年產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間設(shè)計(jì)
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- 年產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間設(shè)計(jì)南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
年產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間設(shè)計(jì)
The design of annual output of 5000 tons of glucoamylase fermentation factory workshop
學(xué) 院（系）： 生物與化學(xué)工程學(xué)院
專 業(yè)： 生物工程
學(xué) 生 姓 名： 郭留洋
學(xué) 號(hào)： *****
指 導(dǎo) 教 師： ******
評(píng) 閱 教 師：
完 成 日 期： 2010年5月
南陽理工學(xué)院
Nanyang Institute of Technology
年產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間的工藝設(shè)計(jì)
生物工程專業(yè) 郭留洋
【摘要】糖化酶是工業(yè)生產(chǎn)的主要酶制劑之一，廣泛用于釀酒、葡萄糖、果葡糖漿、抗菌素、乳酸、有機(jī)酸、味精、棉紡廠等各方面。本設(shè)計(jì)以玉米淀粉為主要原料，利用黑曲霉，采用機(jī)械攪拌通風(fēng)罐進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，完成生產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)，通過工藝流程設(shè)計(jì)、工藝衡算、設(shè)備選型和車間布置設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出生產(chǎn)5000噸糖化酶發(fā)酵車間采用3個(gè)75 m3發(fā)酵罐和3個(gè)6m3種子罐等，并依據(jù)生物工程工廠車間布置原則，對(duì)發(fā)酵罐車間進(jìn)行合理布置，繪制了工藝流程圖和車間布置圖，工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果為糖化酶的生產(chǎn)提供一定參考。
【關(guān)鍵字】 糖化酶 工廠設(shè)計(jì) 深層發(fā)酵 黑曲霉
The Design of Annual Output of 5000 Tons of Glucoamylase Fermentation Factory Workshop
Abstract：Glucoamylase is the main enzyme of industrial production which is widely used in wine, glucose, fructose syrup, antibiotics, lactic acid, organic acid, monosodium glutamate, cotton and so on. The design use corn starch as main raw material, using Aspergillums Niger, and apply mechanical ventilation it that can be fermented production. This industrial workshop design can complete the process of industrial design, the accounting, equipment selection facility layout design. This workshop can make production of 5,000 tons of glucoamylase fermentation using three 75 m3 and 3 based fermentation tank 6m3 seed set and so on, The fermentation plant has a reasonable layout which according to thefactory workshop’s layout of bio-engineering principles, With drawing a flow chart and workshop’s layout, the result of industrial design provide a reference to the production of glucoamylase.
Keywords：Glucoamylase Plant Design
Fermentation Aspergillus Niger
目錄
1前言………………………………………………………………………………..1
1.1糖化酶的簡(jiǎn)介……………………………………………………………...1
1.2糖化酶的應(yīng)用現(xiàn)狀………………………………………………………...1
1.3糖化酶在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展及前景…………..………………………….1
1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義.……………………………..……………………………3
2本論…..……………………………………………..……………………………..5
2.1糖化酶生產(chǎn)中所用黑曲霉的特性……………..………………………….5
2.2菌種培養(yǎng)工藝………...……………………………...……………………5
2.2.1菌種活化……………………………………..………………………6
2.2.2一級(jí)種子培養(yǎng)………………………………………………………6
2.2.3二級(jí)種子培養(yǎng)………………………………………………………6
2.3工藝計(jì)算…………………………………………………………………...6
2.3.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)……………………….………………….6
2.3.2發(fā)酵工藝流程圖………………………………….………………….8
2.3.3物料衡算……………………………………….…………………….8
2.3.4熱量衡算……………………………………….…………………….10
2.3.5水平衡的計(jì)算…………………………………..……………………13
2.3.6無菌空氣用量的計(jì)算…………………………..……………………14
2.4設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型………………………………………………………...14
2.4.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選型…………………………….………………….14
2.4.2種子罐的設(shè)計(jì)與選型……………………………….……………….17
2.5 車間布置設(shè)計(jì)………………………………………….………………...18
2.5.1車間布置設(shè)計(jì)的目的和重要性………………….………………….18
2.5.2 車間布置的有關(guān)技術(shù)要求和參數(shù)……………….…………………19
2.5.3設(shè)備的安全距離………………………………….………………….19
2.5.4設(shè)備布置原則…………………………………...…………………...20
3結(jié)論……………………………………………………………...………………...21
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………….22
致謝………………………………………………………………………………….23
1前言
1.1 糖化酶的簡(jiǎn)介
糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一種習(xí)慣上的名稱,學(xué)名為α-1,4-葡萄糖水解酶。糖化酶是由曲霉優(yōu)良菌種（Aspergilusniger）經(jīng)深層發(fā)酵提煉而成。糖化酶，又稱葡萄糖淀粉酶[Glucoamylase,(EC.3.2.1.3.)]它能把淀粉從非還原性未端水介a-1.4葡萄糖苷鍵產(chǎn)生葡萄糖，也能緩慢水解a-1.6葡萄糖苷鍵，轉(zhuǎn)化為葡萄糖。糖化酶隨作用的溫度升高而活力增大，超過 65℃，又隨溫度升高而活力急劇下降，糖化酶最適作用溫度是60℃，最適作用PH值在4.0-4.5 左右。糖化酶廣泛用于生產(chǎn)白酒、黃酒、酒精、啤酒、乳酸鈣作糖化劑，用于以葡萄糖作發(fā)酵培養(yǎng)基的各種抗生素、有機(jī)酸、氨基酸、維生素的發(fā)酵，也可用于分解低聚糖，糖化酶還大量用于生產(chǎn)各種規(guī)格的葡萄糖�？傊�，凡對(duì)淀粉、糊精、低聚糖進(jìn)行酶水解的工業(yè)上，都可適用。
1.2 糖化酶的應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)食品深加工企業(yè)近幾年發(fā)展很快，隨著啤酒、白酒、酒精等項(xiàng)目的增多，糖化酶、淀粉酶等生物酶的需求量隨之增大。
糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶，糖化酶廣泛應(yīng)用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、檸檬酸、啤酒等工業(yè)生產(chǎn)中；用于以葡萄糖做發(fā)酵培養(yǎng)基的各種抗生素、維生素的發(fā)酵等。糖化酶無任何毒副作用。淀粉酶一般作用于可溶性淀粉、直鏈淀粉、糖元等 ．1，4一葡聚糖，水解 一1，4．糖苷鍵的酶。根據(jù)作用的方式可分為淀粉酶與p一淀粉酶。淀粉糖是我國(guó)食品工業(yè)的重要原料，是人們?nèi)粘ＯM(fèi)食糖的有益補(bǔ)充。酶制劑被允許進(jìn)入淀粉糖行業(yè)并全面生產(chǎn)新產(chǎn)品后，淀粉糖行業(yè)從此發(fā)生了翻天覆地的變化。糖化酶在淀粉糖工業(yè)中的應(yīng)用有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展。
1.3糖化酶在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展及前景
糖化酶也是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的酶類之一 ,我國(guó)生產(chǎn)糖化酶已有 20多年歷史 ,作為葡萄糖生產(chǎn)及發(fā)酵工業(yè)的重要酶種 ,其產(chǎn)量占全國(guó)酶制劑產(chǎn)量的 60 %以上且產(chǎn)銷量逐年遞增。除了利用糖化酶水解淀粉為葡萄糖而用于制糖業(yè)外 ,現(xiàn)在人們?cè)絹碓蕉嗟亻_發(fā)糖化酶的新型用途 ,糖化酶在釀酒工業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用[1] ,傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)用曲的微生物是依靠自然界帶入的 ,其糖化力較低 ,耐酸耐熱性都較差。糖化酶作用的 pH范圍為 3. 0～5. 5,最適作用范圍為 4. 0～4. 5,這使得白酒釀造過程中酸度不斷增加 ,適宜發(fā)酵。糖化酶的應(yīng)用 ,使糧醅入酵后發(fā)酵升溫快 ,升溫幅度大 ,提高原料的出酒率 ,縮短發(fā)酵周期 ,降低生產(chǎn)成本[2]。在食用醋生產(chǎn)中 ,應(yīng)用 TH2 AATY和糖化酶 ,可以解決企業(yè)自制酒母質(zhì)量不穩(wěn)定和夏季高溫等生產(chǎn)難題 ,使食用醋生產(chǎn)正常進(jìn)行 ,它不僅降低了原材料的消耗,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且顯著提高了淀粉利用率和出醋率,具有較好的經(jīng)濟(jì)效- 5 -益。固定糖化酶應(yīng)用于糖結(jié)晶過程,可以提高糖的產(chǎn)出率,糖化酶將會(huì)被應(yīng)用于更為廣闊的空間。
國(guó)內(nèi)外對(duì)糖化酶的研究集中在開發(fā)復(fù)合糖化酶制劑及其應(yīng)用上，而對(duì)于菌種的選育，Novo公司自上世紀(jì)90年代以來已利用基因工程技術(shù)構(gòu)建了性能優(yōu)異的工程菌并應(yīng)用于生產(chǎn)，將酶活力大幅度地提高．自1994年以來，無錫酶制劑廠引進(jìn)國(guó)外糖化酶生產(chǎn)菌種以后，國(guó)內(nèi)糖化酶廠先后采用引進(jìn)菌種．目前國(guó)內(nèi)酶制劑廠的糖化酶發(fā)酵水平大都在30 000～40 000 u／mL之間，少數(shù)廠家達(dá)到40 000—50 000 u／mol．1980年以后，國(guó)內(nèi)不少研究者也篩選出了多株性能不錯(cuò)的黑曲霉變異株，酶活力也有較大幅度的提高，其中以上海市工業(yè)微生物研究所梁天錫等人對(duì)此研究的較多，成功選育出了SP56菌株，另外鄔敏辰，李劍芳等人誘變選育的WMC-15菌株，工藝優(yōu)化后發(fā)酵160 h酶活力也可達(dá)30 000 u／mol以上，代表了國(guó)內(nèi)糖化酶菌種的最高水平．河南天冠企業(yè)集團(tuán)使用的黑曲霉菌株雖是變異株，但已有不少研究者曾以該變異株為出發(fā)菌株進(jìn)行誘變篩選，選育出了性能更為優(yōu)良的變異株，如上海市工業(yè)微生物研究所粱天錫等人選育的a一471菌株，無錫輕工業(yè)學(xué)院選育的AN-149菌株，WMC-15菌株等．盡管如此，我國(guó)的糖化酶發(fā)酵水平與國(guó)際先進(jìn)水平還有不小的差距，有待于進(jìn)一步提高[4,5,6]。
20世紀(jì)80年代，對(duì)于糖化酶的研究發(fā)展極快，主要集中于糖化酶菌株的分離及其純化工作．長(zhǎng)期研究證明，糖化酶廣泛地分布在微生物中，主要存在于黑曲霉、米曲霉、根霉等絲狀真菌和酵母中，同時(shí)也存在于人的唾液、動(dòng)物胰腺及細(xì)菌中．已報(bào)道的產(chǎn)糖化酶真菌微生物有23個(gè)屬35個(gè)種；細(xì)菌有3屬3種．...
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