食品发酵工程 04发酵的主要设备.doc

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第四章 发酵的主要设备
原料处理设备；固体发酵设备；机械搅拌通风发酵罐（生物反应器）；空气净化系统；培养基灭菌系统；产物分离与提取设备。
1 原料处理设备

粉碎的目的：加快蒸煮的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。
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罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。
罐底装有排料口；
罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。
好气发酵罐
用于生产抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸、维生素等产品；
机械搅拌通风式发酵罐
是最广泛应用的深层好气培养设备。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
发酵罐的基本条件：
⑴发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。
⑵发酵罐能承受一定的压力。
⑶要保证发酵液必须的溶解氧。
⑷发酵罐应具有足够的冷却面积。
⑸发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。
⑹搅拌器的轴封应严密，防染菌、减少泄漏。
发酵罐罐体的尺寸比例：
发酵罐最重要的几何比例是Di/Dt, H/Dt, Ds/Di, Db/Dt（Di为搅拌桨直径，Dt为罐体直径，H为罐体高度，Ds为搅拌桨到罐底的距离，Db为挡板的宽度）。
在好气深层发酵罐中，来自无菌空气系统的压缩空气通过发酵罐底部的空气分布器射入发酵罐内。
发酵罐的结构：
⑴罐体
⑵搅拌器和挡板
⑶消泡器 
⑷联轴器及轴承
⑸变速装置 
⑹空气分布装置
⑺轴封
⑻冷却装置
罐体 ：由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。
为了满足工业要求，在一定压力下操作、空消或实消，罐为一个受压容器，（绝对压力）。
搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种。其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。
通用发酵罐的搅拌桨类型 ：
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⑴通用发酵罐的搅拌桨最广泛使用的是平叶涡轮搅拌桨叶式，其各部分尺寸比例已规范化。这种搅拌桨具有很大的循环液体输送量，功率消耗大。因此特别适用于丝状菌发酵。
⑵船用螺旋搅拌器，它具有比涡轮桨更为强烈的轴向流动，但是氧传递效率低。
⑶振动混合器，尽管可以提供较高的氧传递效率，但剪切力较低。
⑷多棒搅拌桨，已用于粘稠的丝状链霉菌发酵的发酵罐中。这种搅拌桨具有较好的剪切分散能力和较低的功率消耗，在整个发酵过程中功率变化相对涡轮桨要小的多。
⑸气体导入式搅拌器，是由一个空心的搅拌桨组成，安装在空心的搅拌轴上。搅拌桨上至少有一个暴露在液体中的开口。由于搅拌桨转动，开口处的压力随之减少，使导入的气体沿着搅拌轴向下流动。它适应于低粘度的发酵液。
发酵罐工艺操作条件:
⑴温度：25～40℃。
⑵压力：0～1 kg／cm3(表压)。
⑶灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3 (表压).
⑷pH：2～11。
⑸需氧量：0．05～ kmo1／m3·h。
⑹通气量：～2 VVM。
⑺功率消耗：～4kW／m3。
⑻发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
自吸式发酵罐
没有通气管，而是通过转子（搅拌器由转子和定子组成）的旋转造成的负压而吸入无菌空气。浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘。这时，转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。由于转子的空膜与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过异向叶轮使气液均匀分布甩出。转子的搅拌，又使气液在叶轮周围形成强烈的混合流。空气泡被粉碎，气液充分混合。
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液提式发酵罐
发酵罐的大型化给通气搅拌罐带来了一系列难以克服的困难：大于1000kw的机械搅拌；大量的冷却水和排出热量；能量的均匀分布；溶解氧碳源和其它营养与pH控制等。
按照功率输入方式可将非机械搅拌罐分为液提发酵罐（用液体泵喷射进行输送）和气提发酵罐（气升式生物反应器）。
4 空气净化系统
空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。空气中的微生物如