发酵系统（通用8篇）
摘要：介绍了一种能够为温室供能用的沼气发酵方法及发酵系统的专利技术。发酵系统具体由生物酸化积肥装置、缓冲调节池、高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置等依次经管道和阀门连接组成。发酵方法具体步骤包括生物酸化积肥装置的启动和原料的生物酸化储存，高效沼气发生装置的启动、沼气生产供应、休停和再启动等。该技术与传统沼气技术相比，具有一定的优势能够根据温室生产实际，及时把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到产酸积肥池中，然后根据温室供能需求，随时通过发酵系统生产沼气。发酵残渣根据生产需要分批取出用于温室有机肥。该技术实现了可以根据温室需求对沼气发酵灵活调节的要求。
关键词：沼气；温室；供能；可调控性
1．引言
温室是现代农业工程中重要的技术主题，温室的发展使传统露天农业转化为保护条件下的可控制农业[1]。目前国际上，温室已经广泛应用于花卉、蔬菜栽培[2]。温室栽培的最大优势是通过温室环境的控制，满足作物的最佳生活条件，抵抗自然灾害等，从而获取最大的生产效益。在温室管理中，温室冬季加温、补光和二氧化碳施肥是重要的环境调控措施[3]。这些调控过程都需要能源的消耗，目前的能源消耗以一次化石能源煤和二次能源柴油、电力[4]为主。这些能源的大量消耗一方面加重了全社会的能源供给负担，另一方面也大幅度提高产品的生产成本。受能源价格影响，许多温室不得不放弃温室的冬季加温、补光和二氧化碳施肥，这样不仅不能充分发挥温室的应有功能，甚至会造成温室管理的失败。
在温室管理中，每年会产生大量的种植业有机废弃物。目前，这些被随意堆放的废弃物，造成了严重的农业面源污染[3，4]。然而，这些有机废弃物本身富含大量有机质，是非常好的沼气生产原料。如果能用温室生产管理过程中产生的有机废弃物来生产沼气，从而替代煤、石油、电力等不可再生能源用于温室供能，不仅可以降低温室供能成本，同时废弃物中的营养物质又可以循环利用，减少废弃物排放，改善农业环境。但是，迄今为止没有沼气在温室供能领域应用的成功案例。
2．传统沼气技术与温室供能需求的背离
沼气发酵技术可以分为两类，即传统沼气发酵技术和水溶性有机物高效沼气发酵技术[5,6]。这两类技术应用于温室沼气供应都存在诸多技术难点。具体分析如下：
传统的沼气发酵技术，利用复杂性有机质发酵沼气，沼气产生具有非常大的周期性，往往开始投料时产气慢，中间产气旺盛，而且一旦沼气发酵系统启动，是否产沼气和产生多少沼气，要受原料特性和发酵规律的内在约束，很难调节。而温室用能表现在取暖、二氧化碳施肥等方面，这些能源需求往往受天气的控制，而天气又变化无常。因此，往往是要气时没有气，不要气时产气，如果满足需求将要建立庞大的储气装置，这在投资和占地上是不允许的。如果根据长期天气预报进行计划式投料，在理论上可行，但在实践上是难操作的。一方面，长期天气预报目前的准确性较差，另一方面，关于复杂有机质的产气规律不可能准确预测。同时，温室产生有机废弃物是分散在全年的各个时段，所产生的废弃物大多易腐烂，很难储存。因此传统的沼气技术基本不能适应温室供能需求。
水溶性有机物高效沼气发酵技术，利用可溶解的简单微生物进行沼气发酵，采用高效反应器可以实现较高的效率[7,8]。一是可溶性有机质非常容易反应，沼气的产生量在反应器负荷允许的范围内，基本决定于短期内的进料量，即进料多产气量大，进料少产气量小，停止进料短期即停止产气。二是成熟反应器中的沼气发酵厌氧微生物具有非常强的耐饥饿性，在长期不进料的情况下，反应器内的微生物能够长期耐受，而且再启动时可以迅速恢复正常高效产气。水溶性有机物高效沼气发酵技术的以上两点技术特征均符合温室需能波动性的要求。但是，如果单独为了温室供能需要而刻意外购水溶性有机物作为发酵原料生产沼气，不仅成本上与化石能源不具竞争优势，而且也达不到生物质废弃物资源就地利用、开展循环经济和环境建设的目的。因此，水溶性有机物高效沼气发酵技术也不适合温室供能需求。
3．技术内容
本文提供一种可以根据温室生产实际，把分散在全年产生的种植业有机废弃物投加到发酵系统中，然后根据温室供能需求，随时通过发酵系统生产沼气，能够为温室提供可用的沼气发酵系统及发酵方法。其中，发酵系统由生物酸化积肥装置、缓冲调节池、高效沼气发生装置、出水沉淀池、出水暂存池和沼气缓存装置依次经管道和阀门连接组成。其结构如图1所示。其中，生物酸化积肥装置和缓冲池设置主控制阀，缓冲池与高效沼气发生装置之间设置泵，高效沼气发生装置、出水沉淀池出水暂存池之间通过水的重力自流完成连接，出水暂存池同时与缓冲调节池和生物酸化积肥装置相连，中间依次设泵和配水器，高效沼气发生装置联接沼气缓存装置。
为了保证沼气发酵能够满足温室供能需求，以上发酵系统按如下步骤管理
第一、进行生物酸化积肥装置的启动和原料生物酸化储存，具体方法如下
（1）按相当于温室平均每天产生量的2.5～3.5倍质量收集温室种植业有机废弃物或其他种植业有机废弃物作为启动原料，对启动原料进行粉碎预处理；
（2）向步骤(1)所得预处理原料中添加含N元素物质，混合，控制混合料碳氮比为(20：1)～(30：1)；
（3）将步骤(2)所得混合料投入到初次使用的生物酸化积肥装置中，加入接种
物进行接种，混合，得到发酵原料，接种物的加入量为启动原料干重的3%～5%；
（4）向步骤(3)中生物酸化积肥装置中加水进行发酵，水的加入量为至少高于启动原料平面10cm，发酵温度控制在20～40℃；
（5）经过4～5天发酵后，发酵液pH值降到6以下，即完成酸化积肥装置的启动；
（6）按照步骤(1)～(2)的方法随时收集处理温室生产的有机废弃物，及时投入已经启动的生物酸化积肥装置中，不需接种，直接加水至原料平面以上10cm；
（7）重复步骤(6)直至一个生物酸化积肥装置投满，重新启用另一个生物酸化积肥装置，重复操作步骤(1)～(6)；
第二、进行高效沼气发生装置启动，调控装置运行满足温室用能与沼气生产的协调，具体方法如下：
（1）高效沼气发生装置启动：投入接种物进入高效沼气发生装置，用水或水与生物酸化积肥装置中抽出的酸液混合物加满沼气发生装置，静止3～5d，接种物加入量为3～10kgVSS/m3；从生物酸化积肥装置抽出有机酸液泵入缓冲调节池中，用出水暂存池中的系统出水或外来水调节，控制有机酸液的化学耗氧量（COD）浓度为～5000mg/L，作为沼气发酵料；按0.5kgCOD/(m3・d)～2kgCOD/(m3・d)的速率阶段式调整水力负荷，连续进料直到实现水力负荷为5kgCOD/(m3・d)～10kgCOD/(m3・d)，即完成沼气发生装置的启动，整个启动大约需50～80d。启动期间，温度控制为25～35℃。负荷调整的原则为，每次水力负荷调整运行稳定后，才开始进行下一阶段负荷的增加；沼气发生装置的出水经沉淀池沉淀后，流入出水暂存池，部分作为生物酸化积肥装置液体补加，部分用于缓冲调节池酸液的发酵料调节使用。（2）沼气生产供应：根据温室生产实际预算沼气需求的时间和数量，按1kgCOD产0.4～0.5m3沼气折算有机酸液的需求数量和时间，并按时按量从生物酸化积肥装置中抽机酸液进入缓冲调节池，按步骤（1）中所述方法调节成沼气发酵料；按5kgCOD/(m3・d)～30kgCOD/(m3・d)水力负荷的流量，采用间歇或连续方式向已经启动好的沼气发生装置中进料进行沼气生产，产生的沼气进入沼气缓存装置备用；进料的流速控制、间歇或连续方式取决于每次沼气的需求量和沼气缓存装置的体积。沼气需求大、沼气缓存装置体积小时，采用大流量连续进料，反之，使用小流量间歇进料；当一个生物酸化积肥装置中的抽出物小于800～1000mg/L时，即该生物酸化积肥装置停止产酸，停止从该装置继续抽取发酵液。
（3）沼气生产休停：对于启动好而温室不需要使用沼气，或者一个沼气使用周期结束，温室很久不使用沼气时，停止向高效沼气发生装置中继续进料，装置进入休停状态。休停期间，保持每10～30d补加一次发酵料，保证系统内微生物的营养需求。补加发酵料的调节方法同步骤（1）所述；补加发酵料的.量为反应器体积1～3倍，补加速度为2～5kgCOD/(m3・d)。
（4）沼气生产休停后的再启动：对于步骤(3)中已经处于休停状态的高效沼气装置，再进入新的用气周期前必须进行再启动；再启动的方法是在新用气周期开始前3～10d，按照步骤(1)中所述方法调节发酵料，按1.8kgCOD/(m3・d)～2.2kgCOD/(m3・d)负荷向高效沼气装置进行适应性进料。
（5）应急措施
如果温室自身产生的有机废弃物的总沼气产生潜力与温室总供能所需沼气数量存在较大缺口时，可以通过其他来源获取有机固体废弃物，如干粪便、干秸秆或青草等中的任一种进行补充；如果短期温室用能过大，生物酸化积肥装置中产生的酸液不能及时提供沼气生产所需求的发酵料，可以临时向其中一个生物酸化积肥装置中持续补充劣质淀粉原料，进行快速产酸，满足紧急供能的生产需求。
在实际应用中，为保证系统的调节灵活性，生物酸化积肥装置2一般设置6～12个，总体积为温室一年有机垃圾产生总体积的60%～80%。为了保证发酵料浓度和数量调节的可靠性和灵活性，通过多个处于不通反应阶段的生物酸化积肥装置中同时抽取酸液，连同系统出水共同混合调节。
4．应用案例
案例1：上海某花卉公司的温室
某花卉公司用户，地处上海地区，拥有10000m2温室。根据全年气候，管理者确定温室全年需求集中在两个周期：12月初到来年的2月中旬为冬季加温供能期，6初到9月底的二氧化碳施肥用能期。高效沼气发生装置是AF结构，沼气在当年的9月开始启动，启动完成就进入冬季供能阶段，进入12月，沼气装置启动完成，即进入当年的加温供能沼气生产期，具体每天的沼气需求量根据天气具体变化决定。进入第2年2月中旬，气温升高，温室不再需要加温供能，管理者停止向反应器进料，高效沼气发生装置进入休停期。休停期间管理者每15天用COD浓度为4000mg/L的混合发酵液，按2kgCOD/(m3・d)的负荷补加相当于反应器体积1.5倍体积的发酵料，补充装置营养。进入6月光照增强，为了增加温室效益，管理者采用了二氧化碳施肥管理。管理者在6月初比沼气需求提前7天按2kgCOD/(m3・d)负荷进行适应性进料，第7天完成重启动后进入夏季沼气供应期管理。由于上海地处暖温带，一年中的能源供给时间短，没有发生原料短缺和紧急供能不足的情况。
案例2：淮北某蔬菜公司用户
该地区地处皖北，拥有30000m2温室。根据全年气候规律，管理者确定温室全年需求集中在两个周期：11月中旬到来年的3月中旬为冬季加温供能期，6初到9月底的二氧化碳施肥供能期，具体每天的沼气需求量根据天气具体变化决定。高效沼气发生装置是UASB结构，沼气在当年的3月开始启动，启动完成就进入夏季供能阶段，进入6月，沼气装置启动完成，即进入当年的二氧化碳施肥沼气生产期，具体每天的沼气需求量根据天气具体变化决定。进入9月中旬，光照指数降低，温室二氧化碳施肥效益下降，管理者停止向发酵器进料，高效沼
气发生装置进入休停期。休停期间管理者每20天用COD浓度为5000mg/L的混合发酵液，按5kgCOD/(m3・d)的负荷向补加相当于反应器体积2倍体积的发酵料，补充装置营养。进入11月中旬，气温降低，为了保证温室内种植物正常生长，管理者采用了加温管理。管理者在11月初比沼气需求提前10天按3kgCOD/(m3・d)负荷进行适应性进料，第11天完成重启动后进入冬季沼气供应期管理。由于皖北地区冬季和春季温度相对较低，加温耗能较大，温室自身产生的有机肥废弃物总产沼气潜力不能满足温室生产的沼气需求，管理者另外购进2000kg干麦草，于9月下旬按照与步骤2相同的方法投入生物酸化积肥池备用。特别是第2年元月中旬，连续5天低温，温室加温用沼气消耗量急剧上升，生物酸化积肥池中抽出的酸液不能正常满足沼气生产需求，管理者从当地粮食储存部门购进200kg陈化小麦经粗磨后连续投入一个生物酸化储存池，快速产酸原料的投入满足了短缺的能源需求。
5．结论
根据以上技术内容和案例应用，可以看出该技术完全能够实现温室供能的沼气化，具体如下：
（1）通过酸化转化复杂性温室有机废弃物为可溶性有机质高效沼气，满足了沼气发酵可以根据温室需求灵活调节的需要。原料投入酸化积肥池后，在其中进行酸化转化成可溶性有机质，当酸化达到一定水平，酸化转化停止。原料在高酸度条件下得到保存，但是此时池内已经有大量酸液可溶性有机质存在。这些可溶性有机质在温室需要供能时可以马上提供发酵原料，产生所需沼气。
（2）多单元酸化积肥池以及缓冲调节池的设计，保证系统运行的可靠性和可调节性。原料在高酸度条件下得到保存，酸性条件使结构得到改善。在酸液适度抽取条件下，多单元酸化积肥池内的原料能够规律产酸。通过多单元酸化积肥池之间按比例抽取酸液进入缓冲调节池，获取适合的酸液浓度和数量，保证产沼气能够根据实际需求调节。
（3）原料酸化储存转化满足了分散原料收集，湿式储存和施肥的需要，降低了肥料储存难度和成本，减少肥料储存的环境影响。
参考文献
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关键词：啤酒,发酵,温度,PID,PLC
作为“液体面包”的啤酒是盛夏首选饮料。啤酒以大麦芽﹑酒花﹑水为主要原料, 经发酵酿制而成的, 它是具有酒花香和爽口苦味、营养丰富、风味独特的低度酿造酒, 含有人体所必须的七种氨基酸。酿造业的发酵通常是在密闭的容器中进行的, 作为啤酒生产过程中至关重要的一环, 发酵过程影响着啤酒的品质。以前的啤酒生产工艺已不再适应当今的生产规模和生产要求, 啤酒企业纷纷采用现代化工业自动控制系统来生产产品, 从而可以达到降低生产成本的目的。随着计算机技术的发展, PLC控制系统也在不断的发展和更新, 其功能日益强大, 已成为工业控制领域的主流控制设备之一。
啤酒发酵是啤酒生产过程中在酶的作用下生成水跟二氧化碳。啤酒发酵是放热反应的过程, 随着反应的进行, 罐内的温度会逐渐升高, 随着二氧化碳等产物的不断产生, 密闭罐内的压力会逐渐升高。啤酒发酵是一放热的生化反应过程, 通过调节发酵罐四周管道内的气流量从而实现对发酵液体温度的。过去对温度的调节是由操作人员根据给定的曲线, 手动调节气阀开度的大小来达到控制温度的目的, 这样由于操作人员的人为等因素在生产过程中产生的不良影响, 往往使控制效果不理想。为此, 啤酒生产的发酵工序提出计算机监控的要求, 采用PID控制算法, 使啤酒生产集控制与数据采集更合理, 从而更好的保证产品的质量, 提高产品生产效率。
1 啤酒生产工艺简介
啤酒发酵分主酵和后酵两个过程, 整个发酵过程都是发酵罐中进行的。
第一阶段是主酵阶段, 首先麦汁接种酵母进入发酵罐逐渐开始主发酵。在酶作用下分解淀粉释放出热量从而使整个罐内的温度逐渐上升。温度在上升一段时间后速度逐渐变慢, 随后酵母沉淀, 这时我们要对发酵罐密封, 使其自然发酵。第二阶段是后酵阶段, 后酵阶段分为2个降温过程, 第一个过程是当罐内温度降低到5℃左右时进行双乙酰还原。同时还需要继续进行糖类发酵, 更好的降低氧含量、沉淀蛋白质。第二个降温过程约以0.15℃/h的下降速率把罐内温度5℃降到0-1℃左右。
发酵罐中各种物质的转化速度受一系列因素的影响。压力和温度在发酵过程中对啤酒的品质和质量有很大的影响。首先压力增加可以使二氧化碳在啤酒中的溶解量加大, 同时减少啤酒中其他生成物。其次温度对发酵速度影响很大。高温发酵可以减少发酵时间, 缩短产品周期;低温发酵可以减少啤酒在发酵过程中产生的多余代谢物, 提高啤酒的质感。因此, 在啤酒生产过程中对温度跟压力的控制是极其重要的, 通过调节控制阀开度来控制好温度的升降速率, 从而是定啤酒生产质量。通常在管壁的夹套内注入液氨和冷酒精水来吸收在发酵过程中产生的热量, 从而达到控制发酵温度的目的。实现在发酵过程中自动控制温度的效果。
2 啤酒发酵的温度控制要求
根据对啤酒发酵工艺要求, 将啤酒发酵分为主发酵、降温和贮酒期三个阶段。三个阶段都对温度有严格的要求。
(1) 主发酵阶段:这个阶段温控应以上部为主, 通过对冷媒物流量大小来控制发酵罐上下温差, 一般温差保持在0.5—1.0℃, 从而实现上下发酵物更好的对流, 发酵反应更充分。
(2) 降温阶段:这个阶段温度的控制应以下部为主, 控制正好与主发酵阶段相反, 上部温度应高于下部温度, 只有这样才能使酵母更好的沉降。降温阶段控制温度的速度要缓慢、均匀。在降温开始和降温结束时, 应提前打开或关闭冷却冰水。
(3) 贮酒阶段:贮酒阶段的温度要求要达到0℃以下, 在这个阶段可以使啤酒的胶体更稳定的保持。温度控制要求平衡稳定为主, 禁止高低抖动变化, 只有这样才能保持酒体的稳定。
发酵过程中温度的控制除了对发酵罐冷却层温度控制外, 对冷却冰水温度的控制也非常重要。一般来说冷媒温度在-4℃左右即可, 温度过低发酵液体容易凝冰, 所以在自动控制过程对温度的监控至关重要, 但是在控制过程中还要考虑到发酵液冰点和冷传递等因素的影响。
3 程序流程图设计
啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性, 决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。为节省能源, 降低生产成本, 并且能够满足控制要求, 发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下3段的温度, 通过上、中、下3段液氨进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制的方法。
根据工艺流程的介绍, 可以总结出基本的程序流程图如图1所示: (1) 计算出啤酒发酵时间。在程序中必须能够得到每个发酵罐的起始发酵时间, 然后由当前时间计算出罐内啤酒的已经发酵时间。 (2) 计算当前时刻的设定温度。处在发酵过程中的每一个发酵罐根据各自的生产需要, 都有一个工艺设定曲线。在计算出发酵的时间之后, 可以通过计算得到当前时刻的设定温度。 (3) 计算当前时刻的电磁阀开度。在确定出当前时刻的设定温度之后, 使用简单的PID控制回路就可以计算出电磁阀的开度。
发酵过程中, 根据生产进度, 实时监控发酵罐上、中、下3段温度的变化, 根据3段温度曲线变化合理设计手动控制和自动控制, 同时可以进行手自动切换。在程序中设置各种报警, 在超过设定温度后要能停止生产的进行, 从而达到预定的控制效果。在工控界面要能如实反映出我们需要监测的各个过程的温度压力等等。同时在程序中要有程序复位功能, 这样在发生故障后和因操作人员操作偶尔失误而无法实现后续程序正常运行的情况。
对于采用外部冷媒间接换热方式来控制体积大、惯性大的发酵罐的温度的情况, 采用普通的控制方案极易引起大的超调和持续的震荡, 很难取得预期的控制效果。因此我们要根据不同季节和不同的发酵罐设计出不同的工艺温度和压力控制曲线, 来满足工厂对啤酒品质的要求。这不仅要求高精度, 高稳定性的控制, 还要求控制系统有极大的灵活性。用PLC采集数据和控制执行实时性好, 可靠性高。由于PLC可以用软件来改变控制过程, 并体积小, 组装灵活, 编程简单, 抗干扰能力强及可靠性高等特点, 特别适用于恶劣环境下运行。从而使PLC控制在啤酒发酵过程中发挥更大的作用。
参考文献
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摘 要：采用计算流体力学软件 Fluent 对50 L全自动发酵罐内不同两层桨叶组合的搅拌效果进行气液两相流模拟。针对发酵罐模拟了4种桨叶组合，对比分析4种组合的速度云图，剪切速率云图以及气含率分布云图，以此优化出一种搅拌效果较好的桨型组合。根据模拟结果，初步判断组合B的混合效果最好；试验验证组合B的酶活达到193.20 U·mL-1，与原始组合相比，提高了1.1倍。
关键词：计算流体力学；50 L发酵罐；桨叶组合优化；网格划分
中图分类号：S817.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.05.012
发酵罐是工业上用来进行微生物发酵的设备，被广泛应用于饮料、化工、食品、乳品、佐料、酿酒、制药等行业。设计成熟的发酵罐物料与能量传递性能强，有利于发酵生产及降低能耗[1]。按照设备的类别，发酵罐可分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐，其中，机械搅拌通风发酵罐在工业上使用较多。通常，此类发酵罐的高径比大于1，罐内会装备多层搅拌叶轮，以求达到较均匀的传质混合效果和较好的气含率[2-5]。
传统发酵罐的设计主要依靠实际发酵过程中所积累的经验，试验研究手段存在投资大、周期长、测量困难、效果差等缺点[6]。因此，寻找一种能够节约成本、缩短开发周期的研究方法显得尤为重要。近年来，基于计算流体力学（CFD）的理论与方法，借助计算机进行仿真模拟的技术在发酵罐设计方面应用广泛，生物反应器的设计发展迅速[7-8]。
目前，利用计算流体力学相关软件对发酵罐内流场的研究多集中在6直叶圆盘涡轮桨、半圆管圆盘涡轮桨等径流桨，且绝大多数情况下只是对一种桨叶的两层组合甚至单层桨叶进行研究[9]。本研究对50 L全自动发酵罐设计了4种不同的2层桨叶组合，并采用CFD软件Fluent模拟气液两相流。通过综合分析计算结果，得出最优的两层搅拌器组合。
1 构建模型及设计搅拌器组合
1.1 发酵罐初步建模
需要建模的生物反应器为国强牌FUS-50L（A）发酵罐，搅拌器的类型有6直叶圆盘涡轮桨、半圆管圆盘涡轮桨以及四宽折叶轴流桨3种，所建模型见图1～2，具体参数如表1所示。
1.2 桨叶组合设计
底部桨叶是决定气液分散效果的关键[10]。本文所模拟的桨叶组合有4种，如图3所示。
1.3 模拟工况条件
模拟物料参数：见表2。
模拟工况条件：通气量 1. 2 vvm，搅拌转速为 200 r·min-1。
2 CFD构建模型及仿真计算
2.1 控制方程
CFD模拟气液两相流动的方法基于Navier-Stokes 方程建立，该方程是流体力学中描述黏性牛顿流体的方程，能展示出液体的黏度。纳维—斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡。方程介绍见文献[5]。
2.2 模型建立、简化及网格划分
发酵罐模型建立首先在软件CAD 2010上完成，并且可以成功导入到Fluent的前处理软件Gambit中；然后，在Gambit 2.4.6上修改简化模型，比如去掉探头和电极，以达到适合模拟计算的标准；最后，选取整个罐体及内部流体为研究对象，合理分为桨叶区域和罐体区域，在专业的CAE前处理软件ICEM CFD中采取罐体区域划分高质量结构化网格（六面体），搅拌器区域划分非结构化网格（四面体、三棱柱与金字塔混合），并充分考虑到网格敏感度[3]及计算机的计算性能，经过多次试验计算，最终确定网格总数量约为176万。
2.3 模拟方法与边界条件
模拟通气搅拌反应器的一大难题是如何处理好运动区域（搅拌桨叶和搅拌轴）与静止区域（挡板和壁面等）之间的相互作用[6]。多重参考系法（Multi-reference frame，MRF）是一种经典的处理方法， 采用两种不同的参考系分别计算，桨叶区域采用旋转坐标系，其他区域采用静止坐标系，具有计算量小、计算速度较快的特点[7]。同时，选择Eulerian-Eulerian 模型作为多相流模型，标准k-ε模型作为湍流模型。第二相为空气，设置气泡粒径为10-5 m。
边界条件中，将罐顶的液面设置为压力出口（Pressure outlet），空气分布器的进气横截面设置为速度入口（Velocity inlet），罐体内壁、挡板、搅拌轴和桨叶全部设置为无滑移壁面（No slip wall）。
3 结果与分析
3.1 4种桨叶组合速度云图的比较
图4为在1.2 vvm，200 r·min-1工况下4种桨叶组合的速度云图。从图4中不难看出，4种桨叶组合的桨叶叶端皆为高速区域。并且，各种桨叶组合都有或大或小的液相死区，组合A与组合C死区较大，组合B与组合D死区较小。
另外，组合A和组合B的特征为在两层桨叶之间的速度分布均匀，但罐顶与罐底的情况较差，顶部尤为明显；组合C和组合D的特征为罐顶部分速度分布略强于组合A及组合B，但罐体中部区域的速度控制却有所下降。经过初步分析及推论，造成区别的原因为6直叶圆盘涡轮桨与四宽折叶轴流桨的造型特征不同。
3.2 4种桨叶组合剪切速率的比较
图5为1.2 vvm，200 r·min-1工况下4种桨叶组合的剪切速率图。通过观察并与图4比较不难发现，剪切速率的分布情况与速度云图有一定的相关性，即4种桨叶组合叶端位置都存在最大剪切速率，组合B的剪切速率在4种桨叶组合中最大。需要一提的是，空气分布器附近的剪切速率也不小，也间接说明了通气对整个流场的影响。
3.3 4种桨叶组合气含率分布的比较
气含率是衡量发酵罐设计质量的一大指标。在发酵过程中，绝大多数微生物培养都要通入无菌空气进行好氧发酵；相对的厌氧发酵也有连续性或者间歇性通入氮气的发酵案例。通气不仅是给微生物培养提供必要的生理条件，而且对发酵罐的流场也有一定的影响，能提高罐内的混合效果，从而影响发酵生产。
从图6中可以看出，4种桨叶组合的气含率分布都有各自的特点。
组合A在两个桨叶之间的区域，气含率分布较好，但是罐顶区域及罐底区域分布较差，原因可能是6直叶圆盘涡轮桨的径向作用能力较强，轴向作用能力较弱；组合B的气含率分布与组合A相似，但是罐底区域的分布较好，充分说明了半圆管圆盘涡轮桨不仅径向作用强，而且有不错的轴向混合效果[11]；组合C在罐顶部分区域的分布较好，两个桨叶之间的区域混合不足，也是由于四宽折叶轴流桨的构造所决定的；组合D较组合C罐底分布有所改善，罐顶及两桨叶之间区域气含率分布有所降低，说明不同桨叶组合相互会产生影响，从而影响整个流场的情况。
3.4 验证试验
通过以上分析综合评测4种桨叶组合的混合能力，初步判断组合B的作用效果最好。以重组大肠杆菌产α-环状葡萄糖基转移酶实际发酵试验对4种桨型组合进行验证。
试验结果表明，组合B的菌体生长情况以及酶活都要高于组合A（原始桨叶）：组合B的酶活达到193.20 U·mL-1；组合A的酶活达到175.64 U·mL-1。组合C与组合D的发酵情况并不乐观，不如组合A的发酵效果，因此具体数据不在这里给出。
另外需要一提的是，由于组合C与组合D的上层桨叶具有较强的轴向作用，而罐体的中部又没有相对较强的径向作用，因此在发酵过程中产生了大量气泡，气泡较组合AB多出3倍以上。此现象给随后的研究提供了参考。
4 结 论
（1） 通气不仅能给微生物培养提供必要的生理条件，而且对发酵罐的流场也有一定的作用，能改善罐内的传质情况，促进发酵生产。
（2）不同桨叶组合可产生不同流场，并且会产生或大或小的液相死区。不同的桨叶类型、组合、安装位置、通气条件等会产生不同位置和大小的液相死区。
（3）两层桨叶组合对发酵罐内的流场控制稍显不足，还是要通过建立三层桨叶甚至四层桨叶的组合来提高发酵罐的整体性能。
（4） 经实际发酵验证后，组合B的酶活为组合A的1.1倍。
参考文献：
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院系：生物科学与工程学院
专业：生物技术1101
姓名：杨慧芳
学号：20113714
指导老师：张庆华 郭晓燕 张宝
实习地点：小蓝开发区污水处理厂，江西鑫维药业有限
公司，江西润田饮料股份有限公司，百威英
博（南昌）雪津啤酒厂
实习时间：2014.06.05日.2014.06.13日
一、实习目的
实习是大学生活的第二课堂,是知识常新和发展的源泉,是检验真理的试金石,也是大学生锻炼成长的有效途径。一个人的知识和能力只有在实践中才能发挥作用,才能得到丰富、完善和发展。大学生成长,就要勤于实践,将所学的理论知识与实践相结合一起,在实践中继续学习,不断总结,逐步完善,有所创新,并在实践中提高自己由知识、能力、智慧等因素融合成的综合素质和能力,为自己事业的成功打下良好的基础
生产实习是整个本科教学计划中的一个有机组成部分，是生物技术专业的一个重要的实践性环节。通过组织参观和听取一些专题技术报告，收集一些与毕业设计课题有关的资料和素材，为顺利完成毕业设计打下坚实基础。通过实习，应达到以下目的：
（1）了解污水处理厂污水处理的流程与工艺；了解污水处理的标准。
（2）了解制药厂水针剂、粉剂、中药提取制剂、粉针剂等生产流程；同时了解制药用水的生产过程。
(3)了解润田矿泉水生产的工艺。
（4）了解雪津啤酒的生产工艺以及污水处理工艺。
二、实习方式、地点及内容
按照院教研组安排的实习计划和时间，分别于2014.06.05 和2014.06.13参观 小蓝开发区污水处理厂，江西鑫维药业有限公司，江西润田饮料股份有限公司，百威英博（南昌）雪津啤酒厂，具体实习方式和内容如下：
2014.06.05日上午9:30左右：在老师及解说员的带领下，我们参观了小蓝经济技术开发区污水处理厂：
所参观的污水处理厂位于南昌市小蓝工业园内。该园为省级民营科技园，离南昌市仅20公里，15分钟路程，交通便捷。规划面积40平方公里，现已建成18平方公里，入驻企业200余家。园区拟建日处理15万m3/d污水处理厂，项目实行总体规划，分期实施，一期建设日处理5万m3/d污水处理厂，项目主要包括征地、土建、设备、安装污水收集、处理系统；二期扩建至日处理能力15万m3/d的污水处理厂。（据估计：2005年污水排放量5.56万m3/d，工业污水2.5万m3/d，生活污水2.13万m3/d，公建污水0.93万m3/d；2020年污水排放量16.13万m3/d，工业污水6.0万m3/d，生活污水7.44万m3/d，公建污水2.69万m3/d。）
工艺流程：
混凝剂 空气 加药 空气混凝剂工业废水预曝气、沉淀池混合池曝气塔二次沉淀池生化池气浮池 出水浓缩机压缩机锅炉焚烧 其工艺流程为：污水首先经过格栅，后进入水解池预处理，使大分子有机物分解成易降解的小分子物质后进入调节池调节水质水量，提高污水的可生化性；然后进入曝气池，利用氧化沟对污水进行在处理，最后进入二沉池，进行沉降，保证较好的出水水质。处理中产生的污泥进行集中处理，产生的沼气则进行回收利用。
废水经初次沉淀池后与二次沉淀底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为物质细胞，并氧化成为最终产物（主要是CO2）。非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才能被代谢和利用。废水由此得到净化。净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放，分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。
2014.06.05日上午11时：我们参观了江西鑫维药业有限公司：
江西鑫维药业有限公司位于江西省南昌市南大门南昌小兰工业园，创建于2004年12月，是一家专门致力于兽药研发、生产、销售和技术服务为一体的高科技现代化大型企业。鑫维人以开拓奉献、团结合作、务实高效的敬业精神于2005年12月25日一次顺利通过国家农业部GMP验收。于2011年4月份通过农业部GMP的复验。
2014.06.05日下午4时：参观了昌北润田水厂：
昌北润田是公司最大的生产基地，占地235亩，拥有六条灌装生产线，即两条纯净水生产线，2条果汁生产线，一条2万件/天碳酸饮料生产线；一条乳制品生产线。我们主要参观了纯净水的生产过程。其基本工艺路线如下：
原水→原水加压泵→活性炭过滤器→全自动软水器→精密过滤器→中空超滤装置→不锈钢储水罐→臭氧发生器→纯净水加压泵→精密过滤器→灌装线 原水主要是引进位于梅林的纯天然水。
其主要设备：（a）原水泵
主要功能：恒定系统供水压力，稳定供水量
（b)机械过滤器
采用多次过滤层的过滤器，主要目的是去除原水中含有的锰、铁重金属、泥沙、铁锈、胶体物质、悬浮物等颗粒在20um以上的物质，系统可以进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。
主要功能：保证设备的产水量，延长设备的使用寿命。
（c)活性炭过滤器
采用果壳活性炭过滤器，活性炭不但可吸附电解质离子，还可以进行离子交换吸附。经活性炭吸附还可使高锰酸钾耗氧量（COD）由15mg/L（02）降至2-7mg/L(02),此外由于吸附作用使表面被吸附复制的浓度增加，因而还起到催化作用，去除水中的色素、异味、大量生化有机物、降低水的余卤值及农药污染物和除去水中三卤化物（THM）以及其他的污染物。系统可以进行反冲洗、正冲洗等一系列操作。同时，设备具有自我维护系统，运行费用很低。
主要功能：保证设备的产水质量，延长设备的使用寿命
（d)软化系统
为防止浓水端特别是RO装置最后一根膜组件浓水侧出现CACO3，MGCO3，MGSO4，CASO4，BASO4，SRSO4，SISO4的浓度大于其平衡溶解度常数而结晶析出，损坏膜原件的应有特性，在进入反渗透膜组件之前系统采用钠型阳离子交换树脂，进行离子交换吸附，去除水中主要硬度成分，吸附饱和后，树脂失效，可用工业用盐进行再生树脂，使之恢复交换能力。
每套软化系统包括：软化罐、控制器（或射流器/盐泵）、盐箱及盐阀
主要功能：防止反渗透摸结垢，延长反渗透膜的使用寿命
（e)精密过滤器
精密过滤器用来截留预处理系统漏过的少量机械杂质。过滤器筒体采用工程塑料或SUS304材质；内装PPF滤芯。聚丙烯滤芯是一种效率高、阻力小的深层过滤元件。适用于含悬浮杂质较低（浊度小于2-5度）的水进一步净化。聚丙烯滤芯由聚丙烯纤维按一定规律缠绕在注塑聚丙烯多孔管上形成。主要功能：保证进入反渗透膜的水颗粒度小于0.1um（f)反渗透系统
反渗透装置是用足够的压力使溶液中的溶剂（一般是水）通过反渗透膜（或称半透膜）而分离出来，因为这个过程和自然渗透的方向相反，因此称为反渗透。
反渗透法能适应各类含盐量的原水，尤其是在高含盐量的水处理工程中，能获得很好的技术经济效益。反渗透法的脱盐率提高，回收率高，运行稳定，占地面积小，操作简便，反渗透设备在除盐的同时，也将大部分细菌、胶体及大分子量的有机物去除。
参观以后我觉得可以改进的有以下几项： 1 水源的水质要求.2 滤芯过滤孔径或精度 3 臭氧杀菌机类别
4水中溴酸盐控制的办法 5包装容器的清洗消毒.2014.06.13上午9时：老师带领我们到百威英博（南昌）雪津啤酒厂参观： 啤酒的生产的工艺如下：
1.麦芽制造工艺流程
麦芽制造主要有三大步骤：浸麦、发芽、干燥，流程如下：
2.酿造工艺流程描述：
糊化锅中加入52kg工艺水，加热至45℃；将已粉碎好的原料加入糊化锅中，在温度为70℃的条件下使α-淀粉酶充分作用，时间为20min；然后在100℃的条件下使淀粉充分糊化，提高浸出率，同时提供混合糖化醪升温所需的热量，时间为40min。
在糖化锅中加入96kg工艺水，加热至37℃；将已粉碎好的原料加入糖化锅中，在温度为50℃的条件下使羧肽酶充分作用，形成低分子含氮物质；然后将糊化锅醪液加入糖化锅中，并在65℃下保持30min，使β淀粉酶充分降解淀粉；然后在72℃下保持40min，让α淀粉酶充分分解淀粉，之后升温至78℃。
糖化锅醪液经过滤槽去除麦糟后，倒入煮沸锅加热煮沸，醪液的沸点为105℃，通过煮沸可以适当控制麦汁浓度在0.12-0.13之间；并能破坏酶的活性，终止生物化学反应；使蛋白质变性凝固；使酒花中的有效成分充分溶出。
煮沸过程的凝固的蛋白质在旋沉槽中沉淀除去；然后倒入发酵罐中进行发酵。3..原料粉碎
粉碎是一种纯机械加工过程，原料通过粉碎可以增大比表面积，使内含物与介质水和生物催化剂酶接触面积增大，加速物料内含物的溶解和分解。
麦芽粉碎方法分为三种，即干法粉碎、增湿粉碎和湿法粉碎。干法粉碎是一种传统的并且一直延续至今的粉碎方法，而增湿粉碎和湿法粉碎被越来越多的厂家采用。4.糖化
糖化是麦芽内含物在酶的作用下继续溶解和分解的过程。麦芽及辅料粉碎物加水混合后，在不同的温度段保持一定的时间，使麦芽中的酶在最适的条件下充分作用相应的底物，使之分解并溶于水。原料及辅料粉碎物与水混合后的混合液称为“醪”（液），糖化后的醪液称为“糖化醪”，溶解于水的各种干物质（溶质）称为“浸出物”。浸出物由可发酵性和不可发酵性物质两部分组成，糖化过程应尽可能多地将麦芽干物质浸出来，并在酶的作用下进行适度的分解。5.麦汁过滤 糖化结束后，必须将糖化醪尽快地进行固液分离，即过滤，从而得到清亮的麦汁。固体部分称为“麦糟”，这是啤酒厂的主要副产物之一；液体部分为麦汁，是啤酒酵母发酵的基质。糖化醪过滤是以大麦皮壳为自然滤层，采用重力过滤器或加压过滤器将麦汁分离。分离麦汁的过程分两步：第一步是将糖化醪中的麦汁分离，这部分麦汁称为“头号麦汁”或“第一麦汁”，这个过程称为“头号麦汁过滤”；第二步是将残留在麦糟中的麦汁用热水洗出，洗出的麦汁称为“洗糟麦汁”或“第二麦汁”，这个过程称为“洗糟”。
目的是去掉静置后筛板与槽底间的沉积物(开始时回流的混浊麦汁是由水、麦汁和筛底团块组成)。通过麦汁阀或泵的开关来完成，这样在麦汁区形成一个涡流，一起把槽底间的沉积物带出来。在预过滤（预喷）过程中，阀门的开启不得过大，以免产生过大的吸力，使糟层吸紧。
三、实习小结
本次实习，时间虽短，但基本达到了为毕业设计收集资料，完善所学知识，将理论与实践相结合的多重目的。让我深刻体会到读书固然是增长知识开阔眼界的途径，但是多一些实践，畅徉于实践当中接触实际的工作，触摸一下社会的脉搏，给自己定个位，也是一种绝好的提高自身综合素质的选择。
在实习工程中，我们了解污水处理工艺，制药工艺，矿泉水生产过程以及啤酒生产工艺。
探究酵母菌在无氧条件下发酵作用产生二氧化碳和酒精。
实验仪器及用品：
1.实验仪器：带胶塞和胶管的锥形瓶、小气球、Y形管、大烧杯、温度计、试管、比色板、小烧杯、玻璃棒。
2.实验用品: 白糖（100g）、一小包干酵母（约30g）、澄清的石灰水、酒精、橙色的重铬酸钾溶液。（检测酒精的试剂。0.5ml的浓硫酸溶有0.1g重铬酸钾，体积分数为95％—97％，在酸性条件下与酒精发生化学反应由橙色变为灰绿色）
实验装置及说明：
澄清的石灰水可以检测气体中有二氧化碳，重铬酸钾溶液遇到酒精由橙色变为灰绿色。 实验操作：
1.将（100ml）40℃温水倒入锥形瓶，再用汤匙将一大勺糖及适量干酵母加进来，搅拌均匀后，将锥形瓶放在大烧杯中水浴保温温度保持在30—40 ℃左右。（先让酵母菌进行有氧呼吸，是酵母菌迅速繁殖，并把葡萄糖分解成二氧化碳和水。）
2. 观察到酵母菌培养液有气泡产生，塞上橡胶塞（这样做既可以避免气体散失，影响后面实验效果，也为酒精的产生提供保障）。过一段时间后就可看到干瘪的气球慢慢膨胀起来了。（酵母菌的无氧呼吸）
3.将夹子打开，挤压气球，使瓶内产生的气体徐徐通过胶管导入试管内的澄清石灰水中，石灰水变浑浊了(检测气体中有二氧化碳。原理：二氧化碳遇石灰水，石灰水变浑浊)。
4.将重铬酸钾试剂分别滴在比色板的凹槽内，并分别标注1号、2号（作对照）、3号。在3号试剂上滴1滴酒精，在1号试剂上滴1滴酵母菌发酵液。发现1号和3号都由橙色变成了灰绿色。
实验创新点及意义：
通过上述实验，让我们对酵母菌“发酵现象”所需要的原料、
条件及产生的物质都有了较直观的感受，比较容易理解课本上阐述的 “酵母菌可以把葡萄糖转化为酒精和二氧化碳”等有关内容，而且印象深刻。使我们养成很好的节约意识。
实验现象：
1. 闻到了发酵后特殊的甜酒的芳香气味。
2. 详见【实验操作4】
2.1.1.2果实葡萄果实包括果皮、果核和果肉三部分。
果皮：果皮包围在果肉与果核的外边。果皮中含有色素、单宁和芳香成分，它们对酿酒很重要。
果核：一般葡萄含有4个核，有的葡萄由于发育不良有少于4个核的，也
有的葡萄无核。果核含有种种有害葡萄酒风味的物质，如脂肪、树脂、单宁等，这些物质若带入发酵醪液中会影响产品质量。因此在葡萄破碎时，必须尽量避免将果核压碎。果肉和果汁果肉和果汁是葡萄的主要成分。不同品种，其化学组成很不
一样，有水分、还原糖、有机酸、含氮物、矿物质、果胶质等。
2.1.2酿酒用葡萄品种
2.1.2.1酿造红葡萄酒的优良品种酿造红葡萄酒一般采用红色葡萄品种。我国使用的优 良品种有法国蓝、佳丽酿、玫瑰香、、赤霞珠、蛇龙珠、品丽珠等。
2.1.2.2酿造白葡萄的优良品种酿造白葡萄酒选用白葡萄或红皮白肉葡萄品种。我国 使用的优良品种有龙眼、贵人香、雷司令、白羽、李将军、长相思、米勒等。
2.1.2.3酿造桃红葡萄酒的品种有玫瑰香、法国蓝、黑品乐、佳丽酿、玛大罗阿拉蒙 等
2.2其它原材料
2.2.1白砂糖或蔗糖
配酒和葡萄汁改良需要使用白砂糖或绵白糖。白砂糖应符合相应的质量标准 2.2.2实用酒精
配酒时要用到实用酒精，其质量必须达到国家一级的质量标准，若为二级酒
精则需要进行脱臭、精制。也可用葡萄酒精原白兰地。
2.2.3酒石酸、柠檬酸
葡萄汁的增酸改良要用到酒石酸和柠檬酸。另外在配酒时，要用到柠檬酸
以调节酒的滋味，并可防止铁破败病。
2.2.4二氧化硫
在葡萄酒酿造中，二氧化硫有着重要的作用。第一是选择性杀菌或抑菌作用。其次是澄清作用。此外还有促使果皮成分溶出、增酸和抗氧化等作用。
2.2.5澄清剂
2.2.5.1葡萄酒澄清使用的澄清剂
有明胶、鱼胶、蛋清、干酪素、皂土、单宁、血粉、硅胶土、果胶酶等。
2.2.5.2白葡萄汁澄清使用的澄清剂
有二氧化硫、果胶酶、皂土等。
3葡萄酒的生产工艺
以桃红色葡萄酒的生产工艺进行介绍。桃红色葡萄酒是近年来国际上新发展
起来的葡萄酒类型，其色泽和风味介于红葡萄酒和白葡萄酒之间，大多是干型、半干型或半甜型酒，它的生产工艺既不同于红葡萄酒又不同于白葡萄酒，确切地说，是介于果渣浸提与无浸提。3.1桃红色葡萄皮带皮发酵法其工艺流程如下：
桃红色葡萄→破碎→葡萄浆→静置→分离→果汁→发酵→倒酒→原酒→贮存↑↓二氧化硫皮渣 3.2红葡萄与白葡萄混合带皮发酵法一般红葡萄与白葡萄的比例为1︰3 工艺流程如下：
红葡萄加白葡萄→破碎→果浆→静置→分离→果汁→发酵→倒酒→原酒→贮存↑↓二氧化硫皮渣 3.3冷浸法
其工艺流程如下：
葡萄→破碎→果浆→静置冷浸→分离→果汁→发酵→倒酒→原酒→贮存↑↓二氧化硫皮渣 3.4二氧化碳浸渍法
此方法同红葡萄的二氧化碳浸渍法。3.5直接调配法
用玫瑰香或佳丽酿酒时可用此法。先分别酿出红葡萄酒和白葡萄酒原酒，再将原酒按一定比例调配。
4葡萄酒的贮存
葡萄汁经发酵制得的酒称为原酒，原酒需要经过一定的时间贮存后酒质才趋于成熟。在贮酒过程中要进行换桶和添桶。贮酒容器有木桶、水泥池和金属罐三大类。贮酒方式有传统的地下酒窖贮酒、地上贮酒池贮酒和露天大罐贮酒等几种方式。贮酒温度一般以8～18℃为佳，不宜超过20℃。采用室内贮酒，要调节室内湿度，以饱和状态（85﹪～95﹪）为宜，室内要有通风设备，定期更换空气，保持室内空气新鲜，并要保持室内清洁。
5葡萄酒的调配
葡萄酒因所用的葡萄品种、发酵方法、贮酒时间等不同，酒的色香味也各不一样。调配的目的是根据产品质量标准对原酒混合调整，使产品的理化指标和色香味达到质量标准和要求。调配由具有丰富经验和技巧的配酒师根据品尝和化验结果进行进行精心调配。干酒一般不必调配。必要时可将不同酒龄的同品种酒进行勾兑。普通葡萄酒的调配按葡萄酒质量标准要求，在原酒内加入浓缩葡萄汁或白糖、柠檬酸、葡萄原白兰地或食用酒精等。配制的甜葡萄酒应香气浓郁，口味醇厚协调。
6葡萄酒的澄清、冷处理、过滤
6.1葡萄酒的澄清
贮存结束之后，葡萄酒还可能是浑浊的，必须进行澄清处理，才能达到正常葡萄酒澄清透明的外观要求。澄清方法有下胶净化、冷处理、离心澄清、过滤等。下胶净化是指在葡萄酒中添加有机或无机的澄清剂，使它在酒中产生胶体沉淀物，将悬浮在葡萄酒中的大部分悬浮物沉淀下来。6.2葡萄酒的冷处理
葡萄酒经过冷处理可使过量的酒石酸盐等析出沉淀，从而使酒酸味降低，口味
变得柔和；还能使残留酒中的蛋白质、死酵母、果胶等有机物加速沉淀；另外，在低温下可加速新酒的陈酿，有利于酒的成熟。
冷处理温度一般冷至葡萄酒冰点以上0.5℃，各类葡萄酒因酒精含量和浸出物含量不同，其冰点也不同。冷处理时间应根据冷冻方式和所采用的不同设备而定。当酒冷却到要求的温度时，常须添加粉末状的酒石酸氢钾作为晶种，以加速沉淀析出。冷处理完毕后，应在同温下过滤，将不溶性物质全部滤出。6.3葡萄酒的过滤
过滤是葡萄酒生产中常见的澄清方法。为了达到理想的过滤效果，得到清澈透
明的葡萄酒，一般需要多次过滤。过滤的具体应用如下：
第一次过滤：在配酒下胶澄清后，用硅藻土过滤机进行过滤，以排除悬浮在葡萄酒中的细小颗粒和澄清剂颗粒。
第二次过滤：酒经冷处理后，在低温下用棉饼或硅胶土过滤机过滤，以分离悬浮状的微结晶体和胶体。
第三次过滤：在瓶装前采用除菌过滤，以进一步提高透明度，防止发生生物性浑浊。7葡萄酒的包装、杀菌和瓶贮
7.1包装、杀菌
葡萄酒常见的是瓶装酒，国外还有采用复合膜袋装干、半干葡萄酒。瓶塞有软木塞、蘑菇塞和塑料塞三类。
一般酒精度低于16﹪的葡萄酒，在瓶装后均应进行杀菌。可采用巴氏杀菌法，使瓶中心温度达到65～68℃，保持30min即可。7.2瓶贮
瓶贮是指葡萄酒装瓶后至出厂的一段过程，它能使葡萄酒在瓶内进行陈酿，达
到最佳的风味。葡萄酒在瓶中陈酿，是在无氧状态下进行的，因此瓶塞必须塞紧，不得漏气。瓶贮其间因葡萄酒的品种，酒质要求不同而异，至少4至6个月。有些高档酒的瓶贮期要求达到1至2年。
8葡萄酒小结
作为国际公认的第四大健康产品，葡萄酒代表着特有的文化与思维方式，同时也带来了新的生活元素，所以时尚；因为葡萄酒是高雅的象征，所以彰显尊贵。品味葡萄酒，感受阳光与泥土的气息。相信葡萄酒在酿造工艺方面将会更加完善，营养价值以及葡萄酒文化与酿造会进一步得到广大民众的喜爱与关注。
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和利时的HOLLiAS-MACSV充分利用了最新信号处理技术、高速以太网通信技术、可靠成熟的先进控制算法, 使其兼具了高速可靠的数据输入输出运算、过程控制功能, 获得了广泛的应用。
一、工艺流程简介
发酵工序采用3级发酵, A线有12个发酵大罐, 菌种在大罐中给予合适温度和空气含量, 每个阶段给予不同的物料补给, 按照加率均匀地加入到发酵罐中。每个阶段根据溶氧含量的不同相应地调整加料加率, 每一个发酵过程大约持续6天。
二、DCS配置
HOLLiAS-MACSV DCS由一个冗余现场控制站、一个互为冗余数据服务器站、一个工程师站、4个操作员站和过程控制网络组成。
工程师站内装有组态平台和系统维护工具。操作站是操作人员完成生产过程监控管理任务的平台, 包括工控PC机、CRT、鼠标、键盘、网卡、专用操作员键盘、操作台等。
现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成, 采用分布式结构设计, 扩展性强。其中主控单元是一台特殊设计的专用控制器, 运行工程师站Codesys所下装的控制程序, 进行工程单位变换、控制运算, 并通过监控网络与工程师站和操作员站进行通讯, 完成数据交换;智能IO单元完成现场内的数据采集和控制输出;主控单元采用冗余配置FM801, 通过现场总线 (Profibus-DP) 与各个智能I/O单元进行连接。在主控单元和智能IO单元上, 分别固化了相应的板级程序。主控单元的板级程序固化在SSD固态硬盘中, 而将实时数据存储在带掉电保护的SRAM中, 完全可以满足控制系统可靠性、安全性、实时性要求。
三、功能的实现
1. 物料加率的控制。
氨水经过上料阀注入1L计量桶, 注满后打开放料阀流入发酵罐。计量桶内有1个长杆和1个短杆电极, 当计量桶的料液放完时长杆电极不接触料液传送一个空液位信号, 当计量桶充满时顶部的短电极接触料液传送一个满信号。
发酵罐内PH值由于菌种的不同生长阶段导致PH变换, 这时要根据工艺要求通过加入氨水保持稳定的PH值, 如果PH值小于设定值通过加入氨水提高PH, 达到PH设定值后停止加入氨水, 这个控制过程要求PH偏差稳定在正负0.01ph。
由于PH控制要求比较严格, 而且加入氨水后经过一定滞后时间后PH才有所反应, 所以采用PID控制。
与普通的PID控制相区别的是最终控制的是每一罐的下料时间。首先根据PH偏差的大小计算出PID算法的输出百分比, 然后根据百分比乘以整个控制周期时间, 计算出当前应打开下料阀的时间。当计量桶底部空电极断路后表示计量桶料空, 立即自控打开上料阀上料, 上满后关闭上料阀, 根据计算下料时间继续自动打开下料阀。
加料计算方法:100 L/h的加率, 计量桶的容量是1L, 1L (1计量桶) 上下料时间是3600 s/100=36 s, 36 s包括上料时间和下料时间。根据实际情况, 上料时间大概是5 s左右能上满, 一计量桶放完需要10 s左右, 所以1计量桶上下料总计最短时间是15 s, 也就是最大加率是3600/15=240 L/h。如果此种加率不能满足工艺要求, 可以更换2 L或更大的计量桶来达到更大的加率。
2. 发酵罐PH、溶氧、液位、温度的显示。
发酵罐的各种工艺参数包括PH、溶氧、液位、温度, 这些AI模拟量参数通过现场表输出4 m A~20 mA电流进入FMAI模块转换成数字量通过Profibus网络存入控制站。
四、配置过程及注意事项
1. 组态。
HOLLiAS-MACSV DCS的组态包括控制站组态、服务器组态、操作站组态。在进行控制站组态时, 采用Codesys软件, 可以采用CFC、FBD、ST、LD等编程语言, 对物理硬件地址定义, 单独的控制功能才有ST语言, 总的架构采用FBD编程。操作站组态是面向操作人员的计算机操作平台的定义, 主要包括操作用户设置、标准画面组态 (总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览) 、流程图、报表、自定义键、语音报警等。
2. 组态下载。
组态下载用包括3部分: (1) 用Codesys将上位机上的组态内容编译后下载到控制站, (2) 用组态工程下载到服务器, (3) 用组态程序下载到操作员。在修改与控制站有关的组态信息 (主控制卡配置、I/O卡件配置、信号点组态、常规控制方案组态、FBD语言组态等) 后, 需要重新下载组态信息。
控制站组态下载有清空下载和无扰下载两种方式。清空下载将组态的所有内容下载到控制站, 控制站必须停机重新加载;无扰下载可以选择下载修改的组态信息, 不影响运行。
3. 注意事项。
MACSV有一个特点:趋势画面很耗计算机资源, 特别是对显卡硬盘总线。因此服务器兼做操作员的机器对显卡展板要求很高, 并且趋势画面浏览的时间跨度只能达到3天, 如果还需要更长时间可以打补丁能延长到6天。每次下载服务器后, 下载前的历史趋势不发无法观看, 只能采用离线工具进行浏览。MACSV DCS系统接地包括三种:保护地、屏蔽接地、系统地。良好的接地是系统可靠运行的保证, 接地点半径15米内不要与其他的电气设备共用。接地系统的电阻不大于5欧姆。
五、结束语
关键词：多菌种 食品生产 传统发酵食品 问题 解决措施
中图分类号：TS205 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）06-0000-00
一直以来，人们对于中国传统发酵食品非常喜爱，引起世界各地食品行业和健康组织的广泛关注。这是由于其具有生产历史悠久，风味独特、市场前景广阔、发展潜力巨大等优点。但对目前来说，大多数传统发酵食品企业规模较小、技术落后、工业化程度较低，在国际市场中缺乏一定的竞争力。因此，研究应用多菌种发酵技术生产传统发酵食品，对促进传统发酵食品行业的持续发展具有重要意义。
1 我国传统发酵食品及多菌种发酵技术概述
传统发酵食品主要以促进自然保护、防腐、延长食品保存期为目的，是确保食品安全性最古老的手段之一。近年来，发酵技术经过不断的改善与创新，逐渐成为一种独特的食品加工方法，用于满足人们对不同风味、口感的要求。
我国传统发酵产品种类繁多，包括酱油、黄酒、豆豉、甜米酒和醋等。传统发酵食品不但风味独特，还具有一定的营养保健功能，如豆瓣酱、甜米酒等富含羧氨酸等成分，可以预防人类记忆力减退；发酵豆制品多含抗血栓成分，可以预防人类动脉硬化等疾病；乳酸菌成分可以刺激免疫系统，增强机体的抵抗力等。
多菌种发酵技术主要是利用生物及其代谢过程来解决各种问题及取得有用产品的工程技术。该技术以基因工程为核心，依据发酵目标产品定向开发菌株，通过分离、选育、发酵菌株等方式控制菌种添加量和比例，不仅可以提高发酵效率，而且能够稳定产品质量。
2 多菌种发酵技术在我国传统发酵食品生产中应用现状
多菌种发酵技术在我国传统发酵食品生产中得到广泛的应用，如我国传统发酵食品通过利用多菌种发酵技术，从产品及生产环境中分离纯化出不同的菌种，主要为乳酸菌等细菌，还有酵母、霉菌等真菌。这些菌发酵可以大幅度提高原料利用率、减少加工时间，提高食品的生产效率，改善产品的风味品质。其中沈国华[4]利用多种乳酸菌发酵蔬菜时发现，接种后发酵速度比自然发酵超出3倍左右。李保英[5]等利用多菌种发酵混合制曲工艺对酱油风味影响进行研究，具体将米曲霉与黑曲霉成曲以3：1的比例混合发酵酱油，其各项指标较对照组都有不同程度的提高。无论是感官指标还是理化指标都比对照组酱油要好。采用后期添加红曲米工艺能够改善酱油的风味和品质，提高酱油的红色指数。
3 多菌种发酵技术在我国传统发酵食品生产中常见问题分析
3.1我国大多数生产传统发酵食品企业技术水平较为落后
虽然在我国应用多菌种发酵技术生产传统发酵食品起步也较早，但我国大多数传统发酵食品企业规模较小、技术落后、工业化程度较低，大多数微生物的功能不甚明确，合成产品能力及工业应用性能不高，导致产品质量存在隐忧、原料利用率偏低等问题。在利用多菌种生产传统发酵食品过程中，需要充分了解传统发酵食品微生物群落结构及生态学特征。但是由于传统发酵食品微生物群落结构比较复杂，以及我国一些专家对生态学缺乏研究，因此未能充分掌握传统发酵食品中微生物群落的结构组成、与环境的作用及功能等，这些问题将不利于传统发酵食品企业利用多菌种进行传统发酵食品的生产。
3.2多菌种发酵技术可能对传统发酵食品功能及风味品质产生不稳定的影响
利用多菌种生产传统发酵食品虽然有利于提高生产效率、确保产品品质，但同时也会对产品风味和品质造成较大的影响。例如，多菌种可以更改传统发酵食品微生物群落结构；多菌种的接种方式、接种量、发酵时间将会影响到产品的品质，丢失传统发酵食品的原有风味，这些都不利于生产工艺的改革与创新。目前来说，未能明确传统发酵中食品功能物质的形成、风味物质的平衡与微生物群落的关系，同时对于多菌种对传统发酵食品的影响、发酵代谢的控制等问题的研究力度不够。因此，如何利用多菌种提高传统发酵食品的生产效率，保持传统发酵食品的优良特性成为了利用多菌种生产传统发酵食品中首要解决的问题。
3.3在菌种改良中过程涉及一些安全风险问题
在菌种改良中产生一些安全问题及生产过程中产生微生物的污染问题。这些问题主要与传统发酵食品生产工艺及特性有关，为利用多菌种生产传统发酵食品中所产生的安全隐患。例如在氨基酸食品生产领域，[1]发酵是当今的主要氨基酸生产方式，而如何构建优良的菌种以及保证发酵菌种的安全问题，是氨基酸发酵所面临的核心挑战之一。
4 解决措施
根据以上分析，对于利用多菌种生产传统发酵食品中经常出现的问题，我们需要采取以下几个方面的解决对策：
4.1支持我国传统发酵食品企业发展多菌种发酵技术
政府及科研单位应该从政策、资金及科研资源上对传统发酵食品企业进行支持，帮助传统发酵食品企业改进及提升生产工艺技术，提高我国多菌种发酵技术在世界传统发酵食品行业的研究水平。从而改变我国大多数传统发酵食品企业规模较小、技术落后、工业化程度较低的落后局面。
4.2通过多菌种发酵技术改善传统发酵中食品功能成分及风味物质
传统发酵食品风味形成主要与微生物的活动、生产工艺、生产环境息息相关。微生物代谢将原料中的脂肪、糖类、蛋白质等分解成氨基酸，为微生物的生长提供营养，并形成风味物质的前体，同时微生物代谢可以生成乳酸、乙醛、乙醇等，从而形成产品的风味。利用多菌种生产传统发酵食品过程中，需要对产品风味物质的成分及形成机理进行明确地阐明。并通过对食品风味化学分析技术的利用，对传统发酵食品的风味进行研究，以构建传统发酵食品的特征风味。
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4.3 利用新技术改良发酵菌种，选择稳定的生产工艺
（1）合理筛选和改良发酵菌种，对传统发酵食品生产中所使用菌种的微生物生态学、蛋白质组学、代谢组学以及基因组学等方面的生物学进行研究，为菌种的定向改良提供有利的条件。通过新技术改良发酵菌种，使菌种微生物在混合生长环境实现优势互补，以达到我们所要求的高品质产品。（2）选择稳定的生产工艺，通过采用先进发酵工艺技术和生产设备，保证生产的产品品质稳定，并能够实现批量标准化及规模化生产。同时，生产发酵食品要考虑顾客的爱好，让产品最大限度地符合顾客和市场的需要。
4.4 降低食品菌种的安全风险
应加强对菌种的食用历史与菌种之间的关系，以及在胃肠道的繁殖性、转移性等方面进行研究。同时，应加强基因工程改造菌种的安全评价。在传统发酵食品生产过程中，企业需要结合危害分析和控制点（HACCP）实施指南对发酵食品进行管理，以提高发酵食品的安全标准和要求，防止生产中发生二次污染。
5 结语
总而言之，传统发酵食品作为我国非常宝贵的文化遗产，是食品资源的组成部分。因此，我们应当不断推进传统发酵食品工业化进程，提高其在食品市场的竞争力。本文通过利用多菌种发酵技术生产传统发酵食品中常见问题分析，需要对传统发酵食品生产工艺进行改革与创新，以解决多菌种发酵生产传统食品中的难题，同时要不断继承和发展传统发酵食品，促进食品行业的持续发展。
参考文献
[1]薛群，应向贤，杨池，汪钊.系统生物学技术在氨基酸生产菌种改良中的应用[J].发酵科技通讯，2011，03：18-20.
[2]陈楠，戴传云.利用多菌种生产传统发酵食品研究进展[J].食品科学，2013，03：308-311.[3]舒畅，吴春生，钟慈平，索化夷，李林.发酵食品微生物多样性研究方法进展[J].食品科学，2013，15：397-402.
[4]陈其钢，温明显.利用乳酸菌生产传统发酵食品研究进展[J].农产品加工（学刊），2013，18：50-53.
[5]李保英.多菌种酱油制曲工艺及其对酱油风味影响的研究[D].浙江工商大学，2013.
[6]冯志成.酱油多菌种发酵风味物质的形成与应用研究[D].安徽工程大学，
2010.
收稿日期：2015-03-02
作者简介：陈悦群（1984—），男，广东揭阳人，本科，食品生物技术助理工程师，主要从事传统发酵食品行业领域工作，对运用发酵技术生产氨基酸食品有一定的研究。
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