【正文】 0 糖液 配料水 1800 43758 濾渣 一次液化酶 二次液化酶 硫酸用量 7 CaCl2 用量 7 珍珠巖用量 洗水和蒸汽 累計(jì) 累計(jì) 注：單位： kg 三、熱量衡算 液化加熱蒸汽消耗量（ D）：可按下式計(jì)算 D=GC(t2t1)/（ Iλ） 式中 G—— 淀粉漿量（ kg/h） C—— 淀粉漿比熱容 {kJ/（ kg179。 24= 加水量為 1:， 每小時(shí)的粉漿量為： 1012（每小時(shí)投工業(yè)淀粉）179。 86%247。 100%=% （ 3）粉漿比熱 C可按下式計(jì)算： C=COX/100+C 水（ 100X） /100 式中 CO—— 淀粉質(zhì)比熱容，取 （ kg179。 K） 由公式： C=COX/100+C 水（ 100X） /100 得：粉漿比熱 C=179。 ()/100=(kg179。 （ 9520） /（ 2738398） =第二次： D2=5390179。 = （ 2）日產(chǎn) 30%的糖化液為 68t/d，即 68/（糖液的相對(duì)密度） =179。第二次 液化操作周期 ，其中液化 2h，液化罐 20m179。 75%）179。 75%）179。填充系數(shù)為 75%，則所需糖化罐數(shù)為： {（ 50179。（ 75/24） = 取兩臺(tái) 考慮到生產(chǎn)期中的設(shè)備維修，需 4個(gè)糖化罐 貯罐操作周期：進(jìn)料時(shí)間 +出料時(shí)間 =4h 設(shè)貯罐為 30m179。 90%）179。 2 φ 1200179。 6 噴射液化器 830m179。 2 φ 1250179。 2 1Cr18Mi9/BR20 糖化罐 50 m179。 4 φ 3800179。 2 FBMS/Y4481030 第四章 發(fā)酵車間 一、發(fā)酵工藝的選擇 工藝流程 菌種選擇 根據(jù)生產(chǎn)檸檬酸所用原料為玉米粉和選擇的工藝為深層液化發(fā)酵法，所以選用的菌種為黑曲霉 不但能利用淀粉，而且還對(duì)蛋白質(zhì)、纖維素、果膠物質(zhì)等 均有一定分解能力，性能粗放能在較高溫度下正常發(fā)酵，能適應(yīng)南方持續(xù)高溫天氣。 （ 1）形態(tài)： ①在米曲汁或麥芽汁培養(yǎng)基上菌絲白色，不是絨球狀，凸起，邊緣整齊，菌落較小，帶皺折。 ②、在察氏培養(yǎng)基生長較慢，菌落邊緣整齊，分生孢子梗短，分生孢子著生較密。 ④、孢子柄（ 14~15） umⅹ（ ~2） um。直徑 50~72um。 ⑦、分生孢子串珠狀著生，黑褐色，表面粗糙且有明顯的刺狀突起，平均直徑為~，成熟后遇到振動(dòng)易散落。 ②耐藥性高濃度葡萄糖，能產(chǎn)生和分泌大量的酸性 a淀粉酶和酸化糖化酶。在 ,40℃下左右 30min 尚不失活，其糖化酶最 適作用 pH 在 ~，最適溫度為 60~65℃。 ③能抗微量金屬離子，尤其能抗較高濃度的錳離子、鋅離子、銅離子。菌球體直徑為 。 ⑥在生長，繁殖期，細(xì)胞內(nèi)具有較高水平的氨基酸、銨，即銨庫水平高。 ⑧細(xì)胞壁幾丁質(zhì)量高，當(dāng)β 葡萄糖和聚半乳糖含量低。 ⑩具有很強(qiáng)的側(cè)系呼吸鏈活性，此側(cè)系呼吸鏈不產(chǎn)生 ATP。對(duì)于不同的發(fā)酵，由于菌種生長的活力、繁殖速度、培養(yǎng)基的成分、 pH值的高低、發(fā)酵產(chǎn)物等不同，對(duì)雜菌的抑止能力也不同，從而對(duì)空氣的無菌要求也有所不同。它是一個(gè)比較完善的流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分地分離空氣中含有的水分和油霧，使 空氣再低的相對(duì)濕度下進(jìn)入過濾器，保證干過濾效率。 菌種的選擇，分純、保存及擴(kuò)大培養(yǎng) （ 1）選菌：通過誘變劑進(jìn)行誘變育種，篩選優(yōu)良菌種。將上述富集液點(diǎn)布于培養(yǎng)皿中的滅菌濾紙上，在 35~37℃下培養(yǎng)，待長出菌落，挑到麥芽汁培養(yǎng)7~8d。 （ 3）保藏：菌種孢子移接于麥芽汁瓊脂斜面后，于 35℃下培養(yǎng) 7~8d，待長滿黑褐色孢子后，放到 2~4℃冰箱中保藏，此法可保藏 1~2個(gè)月。 孢子直接接種的優(yōu)點(diǎn)： 孢子直接接種即所謂的一級(jí)接種工藝。實(shí)際上孢子直接接種完全可以作為正常生產(chǎn)工藝使用，其優(yōu)點(diǎn)如下： 直接接入發(fā)酵罐培養(yǎng)液中 孢子數(shù)與接進(jìn)種子罐的孢子數(shù)相同。 我國現(xiàn)用菌種，種子罐與發(fā)酵罐培養(yǎng)配方基本一致，一級(jí)接種從孢子開始一直處于同一生長條件，生長環(huán)境隨孢子的成長而變化，即始終為菌體生長創(chuàng)造一個(gè)有利的環(huán)境。 能保持較幼的種齡，前期產(chǎn)酸稍慢，培養(yǎng)基 pH＞ 的時(shí)間延長，有利常數(shù)的充分糖化，后期產(chǎn)酸較快，后勁會(huì)較足，則殘?zhí)禽^低。同時(shí)節(jié)約了相應(yīng)設(shè)備的投資及能耗 。當(dāng)然這種事故的概率很低，其次則是孢子在大罐生長期的攪拌功率消耗問題。 檸檬酸生產(chǎn)菌的擴(kuò)大培養(yǎng)和種子質(zhì)量的要求 : (1)擴(kuò)培流程：國內(nèi)檸檬酸生產(chǎn)的菌種擴(kuò)大培養(yǎng)普遍采用 原種→斜面培養(yǎng)→三角麩曲培養(yǎng)→直接接入發(fā)酵罐發(fā)酵 （ 2）斜面菌種的培養(yǎng) :麥芽汁斜面制備，取麥芽粉加 4 倍質(zhì)量的水，在 55~60℃下保溫糖化 3h 左右，時(shí)常攪拌，以碘液檢查黃色為終點(diǎn)。 Bx 糖度，煮沸，再過濾一次，獲得澄清的麥芽汁。 （ 3）麩曲三角瓶培養(yǎng) A、麩曲培養(yǎng) 取新鮮麩皮，用 60 目篩子去細(xì)粉，以減少常數(shù)含量。拌勻后，將裝入 1000mL 或 2021mL 三角瓶中，每只 1000mL 三角瓶裝濕麩皮約 40g， 2021mL 三角瓶裝濕麩皮約 100g。用 8層紗布封扎瓶口，在 表壓下滅菌 40~60min，趁熱搖散，冷卻至 35℃，培養(yǎng) 1d。 在無菌室中，于無菌操作條件下，每一個(gè)三角瓶上接入 1~2 環(huán) 已活化好的斜面菌種孢子，或 2ml 斜面菌種的孢子懸浮液，于 30~32℃下培養(yǎng) 16~20h 后，白色小菌落已蓋滿曲層表面，這時(shí)應(yīng)搖瓶一次，使培養(yǎng)基疏松、鋪平、繼續(xù)培養(yǎng)再經(jīng) 4~6h，即約培養(yǎng) 24h 后，可看到培養(yǎng)基結(jié)成塊狀，白色菌絲生長旺盛，但后停止。待長出的黑子孢子布滿豐盛后，即可使用。 B、麩曲質(zhì)量： ①孢子稠密、整齊、黑亮、無雜色孢子及氣生菌絲。下床測(cè)定費(fèi) （ 4）孢子懸浮液的制備： 將上述符合質(zhì)量要求的三角瓶麩曲，在無菌操 作下，每瓶加入 500~600ml 無菌水，搖勻，切勿將棉塞打濕，在火焰下并美工或并入接種罐中。從檸檬酸生產(chǎn)角度看，葡萄糖、蔗糖、糊清是良好的碳源，工業(yè)上為降低生產(chǎn)成本，多采用廉價(jià)的甘薯、玉米、小麥及其淀粉、糖蜜等。關(guān)于碳源的最適濃度，目前都認(rèn)為高糖濃度是檸檬酸發(fā)酵的一大特征。 氮源：氮源的作用是合成細(xì)胞物質(zhì) (蛋白質(zhì)，氨基酸，核酸，維生素等 )和調(diào)節(jié)代謝，這是因?yàn)榧?xì)胞中銨離子濃度的升高，能解除 ATP 和檸檬酸對(duì)關(guān)鍵酶磷酸果糖激酶的反饋抑制，使 EMP 代謝流量增強(qiáng)，有籃球檸檬酸生成與積累。玉米培養(yǎng)基上 NH4NO3 是最好的氮源，在無機(jī)氮中，生理酸性氮比堿性氮好，這是因?yàn)樯硭嵝缘械匿@離子被利用后，使培養(yǎng)基變酸，可以使發(fā)酵中的黑曲霉生長階段 結(jié)束，轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段， pH 下降到較低水平有籃球檸檬酸的積累。另據(jù)報(bào)道，在檸檬酸發(fā)酵中途添加銨鹽，尤其是當(dāng)發(fā)酵中檸檬酸生成速率開始下降時(shí)，添加銨離子最為有利，它對(duì)菌體無影響。 無機(jī)鹽：無機(jī)鹽是構(gòu)成微生物生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)，在檸檬酸發(fā)酵中，有的構(gòu)成菌體，有的促進(jìn)代謝，有的促進(jìn)產(chǎn)酸，因此對(duì)黑曲霉的生長和檸檬酸發(fā)酵具有重要的作用。然而無機(jī)鹽對(duì)檸 檬酸發(fā)酵影響是十分復(fù)雜的， 它因菌種、原料、生產(chǎn)方式不同而不同。 黑曲霉對(duì)無機(jī)鹽及微量元素的要求 要求 KH2PO4 含量 /% KCL 含量 MgSO4178。為了節(jié)約降溫能耗，我國在選育玉米發(fā)酵菌種時(shí)，有意地提高馴育溫度，故可在（ 37177。在正常情況下發(fā)酵過程中，發(fā)酵 24h 左右，草酸積累達(dá) %左右，隨著檸檬酸的積累， pH逐步下降，而草酸逐步被轉(zhuǎn)化，至發(fā)酵結(jié)束 時(shí)，總雜酸量為 5~7g/L。在玉米粉的檸檬酸發(fā)酵中，初始 pH 不加調(diào)節(jié)，為自然 pH，約為 。這時(shí)候會(huì)有少量的檸檬酸產(chǎn)生，但是由于發(fā)酵醪液固形物較多，原料成分繁雜，其中金屬離子含量較多， 緩沖作用大，再加上檸檬酸是三個(gè)羧基的有機(jī)酸。 c 控制生物量： 正常的發(fā)酵液中生物量應(yīng)控制在 12~20g/L，過多的生物量會(huì)影響氧的溶解，增加發(fā)酵罐攪拌功率，且消耗了大量葡萄糖（一般認(rèn)為每增加 1g 生物量，要消耗1g以上的葡萄糖）。當(dāng)生物量過低，雖然溶氧較高，但檸檬酸的合成速度也較緩慢。對(duì)溶氧的影響也較菌絲形式的菌體低。當(dāng)發(fā)酵進(jìn)入產(chǎn)酸期只要有幾分鐘的缺氧時(shí)間，就會(huì)對(duì)發(fā)酵造成嚴(yán)重影響，甚至完全失敗。遇到停電或因設(shè)備故障而造成通風(fēng)中斷時(shí)，要采取緊急措施 :關(guān)閉進(jìn)出空氣閥 。如事故發(fā)生在發(fā)酵液 pH＞ 時(shí)，恢復(fù)期較快，產(chǎn)酸稍 有影響，如發(fā)生在 pH小玉 時(shí)，恢復(fù)期會(huì)拖長到 10 余小時(shí)，甚至難以恢復(fù)。通風(fēng)量不是一個(gè)固定值，應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基的質(zhì)量、菌種生長需要、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及其攪拌漿的型式和周線速度以及罐壓而定。通風(fēng)量過大菌體過早進(jìn)入衰亡期，也不利于 CO2 的固定，且動(dòng)力浪費(fèi)過多。 三、檸檬酸發(fā)酵染菌的防治 檸檬酸發(fā)酵常見的污染菌：檸檬酸發(fā)酵初期，即發(fā)酵液 pH 時(shí)，常見的污染菌為細(xì)菌、酵母、曲霉及青霉菌等，隨著發(fā)酵液 pH 的下降，大多數(shù)細(xì)菌和曲霉被抑制或自溶，而耐酸性的酵母和青霉菌等繼續(xù)繁殖，重者導(dǎo)致發(fā)酵倒罐，輕者產(chǎn)酸很低且粘度增加，提取困難。 防、治染菌措施：解決發(fā)酵工業(yè)的染菌問題，不言而喻，應(yīng)以防為主。疏于防而重于治則必事倍而功半。 （ 2） 搶救染病措施： ①細(xì)菌污染醪的處理：發(fā)酵前期污染細(xì)菌，可加大通風(fēng)量，使發(fā)酵迅速轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段，當(dāng) pH下降至 以下時(shí)，細(xì)菌可被抑止或自溶死亡（含米曲霉菌）。如細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，本菌較少（某些細(xì)菌所產(chǎn)生的毒素能抑制或溶解黑曲霉菌體），則須將發(fā)酵液 pH 調(diào)節(jié)到 ~，重新按常規(guī)消毒。 早期發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基稍有異味而總糖消耗不多，最好把 pH 下調(diào)至 ~后，間接加熱至 90℃重新滅菌，一級(jí)接種繼續(xù)發(fā)酵。后期污染酵母，如產(chǎn)酸已達(dá)到可提取程度，可提前加熱滅菌后放罐提到。 ③污染曲霉及青霉的處理：如污染米曲霉，當(dāng) pH＜ 危害不大。對(duì)付這種污染的措施：早期發(fā)現(xiàn)，可另補(bǔ)充一些新培養(yǎng)基，加 CaCO3 調(diào) pH至 ~， 重新滅 菌，一級(jí)接種發(fā)酵。25+2545} 247。6） 247。12+ 解得： D= H= 橢圓封頭的體積： V=πD2（ hb+D247。4= m3 封頭厚度： ξ=Pi247。 (2105)=24mm 查表得，封頭重量為： 3128kg 內(nèi)壓圓筒厚度： δ=PDi247。(2105) = 取 24mm 查表得， 1m高筒節(jié)鋼板重量為： 發(fā)酵 罐罐體重量為： =36233kg 發(fā)酵罐重量為： 42597kg 列管換熱面積比為 1: h 列管 =200247。1000） =708m 查表得，鋼管的重量為 列管的重量為 7264kg 200m3lCr18Ni9 的發(fā)酵罐體重 7264kg lCr18Ni9 的比熱容 (),用 蒸汽滅菌，使發(fā)酵罐在 下，由 20℃ 升到 125℃ ，其蒸氣量為： （ 42597+7264） （ 12520） 247。 D 空 =200= (3)滅菌過程的熱損失：輻射與對(duì)流聯(lián)合給熱系數(shù) a, 罐外壁溫度 70℃ a=+（ 7020） = 200m3發(fā)酵罐表面積為： S=4πR2+2πRH=4π(247。(2718125)=236kg （ 4）罐壁附著洗滌水升溫的蒸氣消耗： 2391000（ 12520） 247。（ 15%） =1895kg/h 每罐滅菌 ,用蒸汽量： 1895=2842kg/罐 每日用蒸汽量： 28422=5684kg/d 平均量 。24=四、水平衡 培養(yǎng)液冷卻水量 120℃ 熱料通過與生料交換，降至 95℃ ，再用冷水冷到 50℃ ，冷卻水由 20℃ 升到 50℃ ，計(jì)算冷卻水量（ W） : W=20390 （ 9550 ）247。[(3420) ]=日運(yùn)轉(zhuǎn) 3 罐，高峰用水量： 3=日用水量： 24=平均用水量： 247。 Q=[(30%(%+37%)247。2] 15633=122714392kj 玉米漿燃燒熱： Q=[()247。2] =68924618kj 菌體燃燒熱： Q=[5%247。[(3420)71]=363961kg/h=日運(yùn)轉(zhuǎn) 3 臺(tái)，高峰用水量： 3=日用水量： 24=1520t/d 式中 — 各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù) 平均水量 。24=五、連消器的確定（根據(jù)最大流量定） 連消器的直徑計(jì)算： 發(fā)酵車間每批要連消的培養(yǎng)液為 m3 ，連消時(shí)間為 3h,培養(yǎng)液在塔中線速 度u=d=(4V/) 式中 v 為培養(yǎng)基流量 m3 /s U為培養(yǎng)液在器中的線速度 m/s 連消器的高計(jì)算： H=U*τ=25= 式中： τ為培養(yǎng)液在塔中停留時(shí)間 25s 六、維持罐的確定（根據(jù)最大流量定 ） 維持罐容積 V總 =（ G*r） /60Φ=(10)/(6090%)=5? 式中： G 為培養(yǎng)基流量 ? /s r 為維持時(shí)間 min Φ 為充滿系數(shù)，取 90% 維持罐的直徑計(jì)算 設(shè) Ha=,則 V總 =（ JID2） /4*He=() /4=5? 七