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1、江南大学本科毕业论文年产300吨低聚木糖工厂的设计Design of a factory produced 300 t/a Xylooligosaccharides学 生：专 业：指导老师：二OO三年六月目 录第一章绪论1第二章全厂流程和生产工艺说明3第三章全厂物料衡算63.1技术指标63.2全厂物料衡算63.3水电汽的耗量7第四章全厂化工设备计算、设计及选型104.1原料处理工段104.2酶制取工段124.3寡糖制备提取工段25第五章工厂布置说明及环境说明30致谢32附录一全厂设备一览表33附录二主要参考文献34附录三开题报告35附录四文献及翻译37摘 要低聚木糖亦称木寡糖，属功能性低聚糖族
2、，是目前发现的最好的功能性低 聚糖，具有促使双歧杆菌增值，抑制病原菌，防止腹泻、便秘、增强机体免疫力， 抵制肿瘤和分解致癌物等功能，与其他功能性低聚糖相比，用量少，效果好，可 用于糖尿病、肥胖症、和高血压等患者食用，有利于口腔健康，不引起龋齿等特 点，广泛用于食品、医药、和饲料工业。酶法制备低聚木糖的主要原料来源于农 业废弃物，如玉米芯，实现了农副产品的深加工，提高农业附加值，而且保护了 环境，促进了农业产业化结构调整和农村增收创收工作。本次实验设计依据：年产量300t/a，全年生产天数300d/a，提取收率45%， 木聚糖转化率45%，木寡糖提取收率65%，本设计采用酶解工艺，最终得到有 效
3、成分80%的成品。关键词：玉米芯木寡糖低聚糖AbstractXylooligosaccharides(sugar oligomers made up of xylose units) are useful for a variety of purposes. There are the best ones among the functional oligosacharides . Xylooligosaccharides shows a remarkable potential for practical utilization in many fields,including pharma
4、ceuticals, feed formulations and agricultural applications, but their most important market developments correspond to food-related applications. Compared with other functional oligosaccharides, They have some peculiarity as follows: little dosage, effective, used to someone who get the disease such
5、 as diabetes, obesity, high blood pressure etc., benefited to the mouth cavity health, do not cause the tooth decayed and so on . It is extensive to used for the food, medicine and animal feed industry. This design is to uses the agriculture wastesCorn stalk,manufacture xylooligosaccharide by chemic
6、al-enzymatic methods. It protects the environment, but also improves the farmers5 income.The basis of this designs : the annual product is 300t, the annual production days are 300 .The rate of extraction is 45%. Xylans rate of conversion is 45%. Xylooligosaccharides rate of extraction is 65%. This d
7、esign lay emphasis on the chemical-enzymatic methods, .Eventually we can gain the availability more than 80%.key words: Xylooligosaccharide Corn stalk第一章绪论1. 1木寡糖的总述木寡糖是功能性低聚糖家族中功能较好的一种，具有广泛的工业应用。作为 一种附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂，近年来引起了科技界和产业 界的广泛的关注，是目前国内外竟相研究开发的功能性低聚糖之一1。一般认为， 木寡糖是由木二糖至木十糖等组成的，其中以木二糖、木三糖为
8、主要有效成分。 木二糖（xylobiose）和木三糖（xyloteiose）分别由二个和三个木糖（D-xylose） 以B-1，4糖苷键相连而成，两者均不能为人体消化吸收，但都是可发酵的糖类 物质，皆具有双歧杆菌增殖功效。在自然界中，竹笋等天然植物中含有少量的木 寡糖。另外，一部分植物半纤维素在人体大肠内也可以分解转化为木寡糖。1. 2国内外酶法制木寡糖工业概况目前，世界上只有少数国家实现了木寡糖的工业化生产。在日本，木寡糖被 认为是最有前途的功能性低聚糖之一 1，已实现工业化生产并广泛应用，目前其 产量已超过1500吨。经日本保健食品学术委员会审定，厚生省第64号许可证认 定木寡糖为特定保健
9、用食品添加剂。日本市场上销售的木寡糖产品是三得利公司 酶法生产的木寡糖，有以下四种产品形式：木寡糖70 （液体），2500日元/kg； 木寡糖35 （粉末），3000 日元/kg；木寡糖20 （粉末），1900日元/kg；（数字表示 木寡糖对总糖含量百分数），片剂（1.4gX48粒，木寡糖含量25%），每盒单价1580 日元14，且已经应用于饮料和调味醋等产品。此外，三得利公司还有一种胶囊型 产品名为OLIGO+C，即由木寡糖与维生素C复配而成的保健品。其他关于木寡 糖的研究仍以日本为多。如野口等人用纸浆漂白用的芽孢杆菌木聚糖酶来制备木 寡糖，又如荒木等用产碱杆菌（Alcaligenes）生产
10、的B-1，3-木聚糖酶。其他国 家的研究较少，法国Patrice Pellerin等用梭状芽孢杆菌（Clostridium）的木聚糖 酶从玉米芯制备木寡糖3，最近在网上查到欧共体的一篇具体资助项目的木寡糖 的研究发展计划（19982001），建议从农林业的废气物，如玉米芯、麸皮、啤酒 糟、桉树中提取木聚糖，再用物理、化学或生物技术方法制备木寡糖和木糖醇， 并开展应用于药物和食品工业的研究，特别提出了要进行木寡糖的纯化，结构特 征及其作为抗炎药或抗肿瘤剂生物活性量化的研究。我国木寡糖的生产总体还处于研制阶段，目前仅有小规模生产线进行少量产 品的生产，但生产技术基本趋于成熟。1997年蔡静平4等报
11、道了真菌分解玉米芯 生产木寡糖的研究。19992000年吴克5，洪枫6，袁其朋7，杨瑞金8等陆续报 道了他们制备木寡糖的研究结果。1. 3制备木寡糖几种方法的比较制备木寡糖的原料为木聚糖，它是植物半纤维素的主要组成部分，是自然 界中继植物纤维素后的含量第二丰富的可再生多糖。木聚糖在玉米芯、甘蔗渣、 棉子壳和燕麦、桦木等农林产品中含量相对较高，平均可达30%左右9。木聚糖 存在于植物细胞的细胞壁中，与其他的一些成分以一定的方式相互作用。在木寡 糖生产过程中，这些成分会防碍木聚糖与木聚糖酶之间的作用，从而降低木寡糖 形成速率和最终产品得率，因此在进行木聚糖水解之前，必须对原料进行有效地 处理，提取
12、出木聚糖。木聚糖的制备方法通常有以下几种： 直接高温蒸煮提取木聚糖：Saska等10在1995年提出的直接高温蒸煮提 取法是利用木聚糖含有的乙酰基侧链在高温蒸煮时脱乙酰，形成乙酸，从而使体 系的pH值下降，木聚糖分子发生自水解而溶解度增加。但高温蒸煮法的提取液 中还原糖与总糖之比较低，不利于木寡糖的生产，且其它副反应随温度变化而较 明显。 碱法提取木聚糖：日本的Isao Kusakabe在酶法制备木聚糖的研究中对原 料预处理进行了研究，采用不同稀碱溶液提取木聚糖，取得了较好的结果。 酸法提取木聚糖：目前，酸法提取木聚糖已成功用于木糖生产。但酸法提 取木聚糖存在较大的缺点，比如提取液中木糖比例很
13、高，不能满足木寡糖的生产 要求；在提取过程中会产生许多副反应并生成一些可能的致癌物质，从而影响到 终产品的安全性。杨瑞金等在高温蒸煮法的基础上提出酸预处理后湿法蒸煮的方 法，副反应大大降低，且工艺为可行。1. 4设计目的本设计将提供一套较为可行的年产300吨木寡糖生产线。通过本设计，对业已成熟的木聚糖酶发酵工艺及酶法制备低聚木糖的工艺进 行整合，使之形成从原料处理、发酵产酶、酶法水解、产物精制等完整的可行的 木寡糖生产线；通过本设计，着重解决制约酶法制备木寡糖生产工艺实施的原料预处理问 题，将使用多效直接浓缩方式替代木聚糖提取方法中的酒精沉淀的通用工艺。使用膜法分离技术，组合运用纳滤、超滤等手
14、段实现木寡糖的精制。第二章全厂工艺流程和生产工艺说明2. 1流程原料处理酶制备提取玉米芯斜面菌种杀酶11粉碎级培养脱色罐11浸泡种子罐过滤11碱液提取发酵罐浓缩11固液分离絮凝喷雾干燥11浓缩滤液酶解罐L_成品包装2. 2工艺流程说明2.2.1原料处理工段将玉米芯粉碎至13mm大小的颗粒，按1： 10加水在100C下浸泡30min , 滤去水，再加5%的碱液至原处，浸泡30min。离心机固液分离，得含木聚糖的 滤液，用盐酸调PH到中性，蒸发浓缩。2.2.2菌种扩大培养工段2.2.2.1实验室培养 菌种的培养称40g削皮、切块马铃薯，放入烧杯中，加200ml去离子水，煮30min，取 滤液，用去
15、离子水定容至200ml；称10g麸皮放入烧杯中，方法同马铃薯一样。 对马铃薯、麸皮蒸煮液不同配比以及马铃薯液与葡萄糖混合，分别加入1.5%琼 脂，杀菌作斜面，在超近台中接种，在35C水浴式培养箱中培养3d左右，可得 到菌种备用。 酶液的制备在500ml放入2g木聚糖，加入用去离子水按1.4%牛肉胨、3%酵母提取液、1.0%磷酸二氢钾和0.05%硫酸镁配成的培养液100ml，杀菌。在无菌超净台中接 入菌种23环，在35C空气摇床中培养4d,可得酶液，测酶活并置于4C冰箱 中保存备用。2.2.2.2种子车间培养 种子罐装液量为162.5L （250 65%）,所有原料在调浆罐溶解后，通过活塞泵 输入种子罐，灭菌条件为0.1MPa，30min接种管道充分灭菌后保压（0.1MPa）， 在无菌条件下从接种口接入摇瓶种子液，接种量2%，培养温度3637C，培养 时间为8h。 发酵采用5m3罐，装料量3250L。灭菌条件相同（0.1MPa，30min）种子罐向 发酵罐中的接种量为5% （162.5L），通过接种站加入。发酵温度控制在3237C， 通气量为1:0.51:1.0，搅拌转速200400转/分，罐压0.1MPa，发酵时间16h。2.2.3糖化
