酵母工厂设计说明书

设计文件年产10000吨鲜面包酵母项目设计说明书山东轻工业学院设计文件年产10000吨鲜面包酵母项目工程编号：2003-6 设计说明书山东轻工业学院二OO三年八月目录第一章总论 (1)第二章设计基本理论依据 (14)第三章基本工艺计算 (26)第四章总图布置及运输 (33)第五章工艺 (38)第六章自动控制测量仪表 (46)第七章建筑结构 (52)第八章供电 (57)第九章给水排水 (66)第十章电信 (69)第十一章供热 (70)第十二章采暖通风 (71)第十三章制冷空压 (73)第十四章检测中心 (75)第十五章环境保护与综合利用 (77)第十六章节约能源 (81)第十七章消防 (82)第十八章职业卫生 (83)设备清单 (88)第一章酵母的营养要求1.1 营养物质的供应糖液、氮源(（NH4）2SO4)、磷源（KH2PO4）及调节pH所用的碱液均采用流加的方法分别加入。

为了获得较高的产率，糖的供应速率必须严格控制。

发酵过程中可发酵性糖的浓度一般控制在0.1%左右。

如果培养液中的含氮量太低，则生长速率缓慢，且容易产生较多的酒精，影响细胞收得率。

若培养液中氮含量丰富，则成品细胞的含氮量随之升高，不利于干燥和贮存。

为了解决这一矛盾，在商品酵母的流加培养过程中在发酵后期采用氮饥饿培养。

氮源提前流加，在整个发酵周期的60%左右时间内，氮源、磷源都流加完毕，随后40%左右时间只流加糖和Na2CO3。

含氮量较高的酵母，P2O5含量也高，在细胞生长过程中。

培养液中丰富的磷含量，有利于细胞利用培养液中的氮素。

因此在控制氮源流加时，同时控制磷的流加量。

2、流加培养过程：酵母的流加培养过程分3个周期，即适应期、积累期和成熟期。

适应期内，细胞原生质内发生复杂的生物化学过程，细胞数目并不增加，但每个细胞体积增大，原生质更加均匀，贮藏物质逐渐消失，代谢机能非常活跃，然后开始出芽繁殖。

一代酵母的培养，所接种子为扩大培养种子，对数期接种时，适应期较短，较高的糖浓度，会促进这个过程。

适应期内耗氧不多，因此采用很小的通风量。

二代酵母的培养，所接种子为经离心分离的冷冻后的种子，酵母细胞完全处于休眠状态，直接进入流加培养时，适应期延长。

因此在正式流加培养前进行活化。

活化时，培养基采用较低的pH（4.2-4.5），较高的糖浓度（4Bx），不通风，同时补加磷源和无机盐积累和激活细胞合成酶系所需的营养物质。

培养液中开始产生酒精味时，活化即结束，活化时间一般为30-60min。

活化后的细胞个大、体壮，有利于抑制发酵初期的杂菌污染。

适应期结束后，酵母细胞即进入迅速生长繁殖的对数生长期，糖液和营养盐连续流加，同时通入大量空气。

对数生长期开始时，由于培养液中细胞浓度较低，因而糖液和营养盐的流加速度也较低，通风量亦较小。

随着流加培养过程的进行，细胞迅速繁殖，3hr左右可增殖一倍，培养液中的细胞浓度及培养液体积增加，发酵罐内单位体积细胞增加越来越快，因而糖液和营养盐的流加速率也应不断增加。

至发酵中期，通风量已达最大，随之进入比较稳定的高速生长期。

此时，培养液中细胞浓度保持较高的速率稳定增长，但比生长速率开始下降，细胞的倍增时间逐渐从4hr下降至6hr。

进入氮饥饿培养阶段倍增时间为7-8小时。

积累期的后期，营养盐一般不再流加，酵母的增加速率可能逐渐有所减小，因而糖液的流加速率也应适当的逐渐减小。

整个酵母积累期，酵母细胞繁殖3-5代，即扩大8-32倍。

一般一代流加培养的扩大倍数20-40倍，二代10-20倍。

积累期时间10-30 hr ，依培养条件和繁殖倍数而定。

积累期结束后，由于积累了好几代的细胞，细胞大小不尽均匀，有的个体小，有的未同母细胞分离。

而有的刚出芽的细胞，细胞内贮藏物质很小，容易在其后的冷藏、干燥和贮存中死亡。

最终的商品酵母必须是相当成熟的细胞，要求细胞内贮藏物质多，而出芽细胞的数量相当低。

为了实现，需要有一个适当的酵母成熟期。

在此期间，不流加营养物质，且减少通风量。

在营养缺乏的情况下，通风过量会加强细胞成份的分解过程，影响成品质量。

若培养液中氮源等营养物质还未利用完，而含糖量已接近零，则应在小量通风的同时，适当补充一定的糖液，使氮素耗尽并使芽孢脱落。

成熟期的时间一般为0.5-2小时，视细胞状况和培养基中残存营养物质的情况而定，在成熟期，酵母细胞数增加很少，但细胞重量有所增加。

3、温度和pH一般酵母菌能在28-36℃温度下正常的生长繁殖,但一般认为最适的生长温度为30℃.①温度与生长速率的关系：每一酵母菌种，都有其最适生长的温度范围，超出最适温度培养，酵母的生长速率随温度的上升或下降而降低。

②温度与收得率的关系：许多研究表明，酵母的生长得率随温度的升高而下降。

因此，尽管一般酵母的最适生长的范围在28-36℃之间，但在发酵生产中选择的培养温度并不是有利于冷却传热的35-36℃，而是30℃左右。

在高于最适温度条件下培养时，有部分活的细胞不能繁殖，但仍消耗一定的基质，以维持生命活动，这部分不增殖细胞的比例随温度上升而增大，基质中碳源用于维持这部分细胞的比例上升，因而细胞对基质的得率随之下降。

③温度对产品特性的影响：较高的培养温度可使菌体内干物质增加，特别是对碳水化合物中的海藻糖积累有利，使酵母的耐糖性和耐贮存性增加。

因此对商品酵母的培养一般在发酵前期采用较低的培养温度30-32℃（耐高温34-36℃），以利于获得较高的生长得率，在发酵后期逐渐提高至34-36℃（耐高温酵母38-40℃），这样结合氮源的控制有利于海藻糖的积累。

同时在较高温度下培养时，酵母细胞内水分较低，便于分离压榨后使酵母细胞干固物浓度达到32-34%，有利于鲜酵母的保藏。

④pH对酵母的生命活动有显著的影响。

当培养液中pH 不同时，细胞原生质膜所带电荷也不同。

原生质膜具有胶体性质，在一定pH值内带正电荷，而在另一种pH值带负电荷。

这种电荷的变化引起原生质膜对某些离子的渗透性变化，从而影响酵母细胞对营养物质的吸收。

酶的形成及其活力，代谢途径和细胞膜透性的变化。

过高或过低的pH则会使酵母蛋白变性、细胞死亡和分解。

不同的酵母菌种对pH 要求有所不同，酿酒酵母所适应的pH范围为3.6-6.0，最适生长的pH 范围为pH4.5-5.0。

在酵母生产中，为把杂菌污染减小到最低程度，在生产中，长采用较低的pH。

一般在发酵的开始阶段采用pH4.2-4.5 ，有时甚至采用4.0-4.2。

只是当酵母浓度较高和生长旺盛时，才采用最适的pH4.5-5.0。

4、氧和二氧化碳当培养液中溶解氧浓度较低时，酵母菌的比生长速率与氧浓度的关系用Monod 方程来表示：μ=μ'max c k c +0由方程知，当氧浓度很低时，比生长速率μ随氧浓度的上升正比的增大，随后增长速率逐渐减慢，当氧浓度达一定值时，即达临界溶氧浓度时，比生长速度不再增加。

当酵母菌在培养液中充分分散时，其临界溶氧浓度的大致范围为0.1-1.0ppm ，即0.1-1.0g/m 3。

发酵生产中，为了不影响酵母细胞的呼吸，使细胞的生长不受氧浓度的限制，应使溶氧浓度维持在其临界溶氧浓度之上。

发酵罐中，实际的饱和溶氧浓度一般为 7-10ppm ，罐中控制的溶氧浓度一般为0.5-1.5ppm ，约为饱和溶氧浓度的5-20% 。

发酵中期供氧速率以达最大，这是发酵后期比生长速率下降的主要原因之一。

溶氧效果较好的发酵罐可延缓酵母比生长速率的下降和提高最终发酵液的酵母浓度，提高设备的生产能力。

代谢产物CO 2对酵母生长有抑制作用，对细胞的形态也有影响, CO 250% 以上时，抑制作用明显，当发酵排气中的CO 2含量上升时葡萄糖中的碳转化为细胞中的碳的比例下降，也即酵母的得率下降。

在耗氧发酵中，排气中的CO 2 浓度上升，是由于进行了耗氧发酵产生了大量乙醇所引起的，因而酵母产率下降。

造成排气中CO 2含量上升的原因有二，一是由于供氧不足促使酵母酒精发酵，二是由于糖浓度较高促使酵母进行有氧发酵。

5、乙醇：乙醇的生成损失了糖分，是酵母得率下降。

发酵液中乙醇含量在0.05%以内时，表明通风发酵性能令人满意；当0.1%以上时，酵母得率会有所下降。

对于分批式流加培养，在发酵开始时的适应期，有意加入过量糖液，且小量通风，结果在发酵前期产生较多酒精。

酒精含量最1.0-1.5%，这样做的目的一是有利于防止杂菌污染，二是有利于积累海藻糖。

在供氧较好的条件下，乙醇的产生是由于供糖速率过快，发酵液中的含糖量较高的结果。

五、半成品的技术标准最终酵母干物质浓度达40-50g/L，即鲜酵母浓度140-175g/L。

发酵过程中，比生长速率逐渐下降，最终导致酵母固性物的浓度极限只能达5%左右。

生产工艺基本计算设计依据：1产品：鲜酵母、活性干酵母2主要生产原料:葡萄糖废糖蜜(含总糖量51%)3厂址：邹平4规模：鲜酵母10000吨/年（其中2000吨干酵母）主要工艺参数的选择和计算：㈠二代商品酵母发酵周期15小时接种量10%一代酵母接种量：10%二级种子罐接种量：5%一级种子罐接种量：2%商品鲜酵母含水量：68%发酵液鲜酵母含量：190g/L发酵周期：16小时活性干酵母含水量：6%㈡ 发酵罐容积（10000÷330）÷0.19 = 160m 3/d发酵罐的填充系数为0.6初步设定罐内冷却水盘管体积为15%总容积：V ×（1－0.15）=160÷0.6V 总容积=313.7m 3。

设计每24小时出一罐料，考虑到应有一个罐与之轮流工作，以便该罐进行出料、刷洗、消毒等。

故设计三个个发酵罐。

则每个发酵罐的体积是：313.7÷3=104.6m 3取每个发酵罐体积110m 3。

二代商品酵母接种量10%，故每十一次发酵周期有十次为二代商品酵母。

年工作330天，每天产量为：33010000×1011=33.3吨§3生产过程主要环节的物料衡算、热量衡算一、物料衡算:生产过程如下：（二代表示二代商品酵母 一代为一带商品酵母，以及为一级种子培养，依此类推）一代共十次二代二代二代⋅⋅⋅⋅⋅⋅一代 二代……卡氏罐 一级 二级由图知，对原料处理车间糖液需求量最大时为二代商品酵母与二级种子同时培养之时，㈠下面分别计算其耗糖量、耗氮量、耗磷量、耗玉米浆量、耗碱液量，并得出各物料需求量最大时一天需求量 1发酵罐耗糖（以每天消耗的葡萄糖计算）量： 公式：Wg=YSX FP /-×C x ÷98%其中 Wg ：培养酵母所需糖量P ：酵母每天产量（33.3吨）产量 F ：接种量C x ：酵母产品干固物含量（%）Y X/S ：酵母干固物对糖得率(%) 98%:糖原料损耗率Y X/S =0.38，C x =1-68%=32% F=10%×33.3=3.33 因此Wg=38.033.33.33-×0.32÷098=25.75t 废糖蜜的消耗量：W 糖蜜=25.75÷(51%×80%)=63.2t （糖蜜中可利用糖比例80%） 2发酵罐耗氮（NH 4）2SO 4）量公式：W N =P×C N (1.0+0.07)-F×F N ×C X -W m ×M n式中 ：W N =培养酵母每天所需氮量 C N ：酵母干固物含氮量C N =7.5% F N ：种子酵母干固物含氮量，F N =8.5% W m ：玉米浆量（由下面的计算知W m =0.632t ） 因此W N = 33.3×32%×0.075×(1.0+0.07)-3×32%×0.085=0.773t 硫酸铵的消耗量： W （NH4）2SO4 = W N /M=214132773.0⨯⨯=3.65t3发酵罐耗玉米浆量取玉米浆用量1%（以葡萄糖废糖蜜计算）：则W m =63.2×1%=0.632 t 4发酵罐耗碱液量酵母发酵过程中总酸度增酸＜1.0，取发酵终了时鲜酵母浓度190g/L ，则最终发酵醪体积：33.3/0.19=175.3m 3 100mL 发酵醪消耗NaOH 量:1N×0.001L=0.001mol 175.3 m 3发酵醪消耗Na 2CO 3摩尔数: 0.001×1.010003.175⨯=1753mol 其质量为：106×1753=185818g=185.8Kg 5发酵罐耗磷量(KH 2PO 4以P 2O 5计) 公式：W p =P×C p ×C X (1.0+0.3)-F×F p ×C X 式中 W p ：每天培养酵母所需的P 2O 5量C p ：酵母干固物P 2O 5含量, C p =3%F p ：种子酵母干固物P 2O 5含量, F p =3.2%则W p =33.3×0.03×0.32×（1.0+0.3）－3.3×0.032×0.32=0.382t W KH2PO4=1422136382.0⨯⨯=0.731t6 硫酸镁用量（以不含水硫酸镁计算）发酵液中硫酸镁用量为0.02% 60t ×3个×0.02%=0.0378t=38kg 7 二级种子罐耗糖量二级种子罐产量 P=33.3÷3×5%=0.555t=555㎏ 糖蜜用量：555/51%=1.09t8 种子培养消耗的硫酸铵、玉米浆、硫酸镁、磷酸二氢钾、碳酸钠等均按酵母生产消耗的1%计算即：硫酸铵 ：3.65×1%=0.0365t=37㎏ 玉米浆：0.632×1%=0.00635t=6㎏ 碳酸钠：0.243×1%=0.00243t=2.4㎏ 磷酸二氢钾：0.731×1%=0.00731t=7.3㎏ 硫酸镁：0.038×1%=0.00038=0.38㎏ 二 热量衡算 <一> 蒸汽水蒸气主要用在糖液加热灭菌和种子罐实罐灭菌、发酵罐空罐灭菌，酵母干燥、营养盐灭菌等。