年产5000吨糖化酶发酵车间设计

南阳理工学院本科生毕业设计学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生：*******指导教师：李慧星完成日期2010年5月南阳理工学院本科生毕业设计年产5000吨糖化酶发酵车间设计Thedesignofannualoutputof5000tonsofglucoamylasefermentationfactoryworkshop总计：毕业设计（论文）28页表格：5个插图：1幅年产5000吨糖化酶发酵车间设计南阳理工学院本科毕业设计年产5000吨糖化酶发酵车间设计Thedesignofannualoutputof5000tonsofglucoamylasefermentationfactoryworkshop学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名：郭留洋学号：*****指导教师：******评阅教师：完成日期：2010年5月南阳理工学院NanyangInstituteofTechnology年产5000吨糖化酶发酵车间设计-1-年产5000吨糖化酶发酵车间的工艺设计生物工程专业郭留洋【摘要】糖化酶是工业生产的主要酶制剂之一，广泛用于酿酒、葡萄糖、果葡糖浆、抗菌素、乳酸、有机酸、味精、棉纺厂等各方面。本设计以玉米淀粉为主要原料，利用黑曲霉，采用机械搅拌通风罐进行发酵生产，完成生产5000吨糖化酶发酵车间工艺设计，通过工艺流程设计、工艺衡算、设备选型和车间布置设计，设计出生产5000吨糖化酶发酵车间采用3个75m3发酵罐和3个6m3种子罐等，并依据生物工程工厂车间布置原则，对发酵罐车间进行合理布置，绘制了工艺流程图和车间布置图，工艺设计的结果为糖化酶的生产提供一定参考。【关键字】糖化酶工厂设计深层发酵黑曲霉年产5000吨糖化酶发酵车间设计-2-TheDesignofAnnualOutputof5000TonsofGlucoamylaseFermentationFactoryWorkshopAbstract：Glucoamylaseisthemainenzymeofindustrialproductionwhichiswidelyusedinwine,glucose,fructosesyrup,antibiotics,lacticacid,organicacid,monosodiumglutamate,cottonandsoon.Thedesignusecornstarchasmainrawmaterial,usingAspergillumsNiger,andapplymechanicalventilationitthatcanbefermentedproduction.Thisindustrialworkshopdesigncancompletetheprocessofindustrialdesign,theaccounting,equipmentselectionfacilitylayoutdesign.Thisworkshopcanmakeproductionof5,000tonsofglucoamylasefermentationusingthree75m3and3basedfermentationtank6m3seedsetandsoon,Thefermentationplanthasareasonablelayoutwhichaccordingtothefactoryworkshop’slayoutofbio-engineeringprinciples,Withdrawingaflowchartandworkshop’slayout,theresultofindustrialdesignprovideareferencetotheproductionofglucoamylase.Keywords：GlucoamylasePlantDesignFermentationAspergillusNiger年产5000吨糖化酶发酵车间设计-3-目录1前言………………………………………………………………………………..11.1糖化酶的简介……………………………………………………………...11.2糖化酶的应用现状………………………………………………………...11.3糖化酶在国内外的研究进展及前景…………..………………………….11.4设计内容及意义.……………………………..……………………………32本论…..……………………………………………..……………………………..52.1糖化酶生产中所用黑曲霉的特性……………..………………………….52.2菌种培养工艺………...……………………………...……………………52.2.1菌种活化……………………………………..………………………62.2.2一级种子培养………………………………………………………62.2.3二级种子培养………………………………………………………62.3工艺计算…………………………………………………………………...62.3.1工艺技术指标及基础数据……………………….………………….62.3.2发酵工艺流程图………………………………….………………….82.3.3物料衡算……………………………………….…………………….82.3.4热量衡算……………………………………….…………………….102.3.5水平衡的计算…………………………………..……………………132.3.6无菌空气用量的计算…………………………..……………………142.4设备的设计与选型………………………………………………………...142.4.1发酵罐的设计与选型…………………………….………………….142.4.2种子罐的设计与选型……………………………….……………….172.5车间布置设计………………………………………….………………...182.5.1车间布置设计的目的和重要性………………….………………….182.5.2车间布置的有关技术要求和参数……………….…………………192.5.3设备的安全距离………………………………….………………….192.5.4设备布置原则…………………………………...…………………...203结论……………………………………………………………...………………...21参考文献…………………………………………………………………………….22致谢………………………………………………………………………………….23年产5000吨糖化酶发酵车间设计-4-1前言1.1糖化酶的简介糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一种习惯上的名称,学名为α-1,4-葡萄糖水解酶。糖化酶是由曲霉优良菌种（Aspergilusniger）经深层发酵提炼而成。糖化酶，又称葡萄糖淀粉酶[Glucoamylase,(EC.3.2.1.3.)]它能把淀粉从非还原性未端水介a-1.4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解a-1.6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖。糖化酶随作用的温度升高而活力增大，超过65℃，又随温度升高而活力急剧下降，糖化酶最适作用温度是60℃，最适作用PH值在4.0-4.5左右。糖化酶广泛用于生产白酒、黄酒、酒精、啤酒、乳酸钙作糖化剂，用于以葡萄糖作发酵培养基的各种抗生素、有机酸、氨基酸、维生素的发酵，也可用于分解低聚糖，糖化酶还大量用于生产各种规格的葡萄糖。总之，凡对淀粉、糊精、低聚糖进行酶水解的工业上，都可适用。1.2糖化酶的应用现状我国食品深加工企业近几年发展很快，随着啤酒、白酒、酒精等项目的增多，糖化酶、淀粉酶等生物酶的需求量随之增大。糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，糖化酶广泛应用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、柠檬酸、啤酒等工业生产中；用于以葡萄糖做发酵培养基的各种抗生素、维生素的发酵等。糖化酶无任何毒副作用。淀粉酶一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等．1，4一葡聚糖，水解一1，4．糖苷键的酶。根据作用的方式可分为淀粉酶与p一淀粉酶。淀粉糖是我国食品工业的重要原料，是人们日常消费食糖的有益补充。酶制剂被允许进入淀粉糖行业并全面生产新产品后，淀粉糖行业从此发生了翻天覆地的变化。糖化酶在淀粉糖工业中的应用有广阔的市场前景和发展。1.3糖化酶在国内外的研究进展及前景糖化酶也是工业上应用最广泛的酶类之一,我国生产糖化酶已有20多年历史,作为葡萄糖生产及发酵工业的重要酶种,其产量占全国酶制剂产量的60%以上且产销量逐年递增。除了利用糖化酶水解淀粉为葡萄糖而用于制糖业外,现在人们越来越多地开发糖化酶的新型用途,糖化酶在酿酒工业中也有广泛的应用[1],传统白酒生产用曲的微生物是依靠自然界带入的,其糖化力较低,耐酸耐热性都较差。糖化酶作用的pH范围为3.0～5.5,最适作用范围为4.0～4.5,这使得白酒酿造过程中酸度不断增加,适宜发酵。糖化酶的应用,使粮醅入酵后发酵升温快,升温幅度大,提高原料的出酒率,缩短发酵周期,降低生产成本[2]。在年产5000吨糖化酶发酵车间设计-5-食用醋生产中,应用TH2AATY和糖化酶,可以解决企业自制酒母质量不稳定和夏季高温等生产难题,使食用醋生产正常进行,它不仅降低了原材料的消耗,减轻了工人的劳动强度,而且显著提高了淀粉利用率和出醋率,具有较好的经济效-5-益。固定糖化酶应用于糖结晶过程,可以提高糖的产出率,糖化酶将会被应用于更为广阔的空间。国内外对糖化酶的研究集中在开发复合糖化酶制剂及其应用上，而对于菌种的选育，Novo公司自上世纪90年代以来已利用基因工程技术构建了性能优异的工程菌并应用于生产，将酶活力大幅度地提高．自1994年以来，无锡酶制剂厂引进国外糖化酶生产菌种以后，国内糖化酶厂先后采用引进菌种．目前国内酶制剂厂的糖化酶发酵水平大都在30000～40000u／mL之间，少数厂家达到40000—50000u／mol．1980年以后，国内不少研究者也筛选出了多株性能不错的黑曲霉变异株，酶活力也有较大幅度的提高，其中以上海市工业微生物研究所梁天锡等人对此研究的较多，成功选育出了SP56菌株，另外邬敏辰，李剑芳等人诱变选育的WMC-15菌株，工艺优化后发酵160h酶活力也可达30000u／mol以上，代表了国内糖化酶菌种的最高水平．河南天冠企业集团使用的黑曲霉菌株虽是变异株，但已有不少研究者曾以该变异株为出发菌株进行诱变筛选，选育出了性能更为优良的变异株，如上海市工业微生物研究所粱天锡等人选育的a一471菌株，无锡轻工业学院选育的AN-149菌株，WMC-15菌株等．尽管如此，我国的糖化酶发酵水平与国际先进水平还有不小的差距，有待于进一步提高[4,5,6]。20世纪80年代，对于糖化酶的研究发展极快，主要集中于糖化酶菌株的分离及其纯化工作．长期研究证明，糖化酶广泛地分布在微生物中，主要存在于黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌和酵母中，同时也存在于人的唾液、动物胰腺及细菌中．已报道的产糖化酶真菌微生物有23个属35个种；细菌有3属3种．几十年来我国科研工作者为提高糖化酶的活力进行了不懈的努力，常规的物理及化学诱变的方法仍然是方便有效的途径．谷海先等对黑曲霉AN一149菌进行自然分离、紫外线和NTG的复合诱变处理，得到了一株高产糖化酶的菌株WG一93，经3OL发酵罐试验，酶活力达29key／ml(原糖化酶生产发酵水平为12key／m1)．1993年，李俊刚等对生淀粉糖化菌黑曲霉S一1原生质体采用(l=260nm，2=266Tim)能量为8的激光直接照射，得到高酶活力的生淀粉糖化酶突变株，比出发株酶活力平均提高37．4％，最高突变株酶活力达到74．5u，比出发株提高91％．1998年，李俊刚等又以黑曲霉523原生质体为对象，经激光、紫外线和亚硝基胍复合诱变，选育出生淀粉糖化酶高产突变株黑曲霉NL一3，其生淀粉酶活力为156u／m1．王海洪等通过分离和筛选，得到一株分解小麦生淀粉能力较强的黑曲霉，其生淀粉糖化酶活力为171．5u／g，a一淀粉酶活力为6．347u／g．DNA重组技术发展以来，有人尝试将糖化酶基因克隆到埃希大肠杆菌