(工藝技術)年產噸中性淀粉酶發(fā)酵工藝設計

1、第第 頁Na2HPO412H2O0.8%、（NH4）2SO40.4%、CaCl20.2%、NH4C10.15%、豆油lkg、深井水20L，調pH至6.57.0。發(fā)酵罐培養(yǎng)基經消毒滅菌冷卻后接入3%5%種子培養(yǎng)成熟液。培養(yǎng)條件為：溫度371C，罐壓0.5kg/cm2,風量120h為1：0.48vvm,20h后1:0.67vvm，培養(yǎng)時間為2836h。發(fā)酵罐的設計4.1發(fā)酵罐的結構通用發(fā)酵罐的主要組成部件有：罐體：是發(fā)酵罐的主要結構，其內壁有擋板，作用是防止液內中心產生漩渦，一般用35塊擋板。攪拌裝置：主要功能是使罐內物料混合均勻，攪拌器葉輪多采用攪拌渦輪式，攪拌軸要與罐體密封嚴實，防止漏液和染菌

2、。攪拌轉速為200r/min.傳熱裝置：有夾套，列管等，這里采用外夾套。通氣部分：通過空氣分布器將通入的無菌空氣均勻分布到發(fā)酵液中，發(fā)酵罐通風量012h為1：0.67vvm,12h至發(fā)酵結束通風量為1:（1.01.33）vvm。分布器有單管式和環(huán)形管式。消泡裝置：用于消除產生的泡沫，最簡單實用的消泡裝置是耙式消泡器，直接裝在攪拌軸上。進出料口：罐頂設有進料口，罐底有出料口。其他附屬設備還包括試鏡、人孔（手孔）、取樣管等，用以觀測和檢修。4.2發(fā)酵罐的工藝尺寸常用的機械通風發(fā)酵罐的結構和主要幾何尺寸標準化設計（見附圖）其幾何尺寸比例如下：H0/D=1.73.5H/D=25d/D=1/31/2W/

3、D=1/121/8B/D=0.81.0（S/d）2=12（2表示攪拌器擋數(shù)）h/D=1/4單位全部為m發(fā)酵罐大小用公稱體積表示，V0=nD2XH/4+0.15D3其中：H0-發(fā)酵罐圓柱形筒身高度D-發(fā)酵罐內徑H-罐頂?shù)焦薜椎母叨萪-攪拌器直徑W-擋板寬度B-下攪拌器距罐底的距離S-攪拌器間距h-底封頭或頂封頭高度計算：已知年產量為3噸，中性淀粉酶產量為292g/L,年有300個工作日，發(fā)酵周期為48小時，即2天，清理發(fā)酵罐1天，對淀粉的轉化率為42%，預處理收率85%，提取率為70%，發(fā)酵罐個數(shù)為3個，裝料系數(shù)為0.75,V。是公稱容積,指筒身容積與底封頭容積之和，則：發(fā)酵罐體積為：V0=3x

4、1000/292/(300/3)/42%x85%x70%/3/0.75=0.18m3-0.200m3由：V0=nD2xH/4+0.15D3=nD3/2+0.15D3=0.200m3得：D=0.43mH=3D=3x0.93=1.29mW=D/12=0.93/12=0.036mS=2D=2x4.88=0.43m那么：HH=3D=3x0.93=1.29mW=D/12=0.93/12=0.036mS=2D=2x4.88=0.43m液面高度HL=0.75(H+h)=0.75x(2.79+0.233)=1.049m物料衡算本系統(tǒng)采用3個發(fā)酵罐,每個為200L=0.2m3,中性淀粉酶產量為292g/L,對糖

5、的轉化率為42%，提取率為70%，裝料系數(shù)為0.75，則：每個發(fā)酵罐在一個發(fā)酵周期中性淀粉酶產量為：0.2x292x42%x70%x0.75=12.877（kg）那么3個發(fā)酵罐1年的總產量為：（12.877x300/3）x3=3863.16（kg）=3.86噸故符合年產量為3噸的生產要求。發(fā)酵過程的工藝控制發(fā)酵過程的補料策略中間補料是在發(fā)酵過程中補充某些營養(yǎng)物料、水或產酶促進劑，以滿足微生物的代謝活動和產酶的需要。中性淀粉酶生產中要經常補料，用3倍年度濃度碳源的培養(yǎng)基補料，體積相當基礎料的1/2，從培養(yǎng)12h開始，每小時1次，分30余次補加完畢。延長了發(fā)酵時間，提高了酶活力和單罐產量。5.2發(fā)

6、酵過程pH值的控制各種微生物需要在一定的pH環(huán)境中方能正常生長繁殖。培養(yǎng)基中C/N比值高，發(fā)酵液傾向于酸性，pH偏低；C/N比值低，發(fā)酵液傾向于中性或堿性，pH偏高。中性淀粉酶最適pH為6.87.2。因此，在發(fā)酵過程中，可通過添加適量的尿素或碳酸鈣等來調節(jié)pH上升或下降。發(fā)酵過程溫度的控制溫度對微生物的生長、產物的合成和代謝調節(jié)有重要作用。溫度變化一方面影響各種酶反應的速率和蛋白的性質，另一方面影響發(fā)酵液的物理性質。不同的菌種有著不同的最適溫度。枯草桿菌發(fā)酵溫度控制在35C37C最適宜。溶氧的控制中性淀粉酶發(fā)酵是需氧發(fā)酵，無論是基質的氧化，菌體的生長還是產物的合成均需大量的氧氣。若發(fā)酵液中氧氣

7、不足，可通過加大通氣量，適當降低溫度，提高罐壓，補水，提高攪拌速度來控制。中性淀粉酶發(fā)酵過程中，012h通氣量為1：0.67vvm，12h至發(fā)酵結束通氣量為1：（1.01.33）vvm攪拌轉速200r/min。罐壓0.5kg/cm2。染菌的控制在工業(yè)發(fā)酵中，染菌輕則影響產品的質和量、重則倒罐或停產、影響工廠效益。因此要嚴格無菌操作，種子滅菌要徹底，凈化空氣設備，操作要慎重，設備滅菌要徹底。若在前期染菌，應重新滅菌；中期染菌，應偏離雜菌生長條件；后期染菌，可提前或及時放罐。可能出現(xiàn)的異常發(fā)酵現(xiàn)象：培養(yǎng)基變?。嚎赡苁鞘删w污染或營養(yǎng)成分缺乏；培養(yǎng)基過濃：會抑制微生物的生長，考慮可能是污水污染；耗糖

8、較慢：可能原因是種子生長能力降低，檢測種子是否衰退，發(fā)酵條件是否合適，以及營養(yǎng)成分是否全面，尤其注意缺磷；pH值不正常：用緩沖對來調節(jié)，檢查是否染雜菌，碳氮比是否合適生長緩慢：最可能的原因就是營養(yǎng)成分不足。6.下游加工下游加工過程是生物工程的一個組成部分，是生物化工產品通過微生物發(fā)酵過程、酶反應過程或動植物細胞大量培養(yǎng)獲得，以上述發(fā)酵、反應液或培養(yǎng)液分離、精制有關產品的過程。下游加工過程的一般工藝流程為：固體f細胞破碎f分離發(fā)酵液預處理固液分離亠液體f初步純化f高度純化f成品加工發(fā)酵液的過濾和預處理預處理就是除去高價離子和蛋白質，對高價離子的去除可以采用草酸或磷酸，草酸它與鈣離子生成的草酸鈣，

9、還能促使蛋白質沉淀，加磷酸既能降低鈣離子也能降低鎂離子。對于蛋白質的沉淀可以加入絮凝劑，調節(jié)pH值或加熱。過濾：采用鼓式真空過濾器，過濾前加去乳化劑并降溫。提取中性淀粉酶常用的提取方法有：鹽析法、乙醇淀粉吸附法和噴霧干燥法，這里用鹽析法。具體方法：發(fā)酵液經熱處理，冷卻到40C，加入硅藻土為助濾劑過濾。濾餅加2.5倍水洗滌，洗液同發(fā)酵液合并后，在45C真空濃縮數(shù)倍后，加(NH4)2SO4至40%飽和度。鹽析沉淀物加硅藻土后過濾，濾餅于40C烘干磨粉即成粗酶制品。由酶液到粉狀制酶劑的收率為70%。成品固體酶制劑的干燥方法有烘房、氣流干燥、噴霧干燥、沸騰干燥、振動干燥和真空冷凍干燥。由于噴霧干燥生產

10、能力大，維修保養(yǎng)簡單，因此生產中常采用這種方法。純化中性淀粉酶的純化方法可采用凝膠過濾法，就是以特定的凝膠物質為分子篩裝入層析柱，再通過分離溶液時大于凝膠孔徑的分子會被排阻在膠粒外，因此它們將“繞道通過”；小于該孔徑的分子，由于可以自由出入膠粒內外，因此將沿著膠?？p隙而直接流出。通過一段程度的凝膠層析柱后，大小分子將依次先后流出。7.枯草芽孢桿菌生產發(fā)酵中性淀粉酶工藝總流程圖保藏的菌種I菌種的選育抱子斜面空氣滅菌I種子罐JJ無菌空氣發(fā)酵罐發(fā)酵培養(yǎng)及的滅菌培養(yǎng)基的配置熱處理濾J鹽析J干燥J粉碎J包裝J成品參考文獻1周曉云.酶原理與酶工程.中國輕工業(yè)出版社.2005.2俞俊棠,唐孝宣.新編生物工藝

11、學（上）.化學工業(yè)出版社.2005.3曹軍衛(wèi),馬輝文.微生物工程.科學出版社.2003.4華南工學院等.發(fā)酵工程于與設備.輕工業(yè)出版社.5劉國詮.生物工程下游技術.化學工業(yè)出版社.2003.6周洪波,彭華松.生物工程產品工藝學.高等教育出版社.2006.劉洋，沈微，石貴陽，王正祥.中溫a-淀粉酶的酶學性質研究.江南大學工業(yè)生物技術教育部重點實驗室趙永芳.生物化學技術原理及應用【M】.3版.北京：科學出版社，2007.孫俊良.酶制劑生產技術【M】.北京：科學出版社，2004.MAMOG.GESSESSEAPurificationandcharacterizationoftworawstarch-digestingthermostablealphaamylasesfromaThermophilicbacillus1999（35）SHENGJ.SAHABC.LEEYEPurificationandcharacterizationofanovelthermostablebeta-amylasefromClostridiumtherm