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1、江西科技师范学院生物工程专业化工原理课程设计说明书题目名称 黑曲霉发酵生产酸性蛋白酶专业班级09级生物工程1班学 号学生姓名 钟鑫鑫张漂王涛指导教师常军博士2011 年10月31日前言蛋白酶做为一种重要的工业酶制剂，作为一种较早被人们了解的酶类现在正在人类的生活 中发挥巨大的作用，特别是酸性蛋白酶以其作用的广泛性、高效率越来越多的受到了人们的关 注。在酸性环境下(pH 2. 5-5.0)催化蛋白酶水解的酶制剂，适用于酸性介质中水 解动植物蛋白质。该酶主要用于酒精发酵、啤酒酿造、毛皮软化、果酒酱油造、饲 料等。其使用于酒精、白酒、果酒、啤酒、黄油以可澄清发酵醪液和成熟醪液。酶作为一种新兴的物质以
2、其高效，清洁的催化效果充斥着当今人类的思想，但是较高的 技术要求和特殊菌株获得，使人们在酶这一产业发展中步履蹒跚，特别是发展中国家由于落后 的科学技术，使他们在此项技术中发展更加困难，以中国为例在20世纪90年代就已经有酶企 业投入生产，但是我的酶制剂销售额在世界市场只占4%,我国企业所用的酶制剂人多数是由 丹麦的NOVO所提供的。就目前情况看,世界各国都投入了人量资金用于酶事业的研究和生产。 相信在不久的将来酶一定会更加广泛的在生活中应用。设计条件 题目：1000L发酵罐，发酵生产酸性蛋白酶。1发酵工艺1.1菌种的选择本实验选用照曲霉作为菌种，发酵生产酸性蛋白酶，该廊菌株在中国微生物菌种保藏
3、管理 委员会普通微生物中心的保藏编号为3. 350。1.3菌种培养基的配制查氏培养基NaNO32gK2HPO4lgKC10.5gMgSO40.5gFeSChO.Olg蔗糖30g琼脂15g水lOOOmLpH自然121 C 灭菌 20min1.2发酵罐培养基的配制一般产酸性蛋白酶的微生物，它们的发酵培养基都基本选择験皮、米糠、玉米粉、淀粉、 饲料鱼粉、豆饼粉、玉米浆等各种碳氮源，按各种不同比例混合，添加无机盐配成各种培养基。 在黑曲霉生产蛋白酶时，培养基中除需要高浓度的有机氮外，还得添加1%3%的无 机氮。蛋白月东对黑曲再生产酸性蛋白酶有很强的诱导作用。就照曲每3.350研究表明只有 几种有机氮可
4、以将它代替，其中已豆饼、蚕蛹、鱼粉的石灰水解物为最好。以卞的培养基适合 大多数。黑曲霉生产酸性蛋白酶，其组成是豆饼粉、玉米粉、和鱼粉比为6 : 1： 1混合物5%, 豆饼石灰水解物 10%, NH4CI 1%, CaChO.5%, Na2HPO40.2%, pH5.56.0。本实验选择黑曲霉3. 350发酵培养基的配方：黑曲密3. 350发酵培养基的配方：豆饼粉3.75%玉米粉0.625%鱼粉0.625%氯化钱1.0%氯化钙0.5%磷酸二氢钠0.2%豆饼石灰水解液10% pH 5.51.3酸性蛋白酶的提取用粗制酶采用盐析法提取，将培养物滤去菌体用盐酸调节pH4.0以下，加入硫酸钱至浓度 55%
5、,静止过夜，倾去上清液，沉淀压滤去母液，于40C烘干后磨粉。盐析工艺受率94%以上, 干燥后收率60%以上，每克酶活性为20万U左右。甲法：发酵液t离心除去菌体t粗酶t加水浸泡（pH3） t过滤t然后把两者滤液t盐（硫55% 技）T压滤T酶泥T溶于pH2.5, 0.005mol/L乳酸缓冲液t离子交换树脂脱色t脱色液（收率 93%） t40Ct真空薄刮板蒸发器浓缩2倍以上（收率90%） t离子交换树脫盐（收率90%） t 喷雾干燥或冷冻干燥t磨粉（淡黄至乳白色粉末，酶活4060万U/g）。1.4发酵罐接种量适当控制接种量对菌株产酸性蛋白酶的活力关系很人。本实验采用6nil/100g,即6%.1
6、.5氧载体在发酵过程中，在发酵培养基中加入正十二烷、全氟化碳，液态烷烧（为12-16碳直链烷烧 混合物）等氧载体，使培养基中氧传递速度加快，产生气泡少，剪切力小，能明显提高菌株产酸 性蛋白酶的量。16发酵工艺流程图图1酸性蛋白酶生产总工艺流程图1.2发酵罐尺寸及整体设计本实验采用菌种为好氧菌所以选用机械搅拌通风发酵罐，可釆用分批时发酵。a、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。b、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和工艺参数和高径比确定各部儿何尺寸；设定高径比H/D二2,则H二2D设定全体积 VO =1000L=lw3 ha二0.25D公称体积V罐的筒身(圆柱)体积和底
7、封头体积之和全体积V0罐的筒身(圆柱)体积和上下封头体积之和圆柱体积Vc上封头体积二下封头体积二VbVo = Vc +2 VbVc= (jt/4) D2HVb=-D2hb+-D2h 可近似 Vb=(7i/24) D346Vo=(tt/4) D? H 十 2(tt/24)D3 =(7ti/12)D3代入Vo=l即可求得D=0.82m发酵罐实际体积Vo=(7k/12)D3=1O1OL发酵罐圆筒壁厚的计算该发酵罐采用双面对焊GB 150-89钢制焊接压力容器，许用应力标准为：才=137Mpaa计算发酵设备圆筒壁厚的一些参数如下：计算壁厚：5=PD/(230a9-P)十 C式中：6 -计算壁厚mm；P
8、 一计算压力,本实验压力在7.6X 103pa=760MpaD内径，82nun；a-设计温下的许用应力；0-焊封系数(与焊接方法及无损探伤有关)，取0.8；设计壁厚鼻殳=壁厚十腐蚀量CC-腐蚀量(每年腐蚀的量)。C取3mm5=PD/(23Oat0-P) 十 C =(760 X 82)/(230 X 0.8 X 137-760)十 3=5.556niin发酵罐各部分尺寸计算结果如下:项目及代号参数及结果发酵罐设计全体积L1000L发酵罐实际全体积L1010L发酵罐实际公体积L940L罐体直径D (m)0. 82m发酵罐总高H02. 05m发酵罐筒体高度H1. 64m冷却列管厚度B0. 08m搅拌
9、叶直径Di0. 27m椭圆封头短半轴长h0. 21m底搅拌叶至封头底部高度C0. 27m搅拌叶间距S0. 82m筒壁厚度6mm封头厚度8 mm人手孔规格椭圆 400X300搅拌转速250r/min轴径40mm搅拌器型式6-6弯叶搅拌器层数2电动机型号Y123M16电动机功率4kW电动机转速960r/min罐压7. 6X103 pa1.3、手孔的设计手孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了 1个人孔，标准号为：椭圆400X300,开在顶封头上，位于左边 轴线离中心轴5cm处。视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置了 2视镜，标准号为Dg80支座选择：发酵设备常
10、用支座分为卧式支座、耳式支座和立式支座。其中卧式支座又分为 支腿，圈型支座，鞍型支座三种。立式支座也分为三种即：悬挂支座，支撑式和裙式支座。对 于1000L发酵罐，由于设备总重量不人，可采用耳式支座。接口管：以进料口为例计算，设发酵醪液流速为v=lni/s, 0.5h排尽。发酵罐装料液体积：Vi=70%V=0.94x0.7=0.658m3物料体积流量 Q=Vi/0.5h=0.658/(3600x0.5)=0.0003655m3/s,则排料管截面积 F=Q/v=0.0003655/l=0.0003655m2,又F=0.785d2,得d=0.022m,取无缝钢管，查阅资料，平焊钢管法兰 HG205
11、93-97,取公称直径2cm,其他管道也是如此计算。3.6.1管道接口 (采用法兰接口)进料口：直径，2cm,开在封头上，排料口：直径，2cm,开在罐底；进气口：直径，2cm,开在封头上；排气口：直径，2cm,开在封头上；冷却水进、出口：直径，2cm,开在罐身；补料口：直径，2cm,开在封头上；取样口：直径，2cm,开在封头上；3.6.2仪表接口温度计；装配式热电阻温度传感器PtlOO型，D=100mm,开在罐身上；压力表；弹赞管压力表(径向型)，di=20mm,精度2.5,型号：Y-250Z,开 在封头上；液位计：釆用标准:HG5-1368型号：R-61直径：550(260xl4)mm,开在
12、 罐身上；溶氧探头：SE-N-DO-F； pH探头：PHS-2型名称测定方法意义及主要作用酸碱度(pH)pH传感器反映菌体的代谢情况溶解氧/mgL溶氧传感器反映氧的供给和消耗情况排气氧浓度汪a氧传感器了解氧的消耗情况二计算2.1通风量的计算通风量是影响黑曲寄生产酸性蛋白酶的另一个重要因素，通风量不足，虽不影响菌体生长，但 不能产酶。实验表明：在500L发酵罐中，使用黑曲霉3.350发酵生产酸性蛋白酶的时候，前24h 前的通风量为0.25Wm, 2448h 0.5Wm. 487211 l.OWnio在48h通风量如果未及时增至 l.OWm,就会导致产酶降低，即使恢复了正常的通风量，但为时已晚，酶的活性减少1/3。如 果后期通风量减少到0.25Wm,就会导致产酶偏离正常范围。可在黑曲霉生产酸性蛋白酶的时 候，前期的通风量对酶的影响更为明显。温度在黑曲霉生产蛋白酶的过程中也起着重要的作用，通常黑曲霉生产蛋白酶的温度控制在 30Co11
