制药工程设备课件4.2

液体培养基的制备及杀菌设备糖蜜原料的稀释与澄清间歇式稀释器通常为一敞口容器，内安有搅拌装置或用通风代替搅拌，使糖蜜与水达到均匀稀释。糖蜜稀释器对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐等处理所用的设备。糖蜜连续稀释器水平式连续稀释器：主体为一圆筒形水平管，沿管长在管内装有若干隔板和筛板，将其分成若干空段。液体培养基的制备及杀菌设备糖蜜原料的稀释与澄清液体培养基的制备及杀菌设备糖蜜原料的稀释与澄清糖蜜连续稀释器•立式连续稀释器•错板式连续稀释器液体培养基的制备及杀菌设备糖蜜原料的稀释与澄清糖蜜连续稀释器•膨缩式连续稀释器•变管径式连续稀释器液体培养基的制备及杀菌设备淀粉质原料的蒸煮糖化设备淀粉质原料蒸煮糖化的目的1.糊化：原料吸水后，借助于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，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。2.灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。液体培养基的制备及杀菌设备•罐式连续蒸煮蒸煮温度可高可低，节约能耗；设备简单，操作容易，制造方便。淀粉质原料的蒸煮糖化设备蒸煮设备多采用连续式蒸煮，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。液体培养基的制备及杀菌设备罐式连续蒸煮糖化流程蒸煮罐•罐式连续蒸煮真空冷却：物料在一定真空度下蒸发部分水，需要汽化潜热，取自料液本身，因而料液很快被冷却到真空相应的温度。真空冷却器中真空度产生：一般要借助于水力喷射泵或蒸汽喷射泵，连续地抽去真空冷却器中的二次蒸汽。液体培养基的制备及杀菌设备真空冷却器液体培养基的制备及杀菌设备真空冷却器真空冷却装置图12345为了更完全地从料液中分离蒸汽，真空冷却器中蒸汽上升速度不应超过1m／s，醪液在下降管中流速为0.8～0.5m／s。液体培养基的制备及杀菌设备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：hkJQ/1512000651006.312000查水蒸气表和二次蒸汽在65℃时的汽化潜热r＝2343.4kJ/kg,故真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：hkgm/2.6454.23431512000液体培养基的制备及杀菌设备与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：hmqv/40051611.02.6453hkg/8.113542.64512000＝器内排出的醪液量为＝经真空冷却后，从冷却（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：mvqDs2.13600400544V一般真空冷却器的径高比为为：1：1.5～2，现取D：H=1：1.5，则真空冷却器的圆柱部分高H：mDH8.12.15.15.1（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:液体培养基的制备及杀菌设备mD0607.01109036008.113544可选用φ68mm×4mm的无缝钢管。（4）醪液下降管的长度：mL77.776057233.10选用L=8m。液体培养基的制备及杀菌设备糖化设备•连续糖化罐把已将温至60～62℃的糊化醪，与糖化醪液或曲乳液混合，将60℃下维持30～45min，保持流动状态，使淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。液体培养基的制备及杀菌设备糖化设备•真空糖化装置优点：真空糖化器既是蒸发冷却器，又是糖化器，简化了设备。液体培养基的制备及杀菌设备啤酒生产中麦芽汁的制备两器组合：仅由糖化锅兼麦汁过滤槽和糊化锅兼煮沸锅两锅组成。用于小型啤酒厂；四器组合：四器为糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅；六器组合：在四器的基础上，增加一只过滤槽和一只麦汁煮沸锅；或两只糖化－糊化两用锅，两只过滤槽和两只麦汁蒸煮锅。液体培养基的制备及杀菌设备啤酒生产中麦芽汁的制备•糊化锅•球形锅中麦芽汁的循环图f1f2h1h2液体培养基的制备及杀菌设备啤酒生产中麦芽汁的制备•糖化锅使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。液体培养基的制备及杀菌设备啤酒生产中麦芽汁的制备•麦芽汁煮沸锅又称煮沸锅或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质；还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。液体培养基的制备及杀菌设备•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液体培养基的制备及杀菌设备•糖化醪过滤槽平底筛过虑槽快速过虑槽液体培养基的制备及杀菌设备啤酒酿造工艺流程液体培养基的制备及杀菌设备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、β-射线、紫外线；（3）干热灭菌；（4）湿热灭菌；（5）过滤除菌液体培养基的制备及杀菌设备•培养基热灭菌的动力学微生物的受热死灭过程属于一级反应，所以：kNNdd上式积分：0dd0kNNSNN得：SSNNkNNk00lg303.2ln1k303.29.0对数残留公式与理论灭菌时间•培养基热灭菌的动力学液体培养基的制备及杀菌设备灭菌温度与菌死亡的反应速率常数的关系RTEAekSRTENNeA0ln1将上式代入SNNk0ln1，得：•培养基热灭菌的动力学液体培养基的制备及杀菌设备细菌死亡的活化能与培养基营养成分破坏的活化能细菌死亡(kJ/mol)酶、蛋白质或维生素破坏葡萄糖破坏活化能E4.187×(50～100)4.187×(2～26)4.187×24可见，细胞死亡的活化能比培养基中营养成分破坏的活化能大得多，所以细菌的死亡速率要比营养成分的破坏速率快得多。采用湿热法对液体培养基进行灭菌时，采用高温短时间的灭菌方法，以减少营养成分的破坏。液体培养基的制备及杀菌设备•影响培养基灭菌的因素1.灭菌效果和营养成分的保持2.pH的影响3.培养基成分的影响4.起泡5.颗粒液体培养基的制备及杀菌设备•培养基及发酵设备的灭菌分批灭菌（实罐灭菌或实消）空罐灭菌（空消）连续灭菌（连消）过滤器及管道灭菌液体培养基的制备及杀菌设备•分批灭菌（实罐灭菌）实罐灭菌：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，又称分批灭菌。液体培养基的制备及杀菌设备•分批灭菌（实罐灭菌）要保证分批灭菌的成功，必须有：1.内部结构合理，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。液体培养基的制备及杀菌设备•分批灭菌（实罐灭菌）灭菌时间的计算例：有一发酵罐，内装培养基40m2，在121℃的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在121℃时的灭菌速率常数为0.0287s-1。试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。解：(min)9.23ln1)(0287.0(001.0)(10810210400114760SSNNktskNN个）个液体培养基的制备及杀菌设备培养基的连续灭菌有以下优点：（1）提高产量，设备利用率高。（2）与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基中营养成分破坏较少。（3）产品质量较容易控制；蒸汽负荷均衡，操作方便。（4）降低了劳动强度，适用于自动控制。•连续灭菌流程液体培养基的制备及杀菌设备•连续灭菌流程液体培养基的制备及杀菌设备•连续灭菌流程灭菌时间的计算例：有一发酵罐，内装培养基40m2，在131℃的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在131℃时的灭菌速率常数为0.25s-1。试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。解：液体培养基的制备及杀菌设备•连续灭菌流程(min)7.2ln1)(25.0(001.0)(10810210400114760SSNNktskNN个）个