年产50吨冬虫夏草发酵车间工艺设计

1课程设计题目：冬虫夏草生产工艺设计2目录1前言..……………………………………………….......................……………..2设计任务书..……………………………………………….......................…..3产品方案..……………………………………………….......................………4生产方法..……………………………………………….......................………4.1斜面培养..………………………………………………......................4.2摇瓶培养..………………………………………………......................4.3摇瓶种子培养..………………………………………………................4.4种子罐培养..………………………………………………....................4.5发酵罐培养..………………………………………………....................4.6发酵液后处理..………………………………………………................5工艺流程..……………………………………………….......................………5.1工艺流程的设计原则..……………………………………………….........5.2工艺流程方框图（见附图1）..…………………………..............6工艺耗费时间..………………………………………….......................………7物料及热量衡算..………………………………………......................………7.1物料衡算..………………………………………………......................7.1.1物料流程图..………………………………………………..............7.1.2工艺技术指标及基础数据……………………………………......7.1.3发酵车间的物料衡算………………………………………...........7.2热量衡算..………………………………………………......................7.3发酵车间水衡算.………………………………………………...............7.4发酵无菌空气消耗量计算..…………………………....................8主要工艺设备的设计与选型.……………………......................………8.1设备设计与选型原则.………………………………......................8.2主要设备的选型（发酵罐）………………………......................8.2.1发酵罐容积的确定………………………………………..............8.2.2生产能力计算..………………………………………………............38.2.3罐个数的确定..………………………………………………............8.2.4主要尺寸的计算..………………………………………..............8.2.5冷却面积的计算..………………………………………..............8.2.6搅拌器的设计..…………………………………………..............8.2.7设备结构的工艺设计..………………………………..............8.2.8设备材料的选择………………………………………..............9参考文献..……………………………………………….…………….…………….………10附图..………………………………………………...........…………………………10.1附图1生产工艺流程图.……………………………….................10.2附图2主体设备图.………………………………......................10.3附图3车间平面图.………………………………......................10.4附图4工厂平面图.………………………………......................4年产50吨冬虫夏草发酵车间工艺设计1前言1.1产品介绍冬虫夏草，又名中华虫草，是中国历史中传统的名贵中药材，是由肉座菌目蛇形虫草科蛇形虫草属的冬虫夏草菌寄生于高山草甸土中的蝠蛾幼虫，使幼虫身躯僵化。并在适宜条件下，夏季由僵虫头端抽生出长棒状的子座而形成，即冬虫夏草菌的子实体与僵虫菌核（幼虫尸体）构成的复合体。冬虫夏草主要产于中国大陆青海、西藏、四川、云南、甘肃和贵州等省及自治区的高寒地带和雪山草原。冬虫夏草菌之子座出自寄主幼虫的头部，冬虫夏草单生，细长呈棒球棍状，长4－14厘米，不育顶部长3－8厘米，直径1．5－4厘米;上部为子座头部，稍膨大，呈窄椭圆形，长1．5－4厘米，褐色，除先端小部外，密生多数子囊壳，顶部不育部长1．5－5．5毫米;子囊壳近表面生基部大部陷入子座中，先端凸出于子座外，卵形或椭圆形，长250－500微米，直径80－200微米，每一个子囊内有8具有隔膜的子囊孢子。虫体表面深棕色，断面白色;有20－30环节，腹面有足8对，形略如蚕1.2临床应用临床上使用虫草素多为辅助治疗恶性肿瘤，症状得到改善的在91.7%以上；主要用于鼻癌、咽癌，肺癌，白血病，脑癌以及其他恶性肿瘤的患者。北冬虫夏草中虫草酸的含量为3.09克，野生的虫草为5.54克，虫草酸是一种D-甘露醇，甘露醇能提高血浆渗透压，导致组织内的水分进入血管内，从而减轻组织水肿，补充血浆。虫草酸多用于脑水肿，防治急性肾功能衰竭，有调节心、脑、血管的作用，促进人体的新陈代谢、改善人体的微循环、降血脂、降血压。虫草多糖的药理试验证明：虫草多糖具有抗肿瘤、抗传染病的功效、增强性功能、补肾壮阳、益精气、防止衰老、延年益寿；对老年人慢性支气管炎、肺源性心脏病有显著的功效。能提高肝脏的解毒能力，起到扶肝的作用。降血糖、降血脂，贫血的患者用于补血，增强脾脏的营养性血流量，虫草多糖、生物活性强，适应性广，还具耐缺氧、镇痛、镇静的作用。1.3研究意义在20世纪80年代,冬虫夏草的产量还很高.据资料记载[6~7],在冬虫夏草的两大主产区西藏和青海,每年的均产量分别达到121,487kg和30,000kg.但近来由于生态环境的退化和人为的过度采挖,虫草的产量大幅下降,而且个体变小,质量也有所下降.大量分析表明，野生虫草子实体与人工培养的虫草菌丝体之间，无论是甘露醇、游离氨基酸、W醇、生物碱及有机酸类等的含量几乎相同或基本一致。药理和毒理试验也证实人工发酵虫草和野生虫草具有类似或更优的效果，表明人工培养的虫草菌丝体基本上可以代替野生虫草的子实体。鉴于5液体发酵具有周期短，原料及培养条件易得，造价低，收率高和较稳定等特点，对虫草菌丝体的人工发酵培养应该是主要发展方向。2设计任务书设计项目名称：年产50吨冬虫夏草发酵车间工艺设计生产方法：以冬虫夏草菌种为原料,发酵生产冬虫夏草菌丝体。生产能力：年产50吨冬虫夏草菌粉。主要原、辅料：蝙蝠蛾拟青霉菌种、葡萄糖、豆粕、硫酸镁、磷酸二氢钾、蛋白胨。发酵工段产品：未烘干前呈浅黄色，烘干后呈棕黄色，深棕色，色泽均匀的冬虫夏草菌粉。3产品方案产品名称和性质：发酵蝙蝠蛾拟青霉冬虫夏草菌粉，为黄色粉末，气香,味微苦。产品的质量规格：虫草干品含粗蛋白25.32%,粗脂肪8.4%，粗纤维18.53%，碳水化合物28.9%，灰分4.1%，水分10.84%。另外含虫草酸约7%，还含有游离氨基酸12种，水解后有氨基酸18种，其中成年人必需从食物中供给的8种氨基酸均具备，还有幼儿生长发育所必需的组氨酸。此外，尚含有维生素B12、麦角脂醇、六碳糖醇、生物碱等。产品规模：50T/a。产品包装方式：桶装。4生产方法4.1斜面培养以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%，KH2PO40.1%为培养基(pH6～7)。于121℃灭菌30min,接种于固体培养基上于27±1℃,培养4～5d,菌丝均匀长满斜面后,置冰箱4℃保存备用。64.2摇瓶培养以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%,KH2PO40.1%为培养基(pH6～7),采用250ml三角瓶装培养基50ml,采用27±1℃,摇床转速230r/min,振荡培养。4.3摇瓶种子培养以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%,KH2PO40.1%为培养基(pH6～7),采用500ml三角瓶,装培养基120ml,采用27±1℃,摇床转速230r/min,振荡培养48～60h,镜检菌丝粗壮,无杂菌后,合并作为进罐种子。4.4种子罐培养葡萄糖25kg/m3,豆粕20kg/m3,豆油0.6kg/m3,硫酸镁0.6kg/m3,磷酸二氢钾0.1kg/m3,蛋白胨3kg/m3为发酵液(pH6～7),采用1m3种子罐,装料系数为0.8,在27±1℃温度下发酵培养。4.5发酵罐培养葡萄糖100kg/m3,豆粕25kg/m3,豆油0.9kg/m3,硫酸镁0.9kg/m3,磷酸二氢钾0.2kg/m3,蛋白胨6kg/m3，消泡剂0.6kg/m3为培养基(pH6～7),采用10m3发酵罐,装料系数为0.8,在27±1℃温度下培养。4.6发酵液后处理发酵液离心过滤菌丝体80℃干燥成品菌粉粉碎包装5工艺流程5.1工艺流程的设计原则进行工艺设计，必须考虑以下几项原则：◆保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。◆尽量采用成熟的、先进的技术和设备。努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、7电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能够迅速投入生产，使短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。◆尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。◆确保安全生产，以保证人身和设备的安全。◆生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。5.2工艺流程方框图(见附图4.1)6工艺耗费时间发酵配料0.8h搅拌0.5h投料0.5h蒸汽灭菌1h共耗时约48h冷却到27℃约1h接种0.20h发酵44h7物料及热量衡算7.1物料衡算7.1.1物料流程图8发酵罐种子罐料水比1：4料水比1：4自来水25℃30min30min121℃121℃121℃，30min121℃，30min1h冷却至27ºC冷却至27ºC接种量12%发酵罐图7.1物料流程图7.1.2工艺技术指标及基础数据（1）主要技术指标如表所示：表7.1冬虫夏草发酵工艺主要技术指标指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模t/a50葡萄糖转化率%48生产方法发酵倒罐率%1生产天数d/a300发酵周期h48葡萄糖800kg豆粕200kg豆油7.2kg硫酸镁7.2kg磷酸二氢钾1.6kg蛋白胨48kg消泡剂4.8kg25ºC，30min葡萄糖20kg豆粕16kg豆油0.48kg硫酸镁0.48kg磷酸二氢钾0.08kg蛋白胨2.4kg25ºC，30min9发酵初糖kg/m3100冬虫夏草提取率%16.5%（2）二级种子培养基二级种子培养基（kg/m3）配方如下：葡萄糖25，豆粕20，豆油0.6，硫酸镁0.6，磷酸二氢钾0.1，蛋白胨3，接种量12%。发酵罐培养液（kg/m3）配方如下：葡萄糖100，豆粕25，豆油0.9，硫酸镁0.9，磷酸二氢钾0.2，蛋白胨6，消泡剂0.6，接种量12%。7.1.3发酵车间的物料衡算发酵液量生50吨纯度100%的冬虫夏草菌粉，需耗用的原辅材料及其他物料量(1)发酵液量:V1=50000÷(100×48%×16.5%×99%)=6.4×103(m3)式中100——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）48%——葡萄糖转化率16.5%——冬虫夏草提取率99%——除去倒罐