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1、第二章第二章 培养基和培养基和种子制备设备种子制备设备v培养基制备工艺过程：培养基制备工艺过程：原原 料料 筛筛 选选 粉粉 碎碎 糊糊 化（蒸煮、化（蒸煮、酶）酶）糖糖 化（酶法）化（酶法）灭灭 菌菌 冷冷 却却 v第一节第一节 液体液体培养基的制备设培养基的制备设备备v第二节第二节 培养基的灭菌及设备培养基的灭菌及设备v第三节第三节 种子制备设备种子制备设备一、糖蜜稀释器一、糖蜜稀释器v 糖蜜是一种非结晶糖分，因其本身就含有相当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
2、檬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。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由于原糖蜜的浓度一般都在80Bx以上，胶体物以上，胶体物质与灰分多，产酸细菌多，所以糖蜜酒精发酵前质与灰分多，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。需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程。v糖蜜稀释器糖蜜稀释器v 对糖蜜进行对糖蜜进行稀释稀释、酸化酸化、灭菌灭菌和和增加增加营养盐营养盐等处理所用的设备。等处理所用的设备。v糖蜜的稀释方法糖蜜的稀释方法 ：v1 1间歇稀释法：通常为一敞口容器，间歇稀释法：通常为
3、一敞口容器，罐内附有搅拌器或通风代替搅拌。一般罐内附有搅拌器或通风代替搅拌。一般都利用糖化锅都利用糖化锅 。v2 2连续稀释法连续稀释法 ：连续稀释器：连续稀释器 。水平式糖蜜连续稀释器水平式糖蜜连续稀释器立立式式糖糖蜜蜜连连续续稀稀释释器器连连续续稀稀释释器器二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备二、淀粉质原料的蒸煮糖化设备 淀粉质原料蒸煮糖化的目的：淀粉质原料蒸煮糖化的目的：v使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态变成可溶性淀粉解状态变成可溶性淀粉(糊化糊化)；同时对进料；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及
4、气味。味。采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。v可溶性淀粉还不能被细胞直接利用，还必须可溶性淀粉还不能被细胞直接利用，还必须采取添加糖化剂采取添加糖化剂，使淀粉变成可发酵性糖，使淀粉变成可发酵性糖。v1 1、连续蒸煮糖化、连续蒸煮糖化料液连续流动，在不同的设备中完成加料、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，整个过蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。程连续化。v2 2、间歇蒸煮糖化、间歇蒸煮糖化蒸煮糖化的整个过程都始终处于一个设备中，蒸煮糖化的整个过程都始终处于一个设备中，一锅一锅地糖化，糖化一锅又重换一锅。一锅一锅地糖化
5、，糖化一锅又重换一锅。v连续蒸煮糖化设备有罐式连续蒸煮糖化设备有罐式(低温长时间低温长时间)、管式管式(高温短时间高温短时间)和柱式和柱式(中温中温)三种形式。三种形式。v罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可罐式连续蒸煮糖化，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、中型工厂广泛采单，制造方便，为大、中型工厂广泛采用。用。(图图2 21 130)30)罐式连续蒸煮糖化流程罐式连续蒸煮糖化流程1-粉浆罐粉浆罐 2-粉浆泵粉浆泵 3-蒸煮罐蒸煮罐 4-后熟器后熟器 5-最后一个后熟器最后一个后熟器(汽液分离器汽液分离器)6-真空冷却器真空
6、冷却器 7-连续糖化锅连续糖化锅 8-液体曲罐液体曲罐9-糖化醪泵糖化醪泵 10-喷淋冷却器喷淋冷却器11-混合冷凝器混合冷凝器12-水力喷射泵水力喷射泵 13-热水箱热水箱（1 1）蒸煮罐和后熟器）蒸煮罐和后熟器 v蒸煮时仅在粉浆加热器或蒸煮罐底部通入蒸蒸煮时仅在粉浆加热器或蒸煮罐底部通入蒸汽，其后各罐均为后熟器，不再加入蒸汽。汽，其后各罐均为后熟器，不再加入蒸汽。v后熟器的作用是一定温度下，维持一定时间，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，由最后一个后熟器力下降，产生二次蒸汽，由最后一个后
7、熟器分离出来，可供粉浆罐顶预热粉浆，故最后分离出来，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。一个后熟器也为汽液分离器。v罐式连续蒸煮罐数不能太少，宜采用罐式连续蒸煮罐数不能太少，宜采用3 36 6个。个。v但罐数过多则压力降过大，后熟器压力过低，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，宜采用原料蒸煮压力较低，宜采用3 34 4个，玉米类个，玉米类原料压力较高，可采用原料压力较高，可采用5 56 6个。个。（2 2）加热器）加热器 v加热器是利用高压蒸汽加热粉浆，使汽液相加热器是利用高压蒸
8、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对喷射，紧密接触，能在短时间内达到较高的温度。的温度。v加热器是三层直径不同的套管，内层和中层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，各层套管都用法兰管壁上都钻有许多小孔，各层套管都用法兰连接，以便拆卸。高压蒸汽从内、外层管进连接，以便拆卸。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，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故能在很短时间就达到蒸煮温度145145150150。（3 3）真空冷却装
9、置）真空冷却装置v真空冷却指的是醪液在一定的真空度下（即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（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相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却。却。v醪液沿切线方向进入，醪液沿切线方向进入，在器内旋转，醪液被在器内旋转，醪液被离心力甩向四周沿壁离心力甩向四周沿壁下流，从锥底排醪口下流，从锥底排醪口排出，二次蒸汽则直排出，二次蒸汽则直接上升经
10、中心管排出。接上升经中心管排出。柱式连续蒸煮糖化流程柱式连续蒸煮糖化流程管式连续蒸煮糖化流程管式连续蒸煮糖化流程1-1-输送机输送机 2-2-斗式提升机斗式提升机 3-3-贮料斗贮料斗 4-4-锤式粉碎机锤式粉碎机 5-5-螺旋输送机螺旋输送机 6-6-粉浆罐粉浆罐 7-7-泵泵 8-8-预热锅预热锅9-9-近料控制阀近料控制阀 10-10-过滤器过滤器 11-11-泥浆泵泥浆泵 12-12-单向阀单向阀 13-13-三套管加热器三套管加热器 14-14-蒸煮管道蒸煮管道 15-15-压力控制阀压力控制阀 16-16-后熟器后熟器 17-17-蒸汽分离器蒸汽分离器 18-18-真空冷凝器真空冷
11、凝器 19-19-蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器 20-20-糖化锅糖化锅 糖化设备糖化设备 v（1 1）连续糖化罐）连续糖化罐v连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与液体连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与液体曲或麸曲乳或糖化酶（酶制剂）混合，在一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定温度下维持一定时间(60下维持下维持3045min)，保持流动状态，以利于酶的活动。，保持流动状态，以利于酶的活动。v（2 2）真空糖化装置）真空糖化装置v依靠压力差蒸煮醪液由汽液分离器，与糖化依靠压力差蒸煮醪液由汽液分离器，与糖化曲液由计量暂存桶同时进入蒸发曲液由计量暂存桶同时进入蒸发-糖化器。输糖化器
12、。输送曲液（包括糖化醪稀释水）到喷射蒸汽的送曲液（包括糖化醪稀释水）到喷射蒸汽的湍流中是依靠发生引射的混合效果，使曲液湍流中是依靠发生引射的混合效果，使曲液与蒸煮醪液充分接触，蒸煮醪液被冷却。与蒸煮醪液充分接触，蒸煮醪液被冷却。优点：优点：真空糖化器既是蒸真空糖化器既是蒸发冷却器，又是糖化器，简发冷却器，又是糖化器，简化了设备。化了设备。三、啤酒生产中麦汁的制备设备三、啤酒生产中麦汁的制备设备啤酒厂糖化设备的组合方式：啤酒厂糖化设备的组合方式：va.a.四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅汁煮沸锅vb.b.六器组合：两只糖化糊化两用锅、两只六器组合：
13、两只糖化糊化两用锅、两只过滤槽、两只麦汁煮沸锅过滤槽、两只麦汁煮沸锅vc.c.两器组合：糖化锅兼麦汁过滤槽、糊化锅两器组合：糖化锅兼麦汁过滤槽、糊化锅兼煮沸锅，微型扎啤酒坊兼煮沸锅，微型扎啤酒坊v1 1、糊化锅、糊化锅v用来加热煮沸辅助原料（大米粉或玉米用来加热煮沸辅助原料（大米粉或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化粉）和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。和糊化。v2 2、糖化锅、糖化锅v使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。体积是糊化行蛋白质分解和淀粉糖化。体积是糊化锅的两倍。锅的两倍。v3 3、麦汁煮沸锅、麦汁煮沸锅v用于麦汁的煮
14、沸和浓缩，把麦汁中多余用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发掉，使其达到要求浓度，并加水分蒸发掉，使其达到要求浓度，并加入酒花浸出酒花中的苦味及芳香物质，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、灭酶的作还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。用。v4 4、糖化醪过滤槽、糖化醪过滤槽v麦汁过滤，获得澄清麦汁麦汁过滤，获得澄清麦汁 啤酒生产中麦芽汁的制备啤酒生产中麦芽汁的制备 糊化锅糊化锅 用来加热煮沸用来加热煮沸辅助原料（大米粉辅助原料（大米粉或玉米粉）和部分或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使其麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。淀粉液化和糊化。球形锅中麦芽汁的循环图球形锅中麦芽汁
15、的循环图f1f2h1h2 啤酒生产中麦芽汁的制备啤酒生产中麦芽汁的制备 糖化锅糖化锅 使麦芽糖与水混合，使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。白质分解和淀粉糖化。啤酒生产中麦芽汁的制备啤酒生产中麦芽汁的制备 麦芽汁煮沸锅麦芽汁煮沸锅 又称煮沸锅或称浓缩又称煮沸锅或称浓缩锅，用于麦汁的煮沸和浓锅，用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸缩，把麦汁中多余水分蒸发，使麦汁达到要求浓度，发，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质；还有的苦味及芳香物质；还有加热凝固蛋白质、灭菌、加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。灭酶的作用
16、。麦芽汁煮沸锅麦芽汁煮沸锅有列管式内加有列管式内加热器的煮沸锅热器的煮沸锅具两段内加具两段内加热器的煮沸锅热器的煮沸锅煮沸锅与外加热煮沸锅与外加热器的组合方式器的组合方式1煮沸锅与外加热煮沸锅与外加热器的组合方式器的组合方式2 糖化醪过滤槽糖化醪过滤槽平底筛过滤槽平底筛过滤槽快速过滤槽快速过滤槽 液体培养基的灭菌液体培养基的灭菌 发酵生产中，往往需要对培养基及其发发酵生产中，往往需要对培养基及其发酵设备进行灭菌，一般工业上常采用蒸汽湿酵设备进行灭菌，一般工业上常采用蒸汽湿热灭菌。热灭菌。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:v灭菌原理：灭菌原理：高温引起细胞内蛋白质
17、凝固，使高温引起细胞内蛋白质凝固，使酶变性失活，代谢停滞而死亡。酶变性失活，代谢停滞而死亡。v营养成分的减少将影响菌种的培养和产物的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，恰当掌握灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热温度加热温度和和受热时间受热时间是是灭菌工作的关键。灭菌工作的关键。为了减少培养基营养成分受热损失，灭菌尽量为了减少培养基营养成分受热损失，灭菌尽量采用高温短时的连续灭菌，即在培养基输送至发采用高温短时的连续灭菌，即在培养基输送至发酵罐的同时进行加热、保温和冷却而进行的灭菌。酵罐的同时进行
18、加热、保温和冷却而进行的灭菌。（1 1）对数残留定律：）对数残留定律：v理论灭菌时间是指特定温度下的灭菌时间，理论灭菌时间是指特定温度下的灭菌时间，实际生产中灭菌时间根据工厂的经验数据来实际生产中灭菌时间根据工厂的经验数据来定，通常高温灭菌时间为定，通常高温灭菌时间为1530s，再在维，再在维持罐内维持持罐内维持825min。（2 2）温度对微生物死亡速率的影响）温度对微生物死亡速率的影响微生物死亡与温度的关系微生物死亡与温度的关系v高温短时原则高温短时原则:培养基的灭菌应采用培养基的灭菌应采用高温短时的方法，以减高温短时的方法，以减少营养成分的破坏。虽少营养成分的破坏。虽然温度增高，养分破坏
19、然温度增高，养分破坏也增加，但因灭菌时间也增加，但因灭菌时间大为缩短，总破坏量因大为缩短，总破坏量因此减少。列表说明。此减少。列表说明。温度对细菌孢子、维生温度对细菌孢子、维生素、酶破坏速度常数的关系素、酶破坏速度常数的关系（3 3）活化能）活化能v细菌死灭的活化能比培养基中营养成分破坏细菌死灭的活化能比培养基中营养成分破坏的活化能大的多。因此采用湿热法对液体培的活化能大的多。因此采用湿热法对液体培养基灭菌时应采用高温短时灭菌方法，减少养基灭菌时应采用高温短时灭菌方法，减少对营养成分的破坏。对营养成分的破坏。v思考题：思考题：液体培养基湿热灭菌时为何采用高液体培养基湿热灭菌时为何采用高温瞬时灭
20、菌？温瞬时灭菌？培养基及发酵设备的灭菌培养基及发酵设备的灭菌二、常用灭菌设备二、常用灭菌设备 分批灭菌（实罐灭菌或实消）分批灭菌（实罐灭菌或实消）空罐灭菌（空消）空罐灭菌（空消）连续灭菌（连消）连续灭菌（连消）过滤器及管道灭菌过滤器及管道灭菌 分批灭菌（实罐灭菌）分批灭菌（实罐灭菌）实实罐罐灭灭菌菌：将将培培养养基基置置于于发发酵酵罐罐中中用用蒸蒸汽汽加加热热，达达到到预预定定灭灭菌菌温温度度后后，维维持持一一定定时时间间，再再冷冷却却到到发发酵酵温温度度，然然后后接接种种发发酵酵，又又称称分分批灭菌。批灭菌。分批灭菌（实罐灭菌）分批灭菌（实罐灭菌）要保证分批灭菌的成功，必须有：要保证分批灭菌
21、的成功，必须有：1.内部结构合理，焊缝及轴封装内部结构合理，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵置可靠，蛇管无穿孔现象的发酵罐；罐；2.压力稳定的蒸汽；压力稳定的蒸汽；3.合理的操作方法。合理的操作方法。v连续灭菌：在发酵行业内也称连消塔，仅用连续灭菌：在发酵行业内也称连消塔，仅用于大型发酵厂的大批培养基灭菌。于大型发酵厂的大批培养基灭菌。v作用原理：让培养基在管道的流动过程中作用原理：让培养基在管道的流动过程中快速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐。快速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐。v优点：优点：v条件：培养基一般加热至条件：培养基一般加热至135140。（一）连消塔（一）连消塔喷淋冷
22、却流程喷淋冷却流程（1）配料预热罐：将配好的料液预热到）配料预热罐：将配好的料液预热到6070（2）连消塔）连消塔：使高温蒸汽与料液迅速接触：使高温蒸汽与料液迅速接触混合，升高到灭菌温度（混合，升高到灭菌温度（126132）（3）维持罐）维持罐：维持：维持825min（4）冷却管）冷却管：冷水喷淋冷却到：冷水喷淋冷却到4050 （二）喷射加热（二）喷射加热真空冷却流程真空冷却流程 喷射加热灭菌温度时间关系图喷射加热灭菌温度时间关系图（三）板式换热器灭菌流程（三）板式换热器灭菌流程薄板换热器连续灭菌温度时间关系图薄板换热器连续灭菌温度时间关系图种子制备的过程种子制备的过程1、种子制备的工艺流程：、种子制备的工艺流程：v实验室种子制备阶段：包括琼脂斜面、固体实验室种子制备阶段：包括琼脂斜面、固体培养基扩大培养和摇瓶液体培养培养基扩大培养和摇瓶液体培养v生产车间种子制备阶段：种子罐扩大培养生产车间种子制备阶段：种子罐扩大培养2、无菌环境：紫外杀菌；乳酸或甲醛熏蒸灭、无菌环境：紫外杀菌；乳酸或甲醛熏蒸灭菌；通入无菌空气菌；通入无菌空气3、洁净室：无菌室、净化工作台、洁净室：无菌室、净化工作台4、摇瓶机：、摇瓶机：v往复式：适于培养细菌和酵母往复式：适于培养细菌和酵母v摇瓶式：传氧速率好、功率消耗小、培养基摇瓶式：传氧速率好、功率消耗小、培养基不会溅到瓶口不会溅到瓶口