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1、吉林工程技术师范学院食品工程学院课 程 设 计课程名称：生物工程设备与分离技术学生姓名：尤吉吉班 级：生物工程1241学 号：27II1TPM发酵液中提取纯化工艺设计学生姓名：王杏 学 号：29 指导教师：张雁南，孙洪雁，刘晓秋专业名称： 生物工程 完成时间： 2011年11月 目 录摘要IAbstractII1绪 论11.1-淀粉酶的概述及应用11.1.1-淀粉酶的概述11.1.2-淀粉酶的应用11.2-淀粉酶的市场情况21.3本课题研究的意义及内容31.3.1本课题研究的意义31.3.2本课题研究的内容32-淀粉酶的生产工艺流程设计42.1 生产方案的选择42.2 生产工艺流程的设计42.
2、3 工艺流程简述62.3.1 生产菌种62.3.2 培养基62.3.3 无菌空气制备72.3.4 菌种培养72.3.5 发酵罐发酵72.3.6 发酵液预处理82.3.7 -淀粉酶盐析过程82.3.8 湿酶干燥83工艺计算93.1物料衡算93.1.1工艺技术指标及基础数据93.1.2 原料消耗的计算93.1.3 盐析过程硫酸铵消耗量计算113.1.4 物料衡算表113.2 热量衡算113.2.1 连续灭菌和发酵工序热量衡算113.2.2 发液预处理热量衡算143.2.3 真空浓缩的热量衡算143.2.4 淀粉酶干燥过程的热量衡算163.3 用水量计算173.3.1 连续灭菌工序的用水量173.3
3、.2 发酵工序的用水量173.3.3 洗涤滤饼的用水量173.3.4 无菌空气制备过程用水量173.3.5 清洗设备用水量183.3.6 清洗车间用水量183.4 无菌空气消耗量计算183.4.1 发酵过程无菌空气的消耗量183.4.2 种子培养等其他无菌空气耗量183.4.3 高峰期无菌空气的消耗量193.4.4 发酵车间年用气量193.5 用电量计算193.5.1 通风发酵罐耗电量193.5.2 过滤机所耗电量193.5.3 泵的耗电量193.5.4 空气压缩机耗电量193.5.5 照明用电估算203.5.6 每天总耗电量204 设备的工艺计算及选型214.1 发酵罐的设计214.1.1
4、发酵罐个数的确定214.1.2 发酵罐尺寸的确定214.1.3 发酵罐冷却面积的确定224.1.4 搅拌器的设计234.2 种子罐的设计244.2.1 种子罐发酵液量244.2.2 种子罐个数的确定244.2.3 种子罐尺寸的计算244.3 过滤机的选型244.3.1 硅藻土过滤机的选型244.3.2 板框压滤机的选型254.4 真空浓缩锅的设计254.4.1 浓缩锅直径的计算254.4.2 浓缩锅高度计算264.5 无菌空气设备的选型274.5.1 空气压缩机的选型274.5.2 空气贮罐设计274.5.3 油水分离器的选型284.5.4 丝网分离器的选型284.5.5 空气分过滤器的选型2
5、94.6 泵的选型314.6.1 物料泵的选型314.6.2 清水泵选型314.7 车间管路的选型314.7.1 管径的计算314.7.2 物料管的选择324.7.3 自来水管的选择324.8 设备一览表335车间布置设计345.1生产车间工艺布置设计345.1.1 发酵车间组成345.1.2 车间布置原则345.2 生产车间非工艺布置设计345.3 车间布置及结构356 环境保护与安全生产366.1 污染源366.2 三废及噪声的处理366.2.1 废气处理和利用366.2.2 废水的处理366.2.3 废渣的处理366.2.4 噪声的处理376.3 节能减排377 项目经济分析387.1
6、投资估算387.2 技术经济分析387.2.1 工厂成本387.2.2 工厂可获得的毛利397.2.3 税金397.2.4 最终纯利润39结 论40参考文献41致谢42 第一章 项目总论1.1 a-淀粉酶的相关介绍11.1 a-淀粉酶的特性a-淀粉酶的标准名称是:a一1，4一葡聚糖一4一葡聚糖水解酶，分子量为50000左右，它是一种内切酶，作用于淀粉时以无规则的方式切开淀粉分子内部的a一1，4糖苷键，而使淀粉分子迅速降解，生成糊精、低聚糖、麦芽糖及少量葡萄糖等。同时会使淀粉失去粘性并产生与碘反应变蓝的显色反应，使水解产物的还原性增加。由于作用产物末端的葡萄糖残基C;碳原子为a一构型，故称为a一
7、淀粉酶。a一淀粉酶的这种作用在工业上称为淀粉。米黄色、灰褐色粉末能水解淀粉中的-1,4,葡萄糖苷键，在催化水解-1,4-糖苷键 只能催化水解直链淀粉，生成-麦芽糖和少量葡萄糖。能将淀粉切断成长短不一的短链糊精和少量的低分子糖类，从而使淀粉糊的黏度迅速下降，即起到降低稠度和“液化”的作用，所以此类淀粉酶又称为液化酶。作用温度范围60-90，最适宜作用温度为60-70，作用pH值范围5.5-7.0，最适pH值为6.0。Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力，并且对其稳定性的提高也有一定效果。1.1.2 a-淀粉酶的现状国内-淀粉酶类的生产和应用 1965年，我国开始应用淀粉芽孢杆菌BF-76
8、58生产-淀粉酶，当时只有无锡酶制剂厂独家生产。1967年杭州怡糖厂实现了应用-淀粉酶生产饴糖的新工艺，可以节约麦芽710，提高出糖率10左右。1964年我国开始了酶法水解淀粉生产葡萄糖工艺的研究。l979年 9月通过了酶法注射葡萄糖新工艺的鉴定，并先后在华北制药厂、河北东风制药厂、郑州嵩山制药厂等单位得到应用，取得了良好的经济效益。与传统的酸法相比可以提高收率10，降低成本15以上。另外我国以酶法进行柠檬酸生产、谷氨酸发酵、糖化制啤酒、酒精发酵、黄酒酿造、酱油制造、醋生产等方面也已经研究成功并投入生产。国内有代表性的研究单位有：四川大学，主要研究-淀粉酶的生产菌株及其培养条件；江南大学，主要
9、研究-淀粉酶的结构以及应用性能，如耐热性、耐酸性；西北大学，主要研究-淀粉酶的变性机理以及环境对-淀粉酶的影响；华南理工大学，主要研究-淀粉酶的固定化和动力性质；还有华中农业大学，中国科学院沈阳应用生态研究所，天津科技大学，南开大学生命科学学院，中国农业科学院，中国科学院微生物研究所等多家研究机构对多种-淀粉酶生产菌的-淀粉酶基因进行了克隆以及表达研究。国外-淀粉酶研究现状 目前，除开展大量常规诱变育种工作外，国外已初步搞清了产-淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽孢杆菌重组体的基因引入生产菌株，使一淀粉酶产量提高710倍，并已应用于食品和制酒工业，给选育高产-淀
10、粉酶菌株开创了新的途径。1.1.3a-淀粉酶的工业应用与前景 面包焙烤工业，作为保鲜剂。淀粉的液化作用和糖化作用，-淀粉酶的主要市场是淀粉水解的产物，如葡萄糖和果糖。由于他们的高甜度，被用于饮料工业中软饮料的甜味剂。这个液化过程就用到在高温下热稳定性好的-淀粉酶淀粉酶。纤维脱浆，淀粉脱浆可以利用-淀粉酶，它能有选择性的去除淀粉浆而不伤害纱线纤维，还能随机的使淀粉降解为易溶于水的糊精，因而容易被洗掉。造纸工业，淀粉酶在造纸工业中的用途主要是改良纸张涂层淀粉。自然界的淀粉浓度对于纸张上浆来说太高，可以利用-淀粉酶部分降解淀粉来节。除垢剂中的应用，酶在除垢剂中最大的功能就是使除垢剂更温和无害。-淀粉
11、酶从1975年就被应用于洗衣粉。-淀粉酶对Ca2+过于敏感，在低Ca的环境下稳定性很差，这限制了-淀粉酶在除垢剂中的应用。制药和临床化学分析，随着生物工程的不断发展，淀粉酶的应用涉及到许多其他领域，比如临床，制药和分析化学。-淀粉酶已经成为工业应用中最为重要的酶之一，并且大量的微生物可以用以高效生产淀粉酶，但是酶的大规模商业化生产仍然局限于几种特定的真菌和细菌中。对于高效的-淀粉酶的需求越来越多，这可以通过对现有酶的化学改良或者通过蛋白质工艺改良得到。得益于现代生物技术的发展，-淀粉酶在制药方面的重要性日益凸显。当然，食品和淀粉工业仍然是主要市场，-淀粉酶在这些领域的需求仍然是最大的。-淀粉酶
12、的研究将趋向于特定领域，在酶工程、基因工程、蛋白质工程等领域依然有广阔的前景，更加专一的-淀粉酶也将会大规模地出现，比如耐高温、耐酸、耐碱等。1.1.4 a-淀粉酶的提取分离工艺概括目前酶的分离提纯技术日益成熟，酶的分离纯化一般包括三个基本步骤：即抽提、纯化、结晶或制剂。首先将所需的酶从原料中引入溶液，此时不可避免地夹带着一些杂质，然后再将此酶从溶液中选择性地分离出来，或者从此溶液中选择性地除去杂质，然后制成纯化的酶制剂。以下是一些概括：细胞破碎:机械破碎法(捣碎、研磨、匀浆等)、物理破碎法(温度差、压力差、超声波等)(多用于微生物)、化学破碎法(使用甲苯、丙酮、氯仿等有机溶剂以及特里顿、吐温
13、等表面活性剂)和酶促破碎法等等。酶的提取:使用盐溶液、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等沉淀分离:盐析沉淀.等电点沉淀.有机溶剂沉淀.复合沉淀.选择性变性沉淀离心分离：注意:离心机、离心方法、离心条件等。过滤与膜分离:非膜过滤(粗滤、部分微滤)、膜过滤（大部分微滤、反渗透、透析、电渗析、）。层析分离:吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和、层析聚焦等。电泳分离:纸电泳.薄层电泳、薄膜电泳、凝胶电泳、自由电泳、等电聚焦等。萃取分离:有机溶剂、双水相、超临界、反胶束等。浓缩结晶:盐析、有机溶剂、透析、等电点、温度差、金属离子等。干燥成品:真空、冷冻、喷雾、气流、吸附等技术方案32-淀粉酶的生产工艺流程设计2.1
14、 生产方案的选择在酶制剂发展的早期，都是从动植物原料中提取酶，但是由于它们的生长周期长，又受地理、气候和季节等因素的影响，来源受到限制，所以不适于大规模的工业生产。而微生物具有种类多、繁殖快、容易培养、代谢能力强等特点，因此目前一般都是以微生物作为生产酶的酶源。微生物发酵法产酶的方式主要包括固体发酵法和液体发酵法。固体厚层通气发酵法与液体深层通气发酵法相比各有其利弊。固体发酵法易受杂菌污染，因此所产酶的纯度较差，固态原料利用率较低，又因固体发酵的条件控制不易均匀，所产酶的质量难以稳定，生产劳动强度大，占用场地也多。不过固体发酵具有设备简单、投资少、钢材用量少等优点17。液体深层通气发酵法需要一定的设备和技术条件，动力消耗也较大，但该法的液态培养基的流动性大，对工艺条件如温度、溶氧、pH和营养成分等控制较容易，有利于自动控制，同时在密闭的发酵罐内进行纯种发酵，因而产酶纯度高，质量也较稳定，此外该方法还具有机械化程度高、劳动强度小、设备利用率高等优点1。所
