生物反应物料处理

1. 原料——粉碎、配料/选料、输送
2. 灭菌——无菌空气(空压机)、动力、蒸汽(锅炉)
3. 发酵(反应)——菌种接种
4. 提取(下游技术)——沉淀分离、过滤、离心、超滤、反渗透；干燥、蒸馏
5. 产品(包装)——投放市场

谷物原料常含杂质(泥土、砂石、草籽、杂谷、金属)，须先筛除；还需按粒度分级。

发酵工厂常用振动筛和转筒筛。

多层筛面分级 + 吸风道除轻杂。

部件：进料斗、进料压力门、吸风道、沉降室、第一/二/三层筛面、弹簧振动器、电动机、偏心轮、调节风门等(标注1–23)。

原大麦→控料闸→风选→往复振动机构筛分 → 分出大杂、轻杂、细杂、粗杂。

顶部：吸风口、沉降室、活门。

原料常混磁性金属杂质，不清除会损坏高速运转的粉碎机/精选机，须用磁铁分离器分出金属杂质。

• 永久磁铁：结构简单、维护方便、不耗电；但磁力较弱、会退磁。
• 电磁铁：磁力稳定可靠；但需一定电流、结构稍复杂。

常用：平板式和旋转式两种。

物料经控料闸沿倾斜木槽(倾角30–40°)通过马蹄形磁铁。

磁铁排成一排镶在木槽中，可一排或多排；被吸住的铁块人工取下；停用时用铁板盖住磁极以保磁性。

部件：上机体、磁铁滚筒、下机体、铁隔板、电动机、蜗轮减速器、拨齿、观察窗、大麦出口、盛铁盒。

由半圆形磁芯+旋转滚筒组成。滚筒与磁芯间隙不超过2mm。

铁块被吸附到滚筒表面，随滚筒转至磁极隔离带(无磁区)自动落入盛铁盒。

除铁粗选后精选分级，除去圆形杂粒——尤其断裂的半粒大麦"伤麦"和草籽(伤麦易发霉、草籽带异味)。

四种设备：碟片式精选机、滚筒式精选机、平板分级筛、圆筒分级筛。

部件：进料口、碟片、轴、绞龙、大/小链轮、链条、隔板、孔、长粒物料出口、溜板(标注1–12)。

工作面积大、转速高、产量比滚筒精选机大、碟片损坏可更换。

部件：滚筒、袋孔、绞龙、收集槽。短粒被袋孔托起入收集槽，长粒留筒内前进 → 长短分离。

分离出的杂粒含大麦少；缺点：袋孔利用系数低、产量较低、工作面磨损后不能修复。

多层筛面，未分级大麦从顶进，逐层分出 Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 号大麦及夹杂物。

卧式旋转圆筒，筛孔由小到大分布。

随筒身旋转依次分出 饲料大麦 → 二级大麦 → 一级大麦。

优点：设备简单，电机传动比平板分级筛方便。

缺点：筛面利用率小，仅为筛面的1/5左右。

粉碎后颗粒小、表面积大 → 加速蒸煮溶解、省蒸汽、降能耗、提高淀粉利用率、减少管道阻塞，便于连续化生产。

五种破碎方式：挤压、冲击、研磨、剪切、劈裂。

口诀：挤·冲·研·剪·劈

1. 颗粒大小均匀
2. 已碎物料立即从轧压部位排除
3. 操作自动化(自动卸料)
4. 易磨损件容易更换
5. 粉尘少(环保+工人健康)
6. 障碍时保险装置自动停机
7. 单位产品能耗小

用于中等硬度物料(瓜干、玉米)及脆性物料。

物料含水量应<15%(防堵筛孔)；锤刀与筛网径向间隙5–10mm可调。

三大件：转子、锤刀、机壳。

进料→冲击板、锤刀冲击粉碎→筛闸控制粒度→出料。

锤刀规格 40×125–180×6-7mm；转速 25–55 m/s。

优点：构造简单紧凑、能碎各种物料、粉碎度大、产能高、运转可靠。

缺点：机械磨损比较大。

双腔双转子结构，提高产量。

用于子粒状物料的中碎、细碎。啤酒厂粉碎麦芽和大米都用辊式，常有两/四/五/六辊式。

两个等径、相对方向转动的圆柱辊筒。圆周速度 2.5–6 m/s。

等速只挤压；有 15–20% 转速差 → 挤压+剪切，增大粉碎度。

一辊固定、一辊可移动调间隙；可移动辊后装推力弹簧(超载保护)。表面分光辊、丝辊。

进料落两辊间，破碎产品下方排出；机架、活动轴承、压缩弹簧(调间隙+超载保险)。

部件：1 弹簧　2 辊筒　3 机座。

两对辊筒 + 一组筛子。第一对粉碎后，筛选分出皮壳，粗粉再进第二对粉碎。

物料→上辊筒→筛分(分出皮壳)→下辊筒；产物：细粉、皮壳。

前三辊是光辊(两个磨碎单元)，后两辊是丝辊(一个磨碎单元)。配筛选可分出细粉、细粒、皮壳，性能好可调。

物料经五辊逐级粉碎，分出细粉、细粒、皮壳。

三对辊筒：前两对光辊(避免太细影响麦汁过滤)，第三对丝辊把筛出粗粒碎成细粒，利于糖化浸出。

物料→三对辊筒逐级粉碎，分出细粉、皮壳、细粒。

磨碎大米、玉米、豆类。两个带齿沟纹圆盘：一个动盘(随轴转)、一个静盘(固定外壳)。

物料由料斗送入团盘中心，离心力甩出经缝隙被研磨+剪切粉碎，缝隙可调。

单转盘(甲，一动一静)与双转盘(乙，两盘反向转，作用更强)。

部件：物料输入、动磨盘、静磨盘、粉粒输出。

由转筒+硬质球体组成。转筒转→球升起→重力超离心力时掉落撞击物料+研磨。

转速过慢撞击弱；过高球随筒转不下落。合适转速：

球料：锰钢/铬钢/辉绿岩/鹅卵石；装球量为转筒容积的 30–45%；长径比 1–1.5。

转筒内衬猛钢护板，一高一低波形内壁增强撞击力。

滚筒加料机、输料螺旋、混合器、进水管、转子流量计、破碎机、糖醪混合泵、旋风分离器、二级破碎机、加热器、风机。

1. 消除粉尘、改善环境、降耗
2. 淀粉吸水膨胀，提高蒸煮效果
3. 粉碎后预热，提高蒸汽利用率
4. 有水运转减少磨损、省维修费

糖蜜酒精发酵前需稀释、酸化、灭菌、添加营养盐；供此用途的设备为糖蜜稀释器。

分间歇(带搅拌的稀释罐)与连续两种；中国糖蜜酒精厂多用连续稀释法。

卧式管道，糖蜜入口经热水、营养盐、酒精酵母加入口连续稀释，糖蜜出口排出。

立式塔，内设隔板与固定杆；糖蜜从顶进，冷热水侧入。

立式塔内交错斜板(约60°)，糖蜜/蒸汽/水/营养液顶入，糖液底排。

立式管径反复胀缩，糖蜜顶进，水/蒸汽/营养液底入，变径处湍流强化混合。

立式变管径结构，糖蜜顶进，蒸汽/营养液/水/糖蜜底部接管入。

（略）

原料多为大麦、麦芽、大米、玉米、小麦，须发酵需先糖化。

糖化＝利用麦芽自身的酶(或外加酶)使淀粉、蛋白质等高分子降解，溶出糖类、糊精、氨基酸、肽类 → 麦芽汁(麦汁)；溶解物＝浸出物。

促麦芽及辅料含物有效溶解，制成合格麦芽汁。要求：收得率高、分解分离快、能耗低。

粉浆罐、粉浆泵、蒸煮罐、高分子加热器、后熟器、喷淋冷凝器、喷淋冷却器、混合喷射器、蒸汽喷射泵。

粉浆底进、加热蒸汽通入、糊化醪顶出。

部件：粉浆入口、加热蒸汽、糊化醪出口、安全阀、罐耳、温度计测温孔、人孔。

糊化醪入/出口、耳架、自控液位计、压力表、二次蒸汽入口、人孔、安全阀、液位指示器。

列管/套管式换热器。

真空冷却器、冷凝器、喷射器、冷水进口、料液进口。

连续把糊化醪与水稀释，并与液体曲(麸曲乳)及糖化酶混合，定温定时保持流动，利于酶活动。

部件：糊化醪入口、水/曲/糖化酶进口、无菌压缩空气、搅拌器、蒸汽喷射管。

Ⅰ汽液分离器　Ⅱ糖化曲液计量罐　Ⅲ真空糖化罐　Ⅳ冷凝器　Ⅴ三级真空冷却器　Ⅵ三级冷凝器　Ⅶ糖化醪泵。

分两锅式、四锅式、六锅式。

两锅式：糊化锅兼煮沸锅 + 糖化锅兼过滤槽(适小厂)。四锅式：糊化、糖化、过滤、煮沸各独立。

煮出法中糊化锅、糖化锅利用率低(仅 ~50%)，加过滤槽+煮沸锅成六器组合增产量，扩建糖化车间采用。

大米粉进口、热水进口、搅拌器、加热蒸汽进出、糊化醪、污水、麦芽乳进出、环形槽、人孔。

搅拌+加热夹套，醪液出至糊化/糖化锅，下设糖化醪过滤槽。

电动机、减速箱、出料阀、搅拌机、锅体、排气管、视镜、冷热水进口、麦汁入口、人孔门。

内置列管加热器，蒸汽+冷凝水进出，醪液在锅内对流循环。

1 煮沸锅　2 外加热器　3 麦汁泵；麦汁送往回旋沉淀槽。

1. 麦汁可达 106–108℃，煮沸缩短至 60–70min
2. 密闭煮沸降色度、促 α-苦味酸异构化、提酒花利用率
3. 蛋白凝固分离好、发酵好、过滤性改善
4. 自清洁好，每周清洗一次省碱省时

赋予香气和爽口苦味；提高泡沫持久性；使蛋白沉淀利澄清；本身抑菌增强防腐能力。

人孔拉门、喷水管、出醪槽、电动机、变速箱、筛板、麦汁出口、糖化醪入口、耕糟装置、犁形耙、排气管、筛形风帽、糟体糟底。

麦汁醪管/室、开气管、出醪管、换麦封口管、排污水管、麦汁出口管、麦糟滤渣到麦槽、排麦糟阀门、麦汁泵。

生产多用蒸汽加热灭菌(方便经济)。蒸煮与灭菌目的不同：蒸煮温度低、加热维持时间长。

加热温度时间既灭菌也破坏养分→须恰当掌握。

也可用化学药物/电磁波杀菌，或机械(过滤、离心、静电)除菌；但大量培养液处理广泛用蒸汽加热。

微生物受热破坏＝生活能力丧失，源于细胞内反应。杂菌受热死灭属蛋白质失活变性＝一级反应。

N＝活菌数，−dN/dτ＝kN，积分得：

要求绝对无菌(Nₛ=0)则时间→∞ 不可能，故留残余活菌计算。工程取 Nₛ=10⁻³ 个/罐(每1000罐残1活菌)。

k 越小越耐热；细菌胞子(芽胞)抗热高于营养细胞，芽胞 k 值比营养细胞、霉菌胞子小得多。

用阿累尼乌斯方程：

活化能大→速度常数随温度变化大。提高温度时，杂菌死亡速度的增加远大于养分破坏速度的增加 → 这是高温短时灭菌的理论依据。

lg k 对 1/T 作图：细菌孢子、维生素、蛋白质各有不同斜率(斜率大者对温度更敏感)。

以维生素B₁为例：灭菌温度越高、时间越短、养分破坏率越低。

低温长时(110℃数百min)破坏大；高温短时(145–150℃数min)破坏极低。(数值以原表为准)

尽量高温短时，经连续加热、维持、冷却后入发酵罐。

优点：①提产量(受热短、周期短、成分破坏少) ②质量易控 ③蒸汽负荷均衡、锅炉利用率高 ④适于自控 ⑤降劳动强度。

1 料液罐　2 连消泵　3 连消塔　4 维持罐　5 喷淋冷却器；加消泡剂，灭菌后去发酵。

培养液由下部外管圈进入，内外管间上流，被内管小孔蒸汽加热到 383–403K。

逗留 15–20s，线速度 <0.1 m/s。内管 45° 斜喷孔、向内开孔、孔距小渐减使均匀加热。

喷孔易堵，孔径不宜大，约 6mm。

培养液下端进，蒸汽侧入成环形加热料液(喷出口高度适宜防噪音)。上升液被圆形挡板挡向四周上升，再被蒸汽二次加热。

料液上部进，维持灭菌温度后去喷淋冷却器。

部件：人孔、进料罐、出料罐、温度计测温口、排尽管、压力表、排气、排污。

生培养液 → 喷射加热(蒸汽) → 维持段 → 膨胀阀 → 急速冷却器(真空)。

料液经渐缩喷嘴高速喷出，吸入蒸汽混合，经扩大管把温度能转为压力能，料液被压入管道。

部件：喷嘴、蒸汽入口、混合喷嘴、混合段、扩大管。

生培养液经冷却水段预热 → 蒸汽段加热 → 维持段保温灭菌 → 输出(含热回收)。