发酵工程复习资料重点发酵工程（Fermentation Engineering）的定义应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会服务的一门科学。

淀粉质原料进行蒸煮的目的是使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。

为了实现这些目的，蒸煮设备必须达到下列要求：(1)能使淀粉细胞完全破裂，淀粉溶解成均匀的糊状物；(2)尽量减少淀粉和糖分的损耗，避免产生其它不必要的有害的化学变化；(3)节省蒸汽，减少热损失；(4)设备能承受较高的压力，具有耐磨性，能使物料在锅内充分翻动，受热均匀；(5)结构简单，操作方便，投资少。

连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮后熟器在连续蒸煮中，后熟器是利用经加热器或蒸煮锅(罐)加热后的料液余热，在一定压力和温度下维持一定时间的继续蒸煮，因此，后熟器又称维持器。

对后熟器的要求是，料液在后熟器中的整个截面上均匀地由下向上推动，力求做到先进先出。

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（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相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却糖化设备主要是糖化罐，其容积按1m3的糖化醪需要的1.3m3容积来计算。

其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反⏹连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳混合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。

二级真空冷却的连续糖化法。

对蒸煮醪的前冷却和后冷却均采用真空冷却的糖化工艺，叫二级真空冷却糖化法发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。

⏹1．按微生物生长代谢需要分类：⏹好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数；⏹厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。

不需要通气。

⏹ 2. 按照发酵罐设备特点分类：⏹机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。

⏹ 非机械搅拌通风发酵罐：包括循环式的气提式、液提式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。

⏹ 这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的气、固、液三相充分混合，从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求⏹（三）发酵的冷却装置⏹ 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却； ⏹ 对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置，⏹ 为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。

⏹ 采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。

微生物的生物合成热是由维持微生物生命活动的呼吸热、促进微生物增殖的繁殖热以及微生物形成代谢产物的发酵热所组成⏹ [例题]⏹ 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为24t/h 。

每4h 装满一罐，发酵周期为72h ，冷却水的初、终温分别为20℃和25℃，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的结构尺寸、罐数、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。

(糖化醪密度为1076kg/m3)⏹ N:发酵罐个数（其中一个备用）（个）；⏹ n ：每24内进行加料的发酵罐数目（个）；124+=nt N⏹ t:一次发酵周期所需的时间（h ）⏹ n=24/4=6发酵罐容积V ：发酵罐的全体积，m3；V0：进入发酵罐的发酵液量， m3 ；Φ :装料系数，0.85-0.90，取0.9蒸馏指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。

精馏：将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。

⏹ 二、蒸馏方法选择原则⏹ (1)根据生产原料和成熟醪特性的不同，选择相应的流程。

例如：薯类淀粉质原料经高压蒸煮、糖化、发酵后．成熟醪含甲醇和杂醇油均较高，故它采用醪塔→精馏塔→甲醇塔的三塔式流程；糖蜜原料酒精发酵成熟醪中含醛酯头级杂质多，宜采用双塔式液相过塔（间接的）连续蒸馏流程， 一般不宜采用气相过塔（直接的）流程。

对于生产精馏酒精的糖蜜酒精发酵工厂，多采用醪塔→排醛塔→精馏塔的三塔式流程。

则产品质量更容易保证。

⏹ (2)从产品质量的实际要求选定蒸馏流程。

19124726=+⨯=N ϕo V V =)(1009.0107610004243m V =⨯⨯⨯=⏹同一原料，产品质量要求不同，选定蒸馏流程也不同，以保证产品质量稳定。

例如用糖蜜原料生产体积分数为50％-60％的白酒时，可选用单塔式蒸馏流程或塔、釜式结合蒸馏流程；生产体积分数为96％的工业酒精时选用两塔式蒸气过塔蒸馏流程；生产体积分数为96％的医用酒精时选用两塔式液相过塔蒸馏流程；生产精馏洒精时选用三塔式液相过塔蒸馏流程，同时具有排醛酒、抽提杂醇油的设备，通常在塔顶以下2-6层抽出成品酒精，以保证成品酒精质量。

⏹ (3)应尽可能节约蒸汽来选择蒸馏流程⏹4)要从节约用水角度来选定蒸馏流程。

蒸馏流程中的冷凝和冷却设备耗水量甚大，选定蒸馏流程时要求尽可能节约用水，例如成品冷却器及分凝器用过的水均应送生产用水分配站使用。

⏹(5)选定蒸馏流程要注意节省厂房建筑费用和设备投资⏹⏹⏹三、酒精蒸馏常用设备⏹在酒精蒸馏中，所用的主要设备有粗馏塔、精馏塔、冷凝器、杂醇油分离器等。

⏹蒸馏塔的类型，基本上按其塔板结构来划分，塔内装有泡罩塔板的称为泡罩塔；装有多孔板的称为筛板塔；装有填料的则称为填料塔。

⏹塔按作用原理可分为两类，⏹一类是鼓泡塔，气体以鼓泡的方式穿过液层，属于这一类的主要是泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、斜孔塔；⏹另一类是膜式塔，液体是以液滴或液膜的形式分散在气体中，属于这一类的主要有填料塔等。

常用的浸渍设备有圆锥型浸麦槽和平底浸麦槽两种⏹一、糖化设备的组合方式（PPT32）⏹根据组成糖化系统设备的数目，可分为以下几种组合方式：⏹（1）两器组合：由一个糖化过滤槽和一个糊化煮沸锅组成，每天可糖化２次左右。

⏹各类原料的液化、糊化、浸出和麦汁的煮沸浓缩在糊化煮沸锅内进行。

⏹大麦芽的浸出，醪液的糖化和麦汁过滤则在糖化过滤槽内进行。

⏹利用醪泵来回输送醪液，完成不同阶段的糖化过程。

⏹5000t以下⏹四器组合：⏹糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁煮沸锅等四个容器组成，每天可糖化４次左右。

⏹该套组合的特点是设备分工明确，利用率极不均衡。

糖化锅的利用率仅40-50%。

⏹③五器组合:⏹常见于中型啤酒厂的技术改造中。

在四器组合的基础上，增加一只暂贮罐，用于暂贮过滤后的麦汁，以此缩短等待煮沸锅的时间，提高整个系统的生产效率，使每天的糖化能力增加到６次。

六器组合：⏹增加了过滤槽和麦汁煮沸槽各一只。

或设置两只糊化-糖化两用锅、两只过滤槽、两只麦汁煮沸槽，便于生产周转。

相当于两套四器组合。

⏹每天可糖化8次左右，该套组合的特点是糊化锅与糖化锅的利用率已达到极限。

⏹⏹⏹二、糊化锅⏹糊化锅的作用是把大米粉和部分麦芽粉与水混合煮沸，并用来对糖化醪加热升温。

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。

⏹发酵罐设备参数PPT 60-72①径高比：圆筒部分：1∶（1～4）；总高度最好不要超过16m，以免引起强烈对流，影响酵母和凝固物的沉降。

②罐容量：有效体积：80%③锥角：60～90℃，一般60～75℃。

④冷却夹套与冷却面积：二次冷媒冷却。

啤酒冰点：-2.7～-2.0℃，冷媒温度：-3℃左右。

冷媒：20～30%酒精水或20%的丙二醇水。

冷却面积：不锈钢0.35～0.40m2/m3，碳钢：0.50～0.62 m2/m3。

大型发酵罐应设防止真空的装置。

真空安全阀的作用是允许空气进入罐内，以建立罐内外压力的平衡设备特点⏹乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸发)作冷媒；这种设备一般置于室外。

⏹已灭菌的新鲜麦汁与酵母由底部进入罐内；⏹发酵最旺盛时，使用全部冷却夹套，维持适宜的发酵温度。

冷媒多采用⏹CO 2气体由罐顶排出。

⏹罐身和罐盖上均装有人孔，罐顶装有压力表、安全阀和玻璃视镜。

⏹在罐底装有净化的CO 2充气管。

⏹罐身装有取样管和温度计接管。

⏹设备外部包扎良好的保温层，以减少冷量损耗。

发酵罐中发酵液的对流主要依靠其中CO2的作用(如何作用)⏹联合罐：是一种具有较浅锥底的大直径(高径比为1：1-1.3)发酵罐⏹能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置。

⏹联合罐在发酵生产上的用途与锥形罐相同，既可用于前、后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。

因而它适合多方面的需要，故又称该类型罐为通用罐。

朝日罐是用4-6mm的不锈钢制成的斜底圆柱型发酵罐。

其高度与直径比为1:1-2:1特点：朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同。

⏹（1）利用离心机回收酵母⏹（2）利用薄板换热器控制发酵温度⏹（3）利用循环泵把发酵液抽出又送回去。

⏹优点：⏹三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了酵母的成熟。

⏹使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点⏹利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵液接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。

所谓CIP系统，是clean in place的简称，意即内部清洗系统。

⏹过滤目的❑去除悬浮物，改善啤酒的外观；❑提高啤酒的胶体稳定性；❑提高生物稳定性。

⏹过滤要求❑过滤能力大；❑质量好，透明度高；❑酒损小，CO2损失少；❑不易污染、不吸氧、不影响啤酒的风味。

微孔薄膜是指用生物和化学稳定性很强的合成纤维或塑料制成的多孔膜。

习惯上把60℃经过1min处理所达到的杀菌效果称为1个巴氏杀菌单位，用Pu表示。

以Pu为单位杀菌效果=T×1.393(t-60)[式中T为时间（min），t为温度（℃）]生产上一般控制在15～30Pu。

三无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。

此种空气称为“无菌空气”。

各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相同，数量也随条件的变化而异，一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。

发酵对空气无菌程度的要求☐各种不同的发酵过程，对空气无菌程度的要求也不同。

影响因素是比较复杂的，需要根据具体情况而订出具体的工艺要求。

☐一般按染菌机率为10-3。

来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1~2次染菌二、空气除菌的方法辐射灭菌加热灭菌静电除菌：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。

静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分为电离区和捕集区过滤除菌：利用有孔介质从气体中除去微生物（三）过滤机理直接拦截惯性撞击扩散拦截直径很小的微粒在缓慢流动的气流中能产生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散(布朗运动) 。