Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
第二章培养基制备及杀菌设备 第一节：固体物料的粉碎设备 粉碎机的基本要求： 1 粉碎后的颗粒均匀， 2 已被粉碎的物料能立即从轧压部位排出，
3 操作自动化， 4 易磨损部件容易更换， 5 产生粉尘少， 6 发生故障时能自动停车， 7 单位产品消耗的能量小。
2
按工作原理粉碎机的类型如下： （1）挤压粉碎机 （2）冲击粉碎机 （3）磨碎 （4）劈碎 （5）剪碎 固体物料粉碎粒度的标注： （1）粗碎：40~1500——5~50，粉碎比约为2~6； （2）中、细碎：5~50——0.1~5，粉碎比约为5~50； （3）微粉碎：5~10mm——小于100um： （4）超微粉碎：0.5~5mm——小于25um。 可用粉碎比表示粉碎操作中物料粒度变小的比例。
3
一、锤式粉碎机 主轴上有钢质圆盘，盘上装有可拆换的锤刀。当圆盘随主轴高速旋转时，锤刀借离心力的作用而张开，将物料击碎，如遇过硬物料，则可以摆动让开，而不致损坏机器。
5
构造组成： 锤刀，高碳钢片 筛网，铁板冲制，作用是控制物料的粒度， 孔径1.5~2.5mm，圆形（细）或长条形（粗）， 锤刀与筛网的间隙5－10mm ，影响产品的粒度。 机壳
6
工作原理是冲击粉碎，适合各种中等硬度的物料粉碎（瓜干、玉米等）的粗碎、中碎等，脆性物料更好效果。
优点：构造简单，能粉碎不同的物料，粉碎比10~50大，生产能力高。 缺点：机械磨损较大。 提高粉碎机效率的方法： （1）采用密闭循环法 （2）增加吸风装置 （3）采用鳞状筛代替平筛 （4）采用湿式粉碎（适合含水分高的料的粉碎）
7
锤式粉碎机的生产能力可按半经验公式计算： 圆形筛孔V=60v0KnZ
长条形筛孔V=lcdu L—筛孔长度m C—筛孔的宽度m D—产品粒度m µ—排料系数,一般为0.7 动力消耗N（KW）按经验公式估算： N=ADLn D-锤刀末端直径m，L-转子轴向长度m, A-系数，由试验确定。
8
黏性和湿物料块的粉碎，啤酒厂的麦芽和大米都是。有两辊、四、五、六辊式。
二、辊式粉碎机 黏性和湿物料块的粉碎，啤酒厂的麦芽和大米都是。有两辊、四、五、六辊式。 1. 两辊式粉碎机 由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住进入两辊之间，物料受挤压而破碎。
9
2 四辊式粉碎机 由两对辊筒和一组筛子组成。
10
3 五辊式粉碎机 前三个辊筒为光辊，组成两个磨粹单元，后两个辊筒为丝辊，单独成为一磨碎单元。在前三辊之前和之后均配有筛选装置。
11
4.辊式粉碎机生产能力及功率计算 生产能力Q（kg/h）=120ЛDnLbrφ 用于粉碎麦芽时功率计算公式： N=0.735KG/dn
D-辊筒的直径m，n-辊筒的转速r/min，L-辊筒的长度m, b-两辊间隙=0.0001~0.0005m，r-物料的容量（干麦芽500kg/h） φ-填充系数（麦芽0.5~0.7），准确数据在生产实践中查得。 经验数据： 100mm长的两辊生产能力为150~200kg/h，四辊式200~300kg/h. 用于粉碎麦芽时功率计算公式： N=0.735KG/dn K-系数，为100~110，G-粉碎机生产能力t/h， d-麦芽粒子腹径， n-辊筒的转速r/min.
12
第二节 淀粉质原料的蒸煮糖化设备 以淀粉质原料生产酒精，淀粉必须先经过糖化剂中的淀粉酶作用变成可发酵性糖后，才能被酵母利用发酵生成酒精。
一、 淀粉质原料蒸煮糖化的目的 以淀粉质原料生产酒精，淀粉必须先经过糖化剂中的淀粉酶作用变成可发酵性糖后，才能被酵母利用发酵生成酒精。 目的： 1.原料吸水后通过蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂,内容物流出，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。 2.将存在于原料中的大量微生物进行灭菌，使酒精发酵能顺利进行。
13
二 蒸煮设备 蒸煮工艺： 分为间歇蒸煮工艺和连续蒸煮工艺，连续蒸煮工艺又根据所用设备不同主要有罐式、柱式和管式连续蒸煮设备。 根据蒸煮温度蒸煮工艺又分为高温、中温和低温蒸煮工艺，高温1350C~1500C，中温1000C~1080C，低温850C~900C。
15
。 图为罐式连续蒸煮糖化流程，3为加热罐，后熟器4(也称为维持罐）不再进入蒸气，起保温作用。最后一个后熟器起汽液分离作用，使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸气并使之降温。
17
喷射 加热器 汽液 分离器 调浆罐 泵 缓冲罐 停留罐（维持罐） 暂存罐 泵
18
螺旋板换热器 糖化罐
19
（一）调浆桶：分批投料，为满足连续蒸煮的要求一般应设为两只。搅拌桶的容积决定于操作周期的长短。
∨＝（n+1)Gt / 60ρθ G－酒精生产每小时投料量m3/hr n－加水比 t－调浆桶操作周期30min ρ－调浆后的密度 θ－填满系数 调浆桶结构可开口，也可带盖开人孔，圆桶形。D:H=1:1, 底锥角1200，属于内压容器。壁厚计算按内压容器计算。此外还要计算搅拌功率。
20
（二）连续蒸煮的送料泵 对连续蒸煮的送料泵有三大要求： 1.压头大，须超过蒸煮的压力 2.流量稳定，保证过程稳定，满足工艺 条件的要求。 3.便于调节。 大多采用往复泵
21
图为三套管加热器，由三层直径不同的套管组成，内层和中层管壁钻有小孔，各层套管用法兰连接。两端锥形或球形（减阻）。
（三）加热器－多用三套管加热器 1.三套管加热气结构 图为三套管加热器，由三层直径不同的套管组成，内层和中层管壁钻有小孔，各层套管用法兰连接。两端锥形或球形（减阻）。 粉浆流经中层管，高压加热蒸气从内外两层进入，穿过小孔向粉浆液流喷射。
22
有效加热段：加热管壁上小孔分布区称为有效加段。
开孔的形式：平开，加工易。 向上斜开450，与粉浆对流，混料好， 但输送阻力大。 向下斜开450，与粉浆并流，降低 力，但汽料混合稍差。 多用平开和向下斜450角，孔径3—5mm，若干排，每排4－8个均匀分布，排距相等，前密后疏。 粉浆在有效加热段停留时间很短，15~20s,流速﹤0.1m/s。
23
（1）有效加热段长度的计算（根据物料和热量平衡计算）
2.三套管加热器的计算 计算内容： 有效加热段长度、各层管子的直径、 小孔直径及个数。 （1）有效加热段长度的计算（根据物料和热量平衡计算） 第一步：首先计算加热蒸汽的消耗量W 加热蒸汽的压力为PMPa(表压）。查饱和水蒸气表、蒸汽温度t2、热焓I可定。粉浆流量为Gkg/hr，粉浆比热为c,温度为t1，加热粉浆最终温度为t2。
24
热量平衡：粉浆吸热＝蒸汽放热（冷凝放热）
G（ t2－ t1）＝W（I－C水t2） 蒸汽消耗量W 可计算得出。 第二步：确定环形面积（醪液与蒸汽混合的空间截面） 加热后粉浆总量：G′＝ G＋W，体积流量V′＝ G′/ ρ 取粉浆的流速u为0.06m/s，（要求≦0.1m/s） 则粉浆流过的截面积为：S ′＝ V′/ u可计算出 第三步：选内、中管 内管、中管根据管件参数选定型。计算一下环隙截面积D2-d2与S ′是否相同。同则合适，不同重选。
25
第四步：计算有效长度 假定粉浆在有效加热段定留时间为20s，则有效加热 段长度L= V′×20÷ S ′。 （2）外管直径d外的确定; 按外管与中管间环隙截面积＝内管截面积 （压力平衡） （d外2-d中2)=d内2， d内、d中已定，计算可得d外。 根据计算结果圆整选定无缝钢管。 （3）小孔直径及个数的确定： 加热蒸汽量已计算出，查饱和水蒸气表得所在表压下 蒸汽密度ρ蒸汽，加热蒸汽体积V蒸汽＝W/ ρ蒸汽， 小孔直径为d孔，一般为4~8mm,蒸汽流速为20m/s，
26
小孔个数n=V蒸汽÷(3600×20×0.25π d孔2) 内外管小孔个数相等为0.5n个。
27
根据工艺计算得到得料液的流量和蒸汽消耗量选型。
喷射式加热器 根据工艺计算得到得料液的流量和蒸汽消耗量选型。 进料口 蒸汽进口 出料口 排液口 加热蒸汽 进料口 物料出口 蒸汽室 文丘管喷射加热器 连消加热器
31
1.喷射式加热器的结构 文丘管喷射式加热器的特点是蒸汽和物料迅速接触，充分混合、加热在瞬间内完成。蒸汽由侧面进入，物料由喷嘴喷出，在蒸汽室内被均匀混合加热。 连消加热器的喷嘴与一般喷嘴不同，料液由中央进入，蒸汽则在环隙中进入，同时在喷嘴出口处有一个扩大端，扩大端顶端上方设置一块弧形挡板，目的是增强蒸汽与料液出口管的混合加热效果。培养基在进入加热器时的流速约为1.2m/s，蒸汽喷口的环隙面积与料液出口管的内截面积相同，扩大端的直径与喷嘴外径之比为2，整个加热器高度在1m左右。这种加热器结构简单，性能稳定，噪声少，无振动，是目前微生物发酵企业采用较多的喷射加热器。
32
2.喷射式加热器的计算设计方法 喷射式加热器设计中，喷嘴的设计是关键。根据物料流量按公式计算出喷嘴的直径后，按比例确定其它各部位尺寸。
根据资料，多喷嘴要比单喷嘴的换热效果好，但喷嘴直径太小会引起堵塞，一般应大于10mm。另外延长混合段的长度有利于蒸汽与物料的混合。 连消塔在生物制药行业（主要是抗生素）使用广泛，其打料量12~14m3/h，塔身采用中Φ273X7mm无缝钢管，加热器直筒高度800mm，椎体高度150mm，出料管Dg50,物料进口Dg50.
33
（四）蒸煮器（蒸煮锅、蒸煮柱） 1.结构：图为蒸煮罐，粉浆用往复泵由下端中心进料口压入罐内，被加热蒸气口2喷出的蒸气加热到蒸煮温度，经加热的醪液从管3流入后熟器。加热罐和后熟器的直径不宜太大，以保证醪液先进先出。 2。蒸煮锅的计算－确定锅及后熟器的容积。 柱式连续蒸煮计算内容是确定柱容积及有关尺寸。
34
1)锅式连续蒸煮，罐个数不宜太少，瓜干原料4～5个，玉米原料5～6个，汽液分离器醪液控制在50％左右的位置上。蒸煮罐和后熟器采用相同的设备，容积计算如下：
v1t= v2（n-1）＋ v2φ v2＝ v1t/n+ φ-1 v1——糊化醪流量（ m3/hr ）， t ——蒸煮时间，工艺确定， φ ——汽液分离器的填满系数50％， n ——蒸煮器和后熟器个数（包括汽液分离器） v2——蒸煮罐和后熟器的容积m3， 按内压容器计算壁厚（化工机械基础）
35
2）柱式连续蒸煮，蒸煮柱容积及有关尺寸 一个流程一般设4～5个柱子，无缝钢管制成，直径一般为400～500mm，壁厚10～12mm。柱子高度视厂房高度和稳定性考虑，一般6～8m。 柱内部结构形式：空心、缩节、内设挡板柱。 柱总容积V总＝vt/60×0.85 v——粉浆流量m3/hr，t ——蒸煮时间， 0.85 ——柱填满系数。 可以确定个数，然后确定每个柱的几何尺寸。 也可确定每个柱几何尺寸，后确定个数。
36
2)高温维持设备 使加热灭菌的物料保持一定的灭菌时间，加热温度通过蒸汽阀调节进汽量，灭菌时间由高温维持设备体积决定。常用的高温维持设备有： 1）罐式 H/D=2~4 2）柱 式 H/D=7~10 3）管道式 L/D
37
衡量高温维持设备性能好坏，就是看物料的先进先出性；达到相同灭菌效果，尽量保证物料的先进先出性好（返混性差）。
管道式物料的先进先出性最好，其次是柱式，罐式最差。有几个罐或柱串联要比单个好（总体积不便）。工厂用罐或柱一般用3~5个串联。
38
3）停留时间分布与皮里克准数（PeB) L –反应器长（m) υ - 反应器物料流速m/s Dz—扩散系数。 PeB ∝（活塞流）
H υ
39
＞ ＞ PeB PeB Cs PeB t实 t实 t实 t理 t
40
100 10 1 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
41
10-11 10-12 10-13 10-14 10-15 10-16 10-17 10-18 10-19 PeB=10 20 30 40 100 50 ∝ Nτ（= ） 发酵设备图2-18
42
三.糊化醪冷却 冷却方式：真空冷却、间壁换热冷却（喷淋冷却、螺旋板换热）、糖化罐内蛇管冷却。 真空冷却： 由汽液分离器分离出的糊化醪温度为1000 c ，糖化温度600c，需要降温。 1.结构组成：真空冷却器、冷却器、真空泵。 2.原理：图为真空冷却装置，料液以切须线进入，由于器内为真空，醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸气，醪液在器内旋转被离心甩向周边沿壁流下，从锥底排醪液口排出。二次蒸气从器顶进入进入冷凝器，在冷凝器内与水直接接触而被冷凝，不凝性气体由真空泵或蒸气喷射泵抽走，造成器内真空。如果泵为水力喷射泵可省冷凝器。
44
3.真空冷却器的计算 计算内容：确定真空冷却器的基本尺寸。 第一步：确定需要冷却到650c排出的二次 蒸汽的流量。 第二步：确定真空冷却器的高度和直径。 第三步：确定醪液下降管的直径和长度。
45
第一步：确定需要冷却到650c排出的二次蒸汽量
糊化醪流量为G′＝ G＋W，体积流量V′＝ G′/ ρ 温度变化为1000c降至650c， 糊化醪冷却放出的热量Gc（100－65）由二次蒸汽带走，产生的二次蒸汽量W′＝ Gc（100－65）/r， r ——二次蒸汽650c时的汽化潜热， 与650c对应的真空度为76.3KPa，二次蒸汽的密度可查出为ρ，二次蒸汽体积流量为： V二汽＝ W′/ ρ, 冷却的醪液从冷凝器排出量为V′－ V二汽，
46
第二步：确定真空冷却器的高度和直径 二次蒸汽上升的速度u﹤1m/s, V二汽、、 u已知，可计算出直径D，圆柱部分 D:H=1:1.5~2，可确定真空冷却器的D、H.
47
第三步：确定醪液下降管的直径和长度 体积流量V′＝ G′－ W′ / ρ 糊化醪密度ρ设为1090kg/m3。
取醪液在排醪管内下降的速度u为1m/s ， 则下降管直径d可计算得出。 选用无缝钢管。 醪液下降管的长度L为： L=10.33×真空度（mmHg）/760 圆整为整数即可
48
（二）螺旋板换热器 螺旋板式换热器是一种高效换热设备，适用汽-汽、汽-液、液-液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按结构形式可分为不可拆式（I型）螺旋板式及可拆式（II型、III型）螺旋板式换热器 。 结构及性能 ： 1、由两张钢板卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。 2、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
51
3、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。
4、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。 5、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。
52
6、螺旋板式换热器按公称压力可分为PN0. 6、1. 0、1. 6、2
6、螺旋板式换热器按公称压力可分为PN0.6、1.0、1.6、2.5MPa（系指单通道能承受的最大工作压力）。按材质可分为碳素钢和不锈钢。用户可根据实际工艺情况选用。允许工作温度：碳钢为-20℃～250℃，不锈钢为-20℃～320℃。 7、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定： 并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。
53
根据工艺温差计算需要冷却的热量，验证冷却这些热量需要的冷却面积。
螺旋板换热器的换热面积等于螺旋板的展开面积，螺旋板的展开面积等于(换热面的螺旋线长度乘螺旋板的宽度，螺旋线长度与其螺旋线的圈数及其结构有关，圈数越多，当然其直径越大，因此，螺旋板换热器的直径与长度(即螺旋板的宽度相关)与换热面积是成正比的关系。 根据工艺温差计算需要冷却的热量，验证冷却这些热量需要的冷却面积。
54
四、糖化设备 （连续糖化罐、真空糖化装置）
1.作用：糊化醪＋酶制剂→糖化醪 将已降温至60－62℃的糊化醪与酶制剂液混合， 60℃维持30－45min，保持流动状态，使淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。 图为连续糖化罐 连续糖化罐一般在常压下操作，多采用密闭式以免染菌。
55
搅拌动力装置 糊化醪＋酶制剂 拔气筒 搅拌器 糖化醪
56
圆筒体、锥底（或球形底）、平顶，内设搅拌器（两挡，平浆、涡轮或旋浆式），内设蛇管冷却器（不主张设置）。
2.糖化锅结构： 圆筒体、锥底（或球形底）、平顶，内设搅拌器（两挡，平浆、涡轮或旋浆式），内设蛇管冷却器（不主张设置）。 锅底主张用球形底，搅拌功耗小。但制作难度大 平顶上安装搅拌动力装置。 拔气筒（排甲醇）一般0.5~0.7m，高8~12m。 整体形状粗矮形，H﹤D，目的省搅拌功率。
57
为自制设备，计算内容是锅容积、几何尺寸、个数、冷却面积。
3.糖化锅的设计计算 为自制设备，计算内容是锅容积、几何尺寸、个数、冷却面积。 （1）容积及几何尺寸的计算 V糖化醪－糖化醪流量已知（蒸煮工序糊化醪流量），φ－糖化锅填满系数0.75~0.85， t－工艺确定的糖化时间min， 糖化锅容积＝ V糖化醪t/60φm3， 糖化锅几何尺寸比例关系： H＝（0.5~1.0）D h＝（0.11~0.25)D 球形底曲率半径r ＝（D2+4h2）/8h 根据锅总容积V＝圆筒容积＋底容积，总容已知，再根据几何计算公式确定D及H、h等几何尺寸。
58
真空糖化罐蒸煮醪依靠压力差由气液分离器1与糖化曲液由计量暂存桶2同时进入蒸发－糖化器3，引射到冷却器4使醪液快速冷却。
60
第三节 啤酒生产培养基制备设备 一 啤酒厂糖化设备的组合方式 四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽（或压滤机）和麦汁煮沸锅。适用于产量较大的工厂。 六器组合：在四器组合的基础上，增加一个过滤槽和一个麦汁煮沸锅。有利于加大产量，提高设备利用率。 二器组合：糖化锅兼麦汁过滤槽和糊化锅兼麦汁煮沸锅。
61
二. 糊化锅 作用：用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽醪 液，使其淀粉液化和糊化。 （一）糊化锅的构造 圆筒体、球形锅底、锅底设夹套加热、弧形锅盖，锅底部有旋浆式搅拌器，锅顶有拔气筒。 特别强调锅底形状做成弧形锅底，有利于流体传热循环。球形锅底最好。 （二）糊化过程： 粉碎后的大米粉、麦芽粉和热水由下粉筒3及进水管混匀后送入，借助旋桨式搅拌器8的作用，使之充分混合。气升筒下部的环形槽14是收集从气升筒内壁流下的污水，经排出管排出锅外。风门15的开启程度用于控制醪液升温或煮沸情况。
62
（三）糊化锅的计算 1.糊化原料锅的体积取决于加入的原料量，一般100kg加水420kg~450kg，需要锅的有效体积为0.5~0.55m3,是糖化锅体积的1/2-2/3(四器组合）。 如果兼作煮沸锅，则应按煮沸锅需要计算。 糊化锅D:H＝2：1。有利液体循环和有更大的加热面积。 2.加热面积的计算 夹套加热属于间壁换热，总传热系数确定即可。 3.搅拌功率的计算
64
冷空气出口 蒸汽进口 夹套 集污槽 进粉口 观察窗 蝶阀 排料口 进料口 温度计 冷凝水 糊化锅
68
圆筒体、平锅底、碟形锅顶上设拔气筒、内设蛇管和搅拌装置等。 3.糖化过程
三 .糖化锅 1. 作用：使麦芽粉与水混合，保持一定温度进行淀粉糖化和蛋白质分解。 2.结构组成： 圆筒体、平锅底、碟形锅顶上设拔气筒、内设蛇管和搅拌装置等。 3.糖化过程 粉碎麦芽粉与水按工艺比例要求分别从加料筒和进水管进入糖化锅，糊化醪也进入，在锅内控制温度进行淀粉水解和蛋白分解，制的糖化醪。
69
4.糖化锅的计算 计算内容：容积及几何尺寸 容积计算根据糊化锅和糖化锅加料量确定一定生产量需要的有效糖化锅容积，一般填满系数为0.7，可计算出糖化锅总容积，其结构比例D:H＝2：1，设计为圆筒体平底锅，几何计算公式和一直的总容可计算出几何尺寸。 拔气筒的直径计算：拔气筒的截面积是锅截面积的五十分之一。
71
集污槽 观察窗 蝶阀 进料口 排糟 耕刀 麦汁导管
72
4.有关计算：主要是容积的计算、动力系统的计算。可参考啤酒工业手册第三册啤酒生产设计计算。
四. 糖化醪过滤槽 1.作用：过滤得澄清麦汁 2.结构：圆筒体、平底、平底上带有滤板的夹层（过滤槽平底上方8－12cm处水平铺设过滤筛板），槽中设有耕槽机，用以疏松麦糟和排出麦糟，碟形槽顶上设拔气筒。 3.工作过程： 过滤过程。 4.有关计算：主要是容积的计算、动力系统的计算。可参考啤酒工业手册第三册啤酒生产设计计算。
75
3.快速过滤槽 是一种在低真空下操作的新型糖化醪过滤设备。在槽身的下部装有5－7层呈网状而互相沟通的过滤管，上有条形滤孔，每一层过滤管为一独立的过滤单元。过滤时先把糖化醪用泵输送到已用热水预热过的过滤槽中，醪液通过俩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。
77
五 .麦汁煮沸锅 1.作用：用于麦汁的煮沸、浓缩和定型，使麦汁达到要求的浓度，同时起凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。
2.结构：圆筒体、锅底形状根据加热器需要设计了多种、碟形封盖上设拔气筒。为夹套式圆形煮沸锅等。 3.加热方法不同，蒸煮锅底结构不同。 加热方式有：夹套加热、内加热器（锅内设列管式加热器）、体外循环加热（体外设列管式加热器）。 4.煮沸工艺 常压煮沸工艺、低压煮沸工艺。 5.有关计算：容积计算和加热强度的计算。
83
第四节：培养基热灭菌动力学 好氧发酵对无菌程度要求很高，在工业生产中，如何彻底灭菌，如何减少营养成分的破坏，如何降低灭菌能耗对生产效益影响重大。因此对培养基进行灭菌成为生物工程研究的重要内容之一。 对本节学习通过灭菌动力学方程，掌握灭菌原理，以及灭菌方法，连续灭菌有关设备和设计要点。 灭菌的要求：工业上无菌（灭菌度为1000）,即尽可能的除去杂菌的，同时还要尽可能的减收营养物的损失。 常采用的条件为：121℃，20-30 min。
84
本节讲授内容： 培养基热灭菌动力学 K与温度及活化能的关系 间歇灭菌时间计算 连续灭菌
85
4.1 在生产中用蒸汽加热杀菌最经济，杂菌热死亡视化学反应一级反应，用N表示培养基中的活菌数，灭菌活菌减少速率与N成正比关系。
培养基热灭菌动力学 在生产中用蒸汽加热杀菌最经济，杂菌热死亡视化学反应一级反应，用N表示培养基中的活菌数，灭菌活菌减少速率与N成正比关系。 -反应速率常数（比死亡速率）（s-1,min-1) 与温度、杂菌种类、环境有关，可通过实验求出，对一定微生物，在一定温度、一定环境下， 是常数。
86
积分：时间 t；N N
87
N -培养基灭菌t时间后残存的活菌数（个） N一般设计要求10-3（个） 活菌残存率 对数灭菌度
88
以 为纵坐标，以t为横坐标；在一定温度下对微生物细胞灭菌，可求出比死亡速率常数K，不同温度有不同的K值。
㏑ t
89
4.2 与温度及活化能的关系 阿螺尼乌斯（Arrhenius）方程 A-常数（36.2秒-1）； T-绝对温度（k）
与温度及活化能的关系 化学反应反应速率常数与活化能及温度有关。热灭菌主要是蛋白质变性，也遵循化学反应规律。 阿螺尼乌斯（Arrhenius）方程 A-常数（36.2秒-1）； T-绝对温度（k） R-气体常数（1.987×4.187J/k.mol） E-细胞孢子（嗜热芽孢杆菌）达到死亡的活化能 （67700×4.187J/mol） e
90
与微生物热死亡活化能相比，营养成分（维生素等）因热遭破坏的活化能低。活化能越高的，随着温度升高的变化，反应速率常数K变化的越大。
对上式两边取对数： 细菌孢子（E/R) 维生素（E/R) ㏑k ㏑k
91
活化能高低不同，温度对系数影响不同，活化能高的温度越高对K影响越敏感。
在食品行业，食品的灭菌，发酵工厂培养基的灭菌，都采用高温短时间，意义在于，达到相同灭菌度的情况下，营养破坏的最少。
92
达到同样灭菌程度，不同温度灭菌对营养成分的破坏率
灭菌温度℃ 灭菌时间min 营养成分破坏率% 100 400 99.3 110 36 67 120 4 27 130 0.5 8 145 0.08 2
93
4.3间歇灭菌时间计算 间歇灭菌有升温、保温、降温三个过程，在升温和降温过程也有一定的灭菌程度。
灭菌分间歇和连续，间歇适宜小规模生产。间歇就是在发酵罐内完成的灭菌。它没有专门的灭菌设备，相比设备简单。 间歇灭菌有升温、保温、降温三个过程，在升温和降温过程也有一定的灭菌程度。
94
令：
95
t(min) 升温和降温，温度变化，K值变化。在这两个阶段要有积分求出； ▽s=k1▽t1+k▽t2+k3▽t3+-----ki▽ti T℃
N0、N1、N2、N分别表示培养基在灭菌升温前、升温结束、保温结束、降温结束后活菌数。 升温和降温，温度变化，K值变化。在这两个阶段要有积分求出； ▽s=k1▽t1+k▽t2+k3▽t ki▽ti T℃ t(min) T℃ T℃ T℃ T℃ T℃ T℃ ▽ti
96
1968有一 学者以脂肪芽孢杆菌为对象，假定在升温阶段每分钟升高1℃，100℃以上有灭菌效果，他从100~ 130℃计算出了加热到温度的▽s
97
在100~130℃间加热嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的DeL值 （假定温度每分钟变化1℃，在100 ℃下无杀菌作用）
T℃ K（min) ▽s
98
降温阶段的灭菌度▽J参照升温阶段灭菌度算。
引自《发酵工艺学原理》 假若升温不是每分钟升高1℃，要进行效正； 降温阶段的灭菌度▽J参照升温阶段灭菌度算。
99
4.4连续灭菌 与间歇灭菌相比，有以下优点： 1）可以实现高温短时间，提高灭菌质量。 2）有利于热能回收，节约能耗。 3）有利于自动化控制。
100
举例计算： 某一发酵罐装发酵液35m3，在罐内加热灭菌，测的灭菌前的培养基含杂菌107个/ml，要求灭菌1000罐残留一个活菌。加热灭菌120℃，由100℃升高到120℃需用30分钟，有120℃冷却到100℃需用20分钟，求加热到120℃后所需要的理论灭菌时间。 由题意知： N0=35×107×103=3.5×1011 （个） N=10-3（个）
101
即▽z=40.397 查表知，加热到120℃（20min)，▽s=10.01 实际加热30分钟，实际： ▽z=10.01×(30/20)=15.015 ▽J=10.01 ▽b= ▽z- ▽s-▽J=40.397－15.015－10.01 =15.372 Ktb= ▽b
102
例二： 培养基连续灭菌，物料17m3/h，高温维持设备采用三个柱，柱高5m，直径0.5m，灭菌程度N/N0=10-17，培养基密度1060kg/m3，黏度μ=3.6kg/m.h，求灭菌温度。 V总=2.944m3 平均停留时间t=（2.944/17）×60=10.4(min) 截面平均流速υ= m/s 雷诺准数NRe=12752 查表《发酵设备》图1-19得到：
103
由N/N0=10-17，PeB=100，查得 K=60/10.4=5.86 124℃，K=4.881，125℃，K=6.056 即求出灭菌温度T=125℃ 其理论灭菌时间t
104
假若将上例题高温维持设备改为用H/D=3的三个罐，其他条件不变，灭菌度又是如何？
求解： 单个罐体积：V=2.994/3=0.98m3 罐直径：D=0.747m 截面平均流速： υ=17/（3600×0.785×0.7472） = 0.018m/s
105
查图得出：
106
由N/N0= PeB=20 查得Kt=113 K=113/10.4=10.86(min-1) 由表查出：128℃ K= （min-1) 127℃ K= (min-1） 理论灭菌时间： t理=（㏑10-17）/（-10.86）=3.6（min） 实际灭菌时间与理论灭菌比，柱式1.56倍（10.4/6.68）；罐式2.89倍（10.4/3.6）。
107
一、锤式粉碎机粉碎原理及适合粉碎的物料的粒度（中碎/细碎）。
二、辊式粉碎机粉碎的机理（剪切力、挤压力）。 三、喷射式加热器 四、高温维持设备有柱式、管式、锅式。 衡量高温维持设备好坏主要看其物料的先进先出性，培养基 灭菌主张采用高温短时间（为什么）。 五、糖化锅的的锅底形状选用哪种好（球形好，哪几个方面好）。 六、柱式高温维持设备的计算（记住流程一般柱个数4~5个，柱 高6~8m,视厂房高度而定，柱直径450~550mm). 七、糖化锅的设计计算（需记住糖化锅的填满系数自己取 0.75~0.85，糖化锅几何尺寸比例关系，选择的锅底容积计 算公式，锥形或球形，球形记住曲率半径计算公式，球形锅 底容积计算公式）
Similar presentations
