《色氨酸课程设计完整版1副本》由会员分享，可在线阅读，更多相关《色氨酸课程设计完整版1副本（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生物工程课程设计年产2600吨L-色氨酸发酵工艺与设备设计 学院：生物工程 专业：生物化工 姓名：姚利成 学号：11043218指导老师：徐庆阳目 录一、前言 1二、工艺论证 2 （一）原料的选择. 3 （二）菌种的扩大培养. 3 （三）影响种子质量的主要因素. 4三、发酵工艺的发酵控制要点 4 （一）发酵罐发酵培养基的组成. 5 （二）发酵条件 5四、生产技术数据及技术指标. 6 （一）技术参数计算. 7五、能量衡算. 7 （一）发酵工序耗水量计算. 7 （二）耗电量计算 9 （三）压缩空气消耗量的计算. 9 （四）蒸汽消耗量的计算. 10六、本工程主要配套设备一览表. 11 （一）发酵罐设
2、计. 12 （二）冷却装置的确定 14 （三）搅拌桨叶的设计 16 （四）搅拌轴的设计. 17 （五）轴上零件设计. 18 （六）空气分布装置. 19 （七）三角皮带的设计 20 （八）发酵罐支架设计 20七、参考文献一、前言(一) L-色氨酸的作用色氨酸是人体所需的一种重要的氨基酸，对预防糙皮病、抑郁症，改善睡眠和调节情绪，有着很重要的作用。色氨酸是重要的营养剂。可参与动物体内血浆蛋白质的更新，并可促使核黄素发挥作用，还有助于烟酸及血红素的合成，可显著增加怀孕动物胎仔体内抗体，对泌乳期的乳牛和母猪有促进泌乳作用。当畜禽缺乏色氨酸时，生长停滞，体重下降，脂肪积累降低，种公畜睾丸萎缩。在医药上用
3、做癞皮病的防治剂。（二）微生物法生产L-色氨酸的优点早期主要采用化学合成法及蛋白质水解法生产L- 色氨酸，但因原料获取困难、生产周期长、污染严重、工艺复杂等缺点，在工业上生产应用并不广泛，已逐渐被淘汰。随着对微生物法生产各类氨基酸的研究不断深入，微生物法已占主流，此法又可分为直接发酵法、酶法和微生物转化法三大类。其中，酶法和微生物转化法虽已实现了工业化，但仍存在原料昂贵、转化率低等问题，未得到大规模、低成本的推广。以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉价物质为原料的直接发酵法具有产酸高、成本低和质量好的优势，且所产色氨酸都是为生物所能利用的L- 型，因而是大规模生产L- 色氨酸的首选技术。微生物发酵法的发展进
4、步以优良菌种的选育为重点，其关键在于改进育种技术。近年来，随着重组D N A 技术在微生物育种中的应用，特别是代谢工程育种方式的兴起，为优良的L- 色氨酸生产菌株的筛选和产酸水平的提高提供了可靠的技术保障，生产效率大幅提高，使微生物直接发酵法生产L- 色氨酸已经成为种低成本的工业化生产方法。（三）前景近年来，随着各行业对L- 色氨酸的广泛应用，使得L- 色氨酸的市场需求量进一步增加。目前世界L- 色氨酸年总需求量在5 万吨以上，市场增长率超过10，而全世界只有1 万多吨的产量。由于L- 色氨酸是工业化中最难生产的氨基酸之一，且该产品的生产技术和市场主要被日本、美国和德国等发达国家的跨国公司所垄
5、断，导致市场价格偏高，良好的市场前景使其生产技术成为研究热点。但色氨酸的生产一直都存在着成本偏高、工艺复杂等问题，国内对其研究开展得较晚，产率较低，我国的技术水平同国外生产厂家相比，还有比较大的差距，尚无法进行大规模工业化生产。由于产量太低，仅有少数厂家能够少量生产，且生产成本较高。我国每年需大量进口，过高的价格严重制约了它的广泛应用，尤其是饲料添加剂行业的应用受到限制，只在仔猪饲料中添加。因此，提高L- 色氨酸工业化生产的产量、降低生产成本，是消除国外企业垄断、提高我国产品竞争力的唯一办法。L-色氨酸对人和动物的生长发育、新陈代谢起重要的作用，被称为第二必需氨基酸，广泛用于医药、食品和饲料等
6、方面。1、医药上常将色氨酸广泛用于氨基酸注射液、复合氨基酸制剂、 必需氨基酸片及水解蛋白质的添加剂中，用作抗闷剂、抗痉挛剂、胃分泌调节剂、胃黏膜保护剂、强抗昏迷剂，用来调节脑代谢、消除精神紧张、改善睡眠效果，预防和治疗焦虑症、糙皮病、烟酸缺乏症和治疗烟瘾毒瘾等。2、L-色氨酸可用来强化食品，也可用于面包促进发酵。 与维生素 E 同时使用，用于油炸食品、西式糕点、饼干、速煮面中可防止油脂氧化等。3、L-色氨酸是畜、禽、鱼类生长的必需氨基酸之一，是重要的氨基酸饲料添加剂之一。4、在农业中主要用作杀虫剂和农药的稳定剂。目前全世界 L-色氨酸年总需求量达 5 万 t以上，而实际产量在 4000t 左右
7、，远远不能满足市场需求，因此潜在需要量很大。据有关专家预测未来的几年总需求量将达到 120 万 t/y。 由于其需求量大，产量低从而导致价格较高，目前进口价格高达 5060 万元/t。 过高的价格严重影响了色氨酸在饲料添加剂行业的应用，我国饲料行业 L-色氨酸的添加量（占总量的比例）微乎其微。随着“理想蛋白质” 概念在饲料配方中的应用，L-色氨酸在我国具有较大的发展潜力。二、工艺论证(一) 原料的选择根据原料来源、利用效率和运输成本等因素综合考虑，最终决定采用口服葡萄糖作为本设计L-色氨酸的发酵原料。（二） 菌种的扩大培养1、斜面菌种的培养利于菌种生长并且不产酸，并要求斜面菌种绝对纯化单一，不
8、得混有任何杂菌或噬菌体。培养条件要菌种繁殖有利，培养基以多含有机氮，少含糖为配置原则9。活化斜面培养基的组成如下：酵母粉5g，蛋白胨10g，NaCl 5g，盐酸四环素 50g/mL，琼脂条20g。灭菌条件：75KPa，蒸汽灭菌20min培养条件：温度28，培养20-24小时。每批斜面菌种培养完成后，要仔细观察菌苔生长情况，菌苔的颜色和边缘等特征是否正常，有无感染杂菌的迹象，如果发现异常状态，则坚决不使用，斜面菌种保存在冰箱中待用。斜面菌种的培养是生产过程中的重要环节，操作必须严格认真，无菌室要加强管理，经常打扫和灭菌，防止杂菌和噬菌体的污染。生产中使用的斜面菌种不宜多次移接，无特殊情况最多只能
9、移接三次，以免由于菌种的自然变异引起菌种不纯，在生产使用中要不断提供新的斜面菌株。2、一级种子培养一级种子培养的目的大量繁殖活力强的菌体，培养基的组成应少含糖，多含有机氮，培养条件从有利于长菌考虑。有的工厂不是采用三角摇瓶培养，而是培养大型斜面作为一级种子使用。一次制备一大批斜面一级种子，储存于冰箱中，供工厂使用一星期左右，这种手法的优点是利用固体培养物比液体培养物好保存的特点，一次制备一批大型斜面，而不是每天制备液体一级种子。操作要点：先用无菌水冲洗生长相对良好的活化菌种斜面2支，使用玻璃刮刀全部刮下，转入干灭好的三角瓶中，在酒精灯旁接入5L自动控制种子罐中，5L种子罐中装液量2L，温度控制
10、32，自动流加氨水控制pH在7.0，通风量200L/h，初始搅拌转速300r/min，通过流加泡敌消泡，种子培养14h11。3、二级种子培养为了获得发酵所需的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到发酵罐的二级种子培养。种子罐容积的大小取决于发酵罐的大小和种量的比例。操作要点：5L种子罐种子以10接种量(600mL)、火焰接种方式接入10m3自动控制发酵罐中，装液量为60%左右，温度控制36，自动流加氨水控制pH在7.0，通过流加泡敌消泡，通风量200L/h，初始搅拌转速300r/min，发酵40h。（三） 影响种子质量的主要因素1、培养基的构成种子培养基要求含有丰富的氮源，足够的生物
11、素，少量的碳源，以利于菌体生长，如果糖分过多，菌体代谢活动旺盛，生产有机酸，使pH降低，菌体容易衰老。2、 pH开始培养时（零时），pH不宜过高；培养结束时，pH不宜过低；pH上升后有所下降时，培养时间已接近结束。总体应保持PH在7.0左右，这样有利于菌体生长。3、温度幼龄菌对温度变化敏感，应避免温度过高和波动过大。应控制温度在28。4、溶解氧长菌阶段对氧要求比发酵时高，溶氧水平过低，将抑制长菌。5、接种量种量过少，菌体增长缓慢，适应期长，培养时间长，影响种子活力。但种量过大，在摇瓶操作中易引起污染，一般种量以10%左右。6、培养时间培养时间不宜过长，以12-16小时为好，以对数生长期作为种子
12、接入发酵罐。三、 发酵工艺的发酵控制要点（一）发酵罐发酵培养基组成（g/L）培养基成分最终浓度(g/L)葡萄糖20酵母浸出粉1(NH4)2SO44柠檬酸1柠檬酸三钠1MgSO47H2O3.15KH2PO41.5KCl1.9FeSO47H2O75.6mg四环素50mg微量元素混合溶液4mL发酵条件：在含碳、氮及无机盐等的培养基中经过灭菌冷却接种后通入无菌空气，温度控制在30-37，pH 6.57.0经过发酵，培养而得L-色氨酸发酵液。（二）发酵条件1、 分过滤器的灭菌在0.1MPa压力，灭菌30分钟，然后用空气吹干备用。2、 空消在0.15-0.17MPa压力，温度128左右，灭菌30分钟。3、
13、 实消料液投入罐后加水定容，关闭罐盖，夹套预热至95-105，直接进蒸汽加热至121，在0.1Mpa压力下保温10分钟。冷却降温至31.5，用氨调PH至6.5-7.0（PH计）后等待接种。4、 移种采用压差法将种子液压入罐内（移种管道在接种前在0.15Mpa压力下蒸汽灭菌60分钟）。5、 发酵培养发酵罐发酵：根据溶氧的要求对通风量和搅拌转速进行调节，通过控制不同的搅拌转速和通风量来控制不同的体积溶氧水平。通过自动流加25%的氨水控制pH在6.57.00；培养温度3037；,发酵过程泡沫较多时，通过消泡泵手动加入已灭菌的消泡剂进行消泡，消泡剂为聚丙二醇；发酵过程中每隔2h取样进行发酵特定参数的测定。空气一级种子培养二级种子培养空气压缩机冷却气液分离过滤除菌斜面培养菌种口服葡萄糖发酵发酵液配料四、 生产技术数据及技术指标年产色氨酸：2600吨（98.5% 结晶）；色氨酸产酸率3.
