倍，在其他条件不变时，水解时间可缩短1/31/2。通常采用稀酸常压水解时，硫酸浓度为23%；采用稀酸加压水解时，酸浓度为0.51%。,3液比系数 水解时液体和纤维素原料的比例叫液比系数。它和糖的产量、 水解液中糖的浓度、酸的用量等都有

25、很大关系。通常，液比 系数可以按下式进行计算： F=A+B+C-D M 式中 F 液比系数； A加入的稀酸量，kg； B加热原料、酸液和设备所消耗的蒸汽，kg； C原料中的水分，kg； D水解反应所消耗的水，kg； M纤维原料的干量，kg。 液比系数值增加，单位原料产糖量增加，但水解液中糖浓度 降低，酸用量增加。一般视情况不同，液比系数取510。,4水解时间和温度 温度对水解速度影响很大。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。温度升高10，反应速度加快0.51倍。高温持续时间过长，单糖的分解加剧。因此，一般采用高温时，则应为稀酸短时间；如是较低温度时，则可采用较浓

26、的酸和较长的时间。 为了减少生成糖分的分解，应该采用分段水解法或渗滤水解法，以缩短生成单糖在水解器中停留的时间，达到减少单糖分解造成损失的目的。,（二）稀酸水解的几种常用方法 1、固定水解法 水解液是在整个水解过程完成后一次性排出。生成糖的分解现象严重。为此，糖的得率低，质量差，纯度低。但是，对设备和操作的要求也低。 2、分段水解法 可以保证两者的水解都是在各自最适宜的条件下进行，生成糖的分解也减少。所以，各项指标均优于前一种方法。 3、渗滤水解法 将稀酸溶液从水解器上部不断淋入，水解液从下部连续排出。从水解机理的角度来看是比较合理的水解方法。 4、稀酸常压水解法 主要用于木质纤维素的预处理和

27、玉米芯等半纤维素含量高的原料的酸水解，该法可使大部分半纤维素分解。,（二）稀酸水解生产流程和设备,1-水解器；2-贮器；3-计量器；4-往复泵 5-高压蒸发器；6-低压蒸发器；7-排渣器,在渗滤水解开始时，温度通常保持在150165，相应压力为0.5880.686MPa。随着水解的进行，水解温度逐步升高，最后175180。在蒸发器5中，水解液温度从175180降低到140150。而在蒸发器6中进一步降低到105110。,图2-26 生物质反应水解装置图 1-气体缓冲器 2-空气压缩机 3-酸槽 4-耐腐蚀泵 5-储槽 6-混合器 7-水解反应器 8-过滤器 9-热电偶 10-温度显示仪 11-

28、换热器 12-产品接受槽 RA-蒸汽流量计 RB-气体流量计 VA-止回阀 VB-针形阀 VC-节流阀 VD-球阀 P-压力表,三、酸酶水解法,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：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。 第二段水解使纤维素降解成葡萄糖，获得的葡萄糖液为酸性，用石灰乳中和成硫酸钙 ，过滤得清净糖液。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，硫酸用量是干渣（酶解渣干固物）的35%，因此液比约15，蒸煮水解时间5060分钟，水解液得糖率是纤维素应

29、得糖的40%左右。,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。,一、糊化锅,二、糖化锅,三、过滤槽,四、麦汁煮沸锅,五、糖化醪过滤槽,几种组合方式： 二器组合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。 四器组合由糊化锅、糖化锅、过滤槽和煮沸锅只专用设备构成一套 复式糖化系统。 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。 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。,一、糊化锅,糊化锅的主要作用是用于煮沸大米

30、粉和部分麦芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。,1糊化锅的构造,2糊化锅的容积,糊化锅的容积，决定于加入的原料量， 对于辅助原料大米粉加得多的地区， 应加大糊化锅容积，以便提高产量。 对每100kg投料（包括大米粉和麦芽 粉）加水420450kg，则锅的有效容 积为0.50.55m3。如兼作麦芽汁煮沸 锅，则其容积应大于糖化锅容积。 为了有利于液体的循环和有更大的 加热面积，糊化锅的直径与圆筒之比为21，升气管面积为料液面积1/301/50。,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。现时有的在锅内壁装

31、有挡板，以改变流型，提高搅拌效果。有效容积的大小与加水量有关，一般糖化锅容积比糊化锅大约一倍。锅底可做成平的，也有作成球形蒸汽夹套的。在六锅式糖化设备中，做成糖化、糊化两用锅，以提高糖化锅的利用率。锅体直径与高之比为21，升气管截面积为锅圆筒截面积的1/301/50。,三、过滤槽,过滤槽用于过滤糖化后的麦醪，使麦汁与麦糟分开而得到清亮的麦芽汁 。,（一）型式与构造,（二）有关参数,1麦糟层厚度,一般麦糟层厚度 取0.30.4m较为适宜。,2过滤面积的确定 每100kg干麦芽180升含水的滤糟，最适宜的糟层厚度若取0.35m，则对100kg干麦芽所需的过滤面积为：0.50.6m2。,3过滤槽容积

32、的确定 1m2槽底面积所能容纳的麦芽量约为125250kg，一般计算取200kg。则： G=200F，kg 式中 G 每次糖化所用的麦芽量，kg； F所需槽底的面积，m2。,4过滤槽内耕糟的转速 （1）耕糟时，为避免麦糟层扬起，一般转速约0.250.4r/min，圆周速度0.040.07m/s。 （2）出槽时的转速，根据实践约45r/min，圆周速度0.40.7m/s。太快了，反而达不到出槽目的，太慢了，会延长出糟时间。,5过滤槽槽底与筛板的间距 至少应大于槽底管口直径的1/4 。,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

33、香物质进入麦汁中。,（一）型式与结构,（二）容积计算,（三）有关参数 1麦汁煮沸锅的容量以过滤后进入锅中的麦汁量为准，如果以100kg麦芽需要量作为计算单位，则麦汁煮沸锅容量约需800900升，再加上2530作为麦汁运动的空间。 2麦汁煮沸锅内液柱高与直径之比1：2，一般不大于此比例，如表面积过小，液柱过高，对液体对流不利，影响蒸发量，也影响凝结蛋白质的析出。 3麦汁煮沸锅为了有助于煮沸，同样装有搅拌器，其搅拌叶的转速约为2035r/min，圆周速度为3m/s 左右。 4排汽管的截面积为锅内液体表面积的1/301/50。 5根据实践，每小时可以蒸发水量相当于锅中物料量的810%，故在一般条件下

34、需煮沸的时间约1.52小时。,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,第六节 淀粉水解制糖,用于制备淀粉的原料主要为薯类、玉米、小麦、大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、酶解法、以及酸酶结合法等。,一、酸解法,二、酶解法,一、酸解法,酸解法又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。酸解法具有生产方便、设备要求简单、水解时间短、设备生产能力大等优点。但是，由于水解是在高温高压及一定酸浓度下进行的，故要求设备需耐腐蚀、耐高温和耐高压，同

35、时，酸解法在酸催化水解过程中存在一些副反应，导致淀粉转化率较低。另外，酸解法对淀粉原料要求严格，要求淀粉颗粒度均匀，颗粒过大会使水解不完全。同样淀粉乳浓度也不宜过高，过高的淀粉乳浓度会使淀粉转化率下降，这些是酸解法存在的有待解决的问题。 工业上主要使用具有较高催化效能的盐酸、硫酸和草酸。一般盐酸（以纯盐酸计）为淀粉量的0.5%0.8%。工业上采用的糖化方法有两种，一为加压罐法，系间歇操作；另一为管道法，系连续操作。,（一）加压罐水解糖化,一根粗的铜管（喷出管）直穿罐的中心，其尾端位于罐底中心凹处，上端穿出罐外直达位于上层楼房的中和筒，供糖化完成后借压力喷糖化液到中和桶之用，罐顶有蒸汽排出管经收

36、集器一直通到厂房顶外面，供排出蒸汽之用。,糖化普遍使用盐酸，把酸加入淀粉乳中的方法有3种：一种是将全部酸用水冲淡后加入糖化罐中，酸水的量以能淹没罐底的多孔蒸汽盘管为度，打开蒸汽阀门将酸水煮沸后，引淀粉乳入罐中，淀粉乳引入的速度不能太快，以保持酸水继续沸腾为宜。第二种方法是将全部的酸的1/31/2用水冲淡后加入糖化罐中，其余的酸混入淀粉乳中。第三种方法是将全部的酸混入淀粉乳中，糖化罐中只加水。 第一种方法因为先加入糖化罐中的淀粉遇到的酸浓度高，糖化速度快，生成的葡萄糖易起复合和分解反应，影响糖化液的质量。第三种方法淀粉乳引入后受热糊化，容易结块，会影响糖化作用的均匀进行。为避免淀粉糊化结块，糖化

37、罐中的水应含有适量的酸，所以第二种方法比较好，用得也比较普遍,（二）管道水解糖化,由糖化罐放出的糖化液，是淀粉乳的不同程度糖化、复合、分解反应产品的混合物，并不是糖化均匀的产品。糖化液的糖化程度较难控制。糖化罐中需要先加入一定量的水，加热时用直接蒸汽，这都冲淡糖化液，增加蒸发成本。放料时糖化液压力急骤降低产生的二次蒸汽，因为是间歇产生，无法利用，所含的热量损失。此外，加压罐法是间歇操作，需要劳动力多，也不易自动控制。 管道糖化法是将加了酸的淀粉乳用泵输送，流经管道，用直接蒸汽加热或间接加热，使淀粉乳糊化、糖化，在一定的温度下流经其余管道，在他端流出，达到需要的糖化程度。淀粉乳的各部分糖化均匀，

38、糖化时间短，所得糖化液的纯度高、质量均匀、颜色浅、易于脱色精制，操作可自动控制，劳动力节省，所产生的二次蒸汽因为是连续产生的，可供加热用，提高了全厂的热利用效率。,将加了一定量酸的淀粉乳由混合桶泵入加热器中，可用离心泵、多级活塞泵或螺旋泵。蒸汽直接喷入加热器，淀粉乳受热立即糊化，液化，进入位于加热器下方的进料罐，然后流经糖化管道，经放料阀至急骤蒸发罐而放出，为糖化完成的糖化液。淀粉糊在管道中呈湍流状态流动，保持一定的直线流动速度。管径315cm，直线流速以0.12m/s或以上为宜。,二、酶解法,酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法,第一步，利用淀粉酶将淀粉液化；第二步

39、，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。,（一）液化 作为发酵工业碳源使用的糖液，其粘度的高低会直接影响或决定后道发酵、提取工艺的难易，因此这种糖液的过滤速度一定要求特别快，在液化方法上一般选用两次加酶法，以求降低糖液的粘度。从国内的条件来看，通常选用一次加酶或二次加酶的低压蒸汽喷射液化法较为合适。,液化方法中最简单的为升温液化法。30%40%浓度的淀粉乳调节pH为6.06.5，加入CaCl2调节钙离子浓度到0.01mol，加入需要量的枯草杆菌液化酶，在保持剧烈的情况下，加热到8590，在此温度保持3060min达到需要的液化程度。 另一种液化方法称为

40、高温液化法。将淀粉乳调节好pH和钙离子浓度，加入需要量的枯草杆菌液化酶，用泵打经喷淋头引入液化桶中的约90热水中，淀粉受热糊化、液化，由桶的底部流出，进入保温桶中，于90保温约40min或更长的时间达到需要的液化程度。 利用喷射器的液化方法称为喷射液化法，效果好，应用较多。喷射液化器的构造由不同的设计，要点是蒸汽直接喷射入淀粉乳薄层，使淀粉糊化、液化。,喷射液化器构造示意图,喷射液化器,A为蒸汽进口，B为混有液化酶的淀粉乳进口。先通蒸汽入喷射器预热到8090，用移位泵将淀粉乳打入，蒸汽喷入淀粉乳的薄层，引起糊化、液化。使用蒸汽压力为390588kPa。蒸汽喷射产生的湍流使淀粉受热快而均匀，粘度

41、降低液快。液化的淀粉乳由喷射器下方卸出，引入保温桶中在8590保温约40min，达到需要的液化程度。此法的优点是液化效果好，蛋白质类杂质的凝结好，糖化液的过滤性质好，设备少，也适于连续操作。,为了改进液化效果和过滤性质，液化可分段进行，常用的一种称为三段液化法。进行分段液化法最好使用管道化连续设备，图2-48为一种应用管道3-段连续示意图。,（二）糖化 工艺过程：液化糖化灭酶过滤贮糖计量发酵 液化结束后，迅速将液化液用酸将pH调至4.24.5，同时迅速降温至60时，然后加入糖化酶，60下保温数小时后，用无水酒精检验无糊精存在时，将料液pH调至4.85.0，同时加热到90，保温30分钟，然后将料液温度降低到6070时开始过滤，滤液进入贮糖罐备用。,总