第二章嫌氣發(fā)酵設(shè)備

授課時(shí)間4學(xué)時(shí)單元目標(biāo)與要求掌握酒精、啤酒發(fā)酵罐的特點(diǎn)、原理、構(gòu)造與計(jì)算，啤酒間歇發(fā)酵流程，酒精連續(xù)發(fā)酵流程。授課內(nèi)容酒精發(fā)酵設(shè)備、啤酒發(fā)酵設(shè)備的特點(diǎn)、原理、構(gòu)造與計(jì)算，啤酒和酒精間歇與連續(xù)發(fā)酵工藝。重點(diǎn)和難點(diǎn)酒精發(fā)酵設(shè)備、啤酒發(fā)酵設(shè)備的特點(diǎn)、原理、構(gòu)造與計(jì)算，啤酒間歇發(fā)酵流程，酒精連續(xù)發(fā)酵流程。第一節(jié)酒精發(fā)酵設(shè)備一、酒精發(fā)酵罐2.發(fā)酵的冷卻裝置

中小型發(fā)酵罐，多采用罐頂噴水淋于罐外表面進(jìn)行膜狀冷卻；對(duì)于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻。

3.洗滌裝置

：水力噴射洗滌裝置。

二.酒精發(fā)酵罐的計(jì)算

（一）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸

發(fā)酵罐全體積：

式中V—發(fā)酵罐的代表容積

V0—進(jìn)入發(fā)酵罐的發(fā)酵液量

—裝液系數(shù)，一般取=0.85~0.90

帶有錐形底、蓋的圓柱形

發(fā)酵罐全容積為：

(二）發(fā)酵罐罐數(shù)的確定

對(duì)于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計(jì)算：

N—發(fā)酵罐個(gè)數(shù)（其中一個(gè)作備用）（個(gè)）n—每24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行加料的發(fā)酵罐數(shù)目（個(gè)）t—一次發(fā)酵罐周期所需要時(shí)間（小時(shí))

（三）發(fā)酵罐冷卻面積計(jì)算

式中Q—總的發(fā)酵熱（J/h）

K—傳熱總系數(shù)J/（m2·h·℃）△tm—對(duì)數(shù)平均溫度差,℃F—冷卻面積（m2）

發(fā)酵罐冷卻面積的計(jì)算可按傳熱基本方程式來確定，即：

第二節(jié)

啤酒發(fā)酵設(shè)備

啤酒發(fā)酵設(shè)備的發(fā)展：

1.木材→水泥→金屬

2.開放式→向密閉式

3.方形→圓形臥式→立式圓筒錐底罐

4.人工洗滌→CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)

啤酒發(fā)酵工藝的發(fā)展：

1、間歇

2、連續(xù)：攪拌多罐型、塔式

3、啤酒發(fā)酵形式

上面發(fā)酵:發(fā)酵時(shí)酵母上浮,發(fā)酵終結(jié)很久才部分下沉.下面發(fā)酵:發(fā)酵時(shí)酵母浮游于發(fā)酵液中,發(fā)酵完后酵母即下沉,酵母可重復(fù)使用5-7次.上下面發(fā)酵工藝區(qū)別主要是發(fā)酵溫度的差異:啤酒種類起始溫度最高溫度最終溫度上面啤酒10-1515-255-7下面啤酒6-88-123.5-5

一、啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備

1、啤酒前發(fā)酵設(shè)備長(zhǎng)、正方形，開口，30m3/個(gè)，H小于2m

（二）前發(fā)酵槽的計(jì)算1、發(fā)酵槽數(shù)的確定（1）

容納一次糖化的麥芽汁時(shí)

N=nt

n—每日糖化次數(shù)t—前發(fā)酵所需時(shí)間

2、前發(fā)酵槽體積的計(jì)算發(fā)酵槽體積（1）

容納一次糖化的麥芽汁時(shí)

V=ZV0/φ

V—前發(fā)酵槽的全體積Z—在一個(gè)發(fā)酵槽內(nèi)可容納糖化麥芽汁的次數(shù)V0——糖化一次麥汁量Φ—裝液系數(shù)0.8-0.85

3、前發(fā)酵槽冷卻面積的計(jì)算(1)計(jì)算主發(fā)酵期每小時(shí)的放熱量Q

(2)計(jì)算傳熱系數(shù)K(3)傳熱面積

2、后發(fā)酵槽臥式密閉槽，也有立式后發(fā)酵階段殘?zhí)抢^續(xù)發(fā)酵，飽和二氧化碳，澄清、成熟（一）

圓

筒

體

錐

底

發(fā)

酵

罐

二、新型啤發(fā)酵設(shè)備

1、主要結(jié)構(gòu)

(1）壓力真空裝置的作用根據(jù)設(shè)定的壓力來自動(dòng)控制允許無菌空氣進(jìn)入罐內(nèi)，CO2氣體排出罐外，維持設(shè)定的壓力。

(3)罐的特點(diǎn)密閉：回收二氧化碳適用：下面、上面發(fā)酵均可發(fā)酵周期：短12-14天

H/D大：?jiǎn)挝蝗莘e的表面積大，耗鋼材多自然對(duì)流：促進(jìn)發(fā)酵，利于傳熱。自然對(duì)流原因:冷卻形成、二氧化碳的作用3、設(shè)計(jì)因素

高度和直徑：H/D=1.5-6：1液位高度：小于12m好錐角：60-750材料：不銹鋼隔熱材料：聚苯乙烯泡沫、聚酰胺樹脂、膨脹珍珠巖罐的耐壓：頂、筒、底部材料厚度可不一樣罐的清洗：CIP2、朝日罐

為微傾斜底的平底罐，H/D=1-2，工藝與錐形罐不同。特點(diǎn)：離心機(jī)回收酵母，用薄板換熱器冷卻，用泵將發(fā)酵液抽出冷卻后又送回罐內(nèi)，也起攪拌作用,可加速啤酒的成熟,發(fā)酵時(shí)罐的裝量達(dá)９６％，提高設(shè)備利用率。三、CIP清洗系統(tǒng)

第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵

間歇發(fā)酵：微生物在一個(gè)罐內(nèi)完成4個(gè)階段的培養(yǎng)過程。

連續(xù)發(fā)酵：在發(fā)酵罐內(nèi)不斷流加培養(yǎng)液，又不斷排出發(fā)酵液，使發(fā)酵罐中的微生物一直維持在生長(zhǎng)加速期。同時(shí)又降低代謝產(chǎn)物的積累，這樣就縮短了發(fā)酵周期，提高了設(shè)備利用率。

連續(xù)發(fā)酵特點(diǎn)

是微生物在整個(gè)發(fā)酵過程中始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)，細(xì)胞處于均質(zhì)狀態(tài)。在此前提下，可用數(shù)學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)公式來表達(dá)連續(xù)發(fā)酵在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，微生物生長(zhǎng)速度，代謝產(chǎn)物，底物濃度和流加速度之間關(guān)系。

一、

連續(xù)發(fā)酵時(shí)間的確定

二、連續(xù)發(fā)酵理論罐數(shù)的確定

1、最低罐數(shù)限定產(chǎn)物積累、菌體生長(zhǎng)、條件一致，用單罐產(chǎn)物積累、菌體生長(zhǎng)、條件分為兩個(gè)階段，用雙罐發(fā)酵過程分多個(gè)階段、各階段條件不同，用多罐

(2)從第一罐開始通過原點(diǎn)作物料平衡線，斜率為q/V，和曲線相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)的橫座標(biāo)X1，即為第一個(gè)發(fā)酵罐出口的微生物濃度，一直作到第n罐的微生物出口濃度Xn。

第一罐，菌濃度為X1

第二罐，菌濃度為X2

第三罐，菌濃度為X3

第n罐，菌濃度為Xn，罐數(shù)為n個(gè)。

若發(fā)酵最終產(chǎn)物不是菌體而是代謝產(chǎn)品，用產(chǎn)物濃度P代X，同樣可作圖解。

2、用圖解法確定連續(xù)發(fā)酵理論罐數(shù)三、連續(xù)發(fā)酵流程（一）

酒精連續(xù)發(fā)酵流程

(1)

操作開始：糖液及酵母同時(shí)加入1-3罐至滿，停止加酵母，繼續(xù)加糖液，開底部閥使發(fā)酵液流入4號(hào)，4號(hào)流入5號(hào)，至9號(hào)結(jié)束，周期32小時(shí)，10、11號(hào)為貯存計(jì)量罐，輪用。(2)操作結(jié)束：換罐（換種），停止流加糖液，關(guān)1號(hào)二氧化碳閥，泵轉(zhuǎn)入2號(hào)，1號(hào)消毒并加新種新料重新開始，1號(hào)滿時(shí)，2號(hào)經(jīng)泵排盡并消毒好，1號(hào)流入2號(hào)，如止下去，20天換種一次。(3)

1-3號(hào)罐為流加罐，始終處于主發(fā)酵狀態(tài)，在這一階段中酵母處增殖階段，并同時(shí)隨著發(fā)酵醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被糖化而后幾個(gè)罐則起后發(fā)酵的作用。10、11號(hào)為計(jì)量罐。

1、淀粉質(zhì)原料發(fā)酵酒精流程2、糖蜜發(fā)酵酒精流程

(二)啤酒連續(xù)發(fā)酵

連續(xù)發(fā)酵缺點(diǎn)：雙乙酰高

微生物變異染菌

使用連續(xù)發(fā)酵的啤酒廠

新西蘭啤酒廠三罐和四罐

英國(guó)塔式罐

上海啤酒廠塔式罐

連續(xù)發(fā)酵流程多罐式和塔式1、三罐式流程：

冷卻：將麥芽汁冷卻到20-21℃；裝量：1號(hào)發(fā)酵罐26m3，2號(hào)發(fā)酵罐26m3，3號(hào)分離罐14m3；麥汁流速：每小時(shí)2.4m3；溫度：1號(hào)21℃，2號(hào)24℃，3號(hào)3-7℃；麥汁停留時(shí)間：每罐停留時(shí)間10-13h；酵母濃度：1號(hào)5.4*107個(gè)/ml，2號(hào)6*107個(gè)/ml，3號(hào)2*107個(gè)/mlpH：1號(hào)4.0，2號(hào)3.9

2、塔式發(fā)酵罐主發(fā)酵周期2天,進(jìn)塔12-14℃,出塔14-18℃,冷卻到0℃入錐形罐后發(fā)酵.四、發(fā)