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1、第一节第一节 生物质原料筛选与分级生物质原料筛选与分级 生物加工原料在很多情况下往往会混入沙土、石子生物加工原料在很多情况下往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物。进行生产前，必须先将原料中混杂的甚至金属等杂物。进行生产前，必须先将原料中混杂的杂物除去。所以在生产前，原料的除杂、筛选与分级处杂物除去。所以在生产前，原料的除杂、筛选与分级处理是十分必要的。理是十分必要的。 一、筛选与分级设备一、筛选与分级设备二、筛选设备二、筛选设备一、筛选与分级设备一、筛选与分级设备（一）磁力除铁器（一）磁力除铁器（二）精选机（二）精选机 目的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，磁选设备分永目的是将夹杂在
2、原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。磁溜管和永磁滚筒。 AAA - A图1-1 永磁溜管68910712345图1-2 永磁滚筒的结构进料斗 2-观察窗 3-滚筒 4-磁芯 5-隔板 6-小麦出口 7-铁杂质收集盒 8-变速机构 9-电动机 10-机壳 颗粒状的生物质原料（如大麦、小麦）等必须进行精选和分级，其主要原颗粒状的生物质原料（如大麦、小麦）等必须进行精选和分级，其主要原理是按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒，有滚筒精选机和碟片精选理是按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒，有滚筒精选机和碟片精选机两种机两种 。1234短粒长粒图1-6 滚筒精选机工作
3、示意图51234 图1-4 碟片的工作情况1-碟片 2-叶片 3-短粒出口 4-盛物槽312456712111098 图1-5 碟片精选机结构 1-进料口 2-碟片 3-轴 4-轴承 5-绞龙 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、筛选设备二、筛选设备为保证生产质量，生产过程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也为保证生产质量，生产过程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也要用筛子来完成，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。要用筛子来完成，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。 小麦小杂质小麦进口123456789101112 图1-7 振动筛的结构1-
4、进料斗 2-吊杆 3-筛体 4-筛格 5-自衡振动器 6-弹簧限振器 7-电动机 8-后吸风道 9-沉降室 10-风机 11-风门 12-前吸风道进料饲料大麦级大麦级大麦图1-8 圆筒分级筛第二节第二节 生物质原料的粉碎生物质原料的粉碎 在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原料粉碎的效果好坏，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和料粉碎的效果好坏，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和经济性，而且会间接影响到下一工序如蒸煮、浸出、水解经济性，而且会间接影响到下一工序如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和发酵等的效果和效率。（酸解和酶解）和发酵等的效果和效率
5、。（一）锤式粉碎机（一）锤式粉碎机（二）辊式粉碎机（二）辊式粉碎机（三）湿式粉碎机（三）湿式粉碎机（四）球磨机（四）球磨机（五）切片机（五）切片机（六）超细粉碎机（六）超细粉碎机（七）纳米粉碎机（七）纳米粉碎机（一）锤式粉碎机（一）锤式粉碎机 锤式粉碎机最大特点是具有很高的破碎比（达锤式粉碎机最大特点是具有很高的破碎比（达1050）这是其他粉）这是其他粉碎机不能比拟的。此外单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能碎机不能比拟的。此外单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能力高等都是锤式粉碎机的优点。力高等都是锤式粉碎机的优点。 12345 图1-9 锤碎机的一般形式轴 2-转鼓 3-锤刀
6、4-栅栏 5-抽风机（二）辊式粉碎机（二）辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。啤酒厂粉碎麦芽和大米辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。啤酒厂粉碎麦芽和大米都是用辊式粉碎机，常用的有两辊式、四辊式、无辊式和六辊式等。都是用辊式粉碎机，常用的有两辊式、四辊式、无辊式和六辊式等。（a）（b）图1-12 两辊粉碎机简图皮壳细粉细粉物料辊筒筛图1-14 四辊式粉碎机图1-15 五辊式粉碎机细粉细粒皮壳细粉物料 图 1-16 六辊式粉碎机细粉皮壳细粒细粉物料（三）湿式粉碎机（三）湿式粉碎机 生物加工工厂中，粉碎原料时，往往会逸出较多的粉尘，影响环境。生物加工工厂中，粉碎原料时，往往会逸出较
7、多的粉尘，影响环境。这是干法粉碎的一个不足之处。为了避免这一缺点，在某些产品的生产过这是干法粉碎的一个不足之处。为了避免这一缺点，在某些产品的生产过程中，采用湿式粉碎操作，其所用到的粉碎机称为湿式粉碎机。湿式粉碎程中，采用湿式粉碎操作，其所用到的粉碎机称为湿式粉碎机。湿式粉碎设备主要包括：输料装置、加料器、粉碎机和加热器等几部分。设备主要包括：输料装置、加料器、粉碎机和加热器等几部分。 1水进口水出口23出料进料 图1-17 PM-DCP磨1-磨罐2-圆钉3-转筒（四）球磨机（四）球磨机 球磨机是目前工业上广泛应用的粉磨机械。合理的选择粉磨设备和工球磨机是目前工业上广泛应用的粉磨机械。合理的选
8、择粉磨设备和工艺流程非常重要，因为粉磨设备的动力消耗和投资占有很大的经济比重。艺流程非常重要，因为粉磨设备的动力消耗和投资占有很大的经济比重。12341给料排料图1-18 球磨机及其粉磨原理示意图 1-筒体 2-端盖 3-轴承 4-齿圈（五）切片机（五）切片机 对生物质原料的粉碎处理，根据加工工艺的不同，对粉碎后的原料形对生物质原料的粉碎处理，根据加工工艺的不同，对粉碎后的原料形状有不同的要求，有的要求是粉状的，有的要求是块状或片状的。要求块状有不同的要求，有的要求是粉状的，有的要求是块状或片状的。要求块状或片状的粉碎，这时要求用到切片机。状或片状的粉碎，这时要求用到切片机。123456 图1
9、-19 切片机结构示意图1-步进电机 2-传动机构 3-夹具 4-药材 5-刀架 6-电机12345 678910111213 图1-21 离心式切片机结构示意图1-接料斗 2-主轴 3-转盘 4-导向刀管 5-调节螺栓 6-切刀 7-定位圆环 8-厚度调节机构 9-制动离合器 10-操纵杆 11-传动机构 12-电机13-机架（六）超细粉碎机（六）超细粉碎机 生物材料的超细粉碎除了使产品的粒度微细化外，还需保持产品的有生物材料的超细粉碎除了使产品的粒度微细化外，还需保持产品的有效成分及营养物质不受氧化和损坏，不引入污染杂质，尽可能保持和改善效成分及营养物质不受氧化和损坏，不引入污染杂质，尽可
10、能保持和改善产品的生化特性和风味等；另外，生物材料一般多含水分、纤维素、糖分、产品的生化特性和风味等；另外，生物材料一般多含水分、纤维素、糖分、蛋白质及其它生物活性物质，使得加工过程中粘度大、韧性强、抗热性差，蛋白质及其它生物活性物质，使得加工过程中粘度大、韧性强、抗热性差，因而使物料的粉碎和分级较为困难。因而使物料的粉碎和分级较为困难。图1-22 ACM 型机械冲击磨结构示意图（七）纳米粉碎机（七）纳米粉碎机 纳米粒子一般是指颗粒尺寸在纳米粒子一般是指颗粒尺寸在1nm到到100nm之间具有量子尺寸效应、小之间具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应的超细粒子，该粒子具有的比表
11、面尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应的超细粒子，该粒子具有的比表面积、表面原子数、表面能和表面张力很大，且随粒径的下降急剧增加，因而积、表面原子数、表面能和表面张力很大，且随粒径的下降急剧增加，因而展现出许多特有的性质。展现出许多特有的性质。 冲击波金属容器炸药粉体减压器吸尘器营值图1-23 冲击粉碎工艺设计示意图1342222 图1-24 多层次分级纳米球磨流程图1-驱动装置 2-粉碎装置 3-为收集装置 4-为进料装置第三节第三节 生物质原料固体间的混合生物质原料固体间的混合 在生物加工的过程中，固体间的混合也是操作单在生物加工的过程中，固体间的混合也是操作单元之一。固体间的混合与气体间
12、的混合有很大的差别。元之一。固体间的混合与气体间的混合有很大的差别。气体通过分子扩散，互相掺合，最终自动达到均匀混气体通过分子扩散，互相掺合，最终自动达到均匀混合。而固体间混合需要外加机械作用才能进行。因固合。而固体间混合需要外加机械作用才能进行。因固体粒子形状、粒径、密度等各不相同，各成分在混合体粒子形状、粒径、密度等各不相同，各成分在混合的同时伴随着分离现象，所以固体间的混合不能达到的同时伴随着分离现象，所以固体间的混合不能达到完全的均匀，只能达到总体的均匀而不能达到局部的完全的均匀，只能达到总体的均匀而不能达到局部的均匀性。均匀性。（一）固体混合的机理（一）固体混合的机理（二）混合设备（
13、二）混合设备（一）固体混合的机理（一）固体混合的机理 固体粒子在混合器内混合时，会发生对流、剪切、固体粒子在混合器内混合时，会发生对流、剪切、扩散等三种不同运动形式，形成三种不同的混合：扩散等三种不同运动形式，形成三种不同的混合：对流混合对流混合2剪切混合剪切混合3扩散混合扩散混合（二）混合设备（二）混合设备 混合设备有两种，一种是不能转动的固定型混合机；一种是可以混合设备有两种，一种是不能转动的固定型混合机；一种是可以转动的回旋型混合机。转动的回旋型混合机。1回旋型混合机回旋型混合机双锥型立方体型V型倾斜圆筒型水平圆筒型图1-26 回转型混合机的型式2固定型混合机固定型混合机（1）搅拌槽式混
14、合机）搅拌槽式混合机 图1-27 搅拌槽式混合机（2）锥形混合机）锥形混合机 图1-28 锥型混合机（3）回转圆板型混合机）回转圆板型混合机 加料口圆板上锥形板出料挡板出料口下部圆板粒子混合区加料口加料口图1-29 回转原板式混合机（4）流动型混合机）流动型混合机 底座排出口搅拌叶排出阀快开螺栓混合室图1-30 流动型混合机皮带加料盖 夹套 电机The End第二章第二章 生物细胞培养基制备过程与设备生物细胞培养基制备过程与设备l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
15、中已有的杂菌进行去除或杀灭。第一节第一节 液体培养基的灭菌液体培养基的灭菌第二节第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化淀粉质原料的蒸煮与糖化第三节第三节 纤维素和半纤维素的水解纤维素和半纤维素的水解第四节第四节 糖蜜原料的稀释与澄清糖蜜原料的稀释与澄清第五节第五节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备啤酒生产中麦芽汁的制备设备第六节第六节 淀粉水解制糖淀粉水解制糖第七节第七节 固体培养基制备固体培养基制备第一节第一节 液体培养基的灭菌液体培养基的灭菌一、湿热灭菌原理和影响灭菌的因素一、湿热灭菌原理和影响灭菌的因素二、连续灭菌流程及设备二、连续灭菌流程及设备三、分批灭菌过程与设备三、分批灭菌过程与设备一、湿热灭菌
16、原理和影响灭菌的一、湿热灭菌原理和影响灭菌的因素因素 营养成分的减少将影响菌种的培养和产物的生成，所以灭菌程度和营营养成分的减少将影响菌种的培养和产物的生成，所以灭菌程度和营养成分的破坏成为灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热温度和受热时间养成分的破坏成为灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热温度和受热时间是灭菌工作的关键。是灭菌工作的关键。图2-1 大肠杆菌在不同温度下的死亡曲线t(min)-5-4-3-2-1101010101054566058 8 6 41020（一）灭菌动力学（一）灭菌动力学微生物受热而破坏是指其生活能力微生物受热而破坏是指其生活能力丧失，微生物热死灭原因是细胞内丧失，微生物
17、热死灭原因是细胞内的反应。的反应。expEKART expEKART 4.03.02.00.10.20.40.60.81.02.642.622.602.582.562.54斜率= -E/R（2）温度对死亡速率的影响）温度对死亡速率的影响图图2-2 微生物死亡与温度的关系微生物死亡与温度的关系二、连续灭菌流程及设备二、连续灭菌流程及设备图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程生培养液蒸汽喷射加热器维持管膨胀阀急聚蒸发室灭菌好的培养液真空 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、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
18、是将配好的培养基在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 时间(min)温度图2-3 培养基连续灭菌过程中温度的变化20s20s2-3min14427（一）连消塔（一）连消塔喷淋冷却流程喷淋冷却流程 图 2-4 连 续 灭 菌 设 备 流 程 示 意 图1-配 料 罐 （ 拌 料 罐 ） 2-蒸 汽 入 口 3-连 消 塔 4-维 持 罐 5-培 养 基 出 口 6-喷 淋 冷 却 7-冷 却 水1234567（三）板式换热器灭菌流程（三）板式换热器灭菌流
19、程（二）喷射加热（二）喷射加热真空冷却流程真空冷却流程图2-6 薄板换热器连续灭菌流程维持段蒸汽加热段热回收段水冷却段生培养液冷却水灭菌好的培养液（四）设备构造和计算（四）设备构造和计算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。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。生产中一般用生产中一般用0.50.8Mpa的活蒸汽与预热后的料液直接接触而加热。的活蒸汽与预热后的料液直接接触而加热。 图2-8 连消器的构造出料口排液口蒸汽进口进料口 图2-9 维持罐的外形出料人孔放汽测温口进料 图2-9 维持罐的外形出料人孔放汽测温口进料三、分批灭菌过程与设备三、分批灭菌过
20、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，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。通常也称为实罐灭菌。（一）分批灭菌操作要点（一）分批灭菌操作要点（二）分批灭菌的操作（二）分批灭菌的操作图2-11 实罐灭菌设备示意图冷凝水冷却水进口排料管进汽取样管进汽进汽冷却水出口排气排气排气排气消沫剂管出气口接种管进料口进汽进气管（三）分批灭菌的计算（三）分批灭菌的计算00lnexptNEAdtNRT 总分批灭菌的计算主要是确定分批灭菌的计算
21、主要是确定灭菌的时间。如果把微生物灭菌的时间。如果把微生物的热死亡动力学公式与阿累的热死亡动力学公式与阿累尼乌斯公式相结合，则可得尼乌斯公式相结合，则可得2102lnexptNEAdtNRT保第二节第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化淀粉质原料的蒸煮与糖化一、连续蒸煮糖化一、连续蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化 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
22、移葡萄糖发酵性物质（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。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、连续蒸煮糖化一、连续蒸煮糖化96 213578蒸煮 废气 去发酵罐10冷水4图2-12 连续糖化工艺工程1-后熟罐 2-真空罐 3-混合冷凝器 4-水密封池 5-真空蒸发罐 6-糖化锅 7-硫酸罐 8-液曲罐 9-转料泵 10-喷淋冷却器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。化
23、、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。 二、间歇蒸煮糖化二、间歇蒸煮糖化（一）间歇蒸煮（一）间歇蒸煮1蒸煮设备蒸煮设备45738 图2-21 锥形蒸煮锅1-加料口 2-排汽阀 3-锅耳 4-取样器 5-加热蒸汽管 6-排醪管 7-衬套 8-压力表216（二）间歇糖化工艺（二）间歇糖化工艺间歇糖化法的工艺流程：间歇糖化法的工艺流程：蒸煮醪蒸煮醪糖化锅加水冷却糖化锅加水冷却（12060）加酸十加曲十糖化十冷）加酸十加曲十糖化十冷却（却（6030）发酵罐（或酒母罐）发酵罐（或酒母罐）第三节第三节 纤维素和半纤维素的水解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可以利用的生物质
24、资源很多，包括各种农业残余物 、林业残余物、专门栽培的、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。生物加工成有用的物质，如生物能源等。一、蒸汽爆裂法一、蒸汽爆裂法二、稀酸预处理法二、稀酸预处理法三、酸酶水解法三、酸酶水解法一、蒸汽爆裂法一、蒸汽爆裂法 在众多预处理方法中，高压蒸汽爆碎技术是比较有效、低成本、无污染的新在众多预处理方法中，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，使罐温度达到技术。
25、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，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（蒸汽纤维素的可酶解性明显增强。蒸汽爆碎技术的成
26、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、稀酸预处理法二、稀酸预处理法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预处理方法 。（一）影响
27、酸水解的因素（一）影响酸水解的因素（二）稀酸水解生产流程和设备（二）稀酸水解生产流程和设备 4235 6图2-25 木材连续渗滤水解流程 水解液往中和器低压二次蒸气高压二次蒸气高压热水蒸汽排木质素加料A-Seaman的水解动力学曲线B-理想水解动力学曲线（无产品分解） C-实际水解动力学曲线 图2-23 纤维素稀酸水解时葡萄糖的生成B201水解率40206080%6543(h)时间AC三、酸酶水解法三、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。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。第一段制低聚木糖方法是：蔗髓（即蔗渣糠）等半纤维素
28、降解有采用热水蒸煮、酸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。第二段水解获得的葡萄糖液为酸性，用石灰乳水解、微波降解和酶解等方法。第二段水解获得的葡萄糖液为酸性，用石灰乳中和成硫酸钙中和成硫酸钙 ，过滤得清净糖液。，过滤得清净糖液。 热压器沸腾器控制点水份控制器冲子同轴喷射器喷射器进料处收料器排阀器图2-27 蔗渣蒸汽裂解膨化流程示意图012345623 4 5 6 7回转炉（热压器）螺旋喂料器蔗渣酸液混合器螺旋喂料器热水抽提系统（渗出器）筛网水螺旋压榨机17-20%糖溶液残渣图2-28 螺旋连续水解器第四节第四节 糖蜜原料的稀释与澄清糖
29、蜜原料的稀释与澄清一、糖蜜稀释器一、糖蜜稀释器二、糖蜜原料的澄清二、糖蜜原料的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及液态饲料等的良好原料。由于原糖蜜的浓度一般都在80Bx以上，胶体物质与以上，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、澄清等处理灰分多，产酸细菌多，所
30、以糖蜜酒精发酵前需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程。过程。一、糖蜜稀释器一、糖蜜稀释器（一）水平式糖蜜连续稀释器（一）水平式糖蜜连续稀释器图2-29 水 平式 糖 蜜 连 续 稀 释 器糖 密 入 口热 水营 养盐 类酒 精液 体冷水糖 蜜 出 口432143214-4 切 面3-3 切 面2-2 切 面1-1 切 面（二）立式糖蜜连续稀释器（二）立式糖蜜连续稀释器图2-30 立式糖蜜连续稀释器 1-隔板 2-固定杆糖蜜出口AA12糖蜜冷水热水A-A图2-31错板式 连续稀释器图2-32 胀缩式 连续稀释器官图2-33 变管径式 连续稀释器蒸汽糖蜜水营养液糖液糖液糖液糖蜜水蒸汽营养液营养液
31、蒸汽水糖蜜（三）连续稀释器（三）连续稀释器二、糖蜜原料的澄清二、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，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。以达到发酵的要求。 1加酸通用处理法加酸通用处理法2加热加酸沉淀法加热加酸沉淀法3絮凝剂澄清处理法絮凝剂澄清处理法4酸化澄清设备酸化澄清设备澄清罐的总体积：澄清罐的总体积：TQ tVTQtV第五节第五节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备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。啤酒是生物加工产业中的一个典型产品，我国的啤酒生
32、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。养基。一、糊化锅一、糊化锅二、糖化锅二、糖化锅三、过滤槽三、过滤槽四、麦汁煮沸锅四、麦汁煮沸锅五、糖化醪过滤槽五、糖化醪过滤槽一、糊化锅一、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。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。1糊化锅的构造糊化锅的构造 图2-34 糊化锅大米粉进口 2-热水进口 3-搅拌器 4-加热蒸汽管进口 5-蒸汽冷凝水出口 6-糊化醪出口 7-不凝
33、性气体出口 8-耳架 9-麦芽粉液或糖化醪入口 10-环形槽 11-污水排出口管 12-风门大米粉热水 污水糖 化 醪12347981211102糊化锅的容积糊化锅的容积3加热面积的计算加热面积的计算23410.943()ncmgL tt 234sin0.943()ncmgL tt 倾0.1423130.36Re PrpNu二、糖化锅二、糖化锅l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
34、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2 1，升气管截面积为锅圆筒截面积的1/301/50。三、过滤槽三、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 。（一）型式与构造（一）型式与构造麦槽出口麦汁出口醪液入口冷热水入口1413121110987654321冷凝水出口 图2-36 过滤槽1-入孔单拉门 2-入孔双拉门 3-喷水管 4-滤板5-出槽门 6-变速箱 7-电动机 8-油压缸 9-减速箱 10-耕槽装置 11-槽体 12-槽盖
35、13-排气管（二）有关参数（二）有关参数1麦槽层厚度麦槽层厚度2过滤面积的确定过滤面积的确定3过滤槽容积的确定过滤槽容积的确定4过滤槽内耕槽的转速过滤槽内耕槽的转速5过滤槽槽底与筛板的间距过滤槽槽底与筛板的间距四、麦汁煮沸锅四、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，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。使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁中。 （一）型式与结构（一）型式与结构麦汁出口麦汁入口冷热水进口冷凝水出123467891011 图2-37 麦牙煮沸锅1-电动机 2-减
36、速箱 3-出料阀 4-搅拌装置 5-锅体 6-液量标尺7-入孔双拉门 8-锅盖 9-排气管 10-筒形风帽 11-入孔单拉门（二）容积计算（二）容积计算（三）有关参数（三）有关参数五、糖化醪过滤槽五、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。的过滤。糖化醪过滤槽的结构糖化醪过滤槽的结构 冷凝水出1/2蒸汽进1/2蒸汽进出料进料冷热水进口冷凝水出12345789101112131415 图2-38 糖化醪过滤槽1-油压缸 2-出槽口 3-减速箱 4-变速箱 5-耕槽装置 6-
37、电动机 8-射水槽 9-槽体 10-入孔双拉门 11-入孔单拉门 12-槽盖 13 下粉筒 14 排汽管 15-筒形风帽6第六节第六节 淀粉水解制糖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。的方法有酸解法、酶解法、以及酸酶结合法等。一、酸解法一、酸解法二、酶解法二、酶解法一、酸解法一、酸解法酸解法又称酸糖化法，它是以酸为催酸解法又称酸糖化法，它是
38、以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。糖的方法。（一）加压罐水解糖化（一）加压罐水解糖化612345蒸汽蒸汽 图2-39 糖化罐构造图1-淀粉乳管 2-喷出管 3-蒸汽排出管 4-安全阀 5-入孔 6-酸管（二）管道水解糖化（二）管道水解糖化235674蒸汽蒸汽糖化液淀粉酸水 图2-40 直接加热式管道糖化设备1-混合桶 2-加热器 3-进料罐 4-放料阀 5-急骤蒸发器 6-糖化管 7-泵23654中和区蒸汽糖化液冷却水蒸汽溶液Na CO 图2-41 糖化管道示意图1-淀粉乳 2-泵 3-糖化管 4-阀 5-急骤蒸发器 6-加热管淀粉乳蒸汽ooo图
39、2-42 间接式加热管构造示意图淀粉乳酸蒸汽4糖化液32蒸汽 图2-43 糖化管设备示意图1-搅拌器 2-糖化管 3-急骤蒸发器 4-阀 5-加热器 6，7-泵1765二、酶解法二、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，利用第一步，利用淀粉酶将淀粉液化；第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水淀粉酶将淀粉液化；第二步，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。解转化为葡萄糖。生产上这两步分别称为液化和糖化。 541蒸汽淀粉乳酸ccccccccc糖化液蒸汽3
40、 图2-44 糖化管设备示意图1-糖化管 2-急骤蒸发器 3-阀 4-次级孔 5-初级孔 6-变速高压泵2（一）液化（一）液化 液化桶喷射液化器进料桶淀粉乳桶出料控制蒸汽温度控制淀粉乳图2-45 喷射液化设备流程图加热处理真空快速冷却淀粉乳液化酶蒸汽冷却水液化冷却糖化酶酸泵蒸汽冷凝水液化酶糖化过滤图2-48 管道3-段连续液化流程图（二）糖化（二）糖化 其工艺过程如下：其工艺过程如下：液化液化糖化糖化灭酶灭酶过滤过滤贮糖计量贮糖计量发酵发酵MM1234566789101112131415161718水蒸气淀粉碱液氯化钙淀粉酶回流糖化酶图2-49 双酶法制糖工艺流程图1-调浆配料槽 2，8-过滤
41、器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮槽 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽第七节第七节 固体培养基制备固体培养基制备一、固体培养基的制备方法及其设备一、固体培养基的制备方法及其设备发酵的类型按培养基的种类来分，有固体发酵和液体（深层）发酵两种。发酵的类型按培养基的种类来分，有固体发酵和液体（深层）发酵两种。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就称为固态发酵。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就称为固态发酵。固态发酵所用的培养基为固体培养基。在制造酶制剂、菌
42、肥、发酵饲料、固态发酵所用的培养基为固体培养基。在制造酶制剂、菌肥、发酵饲料、饲料添加剂、食品添加剂以及一些东方发酵食品中广泛采用。所以，研制饲料添加剂、食品添加剂以及一些东方发酵食品中广泛采用。所以，研制一种新型的固体发酵生物反应器，并研究固体发酵工艺，克服现有反应器一种新型的固体发酵生物反应器，并研究固体发酵工艺，克服现有反应器的缺点，可以将固体发酵推上一个新的台阶，促进我国生物技术的发展，的缺点，可以将固体发酵推上一个新的台阶，促进我国生物技术的发展，具有十分重要的意义。具有十分重要的意义。 一、固体培养基的制备方法及其设备一、固体培养基的制备方法及其设备固体培养基的碳源主要来自小麦、麸
43、皮、玉米、碎米、大麦、高梁、米糠等淀粉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。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。（一）各种工艺组合的培养基制备方法（一）各种工艺组合的培养基制备方法原料粉碎润水混合均匀蒸煮接种种曲菌种辅料 水混合均匀冷却1润水设备润水设备水原料图2-50 蛟龙式润水装置湿料1378910111214651234 图2-51 N.K式旋转蒸煮锅1-电动机3k W960转 2-蜗轮蜗杆减速箱，减速1：50，皮带盘130 3-减速箱齿轮100，18齿
44、斜5.5M 4-过桥中齿轮410斜齿815M 5-过桥小齿轮110斜齿18M 6-转锅正齿轮840齿斜969M 7-水管 8-蒸汽管 9-安全阀 10-压力表 11-排气管 12-排气阀13-闸阀 14-Dg125mm插热冷却管2蒸煮设备蒸煮设备图2-53 简易蒸锅 图2-52 常压蒸料桶1-十字形蒸汽管 2-主蔑假底 3-蒸气小孔 4-排水空塞43 2110 1213934111716图2-54 N.K式旋转蒸煮锅(脱压抽冷)片面示意图1-原料提升斗 2-活络落料管 3-5M 旋转蒸锅 4-熟料斗 5-熟料输送蛟龙 6-菌种接种斗 7-关风机进料斗 8-串联式风机 9-温度计 10-压力表
45、11-安全闸 12-蒸气管 13-进水管 14-75mm排气阀 15 排气管 16-正空表 17-125mm闸阀 18-抽冷管 19-止回阀 20-75mm抽冷管 21-75mm闸阀 22-3BA9离心水泵 23-5m 水箱 24-BSB-60玻璃钢喷射器56712314151620212481718192223141716111523415987106 图2-56 连续蒸煮处理装置1-原料输送带 2-流量表 3-浸渍水喷头 4-浸渍螺旋 5-提升机 6-输入管 7-输入管抽气器 8-输入旋转阀 9-输入蒸气阀 10-蒸气管 11-脱压旋转阀 12-脱压小室 14-除粒阀 15-排气阀 16-
46、排出旋转阀 17-输送传送带121318151613201956791011121汽水湿水70 图2-57 FM式连续蒸煮装置1-温水装置 2-洒水管 3-洒水预热蛟龙 4-预蒸蛟龙 5-进料回转阀 6-刮平器 7-金属网络带 8-安全阀 9-喷蒸气管 10-温度计 11-蒸料金属驱动装置 12-蒸煮罐 13-输水器 14-第一排回转阀 15-减压室 16-分离器 17-喷射真空泵 18-第二排回转阀 19-循环水池 2水泵17（1）常压蒸煮锅）常压蒸煮锅（2）加压蒸煮锅）加压蒸煮锅（3）集搅拌、蒸煮、）集搅拌、蒸煮、冷却于一体的蒸煮灭菌冷却于一体的蒸煮灭菌设备设备（4）连续蒸煮设备）连续蒸煮
47、设备The End第一节第一节 液体输送设备液体输送设备l一、离一、离 心心 泵泵l二、往复泵二、往复泵l三、其他类型的泵三、其他类型的泵生产过程中常需要把液体从一个设备通生产过程中常需要把液体从一个设备通过管道输送到另一个设备被输送的液体，过管道输送到另一个设备被输送的液体，性质各异因此生产上就需要采用各种不性质各异因此生产上就需要采用各种不同结构、不同材质的液体输送机械根据同结构、不同材质的液体输送机械根据其作用原理，大致可分为其作用原理，大致可分为 :一、离一、离 心心 泵泵gpphHbc/ )(0qQQTqQQTsHsHsHsHsHsHsHsH（二）工作原理（二）工作原理（三）离心泵的
48、主要性能参数（三）离心泵的主要性能参数（四）离心泵特征曲线（四）离心泵特征曲线（五）离心泵的气蚀现象（五）离心泵的气蚀现象（六）离心泵的吸入高度（六）离心泵的吸入高度（一）（一）离心泵装置及其结构图3-1为离心泵装置简图。它由泵、吸入系统和排出系统三部分组成。吸入系统有吸入贮槽、吸入管、底阀、滤网。排出系统有排出贮槽、排出管、逆止阀、调节阀等。离心力的作用下液体被抛出，叶轮外周压力增高，叶轮中心形成真空。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断吸入液体，一面又不断给吸入的液体以一定能量并送入排出管。 包括：流量、压头(扬程)、效率、转速、功率、气蚀余量（吸上真空度）等。主要性能参数有压头、流量、效率等
49、。 1压头H单位质量液体流过泵后能量的增值称为压头，一般以符号H表示，单位为m。 bcfccbbhgugphHgugp)(22202 真空表压力表流量计图3-2 测定离心泵性能参数的装置2流量是指泵在单位时间内由泵的排液口排出的液体量，通常以体积流量来表示，单位习惯上用m3/h表示。 单位时间内泵的泄漏量；它既包括所有不经过排液管而漏到泵体外部泄漏，也包括从泵作功部件出来后仍漏回泵吸液处的内部泄漏 3轴功率、有效功率和效率有效功率 ：gHQNe轴功率 ：/gHQN H泵的压头Q泵的流量液体密度 效率 100120140101418222630 4B离心泵 n=2900r.p.mH,m4812
50、图3-3 4B-20型离心泵的特性曲线Q，m/h3N20406080（1）压头随流量的改变而改变的规律，流量增大，压头下降 ；（2）功率随流量的增大而上升，泵在启动前应关闭出口阀，以减小电动机的启动电流，避免电动机因负荷大而受损； （3）效率开始随流量的增大而上升，达到一最大值后随流量的增大而下降。 （七）离心泵的选择叶轮进口形成了低压 ，当压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾 ，生成气泡向外周流动 。压力迅速加大而急剧冷凝，液体以很大速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击。这种现象就称为气蚀现象 。如何防止？如何防止？为了防止气蚀现象，泵的安装高度不超过某一定值，使