第二篇第一章第二节液体培养基制备及灭菌

第二节
一 二 三 四
培养基灭菌
培养基灭菌的目的、要求和方法 湿热灭菌的理论基础 影响灭菌的因素 培养基灭菌的流程及设备
一、 培养基灭菌的目的、要求和方法
1.培养基灭菌的定义 是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及 其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养 基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 2.灭菌与消毒的区别 灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有 微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿 内外的病源微生物





真空冷却器的计算 例：已知从汽液分离器排出的糊化醪量为12000kg/h ,其比热容为 3.6kJ/（Kg· K），温度为100℃，要求冷却至65 ℃，计算冷却器的基 本尺寸。 解：①真空冷却器内产生的二次蒸汽量： 糊化醪12000kg/h 从100 ℃冷却至65 ℃ 时放出的热量为： Q=12000×3.6（100-65）=1512000（ kJ/h ） 查水蒸气表知二次蒸汽在 65 ℃ 时的汽化潜热r=2343.4kJ/Kg 真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：
在此区域内的流速以不超过０.１m/s为宜。
（三）真空冷却装置 蒸煮过的高温糊化醪，１００ ℃ 左右 将要进行糖化的温度６０ ℃左右 需快速降温 1.真空冷却器：冷却物料（糊化醪） 2.冷 凝 器： 将二次蒸汽冷凝 3.蒸气喷射器（或真空泵）： 产生真空， 将不凝气抽出。
真空冷却装置
１.真空冷却器 圆筒锥底，料液以切线进入，由 于器内为真空（喷射器产生的） 醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸 汽，醪液在器内被离心力甩向周边沿 壁往下流，以锥底排醪液口排出。温 度降至６０～６５℃，至糖化锅。 二次蒸汽从器顶进入冷凝器（真 空吸过去）。 安装高于糖化锅10 M。
具外加热器的麦汁煮沸锅
内有列管加热的麦汁煮沸锅




快速过滤槽 是一种在低真空下操作的新型糖 化过滤设备。 结构：圆柱形或长方形，底部为 锥形。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，每层过滤管为一独立的过滤 单元。 工作原理：把糖化醪用泵输送到 已用热水预热过的过滤槽中，醪 液通过两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。

糖蜜连续稀释器： １. 水平式糖蜜稀释器：我国常用（马尔钦柯式连续稀释器） 构造：圆柱型水平管，出口端向下倾斜安装；中部有两根横杆。 若干隔板和筛板，形成若干空段，孔径保证糖液处在湍流； 隔板上的孔上下交错地配置，使交错流动无须搅拌； 若干空段根据工艺需要加入水及其它物质。 （5-20m3）
间歇式 稀释器 连续式
２. 立式糖蜜稀释器 构造：圆柱形，上下为锥形封头， 总高为１.５m，不锈钢制。 ７～８块隔板交错配置， 隔板间距１２５mm，
从底部压送，从上部出料。
糖液速度０.０８～０.１m/s

另外还有错板式、膨胀式、
变管径式,都是在无搅拌下通过改
变液体流向或管径达到稀释混合 目的。
二、淀粉质原料水解设备
第二章
液体培养基制备及灭菌
第一节 培养基制备(p178) 第二节 液体培养基灭菌
第一节
培养基制备P178
液体深层发酵培养基中，碳源的提供常用淀粉质原料：谷 类、薯类、淀粉等，另外还有糖蜜及各种农产品残余物如： 玉米秸、麦秸、稻草等。 通过蒸煮糖化将淀粉制原料转化为可发酵性糖是培养基 制备中的重要过程。


–糖化pH4.2-4.5（硫酸、盐酸） –温度60℃左右 –糖化酶用量150U/g淀粉 –糖化时间32小时，用无水酒精检 验无糊精存在时， 糖化结束，然后将pH调整至4.85.0，维持20分钟灭酶
维 持 罐
2.制糖工序设备




调浆罐 蒸汽喷射器 层流罐 闪蒸器 维持罐 薄板冷却器 糖化罐 板框压滤机
４.加热器（作用同蒸煮罐） 结构：由三层直径不同的套管组成。内层和中层 管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接。 工作原理：粉浆流径中层管，高压加热蒸汽从内 外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中 喷射。 特点： 气液接触均匀，加热比较全面。 在很短时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度。
粉浆在“有效加热段”停留时间１５～２５s。

耕糟机：由双速电机、减速器、油压升降轴、耕糟臂、耕糟刀等组成。 耕糟转速0.4~0.5 ，排糟转速3~4 r/min。

耕糟臂有2、3、4臂（根据投料量），耕糟臂上每隔20~30cm装有垂直于 筛板的耕糟刀或波形切割刀。大型槽还有排糟臂，装挂可旋转角度的出 糟刀。

操作：泵送糖化醪后，开动耕糟机转3~5r，使糖化醪在槽内均
糊化锅的体积： 取决于投料量，100Kg料（大米粉麦芽粉）加水420~
450Kg，则有效体积为 0.5~0.55M3
锅体直径与圆筒部分高之比为2：1。
2.糖化锅
作用：进行蛋白质分解；
淀粉水解：麦芽糖、麦芽三
糖、葡萄糖、蔗糖、果糖，少量 的麦芽四糖、麦芽五糖。
结构： 与糊化锅大致相同（如图）
体积一般比糊化锅大一倍 平底或球底带蒸汽夹套
装液量
V ' V (m3 ) 60
V′—糖化醪流量（包括曲量）m3/h τ－醪液停留时间，min η－装填系数，取0.75~0.85 连续糖化罐的尺寸与直径D有如下比例关系： 圆柱部分高H 球形底（或罐底）高h 球形底曲率半径r H=(0.5~1.0)D h=(0.11~0.25)D
D 2 4h 2 r 8h
（二）麦汁制备设备 1.糊化锅 作用：加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪 液，使糊化和液化。 构造： 锅身为圆柱形； 锅底为弧形或球形，蒸汽夹套（同 时4个进口）、保温层；
弧形顶盖；
环形洗水管 升气筒（1/30~1/50截面积/液面积） 环形污水槽、筒形风帽； 旋浆式搅拌器（电机在下部）； 人孔（观察孔） 下粉筒（粉、水等混合和同时加）
m

1512000 645.2(kg / h) 2343.4
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：
645.2 qv 4005(m3 / h) 0.1611

经真空冷却后，从冷却器排出醪液量为12000-645.2=11354.8（ kg/h)

常用糊化锅、糖化锅、煮沸锅技术参数
四、谷氨酸生产中淀粉的水解
1.蒸汽喷射液化工艺

调浆(配料) 泵 喷射泵 一次喷射液化 液化保温 二次喷射液化 高温维持 灭酶 闪蒸器冷却 二次液化罐 薄板换热器 糖化罐 板框过滤 贮糖计量 发酵 工艺控制要点：
淀粉乳浓度30%左右 pH6.0~6.5 一次喷射温度95~97˚C， 层流罐保温30min， 二次喷射温度145˚C以上， 真空闪急冷却95~97˚C， 维持罐3-5min, 二次液化罐加淀粉酶30min, 薄板换热器60 ˚C,
２.冷凝器 冷水由上侧进入，从真空冷却 器吸进来的二次蒸汽与水接触而被 冷凝，从冷凝器下部作为原料混合 用水被排出。 不冷凝性气体（氮气等）被喷 射器抽走。 真空度保持在７０～８０KPa (530~600 mmHg)
二次蒸汽 不凝气
３.喷射器 （形成真空） （１）喷射器
构造：
工作原理：利用有压介质通过喷嘴以高 速射出，在喷嘴出口（混合室）造成射流 对另一介质有抽吸作用，将不凝气吸入。 在混合室中的介质与高速流动的工作介质 发生能量交换，通过混合段到达收缩段时 流速增加，造成真空。 当真空系统采用水力喷射泵时，可省去冷 凝器，将真空冷凝器与水力泵直接连接。
作用：连续地把糊化醪与水稀释，并与 液体曲、麸曲、曲乳及糖化酶混合， 在一定温度下维持一定时间，保持流 动状态，以利于酶的作用。
构造：圆筒形、底部球形或罐形，常压操
作，密闭，内设蛇形冷凝管（当降温 不够时用）
液面控制装置、
灭菌蒸汽进口、 连续出料口、
搅拌器１～２组。
糖化罐的体积取决于醪液流量和在罐中的停留时间以及
（二）液化、糖化（蒸煮）设备 １.连续蒸煮糖化流程： （罐式、柱式） 粉浆罐
130℃
二次蒸汽
5０～6０℃ 后熟器
粉浆泵
蒸煮罐
蒸汽加热
最后一个后熟器（１２０℃ ）
真空冷却器（６０℃ ）
加 曲 ３０～４０min
连续糖化罐
泵
喷淋冷却器（发酵温度）
发酵罐 二次蒸汽的使用 真空冷却装置
2.蒸煮罐 构造：长圆筒，球形或蝶形封头。 粉浆口在下端，正对蒸汽入口，蒸汽 口直通罐下部并装有止逆阀，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ防压 力下降液体倒流。 压力表、安全阀、温度计 罐耳（支承） 外部有保温层 出口管伸入罐内３００～４００mm， 使留有空间。 罐直径不宜太大，防止过大的返混 运动，保证培养基先进先出。 因此蒸煮与后熟罐总数不宜过少，瓜 干类４～５个；玉米５～６个。
糖蜜稀释
培养基制备设备
淀粉制原料水解
连续糖化 ：酒精 柠檬酸等 谷氨酸 间歇糖化： 啤酒
纤维素半纤维素水解

一、糖蜜原料的稀释与澄清
糖蜜是制糖厂的一种副产品，里面含有大量 的可发酵性糖，这些糖分在目前制糖工业技 术或经济核算上已不宜用结晶方法加以回收。
糖蜜浓度一般在80° Bx ，酵母不能直接利用， 需进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐等处 理过程。 35 Bx——1151（kg/m3) 80Bx——1412 （kg/m3)
搅拌器
3.糖化醪过滤槽 作用：糖化一结束，需快速将麦汁和麦 糟分离。以获得澄清麦汁。 麦糟：残留皮壳、高分子蛋白质、 纤维素、脂肪等。 构造：常压过滤 （ 另有低真空快速过滤） 上半部与糊化锅等基本相同。D3.4m 水平筛板 下半部分三层 麦汁收集底 保温夹底 洗涤：喷水管（大型）承接杯（小型）
耕糟装置：耕糟臂、耕糟刀；排糟臂
匀分布。
静置10~30 min，使沉降形成滤层。 浑浊麦汁回至槽内，直至澄清（10~15 min） 正常过滤（45~90 min） 待麦糟露出，开动耕糟机，疏松麦糟层。 喷水洗糟。 打开麦糟排出阀，排空糟。
4.煮沸锅 蒸发多余水分
作用： 煮啤酒花
凝固蛋白质 灭菌
结构：与糊化锅相同，但需容
纳包括滤清汁在内的全部麦汁，体 积较大。


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:
D 4 4005 1.2(m) 3600 1


一般真空冷取器的径高比为1︰1.5~2，现取D︰H=1︰1.5, 则真空冷却器的圆柱部分高H: H =1.5D=1.5×1.2=1.8（m） 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速度为1m/s,则醪液下 降管管径D:
4 11354.8 0.0607(m) 3600 1090 1 可选用φ68mm×4mm的无缝钢管。 D



④醪液下降管的长度：一般选10m. 设醪液下降管的长度为L,则：
10.33 572 L 7.77(m) 760

选用L=8m.(生产实际中一般选L=10m）
（四）糖化设备 １. 连续糖化罐
（一）淀粉质原料蒸煮糖化目的
1、糊化：由于淀粉质原料中含有的淀粉是存在于原料的细胞之
中，受到细胞壁的保护，难以溶解。蒸煮的目的是使植物组织 细胞膜破裂，淀粉受热、吸水膨胀，破坏晶状结构（未糊化前 对酶作用的抵抗力较强难以糖化），成为凝胶状态，此过程称 为糊化。 2、液化：通过添加液化酶，使长链淀粉转化为糊精、低聚糖。 糊化和液化常同时进行 3、糖化：通过添加糖化酶再将糊精、低聚糖转化为可发酵性糖。
３.后熟器

前三个后熟器都是由下进料由上出料。不 再进蒸汽加热，只是保温， 构造与蒸煮罐相同。由多个组成，为保证 保温时间。 最后一个后熟器由侧上部进料由下出料

最后一个后熟器：又称气液分离器。不加 热 ，目的分离出二次蒸汽降温，从上部出 供粉浆罐预热。


构造如图：二次蒸汽出口上部另一侧。
液位较低，５０％左右，便于分离二次蒸 汽。
2.真空糖化装置
不凝气
优点：即是蒸发冷却器，又是糖化器， 简化了设备
三、啤酒生产中麦芽汁的制备（间歇） （一）麦汁制备过程 ： 糊 化设备
糖化 设备
过滤设备 煮沸设备 换热设备 啤酒厂糖化设备的组合方式： 糊化锅 糖化锅 四器组合：每一锅完成一项任务，四器为 过滤槽 （或压滤机） 麦汁煮沸锅 六器组合：过滤槽、煮沸锅各2只。（另加麦汁暂存槽1只）