5第五章 发酵设备
发酵设备 第五章 通风发酵设备
图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一，它是 利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合 促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁 殖、发酵所需要的氧气。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备好氧发酵是指在氧气存在的条件下进行的发酵过程。
与厌氧发酵不同，好氧发酵需要提供足够的氧气供微生物进行呼吸代谢，产生能量来完成发酵过程。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
好氧发酵工艺主要包括以下几个方面：1.培养基的选择：好氧发酵过程中，培养基的选择十分重要，需要提供适宜的营养物质供微生物生长和产生目标产物。
常见的培养基组分包括碳源、氮源、矿质盐等。
不同的微生物对培养基的要求有所不同，因此需要根据具体情况进行调整。
2.发酵条件的调控：好氧发酵过程中，温度、pH值、氧气浓度等因素对微生物的生长和产物合成有着重要影响。
合理调控这些条件可以提高产物的产量和质量。
例如，在一些发酵中，会通过控制培养温度来控制产物的结晶度和结晶形态。
3.发酵设备的选择：好氧发酵设备的选择也很重要。
常见的好氧发酵设备包括发酵罐、搅拌器、曝气设备等。
发酵罐通常根据发酵体积的大小有不同的规格，搅拌器可以实现培养基和微生物的均匀混合，曝气设备可以提供足够的氧气供微生物呼吸代谢。
4.发酵过程的监控：好氧发酵过程中，需要对发酵过程进行实时监控和控制。
常见的监测参数包括发酵液的pH值、溶氧量、温度等。
通过监测这些参数，可以及时调整发酵条件，保证发酵过程的稳定性和产物的质量。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
在食品行业，好氧发酵被应用于面包、乳制品等的生产中，提高了产品的质量和口感。
在药品和化工领域，好氧发酵广泛用于抗生素、维生素等的生产，为制药和化工企业提供了重要的原料。
总之，好氧发酵工艺及设备在各个领域都有着广泛的应用和发展前景。
随着科技的进步，好氧发酵将会越来越被重视，并在更多领域中发挥重要作用。
第5章-发酵乳制品生产技术
冷却方式有冷却室静止冷却和冷却隧道连续冷却两 种方式。
8.冷藏后熟
冷藏温度一般在2～7℃,最佳为5℃，冷藏的作用 除达到冷却一项中所列举的目的外,还有促进香味物 质产生,改善酸乳硬度的作用。
得更好，使酸奶成为一个稳定的凝固体。
预热、均质、杀菌和冷却都是在由预 热段、杀菌段、保持段、冷却段组成的 板式换热器和外接的均质机联合完成的。
（参见样图）：预热、真空浓缩、均质、杀菌、 冷却的设备流程
1 平衡罐 2 片式热交换器 3 真空浓缩罐 4 均质机 5 保温管 图.发酵乳制品的一般预处理
常用的稳定剂有：
明胶
果胶
琼脂
变性淀粉
4.脱气、预热、均质、杀菌、冷却
4.1脱气： 添加奶粉的标准化方法必须在随后进行脱气处 理，以减少牛奶中的空气。
脱气的目的： 改善均质机的工作条件 减少热处理过程中产生沉淀物 提高酸奶的粘稠性和稳定性 去除挥发性的异味
4.2均质：防止奶油上浮，并保持乳脂肪均匀 分布，改善酸奶的稳定性和稠度，获得良好的 质感。
直投式：乳酸菌纯培养物 继代式：母发酵剂 中间发酵剂 生产发酵剂
3、按使用菌种分
传统的菌种：保加利亚杆菌(Streptococcus thermophilus)和嗜热链球菌(Lactobacillus bugaricus)1比1或者1比2的混合菌种。
益生菌：
4、酸奶中添加的益生菌
益生菌是指能促进人体健康且能在人体肠 道内繁殖的一类微生物。在酸奶中使用的有：
2.砂糖、葡萄糖和甜味剂
第五章 发酵工程的灭菌与空气除菌-董媛
2）分批灭菌无法采用高温短时间灭菌，因而不可
避免地使培养基中营养成分遭到一定程度的破坏。
150
保温
100 温度/℃ 冷却 加热 50
40
80
120
160
200
240
时间/min
分批灭菌包括升温、保温和冷却3个阶段。
检验学院Байду номын сангаас
第五章 发酵工程的灭菌与空气 除菌
吉林医药学院 董 媛
检验学院
本章内容
1 2 3 4
常用灭菌方法和发酵设备种类 培养基的灭菌 发酵设备的清洗和灭菌
空气的除菌
※※灭菌与消毒
灭菌“ sterilization” ：采用物理或化学方法杀死或 除去物料、空气、容器、器具等环境中所有微生物，
实验室内哪些操 包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
总 过 滤 器
空 气 加 热 器
丝 网 除 末 器
旋 风 分 离 器
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五、空气过滤除菌流程
（一）空气预处理 空气预处理的主要目的： 1 ．提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的 负荷。 2 ．去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空 气湿度和温度进入空气过滤器。 采风塔: ≥10m ,上风头, 流速8m/s.
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※※第三节 空气的除菌
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分布规律： 微生物在空气中的分布情况与空气环境因 素有关，空气质量愈好，微生物的种类及 数量愈低。发酵工厂通常采用高空采气的 方法。
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二、发酵用无菌空气的概念和质量标准
为确保生产在纯种培养状态下进行，严格无菌条件下
第五章通风发酵设备
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
5 微生物工程 第五章 发酵工业种子制备
种子培养基特点：
有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充
足氮源和生பைடு நூலகம்因子，无机氮源比例大；
各种营养物质的浓度不必太高； 供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收
利用的碳源和氮源；
应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
pH
选择最适种子培养pH的原则是获得最
大比生长速率和适当的菌量。
培养最后一级种子的培养基的pH应接
长迟滞期
为什么细菌发酵最好是在对数生长期接种？
种子浓度够 代谢活力强
重点
举 例：
梭状芽孢杆菌发酵丁醇－丙酮 时种子扩大培养的程序
酵母发酵时的种子扩大培养
酿酒酵母的扩大培养
最初采用纯种进行酵母发酵并设计出酵
母繁殖流程，他将每一步的接种量规定 为10％，并控制繁殖条件与酿造时一致
现代的流程中，接种量为1%或更低，控
优良种子应具备的条件：
生长活力强，延迟期短； 生理状态稳定； 浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求； 无杂菌污染，保证纯种发酵； 适应性强，生产能力稳定
重点
种子罐级数的确定
种子扩大的级数： 制备种子需逐级扩大
培养的次数
级数愈少，愈利于简化工艺及控制，并
可减少种子罐污染杂菌的机会，减少消 毒及值班工作量，减少因种子罐生长异 常而造成的发酵波动。
扩大级数，完成生产车间种子制备；
种子转种至发酵罐
工业发酵种子制备过程：
实验室种子制备阶段：
琼脂斜面至固体培养基扩大培养（如茄
子瓶斜面培养等）或液体摇瓶培养；
生产车间种子制备阶段：
种子罐扩大培养
实验室种子制备
无菌方式接保藏的菌种至斜面培养基上，成
微生物工程第5章发酵过程及控制
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
随菌的生长，菌分解了含氮有机物，释放出 铵，培养基的pH会缓慢上升。
当菌转入对数生长期，由于菌体大量繁殖， 大量利用糖和铵离子，培养基的pH逐渐下降。
在生长后期，由于菌体自溶，释放出铵，pH 又回升。
二、发酵过程中的代谢变化及规律
与代谢有关的参数： 1、物理参数 ⑴、温度 ⑵、罐压 ⑶、搅拌速度 ⑷、空气流量 ⑸、表观粘度 ⑹、发酵液重量
与代谢有关的参数： 2、化学参数 ⑴、基质浓度 ⑵、pH ⑶、产物浓度 ⑷、DNA量 ⑸、关键酶 ⑹、溶解氧 ⑺、排气中的氧含量 ⑻、排气中的CO2含量
与代谢有关的参数： 3、生物参数 ⑴、菌丝形态 ⑵、菌丝干重或湿重 ⑶、菌体比生长速率 ⑷、氧的比消耗速率 ⑸、糖的比消耗速率 ⑹、氮的比消耗速率 ⑺、产物的比生产速率
一、种子制备工艺及质量控制
菌种是发酵的关键，从一个保存的菌 种，到生产上使用的种子，如果按几 十～几百吨的发酵规模，10％的种子量 （接种量）计，需要几吨～几十吨的种 子。
（一）、作为种子的要求： 1、细胞的生活力强，移种至发酵罐后能迅速生长 2、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求 3、无杂菌污染 4、生理形状稳定、保持稳定的生产能力
• 泡沫的控制除了添加消泡剂外，改进培养基成分 也是相辅相成的一个重要方面。
化学消泡剂应具备以下特点：
• 必须是表面活性剂，具有较低的表面张力，消泡 作用迅速有效；
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
缓慢利用的氮源物质：有利于延长产物的合 成期。
第五章-发酵过程控制(2024版)
为什么要研究发酵过程
了解有关生产菌种对环境条件的要求，并深入地了解生 产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢 途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。 为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，通过各种 监测手段掌握各参数变化情况，并予以有效地控制，使 生产菌种处于产物合成的优化环境之中。
因此，A/Y为燃烧生成1g菌体的底物所需的氧， 而B为燃烧菌体所需氧的量；它们之间的差为C， 即为转化底物成菌体所需氧的量。
将Johnson方程式应用于利用葡萄糖和烷烃生产酵 母的下列方程式为：
对葡萄糖
C（mmol
/
g）
33.33 Y
41.7
对烷烃
C（mmol
/
g）
101.7 Y
41.7
如果对葡萄糖来说Y值取50％，而对烷烃来说Y值 取100％； 则：C对葡萄糖 ＝24.95 mmol氧/g菌体；
生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型
■分批发酵的分类对实践的指导意义
从上述分批发酵类型可以分析： ➢如果生产的产品是生长偶联型（如菌体与 初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长 的培养条件，延长与产物合成有关的对数生 长期； ➢如果产品是非生长偶联型（如次级代谢产 物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足 够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。
第二节 发酵条件的影响及其控制
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌 创造一个最适的环境，使我们所需要的 代谢活动得以最充分的表达。
一、温度对发酵的影响及控制
1，影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热
散热因素：蒸发热 辐射热
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
第五章 嫌气发酵设备2啤酒发酵罐全
5.2 啤酒发酵罐
其缺点及改进措施是： ① 酒液澄清慢，尤其在麦芽汁成分有缺陷，或酵母凝
集差时，影响过滤，排酵母时酒液损失大。 ② 主酵时产生大量泡沫，罐利用率只有 80％～85％。
因此，应适当降低麦汁含氧量，以减少泡沫的形成，一般 麦芽汁浓度在80Bx时，含氧量可控制在5～8 mg／L；100Bx 时溶解氧可控制在 6～8mg／L；120Bx时溶解氧可降低到 4～5mg／L；才不致出现窜沫现象。
已投人生产使用的连续发酵方法有塔式连续发酵和多罐 式连续发酵。国外多罐式连续发酵多使用在上面发酵啤酒。 国内试验生产多用塔式连续发酵设备，下面扼要介绍。
5.2 啤酒发酵罐
1 多罐式啤酒连续发酵 多罐式啤酒连续发酵有三罐式、四罐式连续发酵流程。 其中三罐式连续发酵流程如图5-8所示。该流程是将经过 杀菌、冷却的麦芽汁，通过柱式供氧器充氧，流向两个带 有搅拌器发酵罐的第一罐中，加入酵母，搅拌均匀，保持 21℃发酵10～13h，当麦芽糖消耗三分之二时，经第一罐 发酵的啤酒和酵母混合液，借液位差溢流入第二罐，24℃ 保温发酵，最后流入第三个酵母分离罐，在罐内被冷却到 5℃，自然沉降的酵母从罐底部排出，CO2从罐上部排出。
5.2 啤酒发酵罐
（6）罐体的锥部应置于室内，其酒液出口离地高度以 便于操作为好。洗涤剂及甲醛贮罐、配套泵和自控装置均 置于室内。
（7）圆筒体锥底罐的容量应和糖化设备的容量相应配 合，最好在12～15h连续满罐，满罐时间过长，啤酒的双乙 酰含量将显著提高，这样将延长整个生产周期。
（8）酵母的添加以分批添加为好。一次添加酵母，操 作比较方便，发酵起发快，污染机会少。但是一次添加酵 母后，酵母容易移位至上层，形成上下层酵母不均匀的现 象。
5.2 啤酒发酵罐
5 第五章 通风发酵罐.
刮板式消泡器:卧式偏心刮板消泡器，立式刮板式消泡器。 刮板式消泡器:卧式偏心刮板 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成。 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成 刮板的中心与壳体的中心有一个偏心距。 工作原理:刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳体四周， 受机械冲击而达到消泡作用。板的转速为1000~1400r/min。 消泡后的液体返回发酵罐，气体则通过气体出口排出。
机械搅拌发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风发酵罐类型 喷射自吸式发酵罐 伍氏发酵罐 文氏发酵罐 塔式发酵罐
机械搅拌通风 通风发酵罐 §1 机械搅拌通风发酵罐[70~80%] 一、结构 、 它由圆柱体及椭圆形或碟形 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板 或复合不锈钢制成， 或复合不锈钢制成，衬里用的不 锈钢板厚为2~3mm。 锈钢板厚为2~3mm。 为了在一定压力下操作、 为了在一定压力下操作、空消或 实消，罐为一个受压容器， 实消，罐为一个受压容器，通常 灭菌压力为2.5 2.5kg/cm 绝对） 灭菌压力为2.5kg/cm2（绝对）
2]挡板:作用是改变液流的方向， 2]挡板:作用是改变液流的方向，由径向流改 挡板 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 挡板宽度取（0.1-0.12）D，设4~6块即可满足 全挡板条件。 全挡板条件” “全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐 内附件而轴功率仍保持不变。 内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板 条件必须满足下式要求： (B/D)Z=[(0.1~0.12)D/D] × Z=0.5
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
酿酒发酵设备管理制度范本
第一章总则第一条为确保酿酒发酵设备的安全、有效运行，提高酿酒质量，保障员工生命财产安全，特制定本制度。
第二条本制度适用于公司所有酿酒发酵设备的操作、维护、检修和管理。
第三条本制度遵循安全第一、预防为主、综合治理的原则。
第二章设备管理职责第四条设备管理部门负责酿酒发酵设备的采购、安装、调试、验收、维护、检修和更新改造等工作。
第五条设备操作人员负责设备的日常操作，确保设备按照规定程序运行。
第六条安全管理部门负责对酿酒发酵设备的安全使用进行监督检查，确保设备安全运行。
第三章设备操作规程第七条操作人员必须经过专业培训，取得操作资格后方可独立操作设备。
第八条操作前，必须对设备进行检查，确保设备处于正常状态。
第九条操作过程中，应严格按照操作规程进行，不得擅自改变设备运行参数。
第十条发生设备故障时，操作人员应立即停止操作，报告设备管理部门，并采取必要的安全措施。
第十一条操作结束后，应清理现场，关闭设备，确保设备处于安全状态。
第四章设备维护保养第十二条设备维护保养分为日常维护保养、定期维护保养和年度维护保养。
第十三条日常维护保养由操作人员负责，内容包括设备外观清洁、润滑、紧固等。
第十四条定期维护保养由设备管理部门负责，内容包括设备内部清洁、检查、调整等。
第十五条年度维护保养由设备管理部门组织专业人员进行，内容包括设备全面检修、更换易损件等。
第五章设备检修与更新改造第十六条设备检修分为计划检修和临时检修。
第十七条计划检修由设备管理部门根据设备使用年限和运行状况制定检修计划，报请领导批准后实施。
第十八条临时检修由设备管理部门根据设备故障情况决定，立即组织人员进行抢修。
第十九条设备更新改造由设备管理部门根据设备老化程度、技术更新等因素提出建议，经领导批准后实施。
第六章安全管理第二十条操作人员必须遵守安全操作规程，佩戴必要的安全防护用品。
第二十一条设备管理部门应定期对操作人员进行安全教育培训。
第二十二条设备管理部门应定期检查设备的安全性能，确保设备安全可靠。
微生物工程发酵第五章发酵设备资料
5.2.5 消泡器
? 消泡器的作用是将泡沫打破； ? 常用的形式有锯齿式、梳状式
及孔板式。孔板式的孔径约 10~20毫米； ? 消泡器的长度约为罐径的0.65 倍；
5.2.6 换热装置
? 夹套式换热装置
– 这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐； – 夹套的高度比静止液面高度稍高即可，无须进行
弯叶
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ箭叶
在相同的搅拌功率下 ， 粉碎气泡能力：平 >弯>箭 翻动流体能力：箭 >弯>平
5.2.4 挡板
? 挡板的作用是改变液流的方向，由径向 流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增 加溶解氧。
5.2.4 挡板
? 通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设4~6块 可满足全挡板条件
? 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐 内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡 板条件必须满足下式要求：
– 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高 。适用于冷却用水温度较低的地区，水的用 量较少。
– 但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则 发酵时降温困难，发酵温度超过 40?C，会影 响发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水 冷却，如此则增加了设备投资及生产成本。 此外，弯曲位置比较容易蚀穿。
? 竖式列管(排管)换热装置
? 发酵工程中的反应器即发酵罐；
? 发酵罐是发酵工厂中主要的设备，它提供 了一个适应微生物生命活动和生物代谢的 场所；
? 由于微生物分为需氧和厌氧两大类， 故供 微生物生存和代谢的发酵罐也分为厌氧型 发酵罐与通风型发酵罐；
? 不论厌氧或通风发酵设备，除了满足微生 物培养所必要的工艺要求外，还得考虑材 质的要求以及加工制造难易程度等因素
打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发 酵液中；
(生物工程设备)第五章嫌气发酵设备
2023
PART 03
嫌气发酵设备选型与设计
REPORTING
选型依据及原则
生产工艺要求
根据生产工艺的特定要求， 选择能够满足产品发酵需求
的设备型号和规格。
设备性能
综合考虑设备的生产效 率、稳定性、耐用性、
操作便捷性等因素。
经济性
环保要求
在满足生产需求的前提 下，选择性价比较高的 设备，降低投资成本。
，运行顺畅。
定期维护
按照设定的周期对设备进行定 期维护，包括清洗、更换滤网
、检查电气系统等。
预防性维护
通过对设备进行定期检查和测 试，发现潜在问题并及时处理
，避免故障发生。
维修与更换部件
对于损坏严重或无法修复的部 件，及时进行维修或更换，确
保设备正常运行。
2023
PART 05
嫌气发酵设备性能评价与 优化改进
学员心得体会分享
知识收获
通过本次课程，学员们深入了解了嫌气发酵 设备的基本原理、类型、结构与设计等方面 的知识，对生物工程设备领域有了更全面的 认识。
实践应用
学习方法
部分学员分享了自己的学习方法和经 验，如注重理论与实践相结合、多阅 读相关文献、积极参与课堂讨论等。
学员们结合自己的工作实际，分享了如 何将所学知识应用于实际工作中，如优 化设备设计、提高设备运行效率等。
设备性能设计பைடு நூலகம்
根据生产工艺参数，设计设备的生产 能力、传热效率、搅拌效果等性能指 标。
案例分析：成功选型与设计实例
案例一
某生物科技公司成功选型与设计 了一套用于生产抗生素的嫌气发 酵设备，通过优化设备结构和性 能设计，提高了生产效率，降低
了能耗和生产成本。
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备1.好氧发酵概述好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，通过微生物的代谢活动，将有机物转化为能量、碳 dioxide、水和其他代谢产物。
好氧发酵广泛应用于食品、制药、环境保护等领域。
2.好氧发酵工艺好氧发酵工艺包括废水处理、微生物培养和食品生产等。
废水处理中，好氧发酵可将有机物转化为无害物质，如二氧化碳和水。
微生物培养中，好氧发酵可用于大规模生产细胞、酶和其他生物产品。
食品生产中，好氧发酵可用于制作面包、酸奶和酒精等。
3.好氧发酵设备好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
反应器是好氧发酵的核心设备，通常采用搅拌式反应器、固定床反应器或滤床反应器。
氧气供应系统用于提供反应过程中所需的氧气，通常采用天然气或空气。
控制系统用于监测和调节反应温度、氧气浓度、pH值等参数。
4.好氧发酵工艺优化为了提高好氧发酵的产率和质量，需要进行工艺优化。
工艺优化包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
基质优化是指选择合适的发酵基质，如葡萄糖、乳糖和淀粉等。
发酵条件优化是指调节反应温度、pH值和氧气浓度等参数，以提高产率和质量。
微生物优化是指选择适合的微生物菌种，并进行突变体选育和基因工程改造等手段，以改善发酵性能。
5.好氧发酵应用案例好氧发酵在食品行业中有广泛应用。
例如，制作面包时使用的酵母发酵属于好氧发酵过程。
酵母通过代谢葡萄糖生成二氧化碳和酒精，使面团发酵膨胀。
另外，酸奶的制作也采用好氧发酵工艺。
乳酸菌通过代谢乳糖生成乳酸，增加酸奶的口感和保质期。
总结：好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，广泛应用于废水处理、微生物培养和食品生产等领域。
好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
为了提高发酵的产率和质量，需要进行工艺优化，包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
好氧发酵在食品行业中应用广泛，如面包和酸奶的制作等。
第五章啤酒发酵
第一节啤酒酵母第二节啤酒发酵机理 第三节啤酒发酵技术 第四节传统啤酒发酵 第五节大型啤酒罐发酵【复习】啤酒酿造工艺流程图 麦糟 酒花糟＋热凝固物辅料糊化 麦芽醪 麦芽汁 游戏第一节 啤酒酵母1680年，列文·虎克（荷兰），啤酒发酵液中“小小圆形物”1818年，爱文斯本（捷克），“小小圆形物是活的生物， 由它引起发酵”。
1837年，施旺（德国）等，发酵微生物具有细胞结构， 发酵和繁殖同时进行，“糖真菌”1860年，巴斯德（法国），确立发酵生物学说 随后，汉逊（德国），在实验室中成功地对啤酒酵母进行单细胞分离和纯种培养，纯种发酵技术才在啤酒中推广 一、啤酒酵母的特性1、酵母是什么？酵母：能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精的单细胞低等真核生物。
(一般)二、啤酒酵母的种类（据发酵特征分2种）对棉子糖发酵发酵结束时上面啤酒酵母 1/3 漂浮在液面下面啤酒酵母全部沉集于器底我国大多数啤酒厂使用下面啤酒酵母。
出发菌株的选择：单细胞分离和性能鉴定 扩培过程的无菌操作：扩培成败的关键 优良的培养基：扩培专用麦汁恰当的扩大比例：高温比例大，低温比例小 恰当的移种时间：对数生长期（如何判断？） 严格控制培养条件：温度 逐级递减 通风 适当汉森罐留种：保留15％酵母液，更换麦汁， 可连续使用半年左右三、啤酒酵母的扩大培养1. 要点：琼脂斜面接种10ml 麦汁28℃ 100ml 麦汁25℃ 1L 麦汁23℃卡氏罐5L 麦汁20℃汉生罐100L 麦汁13～15℃ 繁殖罐11～12℃ 发酵灌10℃ 无菌空气 2. 扩培流程和操作方法：P19扩培目的：①菌体数量增加②训化酵母菌扩大培养采用逐级递降温度、逐级添加酒花的培养方法。
扩大比遵循原则：培养温度较高时,采用1:10-20低温培养时:1:4-5最后一步的培养条件要与生产条件完全一致（为什么？）麦糟酒花糟＋热凝固物【复习】最终麦汁质量透明、少量棕色凝固物；甜香、麦芽香、酒花香；香甜味和苦味；淡黄色、金黄色、琥珀色、棕褐色；粘度略大于水；溶解氧＝6.5～8.5mg/L、pH＝5.3～5.5 化学组成（可溶性浸出物成分）：可发酵性糖％：70～75非发酵性糖％：15～25含氮化合物％：3.5～5.5矿物质％：1.0～2.5其他％：1.0总结第二节啤酒发酵机理麦芽汁中某些组分纯种啤酒酵母一系列代谢过程酒精各种风味物质啤酒影响啤酒质量的主要因素：麦汁的组成成分啤酒酵母的品种、特性、质量、数量和生活状况 发酵工艺条件：pH、温度、溶氧水平、发酵时间、发酵罐的形状、大小、材料等一、糖类的发酵（麦汁浸出物中糖类占90％左右）啤酒酵母的可发酵糖及发酵顺序葡萄糖＞果糖＞蔗糖＞麦芽糖＞麦芽三糖非发酵糖：麦芽四糖以上的寡糖、戊糖、异麦芽糖等均不能发酵，成为啤酒浸出物的主体。
精选5厌氧发酵设备fpr
发酵设备是生物工厂中最主要的设备，发酵设备必须具有适宜微生物生长和形成产物的各种条件，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高产量。因此发酵设备必须具备微生物生长的基本条件。例如：需要维持合适的培养温度，要求有不同程度的无菌度，结构应尽可能简单，便于灭菌和清洗。
由于微生物主要分嫌气和好气两大类，故发酵设备也分为两大类：嫌气发酵设备和通风发酵设备。嫌气发酵设备常用于酒精、啤酒、丙酮、丁醇等嫌气发酵产品的生产。其特点是在发酵过程中不需通入氧气或空气，有时需通入二氧化碳或氮气等惰性气体以保持罐内正压，防止染菌。酒精发酵罐和啤酒发酵罐是最常见的嫌气发酵设备，本章以其为例重点介绍。
三、朝日罐朝日罐又称朝日单一酿槽，它是1972年日本朝日啤酒公司试制成功的前发酵和后发酵合一的室外大型发酵罐，解决了沉淀困难，缩短了储藏啤酒的成熟期。
（1）优点①利用薄板热交换器顺利地解决了从主发酵到后发酵啤酒温度的控制问题。② 利用酵母离心机分离酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点。③利用间歇的循环泵把罐内的发酵液抽出来再送回去，使发酵液中更多的二氧化碳释放出来，排除啤酒中的生味物质，加速啤酒的后熟。（2）缺点：动力消耗大，冷耗稍多。
2、结构锥底罐用不锈钢板制成，罐顶装有人孔、视镜、安全阀、压力表、二氧化碳排出口。罐内上部装有不锈钢可旋转喷射洗涤器，罐中、下部及罐底各配有数条带形冷却夹套，为了强化传热，夹套可采用螺旋管带或带形蛇管。罐中、下部还装有取样和温度计接管。罐底可装有净化的二氧化碳充气管。
2、结构圆筒体锥底罐其直径D 与圆筒体高度H之比范围较大，根据实践经验D:H=1：(2~6)均可取得良好的发酵效果,但一般罐体不宜过高,特别在未设酵母离心机的情况下更不宜过高，不然，酵母沉降困难，影响过滤。按国内目前设备情况，控制直径与圆筒高度之比在D:H=1：(2~4)是恰当的。锥底角度一般采用60-85°以有利于酵母的排除。容量通常根据糖化麦芽汁产量的总体积，再加20%容量体积做发酵时泡沫空间，一般是12-15h充满一罐。容量扩大10倍，建造费用只增加4-5倍。
第五章发酵条件及过程控制
第五章发酵条件及过程控制发酵是利用微生物对有机物进行氧化还原反应的过程，广泛应用于食品、饮料、药品和化工等领域。
发酵条件及过程控制对于发酵生产的效果和产品质量至关重要。
本章将介绍发酵条件的选择和发酵过程的控制，以实现高效的发酵生产。
一、发酵条件选择发酵条件的选择主要涉及温度、pH值、酸碱度、氧气供应和营养物质等因素。
1.温度：温度是影响酵母和细菌生长的重要因素，一般酵母的最适生长温度在25-30℃，细菌的最适生长温度在37-42℃。
因此，在进行发酵生产时需要根据微生物的特性选择适宜的温度条件。
2.pH值：pH值是指溶液的酸碱程度，对微生物的生长和酶的活性有很大影响。
不同微生物对pH值的要求不同，例如，酵母菌发酵一般在pH值为4-6的酸性环境下进行，而乳酸菌则喜欢pH值在6-7之间的中性环境。
因此，在进行发酵生产时需要调整培养基的pH值，以满足微生物的要求。
3.酸碱度：发酵过程中，微生物对氢离子的产生和消耗会影响培养基的酸碱度，进而影响发酵过程的进行。
为了保持酸碱度的稳定，一般会添加酸碱缓冲物质，如磷酸盐、硫酸盐等。
4.氧气供应：氧气是微生物进行呼吸代谢的重要因素。
在发酵过程中，适量的氧气供应有助于微生物的生长和代谢产物的生成。
因此，在发酵生产中需要提供合适的氧气供应条件，如搅拌、增加曝气量等。
5.营养物质：发酵过程中，微生物需要充足的营养物质才能正常生长和进行代谢。
一般来说，微生物生长所需的基本营养物质包括水、碳源、氮源、无机盐和微量元素等。
其中，碳源和氮源是微生物生长的主要营养物质，不同微生物对碳源和氮源的需求也有所不同。
因此，在发酵生产中需要根据微生物的特性选择适当的营养物质。
二、发酵过程控制发酵过程控制是指根据发酵要求，对发酵过程中的各项参数进行实时监测和控制，以提高发酵生产的效果和产品质量。
1.pH值控制：pH值对于微生物的生长和酶的活性有很大影响，因此在发酵过程中需要对pH值进行控制。
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• 搅拌器
•作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 •轴向式（浆叶式，螺旋桨式）；径向式（涡轮式）
图3.7 不同搅拌器的流型
• 挡板
目的：促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 挡板宽度：(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满 足全挡板条件。 •全挡板条件：
优点：
(1)不必配备空气压缩机（自动吸入空气）；
(2) 溶氧效率高； ……
缺点：
较易产生杂菌污染。
之 自 吸 式 发 酵 罐
机械搅拌自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
工作原理：
其搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体 被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸 到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小 的气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮 流到发酵液主体。
流动
实现混合与溶氧传质。
三、自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
自吸式发酵罐： 不需空气压缩机提供加压空
气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置 吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
应用： 酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维
生素等生产
自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
• 消泡装置
1. 化学消泡：植物油脂，动物油脂，高分子化合物。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 2. 机械消泡装置：耙式消泡器，涡轮消泡器、旋风离
心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式
消泡器等。
耙式消泡器 旋风离心式 叶轮离心式
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
0.1 ~ 0.12D n 0.5 b n D D
搅拌流型的仿真模拟实验
无挡板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
发酵罐内的列 管、排管或蛇 管也可起相应 的挡板作用。
• 空气分布器
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 • 作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。
• 空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡
第五章 发酵工程 发酵设备
某制药厂抗菌素车间照片
• 通风发酵设备
– 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等
• 嫌气发酵设备
– 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 – 不需要通气
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风固相发酵罐
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
机械搅拌通风发酵罐
用水量较大。
在罐外安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液
进行循环冷却。
二、气升式发酵罐(ALR)
一、类型
之 气 升 式 发 酵 罐 气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等
工作原理
之 气 升 式 发 酵 罐
无菌空气喷射入发酵液 湍流作用使气泡分割细碎
气液混合物密度降低向上运动，而
气含率小的发酵液则下沉，形成循环
• 工作原理：
利用机械搅拌，使空气和发酵液
充分混合促使氧溶解(供给微生物需
要 )。
结构
发 酵 罐 结 构 图
• 罐 体
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
•形状： 圆柱体；椭圆形或碟形封头焊接而
成
•材料：碳钢或不锈钢
•耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。
冷却蛇管管，进气管，排气管，接
自吸充气原理
喷射自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
喷射自吸式发酵罐：
利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行
混合和溶氧传质。 • 文氏管自吸式发酵罐 • 液体喷射自吸式发酵罐 • 溢流喷射自吸式发酵罐
旋风式 消泡器
耙式消 泡器
• 冷却装置
夹套冷却 竖式蛇管冷却 竖式列管冷却 大型发酵罐 气温较高的地区
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
适 用 范 围
5m3以下小发酵罐
大型发酵罐
结构简单，加工容 加工方便，提高 优 流速大，传热系数 易，罐内死角少， 传热推动力的温 点 大，降温效果较好。 容易清洗灭菌 差。 传热壁较厚，冷却 冷却水较高时，降 缺 水流速低，降温效 温困难，弯曲位置 点 果差。 易腐蚀。