生物细胞培养基制备设备n n工业上常用的糖类：工业上常用的糖类： 葡萄糖：所有的微生物都能利用葡萄糖葡萄糖：所有的微生物都能利用葡萄糖 糖蜜：糖蜜是制糖工业的副产物。糖蜜：糖蜜是制糖工业的副产物。 糖蜜糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达主要含有蔗糖，总糖可达50%50%75%75%。 淀粉、糊精淀粉、糊精n n使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类糊精的酶类一、淀粉质原料的蒸煮与糖化一、淀粉质原料的蒸煮与糖化（一）、相关概念（一）、相关概念1 1、淀粉的糊化、淀粉的糊化 淀淀粉粉在在水水中中经经加加热热会会吸吸收收一一部部分分水水而而发发生生溶溶胀胀。如如果果继继续续加加热热至至一一定定温温度度（一一般般60608080）, ,淀淀粉粉粒粒即即发发生生破破裂裂, ,造造成成晶晶体体结结构构消消失失，黏黏度度、体体积积迅迅速速增增大大, ,这这种种现现象象称称为为淀淀粉粉的的糊糊化化, ,经经糊糊化化的的淀淀粉粉称称为为- -淀粉淀粉. .2 2、淀淀粉粉糖糖化化：将将淀淀粉粉水水解解成成葡葡萄萄糖糖的的过过程程。通过添加酶制剂或糖化曲来完成。通过添加酶制剂或糖化曲来完成。（二）蒸煮糖化作用（二）蒸煮糖化作用1 1、蒸煮作用：、蒸煮作用：（1 1）使植物组织和细胞膜彻底破裂）使植物组织和细胞膜彻底破裂 ；（2 2）使淀粉糊化、液化；）使淀粉糊化、液化；（3 3）起灭菌作用；）起灭菌作用；（4 4）排除原料中的一些不良成分及气味）排除原料中的一些不良成分及气味2 2、糖化作用、糖化作用n n把溶解状态的淀粉、糊精，转化为可被细把溶解状态的淀粉、糊精，转化为可被细胞利用的可发酵性糖胞利用的可发酵性糖（三）蒸煮糖化流程（三）蒸煮糖化流程n n连续蒸煮糖化：蒸煮糖化过程中，料液连连续蒸煮糖化：蒸煮糖化过程中，料液连续流动，在不同的设备中完成加料、蒸煮、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，整个过程连糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。续化。n n间歇蒸煮糖化：蒸煮糖化的整个过程都始间歇蒸煮糖化：蒸煮糖化的整个过程都始终处于一个设备中，一锅一锅地糖化，糖终处于一个设备中，一锅一锅地糖化，糖化一锅又重换一锅。化一锅又重换一锅。n n连连续续蒸蒸煮煮的的工工艺艺，常常用用有有罐罐式式连连续续蒸蒸煮煮、管式连续蒸煮、柱式连续蒸煮等三种方法。管式连续蒸煮、柱式连续蒸煮等三种方法。n n罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节罐式连续蒸煮糖化，蒸煮温度较低，可节省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，省煤耗，操作容易控制，设备结构简单，制造方便，为大、中型工厂广泛采用。制造方便，为大、中型工厂广泛采用。（四）（四）连续蒸煮糖化设备连续蒸煮糖化设备1、罐式蒸煮设备、罐式蒸煮设备（1）蒸煮罐结构）蒸煮罐结构 罐体、蒸汽进口管罐体、蒸汽进口管2、进出料口进出料口1、人孔、人孔9、 温度计温度计8、压力表、压力表5、安全阀安全阀4等等罐式连续蒸煮罐数不能罐式连续蒸煮罐数不能太少（宜采用太少（宜采用36个），个），直径不宜太大直径不宜太大直径不宜太大直径不宜太大 （2 2）后熟器）后熟器 作用：作用：一定温度下，一定温度下，维持一定时间，使糊维持一定时间，使糊化醪进一步煮透。化醪进一步煮透。 结构：比蒸煮罐少蒸结构：比蒸煮罐少蒸汽进口管，最后一个汽进口管，最后一个后熟器多二次汽出口后熟器多二次汽出口管。管。 最后一个后熟器也为最后一个后熟器也为汽液分离器汽液分离器 2 2、柱式连续蒸煮设备、柱式连续蒸煮设备n n（1 1）流程：）流程：（2 2）加热器）加热器n n加热器是三层直径不同的套加热器是三层直径不同的套管，内层和中层管壁上都钻管，内层和中层管壁上都钻有许多小孔有许多小孔 ，小孔一般平开，小孔一般平开或向下倾斜或向下倾斜n n高压蒸汽从内、外层管进入，高压蒸汽从内、外层管进入，穿过小孔向粉浆液流两旁喷穿过小孔向粉浆液流两旁喷射，在很短时间就达到蒸煮射，在很短时间就达到蒸煮温度温度145145150150。n n加热器管壁上小孔分布区叫加热器管壁上小孔分布区叫“有效加热段有效加热段”。粉浆在。粉浆在有效加热段有效加热段“停留时间一停留时间一般很短，为般很短，为151525s25s。 （3 3）柱子）柱子n n长圆筒形长圆筒形 ，两端锥顶，两端锥顶 n n无缝钢管或铸铁管无缝钢管或铸铁管 ，3 35 5根根 n n第一、第三两根柱子内有第一、第三两根柱子内有1 12 2处管径缩小处管径缩小 （锐孔（锐孔 ）；第二根柱子内装两块倾斜的圆）；第二根柱子内装两块倾斜的圆缺形挡板缺形挡板 ，两块挡板是交错排列，一个向，两块挡板是交错排列，一个向左倾斜左倾斜3030，一个向右倾斜，一个向右倾斜3030n n锐孔和挡板都是使料液在流动中突然缩小锐孔和挡板都是使料液在流动中突然缩小和扩大，使细胞膜部分破裂和扩大，使细胞膜部分破裂 3 3 3 3、管式连续蒸煮、管式连续蒸煮、管式连续蒸煮、管式连续蒸煮1-输送机输送机 2-斗式提升机斗式提升机 3-贮料斗贮料斗 4-锤式粉碎机锤式粉碎机 5-螺旋输送机螺旋输送机 6-粉浆罐粉浆罐 7-泵泵 8-预热锅预热锅 9-近料控制阀近料控制阀 10-过滤器过滤器 11-泥浆泵泥浆泵 12-单向阀单向阀 13-三套管加热器三套管加热器 14-蒸煮管道蒸煮管道 15-压力控制阀压力控制阀 16-后熟器后熟器 17-蒸汽分离器蒸汽分离器 18-真空冷凝器真空冷凝器 19-蒸汽冷凝器蒸汽冷凝器 20-糖化锅糖化锅 n n管式连续蒸煮管式连续蒸煮工艺流程：工艺流程： 原料粉碎原料粉碎粉浆罐粉浆罐预热锅预热锅过滤器过滤器加热加热器器蒸煮管道蒸煮管道后熟器后熟器蒸汽分离器蒸汽分离器真真空冷却器空冷却器糖化工序糖化工序n n特点：高温快速，糊化均匀，糖分损失少，特点：高温快速，糊化均匀，糖分损失少，设备紧凑，易于实现机械化和自动化操作；设备紧凑，易于实现机械化和自动化操作；但由于蒸煮温度高（但由于蒸煮温度高（170 170 ），加热蒸汽），加热蒸汽消耗量大，并形成较大数量的二次蒸汽消耗量大，并形成较大数量的二次蒸汽 4 4 4 4、真空冷却装置、真空冷却装置、真空冷却装置、真空冷却装置n n真空冷却指的是醪液在一定真空冷却指的是醪液在一定真空冷却指的是醪液在一定真空冷却指的是醪液在一定的真空度下（即醪液进入负的真空度下（即醪液进入负的真空度下（即醪液进入负的真空度下（即醪液进入负压状态）醪液本身产生大量压状态）醪液本身产生大量压状态）醪液本身产生大量压状态）醪液本身产生大量蒸汽（二次蒸汽），并被抽蒸汽（二次蒸汽），并被抽蒸汽（二次蒸汽），并被抽蒸汽（二次蒸汽），并被抽出，这样便消耗了醪液大量出，这样便消耗了醪液大量出，这样便消耗了醪液大量出，这样便消耗了醪液大量的热量，因而醪液很快冷到的热量，因而醪液很快冷到的热量，因而醪液很快冷到的热量，因而醪液很快冷到与真空度相应的温度，这种与真空度相应的温度，这种与真空度相应的温度，这种与真空度相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却。醪液冷却法就称为真空冷却。醪液冷却法就称为真空冷却。醪液冷却法就称为真空冷却。 n n 设备组成：真空冷却器设备组成：真空冷却器设备组成：真空冷却器设备组成：真空冷却器+ + + +膜膜膜膜式塔式塔式塔式塔 + + + +真空泵真空泵真空泵真空泵 n n真空冷却装置的工作原理：真空冷却装置的工作原理： 真空冷却器器内为真空，醪液切线方真空冷却器器内为真空，醪液切线方向进入后，产生大量二次蒸汽，二次蒸汽向进入后，产生大量二次蒸汽，二次蒸汽则直接上升经顶中心二次蒸汽排出口排出，则直接上升经顶中心二次蒸汽排出口排出，醪液从锥底排醪口排出；真空冷却器顶中醪液从锥底排醪口排出；真空冷却器顶中心连接膜式塔，用冷水在膜式塔中冷凝二心连接膜式塔，用冷水在膜式塔中冷凝二次蒸汽，不凝性气体经真空泵抽走，造成次蒸汽，不凝性气体经真空泵抽走，造成器内真空。器内真空。n n5 5 5 5连续糖化罐连续糖化罐连续糖化罐连续糖化罐 n n作用：连续地把糊化作用：连续地把糊化作用：连续地把糊化作用：连续地把糊化醪与水稀释，并与液醪与水稀释，并与液醪与水稀释，并与液醪与水稀释，并与液体曲或酶制剂混合，体曲或酶制剂混合，体曲或酶制剂混合，体曲或酶制剂混合，在一定温度下维持一在一定温度下维持一在一定温度下维持一在一定温度下维持一定时间，保持流动状定时间，保持流动状定时间，保持流动状定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。态，以利于酶的活动。态，以利于酶的活动。态，以利于酶的活动。 n n结构：罐身、搅拌器、结构：罐身、搅拌器、结构：罐身、搅拌器、结构：罐身、搅拌器、压缩空气管、蒸汽管、压缩空气管、蒸汽管、压缩空气管、蒸汽管、压缩空气管、蒸汽管、醪进口管等醪进口管等醪进口管等醪进口管等n n圆筒形外壳，球形或圆筒形外壳，球形或圆筒形外壳，球形或圆筒形外壳，球形或锥形底锥形底锥形底锥形底 （五）间歇蒸煮糖化设备（五）间歇蒸煮糖化设备1 1、间歇蒸煮、间歇蒸煮、间歇蒸煮、间歇蒸煮（1 1）蒸煮设备：锥形蒸煮锅）蒸煮设备：锥形蒸煮锅）蒸煮设备：锥形蒸煮锅）蒸煮设备：锥形蒸煮锅 外型：上部圆柱，下部圆锥外型：上部圆柱，下部圆锥外型：上部圆柱，下部圆锥外型：上部圆柱，下部圆锥 料液料液料液料液上部进上部进上部进上部进，下部排出；，下部排出；，下部排出；，下部排出； 蒸汽从蒸汽从蒸汽从蒸汽从底部进入底部进入底部进入底部进入，由下至上，由下至上，由下至上，由下至上上升过程中搅拌物料上升过程中搅拌物料上升过程中搅拌物料上升过程中搅拌物料 比较适宜于对整粒原料的蒸比较适宜于对整粒原料的蒸比较适宜于对整粒原料的蒸比较适宜于对整粒原料的蒸煮煮煮煮 （2 2）间歇蒸煮工艺流程）间歇蒸煮工艺流程）间歇蒸煮工艺流程）间歇蒸煮工艺流程 加水入蒸煮锅加水入蒸煮锅加水入蒸煮锅加水入蒸煮锅投料投料投料投料升温升温升温升温蒸煮蒸煮蒸煮蒸煮吹醪吹醪吹醪吹醪n n加水：整粒原料加温水（加水：整粒原料加温水（加水：整粒原料加温水（加水：整粒原料加温水（80808080左右）；左右）；左右）；左右）； 粉状原料水温粉状原料水温粉状原料水温粉状原料水温50505050左右且调浆后加入左右且调浆后加入左右且调浆后加入左右且调浆后加入 原料不同加水比也不同：原料不同加水比也不同：原料不同加水比也不同：原料不同加水比也不同：1 1 1 1：2-12-12-12-1：4 4 4 4n n投料：整粒原料加水后投料；投料：整粒原料加水后投料；投料：整粒原料加水后投料；投料：整粒原料加水后投料； 粉状混匀后投料粉状混匀后投料粉状混匀后投料粉状混匀后投料n n升温：先打开排气阀排气后升温（升温：先打开排气阀排气后升温（升温：先打开排气阀排气后升温（升温：先打开排气阀排气后升温（40min40min40min40min）n n蒸煮：采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的蒸煮：采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的蒸煮：采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的蒸煮：采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的原料原料原料原料; ; ; ;装醪量约为锅容量的装醪量约为锅容量的装醪量约为锅容量的装醪量约为锅容量的75-80%75-80%75-80%75-80%左右左右左右左右 n n吹醪：蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸吹醪：蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸吹醪：蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸吹醪：蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排出，并送入糖化锅内，称吹醪。煮锅排出，并送入糖化锅内，称吹醪。煮锅排出，并送入糖化锅内，称吹醪。煮锅排出，并送入糖化锅内，称吹醪。 (2)间歇糖化工艺n n工艺： 蒸煮醪（糖化锅加水）前冷却（120 60） （加酸加曲）糖化（30min）后冷却（60 30）发酵罐n n间歇糖化的生产操作是在一个具有搅拌和冷却装置的糖化锅内完成的，因此设备利用率低，冷却用水量与动力消耗都较大。 二、糖蜜原料的稀释与澄清二、糖蜜原料的稀释与澄清（一）糖蜜稀释器（一）糖蜜稀释器（一）糖蜜稀释器（一）糖蜜稀释器1 1 1 1、立式糖蜜连续稀释器、立式糖蜜连续稀释器、立式糖蜜连续稀释器、立式糖蜜连续稀释器 圆筒形器身；圆筒形器身；圆筒形器身；圆筒形器身； 上、下封头为锥形上、下封头为锥形上、下封头为锥形上、下封头为锥形 ； 下部有两个连接管；下部有两个连接管；下部有两个连接管；下部有两个连接管； 冷水管；冷水管；冷水管；冷水管； 7-87-87-87-8块圆形缺口的隔板块圆形缺口的隔板块圆形缺口的隔板块圆形缺口的隔板 交错配置交错配置交错配置交错配置 2 2 2 2、错板式连续稀释器、错板式连续稀释器、错板式连续稀释器、错板式连续稀释器 糖蜜和水从稀释器的上部自糖蜜和水从稀释器的上部自糖蜜和水从稀释器的上部自糖蜜和水从稀释器的上部自上而下以并流方向流动，经过器上而下以并流方向流动，经过器上而下以并流方向流动，经过器上而下以并流方向流动，经过器内各挡板的作用，糖液反复改变内各挡板的作用，糖液反复改变内各挡板的作用，糖液反复改变内各挡板的作用，糖液反复改变流向，使糖蜜和水得到均匀的混流向，使糖蜜和水得到均匀的混流向，使糖蜜和水得到均匀的混流向，使糖蜜和水得到均匀的混合。合。合。合。 （二）糖蜜（二）糖蜜原料的澄清原料的澄清澄清的目的：使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时澄清的目的：使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时澄清的目的：使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时澄清的目的：使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时进行灭菌，以达到发酵的要求进行灭菌，以达到发酵的要求进行灭菌，以达到发酵的要求进行灭菌，以达到发酵的要求澄清方法澄清方法澄清方法澄清方法：1 1加酸通风处理法加酸通风处理法 将糖蜜加水稀释至将糖蜜加水稀释至50Bx50Bx左右，加入左右，加入0.2%0.3%浓硫酸通入压缩空气浓硫酸通入压缩空气1 1小时，静小时，静止澄清数小时，取出上清夜作为制备糖液止澄清数小时，取出上清夜作为制备糖液用。用。 2 2加热加酸沉淀法（又称热酸处理法加热加酸沉淀法（又称热酸处理法 ） 工艺上采用阶段稀释法，第一阶段先工艺上采用阶段稀释法，第一阶段先用用6060温水将糖蜜稀释至温水将糖蜜稀释至5558BxBx，同时，同时添加浓硫酸调整酸度添加浓硫酸调整酸度pH33.8，进行酸化，进行酸化，然后静止然后静止56h；第二阶段则将已酸化的糖；第二阶段则将已酸化的糖液再稀释到所需的浓度。液再稀释到所需的浓度。 3 3絮凝剂澄清处理法絮凝剂澄清处理法 先将糖蜜加水稀释至先将糖蜜加水稀释至3040Bx，加一定，加一定硫酸调硫酸调PH33.8，加热，加热9090，添加，添加8ppm8ppm聚酰聚酰胺（胺（PAMPAM），搅拌均匀，澄清静止），搅拌均匀，澄清静止1h1h，取清，取清夜即可制备稀糖液用。夜即可制备稀糖液用。三、三、 纤维素和半纤维素的水解纤维素和半纤维素的水解 n n预处理的主要作用：要改变天然纤维的结晶度、预处理的主要作用：要改变天然纤维的结晶度、预处理的主要作用：要改变天然纤维的结晶度、预处理的主要作用：要改变天然纤维的结晶度、脱去木质素或半纤维素，增加酶与纤维素的可接脱去木质素或半纤维素，增加酶与纤维素的可接脱去木质素或半纤维素，增加酶与纤维素的可接脱去木质素或半纤维素，增加酶与纤维素的可接触面积，从而提高酶解的效率。触面积，从而提高酶解的效率。触面积，从而提高酶解的效率。触面积，从而提高酶解的效率。n n（一）、蒸汽爆裂法（一）、蒸汽爆裂法（一）、蒸汽爆裂法（一）、蒸汽爆裂法 向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，使罐温度达到使罐温度达到使罐温度达到使罐温度达到200240200240左右，原料中的半纤维素左右，原料中的半纤维素左右，原料中的半纤维素左右，原料中的半纤维素会迅速分解释放出有机酸，发生自水解作用而可会迅速分解释放出有机酸，发生自水解作用而可会迅速分解释放出有机酸，发生自水解作用而可会迅速分解释放出有机酸，发生自水解作用而可溶化。细胞间的木质素熔化，并发生部分降解，溶化。细胞间的木质素熔化，并发生部分降解，溶化。细胞间的木质素熔化，并发生部分降解，溶化。细胞间的木质素熔化，并发生部分降解，变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然变得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显增强。增强。增强。增强。 n n（二）、稀酸预处理法（二）、稀酸预处理法 用稀硫酸在较低温度下处理植物纤维用稀硫酸在较低温度下处理植物纤维材料，可以只降解其中的半纤维素，而提材料，可以只降解其中的半纤维素，而提高经过预处理后的材料中纤维素的可酶解高经过预处理后的材料中纤维素的可酶解性。半纤维素水解生成的糖类可发酵生成性。半纤维素水解生成的糖类可发酵生成乙醇。而处理后的材料可进一步经微生物乙醇。而处理后的材料可进一步经微生物酶解转化。酶解转化。 n n工业生产上纤维的水解可以分阶段进行。工业生产上纤维的水解可以分阶段进行。 第一阶段在较温和的条件（第一阶段在较温和的条件（100100）左）左右进行，使半纤维素分解，所得半纤维素右进行，使半纤维素分解，所得半纤维素水解液可用来生产酒精等产品。水解液可用来生产酒精等产品。 剩下的物料进入第二阶段水解，即在剩下的物料进入第二阶段水解，即在较强烈的条件下进行纤维素分解。较强烈的条件下进行纤维素分解。 稀酸水解用的酸浓度为稀酸水解用的酸浓度为0.33%，温度，温度T=100200。 稀酸水解的几种常用方法 ： 稀酸常压水解法 固定水解法 稀酸加压水解 分段水解法 渗滤水解法 稀酸水解用的酸浓度为稀酸水解用的酸浓度为0.33%，温度，温度T=100200。n n连续渗滤水解流程与设备：连续渗滤水解流程与设备：连续渗滤水解流程与设备：连续渗滤水解流程与设备：（三）、酸酶水解法（三）、酸酶水解法 原料经预处理后先经酶水解半纤维素，原料经预处理后先经酶水解半纤维素，然后用酸水解纤维素然后用酸水解纤维素