【正文】 燥箱中的分壓，水分便從樣品中揮 發(fā)出來。水分過高，原料在貯藏時(shí)容易發(fā)霉變質(zhì)，影響原料的利用價(jià)值。 第二部分 通風(fēng)發(fā)酵綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一 淀粉質(zhì)原料的水分測(cè)定 水分在工業(yè)發(fā)酵中是一個(gè)極為重要的分析項(xiàng)目。 外加酶糖化法 根據(jù)麥芽的指標(biāo)，釀造 40%輔 料比的麥汁，要求麥汁的 ?氨基氮符合要求。過 30 分鐘，用玻棒稍稍攪動(dòng)麥糟層。此時(shí)杯內(nèi)加入 100ml 70℃水，保持恒溫； 5 分鐘后，用玻棒取麥芽汁 1 滴，置于白滴板上，再加碘液 1 滴 ，混合，觀察碘液顏色。 P [ %(m/m)] ； —— 換算系數(shù)。 ZY ZYR D F ?????? 0 0 5 1 6 1)(100 ?????????????? (8) 式中： RDF —— 啤酒的真正發(fā)酵度， % ； Y —— 啤酒的原麥汁濃度，176。 實(shí)驗(yàn)七 真正發(fā)酵度 (實(shí)際發(fā)酵度 ) 啤酒的真正發(fā)酵度 (RDF)按式 (7)或 (8)計(jì)算： REA AR D F ?? ??? 0 6 6 0 6 6 0 0 ??????????????? (7) 式中： RDF —— 啤酒的真正發(fā)酵度， % ； A —— 啤酒的酒精度， %（ m/m）； ER —— 啤酒的真正濃度，176。 P [％ (m/m)]； b —— 校正系數(shù)。 或查附錄 B 中的表 B2，原麥汁濃度按式 (6)計(jì)算： bEAX ????2 ????????????????? (6) 式中： X —— 原麥汁濃度，176。 P [％ (m/m)]； A —— 酒精度，％ (m/m)； E —— 真正濃度，176。 酒精度同 。即為啤酒的真正濃度，以plato 度 (176。 b) 試樣的測(cè)定：用密度瓶或密度計(jì)測(cè)定出殘液的相對(duì)密度。 a) 試樣的制備：將重量法 (在已知重量的蒸餾燒瓶中 )蒸餾除去酒精后的殘液，冷卻至 20℃，準(zhǔn)確補(bǔ)加水使殘液至 ，混勻。 2 儀器 同實(shí)驗(yàn)。按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出啤酒試樣的原麥汁濃度。 4 允許差 同一試樣兩次測(cè)定值之差不得超過平均值的 1％。即為啤酒試樣的酒精度， %(m/m) 。 測(cè)量 A 和 測(cè)量 B 計(jì)算試樣餾出液 (20℃ )相對(duì)密度。 重量法 蒸餾 稱取制備好的試樣 () 100g，精確至 ，全部移入 500mL 已知質(zhì)量的蒸餾瓶中，加水 50mL 和數(shù)粒玻璃珠，裝上蛇型冷凝器 (或冷卻部分的長度不短于 400mm的直型冷凝器 )，開啟冷卻水，用已知質(zhì)量的 100mL 容量瓶接收餾出液 (外加冰浴 )，緩緩加熱蒸餾 (冷凝管出口水溫不得超過 20℃ )，收集約 96mL 餾出液 (蒸餾應(yīng)在 30～ 60min 內(nèi)完成 )，取下容量瓶，調(diào)液溫至 20℃，然后補(bǔ)加水，使餾出液質(zhì)量為 100 .0g(此時(shí)總質(zhì)量為 十容量瓶質(zhì)量 )，混勻。 即為啤酒試樣的酒精度， %(V/V) 或 g/100mL。 試樣餾出液 (20℃ )的相對(duì)密度按式 (4)計(jì)算： mmmmd ???122020 ????????????????????????(4) 式中： d2020 —— 試樣餾出液 (20℃ )的相對(duì)密度 (比重 )； m2 —— 密度瓶和餾出液的質(zhì)量， g ； m —— 密度瓶的質(zhì)量， g ； m1 —— 密度瓶和水的質(zhì)量， g 。用濾紙吸去溢出支管的水，立即蓋好小帽，擦干后，稱量。 將煮沸冷卻至 15℃的水注滿恒重的密度瓶，插上帶溫度計(jì)的瓶塞 (瓶中應(yīng)無氣泡 )，立即浸于 (20177。 3 分析步驟 容量法 蒸餾 用 100mL 容量瓶準(zhǔn)確量取試樣（ ） 100mL，置于蒸餾瓶中，用 50mL 水分三次沖洗容量瓶洗液并入蒸餾瓶中，加玻璃珠數(shù)粒，裝上蛇型冷凝管，用原 100mL容量瓶接收餾出液 (外加冰浴 )，緩緩加熱蒸餾 (冷凝管出口水溫不得超過 20℃ )，收集約 96mL 餾出液 (蒸餾應(yīng)在 30～ 60min 內(nèi)完成 )，取下容量瓶，調(diào)節(jié)液溫至20℃，補(bǔ)加水定容，混勻，備用。 2 儀器 全玻璃蒸餾器： 500mL； 恒溫水?。壕?77。 實(shí)驗(yàn)五 酒精度 1 原理 利用在 20℃時(shí)酒精水溶液與同體積純水質(zhì)量之比，求得相對(duì)密度 (以 d2020表示 )。 所得結(jié)果應(yīng)表示至一位小數(shù)。 吸取處理好的試樣 于燒杯中，放入校正好的電極，開啟電磁攪拌器，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，開始每次約加 直至 pH=，然后每次滴加 直至 pH= 為其終點(diǎn) ，記錄消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。 用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校正自動(dòng)電位滴定儀。 )℃振蕩水浴中恒溫 30min，取出，冷卻至室溫。 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液：現(xiàn)用現(xiàn)配。 ℃，帶振蕩裝置。 2 儀器 自動(dòng)電位滴定儀：精度177。 實(shí)驗(yàn)四 總酸（電位滴定法） 1 原理 酸堿中和原理。比色測(cè)定操作須在 20min 內(nèi)完成。然后用水封口，進(jìn)行蒸餾，直至餾 出液接近 25mL(蒸餾需在 3～ 5min 內(nèi)完成 )時(shí)取下容量瓶，達(dá)到室溫用水定容，搖勻。 4 分析步驟 蒸餾 將雙乙酰蒸餾器安裝好，加熱蒸汽發(fā)生瓶，使水至沸。 3 試劑和溶液 4mol/L 鹽酸溶液：按 GB/T 601 配制； l0g/L 鄰苯二胺溶液： 稱取鄰苯二胺 ，溶于 4mol/L 鹽酸溶液中，并定容至10mL，搖勻，放于暗處。由于其他聯(lián)二酮類都具有相同的反應(yīng)特性，再加上蒸餾過程中部分前驅(qū)體要轉(zhuǎn)化成聯(lián)二酮，因此上述測(cè)定結(jié)果為總聯(lián)二酮含量 (以雙乙酰表示 )。 G179。 查表得 100ml麥芽汁中麥芽糖毫克數(shù) 179。 100179。 加入 的碘酸鉀稀釋溶液，搖勻，在 30min 內(nèi)于 570nm 處測(cè)定吸光度值。 取麥芽汁稀釋溶液、水、標(biāo)準(zhǔn)的甘氨酸溶液（三個(gè)）稀釋液各 ，放入比色管中，（水用于空白對(duì)照），各比色管中分別加入 的顯色劑，搖勻，在沸水中加熱 16min。 實(shí)驗(yàn)操作 取糖化的麥芽汁 （或者是其他的合適量，使稀釋后的濃度為 13mgα 氨基氮 /升），放入 100ml 的容量瓶中，稀釋到刻度，搖勻。用時(shí)按要求稀釋。操作時(shí)可以按比例配成 100ml）。 （ 2） 用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定斐林溶液，標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度應(yīng)正好 ，否則計(jì)算時(shí)應(yīng)把用量換算成相當(dāng)于 的用量。 6 計(jì)算 根據(jù)稀釋麥芽汁在正式測(cè)定中的用量，查表得相應(yīng)麥芽糖量，再用下式計(jì)算： 總還原糖（麥芽糖， g/ml 麥汁）＝ f179。 （ 2） 預(yù)備實(shí)驗(yàn) 取斐林溶液 A、 B 各 ，置錐形瓶中，加 10ml 水稀釋，加熱使其于 5min 內(nèi)沸騰，在沸騰狀態(tài)下用滴定管滴入稀釋麥芽汁至藍(lán)色即將消失時(shí)，加 1～ 2 滴次甲基藍(lán)指示液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失，記錄所用稀釋麥芽汁的數(shù)量。斐林溶液的校正系數(shù) f 計(jì)算如下： 式中： V—— 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量（ ml） — — 每毫升 硫代硫酸鈉溶液相當(dāng)?shù)你~的克數(shù) —— 每毫升斐林溶液的 A 液中含有的銅的克數(shù) （ 6）次甲基藍(lán)指示液， 1% 1g 次甲基藍(lán)溶于 100ml 水中。 B. 堿性酒石酸鹽溶液 溶 173 克酒石酸鉀鈉， 50 克氫氧化鈉溶于水中，稀釋至 。 （ 3） %淀粉溶液 可溶性淀粉，加少量水調(diào)成糊狀，在不斷攪拌下注入 200ml 沸水中，微沸2min，冷卻，加水稀釋成 250ml。同時(shí)作空白試驗(yàn)校正結(jié)果。 標(biāo)定： 稱取于 120℃烘至恒重的重鉻酸鉀 克，稱準(zhǔn)至 克，置于 500ml具塞錐形瓶中，溶于 25ml 煮沸并冷卻的水中，加 2 克碘化鉀及 20ml 4N 的硫酸。緩和煮沸 10min，冷卻。 2 儀器 下端彎曲與管身成直角的滴定管?；蚨咄瑫r(shí)并用。雖然在英國許多發(fā)酵工廠都建立在沿海的海岸上。廢水的生物降解是工廠中最昂貴的處理方法，但卻是常用的方法。 在多種處理方法能符合經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)。在英國，允許，直接倒入河流中的廢棄物必需保證在 5天內(nèi)的生物需氧量低于 20mg/升，固體含量低于 30mg/升，而廢棄物還要預(yù)先經(jīng)8 倍的稀釋。不論是采用焚燒、在荒蕪地上堆存，或傾倒入下水道、河流或潮水中。同時(shí)減少廢棄物的處理費(fèi)用，改善對(duì)營養(yǎng)物的利用和整個(gè)生產(chǎn)。 Bernstein 等曾為奶酪發(fā)酵設(shè)計(jì)一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)使水完全反復(fù)利用。往往由于單位體積產(chǎn)物所消耗的水太多，而使得一些生產(chǎn)工藝在成本上具有弱點(diǎn)。這種情況，才能使制造工廠獲得與其他發(fā)酵公司相似的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)生產(chǎn)高產(chǎn)值的最終產(chǎn)物時(shí)，可以考慮增加助濾劑的用量，使用在過程的初期就除去少量固體。 不論產(chǎn)物是用微生物合成或是用其他方法制備的，都會(huì)受到產(chǎn)物的提取與收集的成本限制。用過濾法除去培養(yǎng)液中的細(xì)胞所消耗的能量較用離心法為小。他們強(qiáng)調(diào)要研究減少流程中的操作步驟，以盡可能地降低設(shè)備投 資和操作成本。 Stowell和 Bateson 指出一些工廠中影響這方面成本的因素有： 產(chǎn)物的損失，即使是提取收集過程中每一步中有些微小的損失； 過濾和離心設(shè)備的能量消耗和維修費(fèi)用高； 在過程中是使用價(jià)格較高的熔劑和其他原料。 抗生素和其他不與菌體同時(shí)形成的產(chǎn)物的生產(chǎn)，采用分批培養(yǎng)法的生產(chǎn)效益不斷取得改善，使得生產(chǎn)廠不愿從根本上改變已經(jīng)建立 完備的方法而引用連續(xù)培養(yǎng)法。最終產(chǎn)物的濃縮費(fèi)用在很大程度上影響產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。這就造成在提取和收集產(chǎn)品時(shí)需要更多的濃縮操作過程。如果是高的轉(zhuǎn)化率，并有較高的生產(chǎn)能力時(shí)，則采用連續(xù)培養(yǎng)較分批培養(yǎng)更為經(jīng)濟(jì)。 考慮采用連續(xù)培養(yǎng)生產(chǎn)產(chǎn)物時(shí)，必需首先了解單位體積的生產(chǎn)能力，培養(yǎng)基中價(jià)格最貴的組分的轉(zhuǎn)化產(chǎn)量以及產(chǎn)物的濃度。 在一個(gè)實(shí)例中，接種量為 5%（ X0/Xm=），輔助時(shí)間為 10 小時(shí)，細(xì)胞產(chǎn)量為每克底物產(chǎn)生 ，細(xì)胞的最大濃度為 30g/升，從一系列最大比生長速率可計(jì)算出生產(chǎn)能力（見下表）。 第十一節(jié) 連續(xù)發(fā)酵 至今為止，大規(guī)模的連續(xù)發(fā)酵工廠仍在運(yùn)轉(zhuǎn)的為數(shù)極少，而且只限 于微生物細(xì)胞的生產(chǎn)。有許多過程，采用分批或連續(xù)補(bǔ)料以延長生長期或生產(chǎn)期，以提高生產(chǎn)能力。如用較大的接種量，即增加 X0，可以縮短全過程的時(shí)間。所以發(fā)酵總時(shí)數(shù) t 應(yīng)按下列公式計(jì)算。生產(chǎn)能力的定義是每小時(shí)每升發(fā)酵罐容積所產(chǎn)生的產(chǎn)物克數(shù)。而通氣費(fèi)用卻占發(fā)酵公用系統(tǒng)費(fèi)用的 70%。關(guān)鍵是所設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐要在菌體產(chǎn)生時(shí)所需的能量降至最低，但要有較高的氧傳遞能力，以保證對(duì)底物有效地利用。 包括 ICI 公司和 Hoechst 公司在內(nèi)，在少數(shù)公司決定發(fā)展氣升式發(fā)酵罐。英國石油公司在他們的撒丁島意大利蛋白質(zhì)規(guī)劃中，用正烴為底物、發(fā)酵罐的容積達(dá) 1000M3。同時(shí)由于放出的熱量較多，要保持發(fā)酵溫度的恒定，需要更好的冷卻效果。因此如果有效地利用碳?xì)浠衔镒鞯孜飼r(shí)，生產(chǎn)總成本增加50%以上， 而且發(fā)酵罐要具有高效的氧的傳遞能力。在單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)中，碳源底物生產(chǎn)系數(shù)與生理狀態(tài)有十分密切的關(guān)系，并且證實(shí)用甲烷或正烴代替碳水化合物可以獲得較高的碳源底物的生產(chǎn)系數(shù)（見下表），但是細(xì)胞在碳?xì)浠衔镏猩L時(shí)，需要較高的氧的供應(yīng)量。即 使其費(fèi)用只占生產(chǎn)總成本中一小部分，但研究人員普遍認(rèn)為氧的供應(yīng)是這類發(fā)酵的限制因素。為獲得最佳發(fā)酵條件，每分鐘通氣量 ~，攪拌葉的輸入功率（對(duì) 455 升發(fā)酵液）為 ~焦耳。在早期的資料中，酵母生產(chǎn)時(shí)，所需要的壓縮空氣能量支出占生產(chǎn)總成本的 10~20%。所以在該 生產(chǎn)工藝中，通氣攪拌的費(fèi)用只占生產(chǎn)總成本極小一部分。當(dāng)劇烈的厭氧發(fā)酵開始時(shí)，所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀葑阋允构迌?nèi)的培養(yǎng)液翻騰，并使酵母細(xì)胞分散。 在乙醇生產(chǎn)中，將酵母接入容器中以后，開始時(shí)，通入壓縮空氣或機(jī)械攪拌使酵母分散。同時(shí)，發(fā)酵液自動(dòng)翻騰，而不需要附加機(jī)械攪拌。 在第一、第二種發(fā)酵中，通氣費(fèi)用不是經(jīng)濟(jì)上主要考慮的問題。 第九節(jié) 通氣和攪拌 幾乎所有的發(fā)酵都需要各種形式的混合，以保持培養(yǎng)環(huán)境的均一性；而且也需要通入空氣。另一條減少冷卻成本的途徑，是如有可能，盡可能選用最適溫度較高的微生物。用氣升式發(fā)酵罐時(shí)，由于它的比能量輸入量最小， 因而減少了冷卻的需要量。 有關(guān)滅菌方面的經(jīng)濟(jì)問題，在本章內(nèi)前已論述，而冷卻的需要量，則隨工藝的類型及大小而異。所以設(shè)計(jì)時(shí)要注意如何保存熱量和最小的 冷卻量。如果壓縮空氣在進(jìn)入過濾器以前，預(yù)先經(jīng)過不同程度的粗濾，以除去空氣流中的異物，可減少價(jià)格昂貴的高效過濾介質(zhì)的更新。在工廠中還要包括更換過濾器或過濾介質(zhì)的成本和維修及勞務(wù)費(fèi)用。另一些過濾器的設(shè)計(jì)是減少過濾面積。而對(duì)同一大小的過濾器的操作費(fèi)用，則取決于空氣通過過濾器后的壓力降。它是可供選擇的除菌方法中較為經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單的。而渦輪式空氣壓縮機(jī)的最大經(jīng)濟(jì)效益的供氣范圍為707849M3。他們認(rèn)為如采用往復(fù)式空氣壓縮機(jī)，其壓力為 ，不加過濾器，最經(jīng)濟(jì)的供氣范圍是每分鐘 ~。他估計(jì)處理每分鐘 283M3