年产5吨SOD酶的工厂设计

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1、1 总论1.1 研究工作的目的、依据和范围超氧化物歧化酶（Superoxide Dismfitase,简称SOD）是生物细胞内产生 的一类特殊的酶，它可以催化超氧阴离子的歧化反应并产生分子氧和过氧化氢。 超氧阴离子是一种活性氧自由基,它对细胞有毒害作用，而SOD能专一地清除氧， 使生物体免受伤害。因此，SOD作为一种重要的氧自由基清除剂，已引起人们的 极大关注。它可以预防和治疗一些疾病，如慢性炎症、某些自身免疫病、肺气肿 和氧中毒等，还有抗衰老、防辐射和防肿瘤等作用。目前， SOD 已应用于医药和 化妆品生产，而且随着研究的深入，它的应用范围还在不断扩大。 SOD 广泛分布 于动、植物和微生物

2、体内。崔景朝介绍说，1969年，McCord和Fridovich从牛红 细胞中首次发现并提取了SOD,很快被国际医学界证实为能清除体内自由基的药 用酶，可以有效清除体内的大量多余自由基，从根本上提高人体细胞的活力，进 而达到延缓衰老、提高免疫力的效果，得到医学界的广泛认可。近年来，利用SOD的O2勺自由基功能，人们相继开发了一系列富含SOD 的制品，如SOD系列化妆品，SOD啤酒、饮料和其他SOD食品。SOD已成为 众多制药厂、日化厂和食品加工厂的重要原料。目前， SOD 的商用价值已高度体现在医药、食品及化妆品等领域。具有非 常大的开发前途与较大的利润空间。现将SOD在医药、食品、化妆品领域

3、的应用列表说明，如表11所示。表 1 1SOD 在医药、食品和化妆品领域的应用领域产品或应用医药Orgoten、Ormetein、Outsein、Palasein、HX-18、Paroxinorn食品含有SOD的保健饮料、保健食品和功能性食品化妆品大宝SOD蜜系列、蛇油SOD蜜等1.2项目提出的背景、投资的必要性和经济意义随着生物技术在发酵行业的大力应用开发，许多发酵产品得到了蓬勃发展。 根据发酵目的，采用现代发酵设备，进行放大培养和控制性发酵，获得预定的产 品，在是发酵工程和生物技术的完美结合。我过目前的 SOD 主要从人血和动物血液中提取得到，多从猪血红细胞中取 得，而国外不少添加 SOD

4、 的抗衰老保健品，均是从人血和动物血液中提取，但 这就不可避免会发生交叉感染。若利用发酵工程从酵母菌中提取SOD，不仅可 以避免上述问题，还可降低成本，实现资源的合理利用，达到更好的经济效益。由于SOD用于防止癌细胞扩散和作为抗衰老的药物已广泛引起医药界人士 的关注，国内外已有不少添加SOD的抗衰老保健品和化妆品，因此市场前景十 分广阔。1.3 研究工作概况及结论对SOD的发酵研究，主要是对产品的市场需求做必要的预测，并对生产工 艺做详细的说明。生产出的产品，要符合市场的口味，并比其他人走得更好更远， 在详细的SOD酶的工业生产中，做好把握市场的透视、对生产工艺考察最新的 科学研究，并用于实际

5、生产中。经研究表明，SOD的生产有着非常良好的前途，年产5吨的工厂，可以设 计小些，但由于 SOD 的市场价格昂贵，带来的经济效益不可忽视。2市场需求预测和建设规模随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对身体健康的关注越来越 重视。由于欧盟从1997年1月起禁止使用动物SOD,发酵法提取SOD酶就成 为新的课题，而这个项目必然呈现美好的前景。SOD是具有抗氧化、抗肿瘤、 抗病毒、抗辐射、抑制肿瘤和癌症等预防和治疗多种疾病的药理功能，尤其是对 心脑血管疾病、高血压、糖尿病等具有独特的效果。SOD作为药物辅酶制剂， 具有广阔的医用价值及临床应用前景。SOD因对癌症、艾滋病和其他疑难杂症 的预

6、防和治疗有较好的效果，在欧美等许多国家备受青睐。SOD还是美容化妆 品和食品最好的添加剂。SOD还广泛应用于军工医学、保健食品和农业生产等 领域，并取得一系列成效和成果，具有广泛的发展前景。据相关资料介绍，西方经济发达国家，每年SOD的需求量已达150万亿单 位，其中日本、东南亚等国SOD干粉需求量缺口达1.8万亿单位。今年来，国 际市场对 SOD 需求量每年以 15%左右的速度增长。在我国，2005年的SOD年产量在547790公斤之间，有关专家预测，中 国SOD的年产量以10%左右的速度增长，而中国SOD市场的需求每年 以13% 的速度增长，潜在缺口很大。3原材料、燃料及资源情况攀枝花邻近

7、云南，距离昆明市较近，依靠成昆铁路可以保证原料的快捷运送， 发酵法制备SOD，所需酵母从昆明到达攀枝花只需要4小时左右，是理想的生 产基地。攀枝花市水资源十分丰富，不仅拥有过境金沙江和雅砻江两大水系以及过境 支流安宁河、惠民河、新庄河，而且市境内还有流域面积 50 平方公里的 1 级支 流 50 条， 550 平方公里的一级支流 45 条。全市径流总量达 1144.21 亿立方米， 自产水资源量 42.18亿立方米，占径流总量的 3.69%。人平拥有水资源量 4349.35 立方米，平均每亩耕地拥有水资源量 9002.86 立方米。过境水量 1102.03 亿立方 米，占径流总量的96.31%

8、。攀枝花市水能资源，理论蕴藏量达492.9 万千瓦。全 市可开发量占理论蕴藏量的 83.2%，可开发量达到 410.1 万千瓦，年发电量可达 271.5亿千瓦时；每平方公里占有年均发电量365.19万千瓦时，为中国的 17.7倍， 四川省的 4.0倍，攀西地区的 1.27倍。攀枝花地区水能资源分布集中，主要分布 在过境的金沙江、雅砻江以及过境支流安宁河、惠民河、新庄河。到2000 年底， 全市已建成地方小水电站 228 处，装机266 台，容量58749 千瓦，年发电量达到 了 1.44 亿千瓦时。煤炭是攀枝花市主要矿产资源之一,探明产煤地 3 处、22 个井田。1997 年底， 累计探明煤炭

9、储量6.64亿吨，保有储量6.17亿吨。其中烟煤探明储量5.39亿吨， 无烟煤探明储量 1.25 亿吨，是理想的燃料供应地。4 建厂条件和厂址方案4.1 厂址地理自然条件和社会经济现状4.1.1 攀枝花地理自然条件攀枝花市位于四川西南边陲、雅砻江与金沙江汇合处，是四川一座新兴的钢 铁工业城市。1965 年为开发攀枝花铁矿资源，着手组建城市，初名为攀枝花特 区，后正式建市时定名为渡口市，以后又改名攀枝花市。攀枝花市西跨横断山脉，东临大凉山山脉，北接大雪山，南抵金沙江。地势 西北高，东南低。攀枝花市东部为小相岭螺髻山鲁南山系，中部为牦牛山 龙肘山系，西部为锦屏山柏林山系，山脉走向近于南北。境内最高

10、点为西北部 盐边县境内的百灵山穿洞子，海拔 4195.5 米；最低点是东南部仁和区平地镇的师庄，海拔937米。城市区海拔在10001200米之间，主要农业区海拔在10001800米之间。金沙江、雅砻江、安宁河、大河、三源河及其支流深嵌在山地之 间，形成雄伟的川西南峡谷区。攀枝花市地貌类型复杂多样，可分为平坝、台地、 高丘陵、低中山、中山和山原 6 类，以低中山和中山为主，占全市幅员面积的 88.38%。4.1.2 攀枝花社会经济现状攀枝花市的工业已形成一个以冶金、能源、原材料工业为主体，建材、采矿、 化工、机械、轻纺、食品等34个行业为辅助产业的工业体系，在全国500家最 大企业中，攀枝花市占

11、4户；在四川省500强企业中攀枝花占12户，在全市国 民经济中占有举足轻重的地位。攀枝花境内有大小河流90余条，金沙江、雅砻 江于境内交汇，可开发的水能资源达3324万千瓦，年发电量可达1928亿千瓦时。 现有能源部主要为已建成发电的总装机容量330万千瓦的二滩水电站，以及河门 口、新庄、攀枝花发电厂以及攀钢、矿务局自备火力发电厂。攀枝花已与60多个国家和地区建立了合作关系，出口产品主要是钢铁、钒、 钛制品、农副产品等；市内举世瞩目的二滩水电站从世界 36 个国家引进了各类 技术人员600余人，施工力量强。成功引进了合资、合作、独资企业33家。攀枝花海关、商检、卫检及攀枝花车站为二级口岸。涉外

12、机构的设立，报关、 检验方便，促进了进出口贸易发展，为攀枝花对外开放创造了良好的氛围。4.2 攀枝花交通概况及发展攀枝花是四川通往华南、东南亚沿边、沿海口岸的最近点，是四川与云南交 界处重要的区域性枢纽城市，具有对内对外的区位优势，成昆铁路贯通全境，境 内还有国道108线，省道214、216、310线，市内的各条公路干线通畅便捷，交 通条件正在改善，能起降波音737大型客机的机场已在2003年年底通航，西攀 高速公路现已开工建设，已经于2007年完工。攀枝花火车站是攀枝花市对外交流的重要口岸和门户。攀枝花位于成昆线 上，可直达成都、重庆、昆明、北京等地。攀枝花市境内水运航道是两江一河，即金沙江

13、、雅砻江、安宁河，总通航里 程为 368 公里。4.3 厂址选择意见厂址的选择，重在考虑地理环境和资源情况。考虑到成昆铁路通过攀枝花， 在离火车站较近的地方建设厂房比较合适，不仅原料可以很方便运进，而且产品 也可以尽最快的速度运入成都或昆明，经成都运往华东地区，经昆明运往广州，通往国际市场。而且从攀枝花有直通北京的火车，运送到北方等大城市更加方便。 发酵生产所在地，必然需要的燃料等物质可以从攀枝花就近获取，节省运费， 由于离二滩水电站比较近，电力情况可以无需考虑。经对比，攀枝花各个区县地理情况，分析得知，在仁和区建设SOD发酵工厂比较容易实现，这里环境污染较轻，土地平坦，易于修建厂房，离市区较

14、近，离 金江火车站一个小时车程，不仅比市区土地便宜，而且也可减少市区的污染。厂房占地面积可尽量考虑小些，发酵生产以 2500m2 以内为佳。5设计方案5.1 工艺路线的选择5.1.1 工艺路线发酵法生产 SOD 的工艺流程如图 511。斜面种子种子扩大培养水、基质、营养物质发酵罐培养培养液分离 水解分离一提纯f干燥一成品511发酵法生产 SOD 的工艺流程5.1.2 菌种不同酵母菌SOD的含量不同，应挑选含SOD较多的酵母菌作为菌株进行扩 大培养，现对不同酵母菌的SOD含量及对氧的抗性作出比较，如表512。表 5 1 2不同酵母菌的 SOD 含量及对氧的抗性菌株酶含量（u/g）相对存活率（）B

15、Y2773.284.3NY5545.743.03453706.365.6RY568.050.7AY633.1ND*根据上表列出的酵母SOD含量，选择BY作为菌株。25.1.3 培养基蔗糖，6%；玉米浆，2%； （NH4） 2SO4，0.4%； CuSO4, 50mol/L； ZnSO4, 25 |j mol/L； PH 7.0， 28 oC， 20h。5.1.4 主要生产参数在发酵中，微生物的数量不断增加，发酵营养物质不断减小，发酵产物增加， 这些环境因素的变化，影响正常发酵的进行。通过对发酵条件的检测与调控，维 持特定的发酵环境条件，可以保证正常生产的正常进行。发酵过程要控制的参数包括状态参数和间接参数。状态参数可通过传感器等 测量仪器直接测得，又包括物理参数（表 513）和化学参数（表 514）， 如PH、溶氧、溶解二氧化碳、黏度、菌体浓度等。表 5 1 3发酵过程中微生物需要检测的物理参数参数名称单位检测方法温度0C、K温度计、传感器罐压Pa、 KPa、 MPa压力计、传感器空气流量L/(L.min)、ms/min流量计、传感器各种物质的添加速度Kg/h、ms/h流量计、传感器搅拌转速r/min传感器搅拌功率kW、 kW/m3传