1、第三章 生物细胞培养基制备设备,工业上常用的糖类： 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。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%75%。 淀粉、糊精 使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类,一、淀粉质原料的蒸煮与糖化,（一）、相关概念 1、淀粉的糊化淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀。如果继续加热至一定温度（一般6080）,淀粉粒即发生破裂,造成晶体结构消失，黏度、体积迅速增大,这种现象称为淀粉的糊化,经糊化的淀粉称为-淀粉. 2、淀粉糖化：将淀粉水解成葡萄糖的过程。通过添加酶制剂或糖化曲来完成。,（二）蒸煮糖化作用 1、蒸煮作用： （1）使植物组织和细胞
2、膜彻底破裂 ； （2）使淀粉糊化、液化； （3）起灭菌作用； （4）排除原料中的一些不良成分及气味 2、糖化作用 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,（三）蒸煮糖化流程 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、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。 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，糖化一锅又重换一锅。,连续蒸煮的工艺，常用有罐式连续蒸煮、管式连续蒸煮、柱式连续蒸煮等三种方法。 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，制造方便，为大、中型工厂广泛采用。,（四）连续蒸煮糖
3、化设备,1、罐式蒸煮设备 （1）蒸煮罐结构罐体、蒸汽进口管2、进出料口1、人孔9、 温度计8、压力表5、安全阀4等 罐式连续蒸煮罐数不能太少（宜采用36个），直径不宜太大,（2）后熟器 作用：一定温度下，维持一定时间，使糊化醪进一步煮透。 结构：比蒸煮罐少蒸汽进口管，最后一个后熟器多二次汽出口管。最后一个后熟器也为汽液分离器,2、柱式连续蒸煮设备 （1）流程：,（2）加热器 加热器是三层直径不同的套管，内层和中层管壁上都钻有许多小孔 ，小孔一般平开或向下倾斜 高压蒸汽从内、外层管进入，穿过小孔向粉浆液流两旁喷射，在很短时间就达到蒸煮温度145150。 加热器管壁上小孔分布区叫“有效加热段”。粉
4、浆在有效加热段“停留时间一般很短，为1525s。,（3）柱子 长圆筒形 ，两端锥顶 无缝钢管或铸铁管 ，35根 第一、第三两根柱子内有12处管径缩小 （锐孔 ）；第二根柱子内装两块倾斜的圆缺形挡板 ，两块挡板是交错排列，一个向左倾斜30，一个向右倾斜30 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,3、管式连续蒸煮,1-输送机 2-斗式提升机 3-贮料斗 4-锤式粉碎机 5-螺旋输送机 6-粉浆罐 7-泵 8-预热锅 9-近料控制阀 10-过滤器 11-泥浆泵 12-单向阀 13-三套管加热器 14-蒸煮管道 15-压力控制阀 16-后熟器 17-蒸汽分离器 18-真空冷凝器
5、 19-蒸汽冷凝器 20-糖化锅,管式连续蒸煮工艺流程：原料粉碎粉浆罐预热锅过滤器加热器蒸煮管道后熟器蒸汽分离器真空冷却器糖化工序 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；但由于蒸煮温度高（170 ），加热蒸汽消耗量大，并形成较大数量的二次蒸汽,4、真空冷却装置 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汽（二次蒸汽），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。 设备组成：真空冷却器+膜式塔 +真空泵,真空冷却装置的工作原理： 真空冷却器器内为真空，醪液切线方向进入
6、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，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次蒸汽，不凝性气体经真空泵抽走，造成器内真空。,5连续糖化罐 作用：连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或酶制剂混合，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。 结构：罐身、搅拌器、压缩空气管、蒸汽管、醪进口管等 圆筒形外壳，球形或锥形底,（五）间歇蒸煮糖化设备,1、间歇蒸煮 （1）蒸煮设备：锥形蒸煮锅 外型：上部圆柱，下部圆锥 料液上部进，下部排出； 蒸汽从底部进入，由下至上上升过程中搅拌物料比较适宜于对整粒原料的蒸煮,（2）间歇蒸煮工艺流程
7、加水入蒸煮锅投料升温蒸煮吹醪 加水：整粒原料加温水（80左右）；粉状原料水温50左右且调浆后加入原料不同加水比也不同：1：2-1：4 投料：整粒原料加水后投料；粉状混匀后投料 升温：先打开排气阀排气后升温（40min） 蒸煮：采用循环的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的原料;装醪量约为锅容量的75-80%左右 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。,(2)间歇糖化工艺 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 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
8、与动力消耗都较大。,二、糖蜜原料的稀释与澄清,（一）糖蜜稀释器 1、立式糖蜜连续稀释器圆筒形器身；上、下封头为锥形 ； 下部有两个连接管；冷水管；7-8块圆形缺口的隔板 交错配置,2、错板式连续稀释器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合。,（二）糖蜜原料的澄清 澄清的目的：使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时进行灭菌，以达到发酵的要求 澄清方法： 1加酸通风处理法将糖蜜加水稀释至50Bx左右，加入0.2%0.3%浓硫酸通入压缩空气1小时，静止澄清数小时，取出上清夜作为制备糖液用。,2加热加酸沉淀法（又称热酸处理法 ）工艺上采
9、用阶段稀释法，第一阶段先用60温水将糖蜜稀释至5558Bx，同时添加浓硫酸调整酸度pH33.8，进行酸化，然后静止56h；第二阶段则将已酸化的糖液再稀释到所需的浓度。 3絮凝剂澄清处理法先将糖蜜加水稀释至3040Bx，加一定硫酸调PH33.8，加热90，添加8ppm聚酰胺（PAM），搅拌均匀，澄清静止1h，取清夜即可制备稀糖液用。,三、 纤维素和半纤维素的水解,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触面积，从而提高酶解的效率。 （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，使罐温度达到200240左右，原料中的半纤维素会迅速分解释放出有
10、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，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胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显增强。,（二）、稀酸预处理法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乙醇。而处理后的材料可进一步经微生物酶解转化。,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（100）左右进行，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。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。稀酸水解用的酸浓度为0.33%，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0.33%，温度T=100200。,连续渗滤水解流程与设备：,（三）、酸酶水解法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,
