年产6000吨木聚糖酶发酵车间的设计

年产6000吨木聚糖酶发酵车间的设计作者姓名李斌专业生物技术及应用指导教师姓名张大伟目录摘要…………………………………………………………………1ABSTRACT……………………………………………………………2第一章绪论……………………………………………………31.1木聚糖酶简介………………………………………………………31.1.1木聚糖酶的理化性质……………………………………………31.1.2木聚糖酶的生产简史……………………………………………41.1.3木聚糖酶用途……………………………………………………41.1.4木聚糖酶产业发展现状…………………………………………51.2巴斯德毕赤酵母简介………………………………………………61.2.1巴斯德毕赤酵母表达系统………………………………………61.2.2巴斯德毕赤酵母的优缺点………………………………………61.2.3前景展望…………………………………………………………7第二章木聚糖酶发酵机理……………………………………72.1重组巴斯德毕赤酵母发酵合成木聚糖酶的代谢途径………………72.1.1甘油代谢途径……………………………………………………72.1.2甲醇代谢途径……………………………………………………92.2巴斯德毕赤酵母发酵生产木聚糖酶过程中的主要影响因素………112.2.1碳源的影响………………………………………………………112.2.2氮源的影响………………………………………………………112.2.3基础盐和PTM1微量盐的影响……………………………………112.2.4添加其它物质,降低蛋白酶降解…………………………………122.2.5pH的影响…………………………………………………………122.2.6温度的影响………………………………………………………122.2.7溶氧浓度(DO)的影响…………………………………………132.2.8诱导前菌体密度(CWPTI)与比生长速率(μPTI)的影响……13第三章木聚糖酶发酵的工艺流程…………………………133.1高效分泌木聚糖酶的毕赤酵母工程菌株的获得……………………133.1.1材料……………………………………………………………133.1.2黑曲霉木聚糖酶cDNA的获得…………………………………133.1.3表达载体VMAN－pPIC9K的构建………………………………133.1.4重组菌株VMAN－pPIC9K－GS115的获得和高酶活菌株的筛选…133.1.5重组毕赤酵母的扩大培养………………………………………133.2重组巴斯德毕赤酵母工程菌发酵生产木聚糖酶…………………143.2.1原料……………………………………………………………143.2.2重组菌株的液体发酵……………………………………………153.2.3发酵工序…………………………………………………………153.3发酵液后处理获得木聚糖酶………………………………………163.3.1离心………………………………………………………………163.3.2干燥………………………………………………………………173.4工艺流程……………………………………………………………173.5产品的工艺要求……………………………………………………183.5.1产品的规格与使用方法…………………………………………183.5.2产品的包装与储运………………………………………………183.5.3常用饲料原料中木聚糖量………………………………………18第四章工艺计算……………………………………………194.1物料衡算………………………………………………………194.1.1原料的物料衡算………………………………………………194.2热量衡算…………………………………………………………204.3冷却水水耗………………………………………………………20第五章设备的设计与选型…………………………………215.1输送设备的设计计算……………………………………………215.2发酵设备的设计及选型……………………………………………235.2.1发酵罐的设计计算………………………………………………235.2.2种子罐的设计……………………………………………………265.3发酵车间相关设备的型号一览表………………………………26第六章发酵车间的布置设计……………………………296.1概述………………………………………………………………296.2生产车间工艺布置的原则……………………………………………296.2.1车间布置设计的依据………………………………………………296.2.2生产车间工艺布置的原则…………………………………………306.3发酵车间的设计……………………………………………………316.4管路的设计…………………………………………………………32第七章总平面布置与建筑说明……………………………337.1设计依据和范围……………………………………………………337.1.1设计依据…………………………………………………………337.2厂址……………………………………………………………………337.2.1厂址地理位置………………………………………………………337.2.2厂区基本条件………………………………………………………337.3总厂平面设计…………………………………………………………337.3.1平面设计原则………………………………………………………347.3.2平面的总体布置的设计方案………………………………………347.3.3工厂出入口布置特征………………………………………………357.3.4厂区设计…………………………………………………………357.3.5坐标系统…………………………………………………………357.3.6厂区划分要求……………………………………………………357.4建筑物得布置位置…………………………………………………36参考文献…………………………………………………………………37致谢……………………………………………………………………381摘要木聚糖酶(β-1,4-D-Xylanase,EC3.2.1.78)是一类能够水解β-1,4-糖苷键的半纤维素酶，已广泛应用于食品、医药、饲料、造纸、采油等诸多领域。本设计以一株高效表达木聚糖酶的重组毕赤酵母为发酵菌株,对年产6000吨木聚糖酶的发酵车间进行设计。发酵工艺采用连续补料培养工艺，选用2个0.8m3一级种子罐和2个8m3二级种子罐，采用2个80m3发酵罐，发酵罐直径3100mm。发酵罐罐体厚度设计是6.5mm，制作材料采用1Cr18Ni9Ti耐酸不锈钢。本设计根据确定的工艺流程进行了物料衡算，并绘制了全厂工艺流程图、全厂总平面布置图及三级发酵罐的装配图。关键词：木聚糖酶高密度发酵补料培养发酵罐2ABSTRACTxylanase(β-1,4-D-xylanase,EC3.2.1.78)areaclasscanhydrolyzeβ-1,4-glycosidicbondhemicellulase,itsroleinxylansubstrategrapes,xylan,galactoxylanandgalactoxylansuchasgrapexylanmorewidelydistributedinnature,mostarerenewableresources.hemicelluloseresourcesasthemajorproductsofdeepprocessing,β-xylanasehasbeenwidelyappliedInfood,medicine,feed,paper,oilandmanyotherfields.Inthisstudy,usingRT-PCR,selectionwashighlyexpressedxylanasesecretedPichiapastorisstrainMAN22,andtheliquidfermentation.Temperaturecontrolduringfermentation30°C,byadjustingthestirringratetothedissolvedoxygenconcentrationwasmaintainedat30%,mainlyinmethanolascarbonsource,nitrogensource,ammoniadid,byaddingammoniaflowcontrolpH≈5.5,makeevery12hAddaMethanol,post-fermentationtoadd5%(NH4)2SO4,NH4+levelsweremaintainedto150mmol/Lormore(2g/Lorso).Seedswithtwo0.6m3andtwo6m3tankandtwosecondseedcontainers,withtwo60m3fermenter,thefermentationtankdiameterof3100m.FermentationTanksthicknessdesignis6.5mm,madeofstainlesssteelmaterialsused1Cr18Ni9Tiacid.Selectedaccordingtothedesignofβ-xylanaseproductionprocessandthedesignofcomputingdevices,accordingtotherequirementsofthemissionstatementdrawnflowchartofthewholeplant,wholeplantgenerallayoutplansandβ-xylanasefermentationtankassemblyFig.Keywords:xylanase;Highdensityfermentation;seedpot;fermentationpot第一章绪论31.1木聚糖酶简介1.1.1木聚糖酶的理化性质木聚糖酶（Xylanase）[EC3.2.1.8]是指将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一组酶的总称，是木聚糖降解酶系中最关键的酶。主要包括外切ß-1，4-木聚糖酶，内切ß-1，4-木聚糖酶和ß-木糖苷酶。其中外切ß-1，4-木聚糖酶[EC3.2.1.92]是以单个木糖为切割单位，它作用于木聚糖的非还原性末端，使反应体系的还原性不断增加。内切ß-1，4-木聚糖酶[EC3.2.1.8]是从木聚糖主链的内部切割ß-1，4糖苷键，使木聚糖溶液的黏度迅速降低，鉴于其特殊功能，内切ß-1，4-木聚糖酶多用于食品行业。ß-木糖苷酶[EC3.2.1.37]主要作用是切割低聚木糖和木二糖，有助于木聚糖彻底降解为木糖。该酶通过水解低聚木糖的末端来催化释放木糖残基。不同来源的木聚糖酶在组成和催化性质上各不相同，但它们的理化性质有相似的地方。大多数微生物木聚糖酶为单亚基蛋白，分子量8～145kDa，等电点pI值3～10，最适作用温度为40～75℃。根据对几十种内切ß-1，4-木聚糖酶的分子量和等电点进行统计分析后发现，70%的酸性ß-1，4-木聚糖酶分子量在30kDa以上，而碱性ß-1，4-木聚糖酶分子量则多在30kDa以下。木聚糖酶中ß-木糖苷酶有单聚体、二聚体或四聚体等组成形式，分子量为26～360kDa，pI值为3.3～7.3。其它一些特异性酶，如α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶多以单体形式存在，也有二聚体、四聚体、六聚体和八聚体等形式，分子量为53～495kDa，pI值为2.5～9.3；α-葡萄糖醛酸苷酶的分子量一般都大于100kDa，而pI值都小于4.0。粘度：木聚糖酶在水中溶解后变成有粘性的溶液，使消化道中食糜的粘稠度增加。木聚糖在低溶度时，因与水分子直接互作而增加了食糜的粘度。随着木聚糖溶度的增加，分子本身相互作用，从而缠绕成网状结构，这种作用过程的相互作用极大时，可能会变成凝胶。表面活性：木聚糖的表面