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发酵温度控制中的应用

PLC在啤酒发酵温度控制中的应用在啤酒发酵温度控制中的应用在啤酒发酵温度控制中的应用在啤酒发酵温度控制中的应用啤酒的发酵过程是在啤酒酵母的参与下，对麦汁的某些组成进行一系列代谢，从而将麦汁风味转变为啤酒风味的过程。啤酒发酵是啤酒生产工艺流程中关键环节之一，也是一个极其复杂的在发酵罐内发生并释放大量热量的生化放热反应过程。由于这一过程中不仅麦汁中的可酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞酶分解为乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2），同时还产生一系列的发酵副产物。

如：双乙酰，高i级醇、醛、酸、酯等。这些代谢产物的含量虽然***，但它们对啤酒质量和口味的影响很大，而这些中间代谢产物的生成取决于发酵温度。因此发酵过程是否正常和顺利，将直接影响到***终啤酒成品的质量。比如，发酵过程的温度若发生剧烈变化，不仅会使酵母早期沉淀、***、***、自溶，造成发酵异常，还直接影响到酵母代谢副产物组成，从而对啤酒酒体与风味，及啤酒胶体稳定性造成危害。所以发酵过程工艺条件的控制历来都受到酿酒工作者的高度重视。

过去啤酒发酵过程中各种工艺参数的控制，多用常规表显示，人工现场操作调节，手工记录来实现。然而随着啤酒产量的不断增大，发酵罐数量逐步增多（有的厂已达30～40个），倘若仍然沿用常规办法，不仅会因仪表众多，给工人的生产操作造成极大的不便，而且还会因疏忽、错漏等人为原因，造成生产质量的不稳定，甚至发生生产事故。因此，设计用可编程控制器（PLC）自动控制啤酒发酵罐的发酵温度。

发酵罐的基本结构有那几部分组成？

发酵罐在实消过程中，夹套通蒸汽预热时，必须控制进汽压力在设备的工作压力范围内，否则会引起发酵罐的损坏，在空消及实消时，一定要排尽发酵罐夹套内的余水，否则可能会导致发酵罐内筒体压扁，造成设备损坏；在实消时，还会造成冷凝水过多导致培养液被稀释，从而无法达到工艺要求。发酵罐在空消、实消结束后冷却过程中，严禁发酵罐内产生负压，以免造成污染，甚至损坏设备，在各操作过程中，必须保持空气管道中的压力大于发酵罐的罐压，否则会引起发酵罐中的液体倒流进入过滤器中，堵塞过滤器滤芯或使过滤器失效，请勿强行拆卸或维修发酵罐。

发酵罐的基本结构组成：

1. 溶氧控制系统：空气流量计：通过调节空气流量的大小来手动调节发酵液中的溶氧水平。 搅拌马达和搅拌联动装置：发酵罐搅拌马达提供旋转的动力，带动搅拌联动装置转动；后者的叶片搅动发酵液，打散气泡，增加气液的接触界面，从而提高溶氧水平。

2. 罐体：实验室用的发酵罐的体积一般为几升至几十升，其罐体通常由玻璃构成。

3. 探测装置：典型发酵罐的探测装置有：

(1) 温度探头：监测培养过程中的温度变化。

(2) 溶氧电极：直接浸在发酵液中，监测发酵液中的溶氧变化。

(3) pH电极：直接浸在发酵液中，监测发酵液中pH的变化。

4. 温度控制系统：包括发酵罐罐体底部冷却水管和空气出口处的冷凝器上的冷却水管。由于发酵过程中通常会产热，通入冷却水可以维持温度的恒定。

5. 酸碱平衡装置：通过蠕动泵可以把酸性或碱性溶液泵入到发酵液中以调节其pH值。

6. 其他装置：接种口：通过接种口往发酵罐中接入种子液，同时也可以在发酵过程中补充营养。取样口：通过取样口可以从发酵罐中取出一定量的发酵液以供各种检测分析。

发酵罐有着哪些广泛的应用？

发酵罐发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，我们需要对有关参数进行定期取样测定或进行连续测量，以确定其参数对于发酵罐发酵过程的影响程度。发酵罐反映发酵过程变化的参数可以分为两类：一类是可以直接采用特定的传感器检测的参数。它们包括反映物理环境和化学环境变化的参数，如温度、压力、搅拌功率、转速、泡沫、发酵液粘度、浊度、pH、离子浓度、溶解氧、基质浓度等，称为直接参数。

另一类是至今尚难于用传感器来检测的参数，包括细胞生长速率、产物合成速率和呼吸嫡等。这些参数需要根据一些直接检测出来的参数，借助于电脑计算和特定的数学模型才能得到，因此这类参数被称为间接参数。上述参数中，发酵罐对发酵过程影响较大的有温度、pH值和溶解氧浓度等。

发酵罐温度对发酵过程的影响是多方面的，它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制。除这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。发酵罐发酵温度是既适合菌体的生长，又适合代谢产物合成的温度，它随***、培养基成分、培养条件和菌体生长阶段不同而改变。理论上，整个发酵过程中不应只选一个培养温度，而应根据发酵的不同阶段，选择不同的培养温度。在生长阶段，应选择***适生长温度，在产物分泌阶段，应选择***适生产温度。

但实际生产中，由于发酵液的体积很大，升降温度都比较困难，所以在整个发酵过程中，往往采用一个比较适合的培养温度，使得到的产物产量***i高，或者在可能的条件下进行适当的调整。发酵罐发酵温度可通过温度计或自动记录仪表进行检测，通过向发酵罐的夹套或蛇形管中通人冷水、热水或蒸汽进行调节。发酵罐工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，在这种情况下通常还需要加以冷却，利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通人夹套或蛇形管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。

微生物发酵的***适氧浓度与临界氧浓度是不同的。前者是指溶解氧浓度对生长或合成有一***适的浓度范围，后者一般指不影响菌体呼吸所允许的***i低氧浓度。为了避免生物合成处在氧限制的条件下，需要考察每一发酵过程的临界氧浓度和***适氧浓度，并使其保持在***适氧浓度范围。发酵罐在供氧方面，主要是设法提高氧传递的推动力和氧传递系数，可以通过调节搅拌转速或通气速率来控制。同时要有适当的工艺条件来控制需氧量，使菌体的生长和产物形成对氧的需求量不超过设备的供氧能力。发酵罐发酵液的需氧量，受菌体浓度、基质的种类和浓度以及培养条件等因素的影响，其中以菌浓的影响***为明显。发酵液的摄氧率随菌浓增大而增大，但氧的传递速率随菌浓的对数关系减少。