年產(chǎn)15噸番茄紅素的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂

指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）指導(dǎo)教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日

評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）評(píng)閱教師：（簽名）單位：（蓋章）年月日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài)□優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義□優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書）所體現(xiàn)的整體水平□優(yōu)□良□中□及格□不及格評(píng)定成績(jī)：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）：（簽名）年月日教學(xué)系意見：系主任：（簽名）年月日交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題年產(chǎn)15噸番茄紅素生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)姓名李文偉專業(yè)生物工程班級(jí)091班課題簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)主要研究年產(chǎn)量為15噸的番茄紅素的工藝流程，因?yàn)榉鸭t素的生物保健作用極強(qiáng)，其市場(chǎng)需求大，故本設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行工廠化放大生產(chǎn)，以玉米漿為原料，利用三孢布拉霉在溫度28℃，攪拌速度250r/min，設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：產(chǎn)品名稱：番茄紅素年處理量：15噸年工作時(shí)間：250天設(shè)計(jì)依據(jù)：發(fā)酵周期6天（含輔助時(shí)間）萃取率95%皂化率80%產(chǎn)品性狀：晶體為棕紅色設(shè)計(jì)任務(wù)：1.總述：提出選題的初步設(shè)想2.生產(chǎn)工藝流程或生產(chǎn)方案確定3.生產(chǎn)流程敘述4.工藝計(jì)算5.主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型6.用CAD畫主設(shè)備圖和工藝流程圖7.計(jì)算原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量8.環(huán)境保護(hù)和安全措施9.結(jié)論10.設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲圖紙要求：1.繪制帶控制點(diǎn)的工工藝流程圖（1#圖紙）2.根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)繪制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（1#圖紙）3.繪制要求詳見《化工工程制圖》，圖紙單獨(dú)裝訂作為附圖。設(shè)計(jì)要求1.通過(guò)文獻(xiàn)查閱及綜述，基本掌握本課題的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2.學(xué)會(huì)研究方案的制訂和設(shè)計(jì)方法3.確定設(shè)計(jì)方案、工藝流程4.進(jìn)一步通過(guò)工藝計(jì)算，論證本設(shè)計(jì)的可行性5.運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析、掌握設(shè)計(jì)技能，解決實(shí)際問(wèn)題6.訓(xùn)練實(shí)事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，在德、智、體諸方面得到發(fā)展指導(dǎo)教師簽字系主任簽字主管院長(zhǎng)簽章

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告表課題名稱年產(chǎn)15噸番茄紅素的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)課題來(lái)源蘭州交通大學(xué)自選課題課題類型AY導(dǎo)師任愛梅學(xué)生姓名李文偉學(xué)號(hào)200907241專業(yè)生物工程資料準(zhǔn)備：收集有關(guān)番茄紅素的性質(zhì)及生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展資料，同時(shí)深入了解影響番茄紅素生產(chǎn)的有關(guān)因素，為設(shè)計(jì)方案的制定及論文寫作奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)目的：通過(guò)分析發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素及不同條件對(duì)番茄紅素產(chǎn)量的影響，掌握番茄紅素的生產(chǎn)過(guò)程，結(jié)合已有知識(shí)和現(xiàn)在的生產(chǎn)狀況對(duì)年產(chǎn)15噸番茄紅素生產(chǎn)工藝進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使之更適合生產(chǎn)需要。設(shè)計(jì)要求：1.查閱有關(guān)番茄紅素生產(chǎn)及番茄紅素提取等相關(guān)文獻(xiàn)；2.分析比較各種番茄紅素的生產(chǎn)方法，確定年產(chǎn)15噸番茄紅素的設(shè)計(jì)方案及工藝流程；3.完成番茄紅素生產(chǎn)工藝的基本設(shè)備配置；4.用CAD畫出年產(chǎn)15噸番茄紅素的生產(chǎn)工藝流程圖和主設(shè)備圖。設(shè)計(jì)思路：1.對(duì)番茄紅素相關(guān)背景知識(shí)和現(xiàn)狀進(jìn)行綜述和分析，并掌握番茄紅素生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外研進(jìn)展。2.由前人對(duì)番茄紅素生產(chǎn)的研究進(jìn)展分析存在的問(wèn)題得出本設(shè)計(jì)的意義；3.通過(guò)分析比較粉碎法，有機(jī)溶劑提取法，超臨界流體萃取，微生物發(fā)酵法及它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，確定番茄紅素生產(chǎn)方案；4.設(shè)計(jì)番茄紅素生產(chǎn)的基本工藝流程；5.確定設(shè)計(jì)番茄紅素生產(chǎn)方案并畫設(shè)備圖和工藝流程圖;6.運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析，論證本設(shè)計(jì)的可行性。預(yù)期成果:1.通過(guò)設(shè)計(jì)了解番茄紅素的生產(chǎn)技術(shù)。2.分析不同番茄提取方法、不同條件對(duì)番茄紅素產(chǎn)量的影響以及了解番茄紅素的生產(chǎn)。3.設(shè)計(jì)出產(chǎn)率高、周期短的年產(chǎn)15噸番茄紅素的生產(chǎn)線，并能在理論上滿足生產(chǎn)需求，達(dá)到降低成本的目的。任務(wù)完成階段及時(shí)間安排：1.收集有關(guān)番茄紅素生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)的資料，擬定論文提綱。自2013年3月—2013年4月，圍繞不同制備方法及不同方法對(duì)番茄紅素產(chǎn)量的影響進(jìn)行資料收集，做好論文的前期準(zhǔn)備工作，在畢業(yè)論文開始兩周內(nèi)提交詳細(xì)論文寫作大綱。2.論文開題。詳細(xì)提綱經(jīng)指導(dǎo)老師審定后，在3月20日前完成開題報(bào)告。3.撰寫初稿。自2013年3月21日—2013年4月30日（第13周）前完成初稿。4.畢業(yè)論文中期檢查。在5月10之前完成“蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文學(xué)生自查表”。5.論文修改。根據(jù)指導(dǎo)老師的意見，在14周—16周進(jìn)行二稿、三稿的修改、打印、裝訂工作。6.定稿。在6月10號(hào)前交畢業(yè)論文終稿。完成任務(wù)所具備的條件及因素：利用圖書館的資料、文獻(xiàn)，查閱的各種期刊和網(wǎng)絡(luò)資源，不斷提出問(wèn)題，同指導(dǎo)老師探討，并融合所學(xué)的相關(guān)知識(shí)。指導(dǎo)教師意見簽名：年月日

蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生自查表（中期教學(xué)檢查用）學(xué)生姓名李文偉專業(yè)生物工程班級(jí)生物091指導(dǎo)教師姓名任愛梅職稱講師課題名稱年產(chǎn)15噸番茄紅素的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)個(gè)人精力實(shí)際投入作時(shí)間8小時(shí)周平均工作時(shí)間40小時(shí)迄今缺席天數(shù)無(wú)出勤率%100%指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù)5次每周指導(dǎo)時(shí)間（h）10小時(shí)備注2小時(shí)/天有問(wèn)題時(shí)導(dǎo)師及時(shí)指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度（完成）內(nèi)容及比重已完成主要內(nèi)容%待完成主要內(nèi)容%設(shè)計(jì)整體規(guī)劃。查閱有關(guān)番茄紅素的相關(guān)文獻(xiàn)及書籍并概括出番茄紅素的各種生產(chǎn)工藝。分析各種提取方法對(duì)番茄紅素生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響。確定番茄紅素的生產(chǎn)工藝流程方案。設(shè)計(jì)合理的年產(chǎn)15噸番茄紅素生產(chǎn)工藝流程。翻譯了一篇與番茄紅素相關(guān)的外文文獻(xiàn)。初步完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。701、完成工藝流程圖及設(shè)備圖的繪制。2、說(shuō)明書的修改補(bǔ)充及整理定稿。30存在問(wèn)題由于缺乏實(shí)踐以及初次接觸工藝的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，所以生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)還需進(jìn)一步完善。由于本設(shè)計(jì)缺乏實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故其實(shí)際生產(chǎn)的可行性還有待實(shí)踐驗(yàn)證。指導(dǎo)教師簽字：年月日摘要本文在對(duì)番茄紅素的特性以及作用進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，分析對(duì)比了各種提取方法的優(yōu)劣，并設(shè)計(jì)出了一套以玉米漿為原料，利用三孢布拉氏霉菌生產(chǎn)番茄紅素的發(fā)酵工藝。具體為：溫度28℃，pH6.5，接種量10％（體積比）；流加工藝最適為發(fā)酵后48h，在60h時(shí)添加阻斷劑。最佳發(fā)酵周期為120h，轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分。發(fā)酵完成后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾，干燥，破碎細(xì)胞，石油醚萃取，濃縮結(jié)晶，精制后為90%番茄紅素純品。該工藝所用設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，提取時(shí)間短，生產(chǎn)成本低，提取率高。關(guān)鍵詞：玉米漿；三孢布拉氏霉菌；發(fā)酵；番茄紅素

AbstractBasedonthefeaturesandfunctionsoflycopeneweresummarizedonthebasisoftheanalysiscomparedthestrengthsandweaknessesofvariousextractionmethods,andputsfor-wardasetofthreesporebrady'smoldintheproductionoflycopenefermentationprocess.Sp-ecificasfollows:temperature28℃,pH6.5,inoculationamount10%(volumeratio);Flowpr-ocessoptimalfor48hafterfermentation,addblockersin60h.Bestfermentationperiodis120h,andtherotatingspeedis250RPM.Fermentationiscompleted,afterfiltering,drying,thebrokencells,petroleumetherextraction,enrichmentcrystallization,refinedafter90%lyc-openeistasted.Equipmentusedintheprocessissimple,easyoperation,shortextractiontime,lowproductioncost,highextractionyield.Keywords:lycopenethreesporebrady'smoldproductionprocessProcessdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u264981緒論 1101671.1番茄紅素的簡(jiǎn)介 152251.2番茄紅素的來(lái)源 150071.3番茄紅素的分子結(jié)構(gòu) 179001.4番茄紅素的理化性質(zhì) 165051.4.1穩(wěn)定性 1287521.4.2呈色能力 210591.4.3溶解性 2313611.5番茄紅素的生物學(xué)特性 2203691.5.1番茄紅素具有抗氧化性 2324701.5.2番茄紅素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)代謝起調(diào)控作用 384091.5.3番茄紅素可以調(diào)節(jié)膽固醇的代謝 3147971.6番茄紅素的保健作用 317031.7預(yù)防和抑制腫瘤的作用 3232671.8番茄紅素的提取原理 4266291.8.1直接粉碎法 4134541.8.2有機(jī)溶劑提取法 4324691.8.3超臨界流體萃取 5115931.8.4微波輻射法 5254111.8.5化學(xué)合成法 54511.8.6酶反應(yīng)法 660591.8.7微生物發(fā)酵法 6106641.8.8其他方法 6165811.9國(guó)內(nèi)外對(duì)番茄紅素的研究進(jìn)展 7316521.9.1國(guó)外對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀 7215241.9.2我國(guó)對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀 7211352生產(chǎn)番茄紅素的意義 758673番茄紅素的生產(chǎn)工藝 8176343.1菌種的選擇 8231773.2培養(yǎng)基的選擇 8186593.2.1PDA培養(yǎng)基 815563.2.2種子培養(yǎng)基 8131033.2.3發(fā)酵培養(yǎng)基 8177963.2.4流加糖液 9108853.2.5阻斷劑 9114453.3設(shè)計(jì)步驟 9171533.3.1孢子懸浮液制備 9225843.3.2發(fā)酵培養(yǎng) 9174553.3.3發(fā)酵后期發(fā)酵液處理方法 986163.3.4流加工藝的確定 9308673.3.5固液分離 9275193.3.6萃取 1068153.3.7皂化 10268223.3.8精制階段 10210373.4工藝流程 11100043.5工藝說(shuō)明 1138323.6培養(yǎng)條件的討論及優(yōu)化 1255593.6.1培養(yǎng)溫度對(duì)發(fā)酵的影響 12121983.6.2pH對(duì)發(fā)酵的影響 12232983.6.3轉(zhuǎn)速和裝液量對(duì)發(fā)酵的影響 1288053.6.4接種量對(duì)發(fā)酵的影響 1243613.6.5發(fā)酵時(shí)間的確立 13212873.6.6阻斷劑最佳添加時(shí)間的確立 1334204工藝計(jì)算 1374234.1物料衡算 13131844.1.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 13243694.1.2原料消耗計(jì)算(以一噸成品番茄紅素為基準(zhǔn)) 1441434.1.3原料日消耗量和年總消耗量 1571534.2主要階段的能量衡算 16111814.2.1發(fā)酵過(guò)程中蒸汽耗量的計(jì)算 17301784.2.2發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量 17132374.2.3種子罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量 18191614.2.4發(fā)酵車間總的消耗蒸汽量 18250264.2.5發(fā)酵過(guò)程冷卻水耗量的計(jì)算 18239244.2.6發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的計(jì)算 18268275設(shè)備選型 19195705.1主要設(shè)備的選型與計(jì)算 19198775.1.1發(fā)酵罐的選擇條件及計(jì)算 19199745.1.2種子罐的選型 21265335.2輔助設(shè)備的選型 2257455.2.1細(xì)胞過(guò)濾器 22295075.2.2真空干燥器 22196155.2.3細(xì)胞破碎器 22119695.2.4萃取設(shè)備 22175805.2.5濃縮設(shè)備 23310155.2.6結(jié)晶設(shè)備 23141925.2.7發(fā)酵后期發(fā)酵液處理總共時(shí)間 23281855.3主要設(shè)備（見表2） 23101136效益評(píng)估 2434036.1原料消耗（見表3） 24264576.2設(shè)備消耗（見表4） 25129576.3水電人工勞動(dòng)力費(fèi)用 2544706.4效益評(píng)估 2531187環(huán)境保護(hù)和安全措施 2627357.1環(huán)境保護(hù) 26260807.1.1廢氣 26102697.1.2廢水 2677187.1.3固體垃圾 2674857.1.4噪音 26302267.2安全規(guī)則 26154198結(jié)論 28161209設(shè)計(jì)體會(huì)與心得 29858410致謝 3014894參考文獻(xiàn) 3126228英文文獻(xiàn) 337033英文翻譯 411緒論1.1番茄紅素的簡(jiǎn)介番茄紅素是植物中所含的一種天然色素。主要存在于茄科植物西紅柿的成熟果實(shí)中。它是許多類胡蘿卜素生物合成的中間體，類胡蘿卜素是由細(xì)菌、藻類及植物生物合成的類菇烯，動(dòng)物無(wú)法生物合成，只能靠食物攝取[1]。目前，在自然界的植物中被發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)抗氧化劑就數(shù)番茄紅素。科學(xué)證明，人體內(nèi)的單線態(tài)氧和氧自由基是侵害人體自身免疫系統(tǒng)的罪魁禍?zhǔn)?。番茄紅素清除自由基的功效強(qiáng)于其他類胡蘿卜素和維生素E，其淬滅單線態(tài)氧速率常數(shù)是維生素E的100倍。因?yàn)樗梢杂行У姆乐我蛩ダ?，免疫力下降引起的各種疾病，所以，番茄紅素受到世界各國(guó)專家的關(guān)注。1.2番茄紅素的來(lái)源番茄紅素廣泛存在自然界中，主要分布于西瓜、柿、胡椒果、南瓜、桃、木瓜、芒果、葡萄、番茄、葡萄抽、番石榴、紅荀、柑桔、云葛等的果實(shí)及胡蘿卜、蘿卜、蕪答甘藍(lán)等的根部。番茄紅素是西方膳食中類胡蘿卜素最主要的來(lái)源，也是人體血清中含量較高的類胡蘿卜素之一。番茄紅素在番茄中的含量隨品種和成熟度的不同而不同。一般說(shuō)來(lái)，加工用番茄中番茄紅素的含量是鮮食用番茄的3.0—3.5倍，成熟度越高，番茄紅素的含量越高。我國(guó)新疆產(chǎn)加工用番茄的番茄紅素含量很高，番茄含量為400mg/100g以上，番茄皮中含量為20mg/100g[2]。有報(bào)道稱秋橄欖果實(shí)的番茄紅素含量也很高，可以達(dá)15—54mg/1.3番茄紅素的分子結(jié)構(gòu)1910年，Willstaller[3]和Escher在對(duì)番茄紅素的研究中首次確定了其分子式為C40H56，分子量為536.85。天然存在的番茄紅素全都是全反式，但是通過(guò)高溫的油炸、蒸煮等加工方式可由反式構(gòu)型向順式構(gòu)型轉(zhuǎn)變。研究還表明，番茄紅素的順式異構(gòu)體與反式異構(gòu)體的物理和化學(xué)性質(zhì)有所不同，與反式異構(gòu)體相比，番茄紅素的順式異構(gòu)體的極性強(qiáng)，熔點(diǎn)低，不易結(jié)晶，摩爾消光系數(shù)小，更易溶解，而且在放置過(guò)程中可能會(huì)回復(fù)到全反式狀態(tài)。1.4番茄紅素的理化性質(zhì)1.4.1穩(wěn)定性番茄紅素分子中有11個(gè)共扼雙鍵及2個(gè)非共軛雙鍵，使得番茄紅素的穩(wěn)定性比較差，它在一定條件下可發(fā)生氧化降解和順?lè)串悩?gòu)化。番茄紅素對(duì)氧化反應(yīng)很敏感，其溶液經(jīng)日光照射一段時(shí)間后，番茄紅素基本上損失殆盡。溶液中的Fe3+和Cu2+會(huì)對(duì)番茄紅素的光氧化反應(yīng)起催化作用，而其它金屬離子如Mg2+、K+、Zn2+、Ca2+等則對(duì)其影響不大，所以天然番茄紅素在提取和應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)盡量避免使用銅制和鐵制容器。此外，pH值對(duì)番茄紅素也有影響，當(dāng)用乙醇溶解番茄紅素，并調(diào)制成PH值1～14。結(jié)果表明，番茄紅素對(duì)堿比較穩(wěn)定，對(duì)酸則不穩(wěn)定，故番茄紅素作為色素使用時(shí)并不適合于酸性飲料。由此可見，影響番茄紅素穩(wěn)定性的因素有金屬離子、氧、光、pH等，故番茄紅素的提取、加工、分析及貯存都應(yīng)該在對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行控制的條件下進(jìn)行[4]。1.4.2呈色能力番茄紅素作為一種天然紅色素，如何保持其最強(qiáng)的著色力是至關(guān)重要的。番茄果實(shí)中的番茄紅素有兩種存在狀態(tài)：其中大部分是以細(xì)長(zhǎng)的、針狀的結(jié)晶形式存在于有色體中，呈現(xiàn)明亮的紅色。當(dāng)番茄紅素的結(jié)晶形成時(shí)，質(zhì)體膜消失，色素結(jié)晶自由分散在原生質(zhì)中，在顯微鏡下觀察時(shí)，可以看到小粒狀的有色體，說(shuō)明了有色體所顯現(xiàn)的顏色；另外一小部分（10%左右）則與蛋白質(zhì)形成復(fù)合體存在于細(xì)胞中。番茄紅素以不同的形態(tài)存在時(shí)具有不同的顏色和強(qiáng)度，而且會(huì)隨著溶劑和介質(zhì)的不同而呈現(xiàn)出不同的顏色。例如，溶解在石油醚中的番茄紅素呈黃色，在二硫化碳中則呈紅色。1.4.3溶解性番茄紅素是脂溶性色素，可溶于其他脂類和非極性溶劑中，不溶于水，難溶于強(qiáng)極性溶劑如甲醇、乙醇等，可溶于脂肪烴、芳香烴和氯代烴如乙烷、苯、氯仿等有機(jī)溶劑。番茄紅素在各種溶劑中的溶解度隨著溫度的上升而增大，然而當(dāng)樣品越純時(shí)，溶解越困難。結(jié)晶的番茄紅素溶解緩慢，傾向于形成一種超飽和狀態(tài)，雖然提高溫度可加速其溶解，但冷卻時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶，這時(shí)可利用超聲波加速其溶解。純的番茄紅素雖然不溶于水，但當(dāng)它與某些物質(zhì)如蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物時(shí)，則具有較高的溶解度。1.5番茄紅素的生物學(xué)特性1.5.1番茄紅素具有抗氧化性番茄紅素通過(guò)物理和化學(xué)方式猝滅單線態(tài)氧或捕捉過(guò)氧化自由基。單線態(tài)氧是具有很強(qiáng)活性的氧自由基，具細(xì)胞毒性作用，以線粒體、細(xì)胞膜等部位對(duì)其最為敏感，能與大多數(shù)生物大分子發(fā)生作用，通過(guò)與分子結(jié)合造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷；番茄紅素能夠接受不同電子激發(fā)態(tài)的能量，吸收光能并通過(guò)單線態(tài)—單線態(tài)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程使單線態(tài)氧的能量轉(zhuǎn)移到番茄紅素，生成基態(tài)氧分子和三重態(tài)番茄紅素分子，三重態(tài)番茄紅素通過(guò)與溶劑的一系列旋光和振動(dòng)反應(yīng)得到再生，并在此過(guò)程中將能量散發(fā)；類胡蘿卜素的猝滅能力與其分子中所含有的共軛雙鍵的數(shù)目有著密切的關(guān)系，番茄紅素分子中有11個(gè)共軛雙鍵，一個(gè)番茄紅素分子可以清除數(shù)千個(gè)單線態(tài)氧，其猝滅單線態(tài)氧的速率常數(shù)較β-胡蘿卜素高2倍。1990年P(guān)aolo等[5]報(bào)道了類胡蘿卜素和生育酚等30余種生物抗氧化劑猝滅單線態(tài)氧的作用，番茄紅素是猝滅單線態(tài)氧最強(qiáng)的。番茄紅素還能通過(guò)與其他形式的活性氧的化學(xué)反應(yīng)消除氧化自由基，如過(guò)氧化氫、亞硝酸根等氧化自由基，而氧化自由基能引起脂質(zhì)過(guò)氧化形成多種產(chǎn)物，這些產(chǎn)物與人體老化、癌癥發(fā)生、自身免疫病及貧血等疾病都有關(guān)系。1.5.2番茄紅素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)代謝起調(diào)控作用通常細(xì)胞間隙之間有膜蛋白構(gòu)成的通道，具有選擇通透性，允許第二信使及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)通過(guò)，細(xì)胞之間通過(guò)細(xì)胞間隙連接通訊（GJIC）傳輸細(xì)胞群體內(nèi)生長(zhǎng)調(diào)控信號(hào)，調(diào)節(jié)細(xì)胞的正常增殖與分化。實(shí)驗(yàn)表明，番茄紅素通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞間連接，增強(qiáng)正常細(xì)胞之間的GJIC，控制細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞分化來(lái)抑制腫瘤的增長(zhǎng)。日本學(xué)者在大鼠肝組織上用熒光染料示蹤技術(shù)研究番茄紅素對(duì)GJIC的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，每天飼喂5mg/kgBW番茄紅素，連續(xù)5d時(shí)，可以明顯增強(qiáng)GJIC功能；同時(shí)，由于大多數(shù)腫瘤細(xì)胞的GJIC功能微弱或缺失，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化后其GJIC功能降低或抑制，GJIC功能的抑制或被破壞被認(rèn)為是促癌變階段的重要機(jī)制。1.5.3番茄紅素可以調(diào)節(jié)膽固醇的代謝番茄紅素是一種低膽甾醇劑，它可抑制巨噬細(xì)胞3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A，而它是一種膽固醇生物合成的限速酶。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)巨噬細(xì)胞的介質(zhì)中加入番茄紅素后，其膽固醇合成降低，同時(shí)番茄紅素還增大巨噬細(xì)胞低密度脂蛋白（LDL）受體活性。實(shí)驗(yàn)還表明，人體3個(gè)月內(nèi)每天補(bǔ)充60mg番茄紅素，可減少14%的胞質(zhì)LDL膽固醇濃度。1.6番茄紅素的保健作用番茄紅素的上述生物學(xué)特性決定了它具有抗氧化、抑制突變、降低核酸損傷、減少心血管疾病及預(yù)防癌癥等多種保健功能[6]。1.7預(yù)防和抑制腫瘤的作用番茄紅素具有預(yù)防和抑制腫瘤作用，一方面是因?yàn)樗目寡趸饔?；另一方面是番茄紅素能夠阻斷組織細(xì)胞在外界誘變劑的作用下發(fā)生基因突變過(guò)程，這是腫瘤生成的重要機(jī)制之一。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，番茄紅素可影響乳腺、肺和子宮癌細(xì)胞周期的S階段；番茄紅素通過(guò)抑制細(xì)胞周期中Gl到S的轉(zhuǎn)化階段來(lái)影響細(xì)胞的生長(zhǎng)；番茄紅素通過(guò)可抑制LDL膽固醇的氧化和煎烤肉、魚的褐色反應(yīng)中產(chǎn)生的雜環(huán)胺類的形成，從而有效地抑制致癌物的產(chǎn)生及誘發(fā)腫瘤。研究表明，番茄紅素對(duì)消化道癌、宮頸癌、乳腺癌、皮膚癌、膀胱癌等均有一定的抑制作用[7.8]。1.8番茄紅素的提取原理由于合成色素一般都有毒性和致癌性，對(duì)人類造成極大的危害，從整個(gè)食用色素的發(fā)展情況來(lái)看，在世界范圍內(nèi)，合成色素有被淘汰的可能性，從而勢(shì)必造成天然食用色素成為唯一的使用色素。但是，就目前來(lái)說(shuō)，天然色素價(jià)格太高，在工業(yè)上得不到廣泛應(yīng)用，因此提取天然色素要盡可能選擇便宜的原料，經(jīng)濟(jì)的工藝條件，這樣便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。番茄紅素在番茄皮的下表皮細(xì)胞中含量較高，一般在l0～15mg/100g，因此，可利用番茄皮提取番茄紅素?？蓪⒏稍镞^(guò)的番茄皮粉碎后直接作為著色劑食用；也可利用番茄紅素的特性，用有機(jī)溶劑浸提。近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，酶反應(yīng)法和超臨界流體萃取等方法也被用于番茄皮中番茄紅素的提取，此外，微生物發(fā)酵法作為一種新型的方法將是未來(lái)發(fā)展的方向1.8.1直接粉碎法將番茄皮粉碎，作為著色劑直接添加于食品中，工藝為：番茄籽原料番茄皮晾干粉碎包裝一著色粉1.8.2有機(jī)溶劑提取法番茄紅素不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、三硫化碳、苯等有劑溶劑。利用這一特性，一般選用親油性有機(jī)溶劑提取番茄紅素工藝為：濾渣—二次浸提番茄皮—干燥—有機(jī)溶劑浸提—提取液—過(guò)濾—濾液提取液—色素—包裝選用此法提取番茄皮中的色素，采用石油醚室溫浸泡l0～24h。Yen等[10]以苦瓜為原料，采用混合溶劑(石油醚：丙酮=l：1)提取高純度的番茄紅素，不需要復(fù)雜的純化工藝。歐洲一專利采用95%的乙醇作溶劑，逆流法78℃浸提5有機(jī)溶劑提取法：設(shè)備少，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，目前國(guó)內(nèi)一般都采用這種方法。但通過(guò)此法獲得的產(chǎn)品質(zhì)量差，純度低，有異味和溶劑殘留，嚴(yán)重影響了天然色素的推廣。1.8.3超臨界流體萃取超臨界流體萃取技術(shù)[11.12]使食品工業(yè)新興的項(xiàng)萃取，分離和純化技術(shù)，與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法相比，其工藝簡(jiǎn)單，能耗低，萃取劑便宜，無(wú)毒，易回收，它是低溫處理，適于提取番茄紅素等熱敏極性成分。安本光政等研究了超臨界CO從番茄皮中提取番茄紅素，原料微粉碎或經(jīng)果膠酶，纖維素酶處理后，提取壓力270kg／cm，提取溫度40℃，提取率達(dá)95%。此外，日本另一專利報(bào)道了超臨界流體萃取精制番茄紅素，將粗番茄紅色粉末和己烷(1:2)放入抽提罐，形成均質(zhì)混合系，使原料中的紅素從己烷中溶出，在35～50℃，300kg1.8.4微波輻射法番茄紅素是脂溶性色素，而脂溶性色素的提取特點(diǎn)是提取時(shí)間較長(zhǎng)，原因是有機(jī)溶劑不易滲透穿過(guò)物質(zhì)的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，所以不能很好的將提取物從細(xì)胞器中溶出。采用微波輻射萃取(Microwave-AssistedExtraction．簡(jiǎn)稱MAE)可以提高其萃取效率近年來(lái)，微波輻射技術(shù)已有所應(yīng)用．其最佳的工藝條件是：提取劑為6#溶劑油，功率200W，萃取時(shí)間80s，液固比2:1二級(jí)提取，此條件下提取率為97.56。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法相比微波提取最大的優(yōu)點(diǎn)是提取時(shí)間大大縮短，且提取率較高。而與超臨界CO2相比，它成本低，投資少，提取率高?？梢哉f(shuō)，微波提取在天然色素的提取工藝中具有廣闊的應(yīng)用前景。1.8.5化學(xué)合成法從1831年在胡蘿卜中首次分離胡蘿卜素到1950年首次完成p一胡蘿卜素的合成經(jīng)歷了100年的時(shí)間。到現(xiàn)在，能用化學(xué)法合成的類胡蘿卜素已很多。目前，番茄紅素在瑞士羅氏公司和德國(guó)的巴地斯化工公司也都在開發(fā)當(dāng)中，他們的生產(chǎn)與VA的生產(chǎn)類似，一般以p-紫羅酮作為原料來(lái)合成。另?yè)?jù)資料報(bào)道，以乙酸松油酯為原料，經(jīng)過(guò)系列化學(xué)反應(yīng)，合成番茄紅素的代謝五：2,6-環(huán)番茄紅素-1,5-二醇和5,6-二羥基-5,6-氫番茄紅素。近年來(lái)的研究表明，他們是人體內(nèi)血液中主要類胡蘿卜素，具有防癌和抗癌作用[13]。1.8.6酶反應(yīng)法將番茄皮渣加堿調(diào)至pH7.5～9.0使番茄皮中的果膠酶和纖維素酶反應(yīng)，分解果膠和纖維素，使得番茄紅素的蛋白質(zhì)復(fù)合物從細(xì)胞中溶出，然后于4560℃下加熱攪拌5h左右，過(guò)濾，加酸調(diào)整濾液至弱酸性(pH4.0-4.5)，使類胡蘿卜素聚沉，靜止后吸去上清液，得含番茄紅素的沉淀，調(diào)整沉淀物的pH之后真空濃縮，然后加酸或食鹽保存等通過(guò)外加果膠酶和纖維素酶的方法來(lái)提取番茄紅素。其工藝為：番茄原料(番茄醬、番茄泥等)用果膠酶和纖維素酶(0.2～0.5)在50℃處理3h，出去901.8.7微生物發(fā)酵法除了從含有番茄紅素的物質(zhì)中提取或用化學(xué)合成番茄紅素外，還可以采用藻類和真菌及酵母發(fā)酵[14]生產(chǎn)番茄紅素。從品質(zhì)、技術(shù)、生產(chǎn)、資源成本等分析，利用微生物技術(shù)生產(chǎn)番茄紅素等天然類胡蘿卜素將是未來(lái)發(fā)展的方向。目前含番茄紅素較高的有紅色細(xì)菌，但還未能工業(yè)化生產(chǎn)。利用霉菌Blakesleacrispora的發(fā)酵可生產(chǎn)番茄紅素，但需加入一些雜環(huán)氮化物如咪啶等來(lái)抑制番茄紅素的環(huán)化反應(yīng)。另有資料表明：添加煙草的廢棄物于霉菌的發(fā)酵液中，經(jīng)110h發(fā)酵，可得到番茄紅素約60--80mg/100mL。利用產(chǎn)蛋白假絲酵母的重組體培養(yǎng)生產(chǎn)番茄紅素(產(chǎn)蛋白假絲酵母是一種不能天然合成類胡蘿卜素的食品酵母)，可得到758g/1000g干重的八氫番茄紅素。此外，三孢布拉霉菌株具有獨(dú)特的代謝過(guò)程，添加植物油，表面活性劑，抗氧化劑和各種結(jié)構(gòu)類似物能提高8一胡蘿卜素的產(chǎn)量，但如果添加其他的發(fā)酵促進(jìn)劑可有助于其他類胡蘿卜素的產(chǎn)量，如通過(guò)改變以8一胡蘿b素為主的三孢布拉霉菌的生長(zhǎng)條件和添加助劑(Na1.8.8其他方法在各國(guó)學(xué)者的不斷努力下，又開發(fā)出許多高科技的生產(chǎn)技術(shù)。日本KirinBrewerr公司采用代謝工程技術(shù)，即通過(guò)DNA重組技術(shù)改變細(xì)胞的代謝系統(tǒng)芻三產(chǎn)番茄紅素Kajiwara等從產(chǎn)生蝦黃素的酵母Pharffiarhosozyma和雨生紅球藻中分離出cDNA編碼異戊烯焦磷酸酯(Ipp)異構(gòu)酶，將編碼IPP異構(gòu)酶cDNA轉(zhuǎn)入E．coli菌株JmL01能增加番茄紅素的產(chǎn)量3.6～4.5倍。相信隨著科技的發(fā)展和研究的深入這些技術(shù)會(huì)更加完善和成熟。1.9國(guó)內(nèi)外對(duì)番茄紅素的研究進(jìn)展1873年，Hartsen[15]最早從TamuscommunisL.中分離得到深紅色的番茄紅素結(jié)晶1875年，Millardet[16]從番茄中獲得一種含有番茄紅素的粗提物，當(dāng)時(shí)命名為Solanorubin.Schunck（1930年）命名的“l(fā)ycopene”名稱（中文即番茄紅素）一直沿用至今。番茄紅素具有淬滅單線態(tài)氧，清除自由基，阻斷亞硝胺形成抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞分化，增加免疫力，減少DNA損傷，以及對(duì)細(xì)胞間隙連接通訊的影響等多種生理功能，起到防癌抗癌預(yù)防心血管疾病，提高免疫功能和延緩衰老等作用。1.9.1國(guó)外對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀1989年，Mascio發(fā)現(xiàn)番茄紅素在所有類胡蘿卜素中對(duì)單線態(tài)氧的猝滅速度最高。1994年，F(xiàn)ranceschi[17]發(fā)現(xiàn)消化道癌的發(fā)生與番茄紅素的攝入有關(guān)隨后，對(duì)番茄紅素功能的研究成為一大熱點(diǎn)1995年-2003年，與番茄紅素有關(guān)的報(bào)道達(dá)800多篇，內(nèi)容涉及番茄紅素的吸收運(yùn)輸及新陳代謝的動(dòng)力學(xué)，番茄紅素與癌癥心臟病及其他多種疾病的關(guān)系，番茄紅素的提取測(cè)定及番茄產(chǎn)品的開發(fā)研究等。1.9.2我國(guó)對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)番茄紅素的研究在2000年以前鮮有報(bào)道，近3年驟然升溫，出現(xiàn)了大量綜述類文章，內(nèi)容包括番茄紅素的性質(zhì)和提取方法，番茄紅素保健功能的研究現(xiàn)狀，番茄紅素及其生產(chǎn)應(yīng)用研究，番茄紅素的生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展，番茄紅素分離與分析的研究進(jìn)展等[18]。2生產(chǎn)番茄紅素的意義因番茄紅素具有的優(yōu)越生理調(diào)節(jié)功能和防癌抗癌作用，故番茄紅素產(chǎn)業(yè)被稱為紅色產(chǎn)業(yè)，已納入到國(guó)家863計(jì)劃，受到社會(huì)各方的高度重視。采用發(fā)酵法能降低成本，污染相對(duì)較小，利用傳統(tǒng)的突變技術(shù)或應(yīng)用分子生物學(xué)的技術(shù)可得到產(chǎn)番茄紅素的高產(chǎn)菌株。在優(yōu)化發(fā)酵條件和保證菌株高產(chǎn)的前提下，結(jié)合各種發(fā)酵促進(jìn)劑的研究及利用，將會(huì)使微生物發(fā)酵法更經(jīng)濟(jì)高效。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素有極大的市場(chǎng)和工業(yè)化潛力，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)較理想的一條途徑。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素與傳統(tǒng)的番茄提取法相比具有占用土地資源少、生產(chǎn)受季節(jié)和環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。如何選育產(chǎn)量高、遺傳穩(wěn)定性好的番茄紅素生產(chǎn)菌株及優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)工藝仍是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)選用玉米淀粉作為培養(yǎng)基來(lái)發(fā)酵番茄紅素，選用的玉米產(chǎn)自當(dāng)?shù)?，便于隨時(shí)購(gòu)買，且減少了運(yùn)費(fèi)。生產(chǎn)出來(lái)的番茄紅素純度高，可以用于醫(yī)藥、保健等一些關(guān)鍵領(lǐng)域。3番茄紅素的生產(chǎn)工藝3.1菌種的選擇用于發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素的微生物主要為三孢布拉氏霉菌(Blakesleatrispora)，經(jīng)基因改造的酵母菌(Saccharomyces)，紅細(xì)菌(Rhodobacilluspalustris)以及革蘭氏陰性非光合菌。菌種選育通常采用誘變育種的方法，Mehta等[19]糾采用亞硝基胍對(duì)野生三孢布拉氏霉菌(B．trispora)：菌株(+)F986和菌株(一)F921進(jìn)行突變改良，獲得兩性突變體菌株，番茄紅素的含量為15ms/s，較出發(fā)菌株提高了1.2倍。此外還可通過(guò)基因工程技術(shù)，構(gòu)建高產(chǎn)工程菌株生產(chǎn)番茄紅素。誘變菌種的生產(chǎn)性狀不穩(wěn)定，導(dǎo)致番茄紅素的產(chǎn)量低，而基因工程技術(shù)雖可以從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模走向小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，但由于工程細(xì)胞所攜帶的質(zhì)粒對(duì)于過(guò)程控制條件要求苛刻，那么在中試規(guī)模甚至大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，其所攜帶的質(zhì)粒容易脫落，從而導(dǎo)致產(chǎn)量大幅降低，是嚴(yán)重制約番茄紅素工程生產(chǎn)菌種走向產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，研究者更多的傾向于選擇天然生產(chǎn)菌種，如具有較高生產(chǎn)能力的三孢布拉氏霉菌(B．trispora)，這樣就可以避免發(fā)酵工程上。3.2培養(yǎng)基的選擇3.2.1PDA培養(yǎng)基葡萄糖1.0g/L、玉米漿6.0g/L、KH2PO3.2.2種子培養(yǎng)基淀粉40g/L、玉米漿40g/L、葡萄糖25g/L、KH2PO3.2.3發(fā)酵培養(yǎng)基淀粉40g/L、棉籽油50ml/L、玉米漿40g/L、KH2PO3.2.4流加糖液淀粉經(jīng)糖化后，制成300g/L的葡萄糖液，滅菌后備用[203.2.5阻斷劑添加煙草廢棄物13.3設(shè)計(jì)步驟3.3.1孢子懸浮液制備將三孢布拉氏霉菌（+）（-）原菌經(jīng)活化后，分別接種于PDA斜面培養(yǎng)基上，在28℃條件下，培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72h，然后在有氧有光的環(huán)境中，于18℃再繼續(xù)培養(yǎng)483.3.2發(fā)酵培養(yǎng)將培養(yǎng)良好的（+）（-）菌孢子懸浮液在無(wú)菌條件下按1:2的體積比混合制成種子液在30L的發(fā)酵罐中加入5L初始發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)3.3.3發(fā)酵后期發(fā)酵液處理方法分離純化工藝一般包括：培養(yǎng)液的預(yù)處理和固液分離；初步提??；高度純化和成品加工四個(gè)部分。發(fā)酵液經(jīng)固液分離后，收集菌體并將菌體破碎；初步純化采用石油醚萃取技術(shù)，得到富含番茄紅素的萃取液；精致工藝采用真空濃縮、結(jié)晶技術(shù)后干燥可達(dá)到含量90%番茄紅素晶體。3.3.4流加工藝的確定在發(fā)酵時(shí)，按一定的時(shí)間一定的速度流加糖液，且在發(fā)酵60h時(shí)，添加阻斷劑采用正交實(shí)驗(yàn)的方法分別考察糖液流加起始時(shí)間流加糖量發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵生物量以及番茄紅素含量的影響，并利用正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果優(yōu)化流加條件[21]。3.3.5固液分離番茄紅素是三孢布拉氏霉菌的胞內(nèi)產(chǎn)物，在發(fā)酵過(guò)程中并沒(méi)有分泌到胞外，經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾得到深紅色菌體；再將菌體真空干燥24h，菌體基本恒重可以稱量菌體干重。再將菌體經(jīng)過(guò)細(xì)胞破碎儀粉碎成菌粉。3.3.6萃取番茄紅素是脂溶性類胡蘿卜素，在萃取過(guò)程中選用有機(jī)溶劑石油醚為萃取劑，利用超聲波萃取機(jī)進(jìn)行萃取。萃取溫度為60℃-70℃萃取過(guò)程中番茄紅素的損失主要在于番茄紅素的降解，因而在萃取過(guò)程中添加抗氧化劑TBHQ（叔丁基對(duì)苯二酚，是一種安全食品添加劑），可使萃取率提高近20%，而且萃取損失率只有5%左右。3.3.7皂化在萃取過(guò)程中，萃取劑會(huì)將菌體細(xì)胞壁中的脂肪酸和其他脂類物質(zhì)萃取到萃取液中，而且菌體合成的少量水溶性類胡蘿卜素也會(huì)被萃取到萃取液中，采用皂化法將上述雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到水相中，而脂溶性類胡蘿卜素繼續(xù)留在油相中。皂化時(shí)，溫度控制在50℃-60℃之間，皂化時(shí)間為30min。皂化液為氫氧化鉀甲醇溶液，氫氧化鉀的量為0.1g3.3.8精制階段皂化后，將下相水相處理后溶劑回收利用。上相（油相）真空濃縮，在在40℃下，真空度0.1MPa條件下濃縮直至有部分晶體析出為止；番茄紅素不溶于無(wú)水乙醇，則選用無(wú)水乙醇作為結(jié)晶溶劑。無(wú)水乙醇的用量為濃縮液的10倍時(shí)利于結(jié)晶，溫度控制在0℃-53.4工藝流程過(guò)濾發(fā)酵培養(yǎng)種子培養(yǎng)斜面培養(yǎng)28h48h流加糖

正負(fù)菌混合60h添加阻斷過(guò)濾發(fā)酵培養(yǎng)種子培養(yǎng)斜面培養(yǎng)細(xì)胞破碎石油醚萃取皂化細(xì)胞破碎石油醚萃取皂化真空干燥洗滌干燥晶體油樹脂保存真空濃縮洗滌干燥晶體油樹脂保存真空濃縮低溫結(jié)晶3.5工藝說(shuō)明（1）PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)菌種：將三孢布拉氏霉菌（+）、（-）原菌經(jīng)活化后，分別接種于斜面培養(yǎng)基上，在28℃條件下，培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72h。（2）種子培養(yǎng)基培養(yǎng)菌種：有氧、有光的環(huán)境中，于18℃再繼續(xù)培養(yǎng)28（3）發(fā)酵：將培養(yǎng)良好的（+）、（-）菌孢子懸浮液在無(wú)菌條件下按1:10的體積比混合制成種子液，在無(wú)菌條件下接入種子液，在28℃條件下進(jìn)行發(fā)酵。在發(fā)酵的48h的時(shí)候加入流加糖液，在發(fā)酵的第60h加入阻斷劑，發(fā)酵120（4）過(guò)濾：將發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾，將菌體和發(fā)酵液分開而得到深紅色濕菌體。（5）真空干燥：將濕菌體真空干燥（45℃，0.1MPa真空下），真空干燥24h（6）細(xì)胞破碎：將干菌體細(xì)胞研磨破碎，粉碎成60-80目的菌粉。（7）萃?。狠腿囟葹?0℃-70℃（8）皂化：溫度控制在50℃-60℃（9）真空濃縮：溫度在40℃下，真空度0.1（10）低溫結(jié)晶：無(wú)水乙醇的用量為濃縮液體積的10倍，溫度控制在0℃（11）洗滌干燥晶體：結(jié)晶物經(jīng)過(guò)洗滌干燥后得到含有90%番茄紅素純品。（12）保存：由于番茄紅素不穩(wěn)定，需低溫避光保存，選用石油醚來(lái)保存。3.6培養(yǎng)條件的討論及優(yōu)化3.6.1溫度是影響微生物代謝和生長(zhǎng)的重要因素。對(duì)同一微生物來(lái)說(shuō)，其不同的生理生化過(guò)程有著不同的最適溫度。因此，需要考察三孢布拉氏霉菌達(dá)到最佳的生產(chǎn)能力時(shí)的培養(yǎng)溫度。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)三孢布拉氏霉菌生物量最高的培養(yǎng)溫度是26℃，但在此時(shí)，細(xì)胞生產(chǎn)β－胡蘿卜素的能力并沒(méi)有達(dá)到最大；而在28℃時(shí)，細(xì)胞合成β－胡蘿卜素的能力達(dá)到最佳；但再隨著溫度的升高，菌體合成β－胡蘿卜素的能力開始下降。因此可以看出，三孢布拉氏霉菌對(duì)于溫度的要求是比較苛刻的。因而，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，我們就控制溫度變化范圍為±3.6.2pH對(duì)發(fā)酵的影響經(jīng)過(guò)考察發(fā)酵液起的pH從4.5變化到8.0對(duì)發(fā)酵的影響?？闯霭l(fā)酵起始最佳的pH是5.5～6.5之間，而當(dāng)pH偏堿性后，菌體生產(chǎn)β－胡蘿卜素的能力明顯下降。另外，發(fā)酵后期pH偏酸性有利于β－胡蘿卜素的合成。3.6.3轉(zhuǎn)速和裝液量對(duì)發(fā)酵的影響溶氧是影響微生物發(fā)酵的重要因素之一。在搖瓶培養(yǎng)過(guò)程中，可以通過(guò)轉(zhuǎn)速和裝液量來(lái)考察溶氧對(duì)發(fā)酵的影響。三孢布拉氏霉菌是好氧菌，而且配制的發(fā)酵培養(yǎng)基粘度比較高，如果培養(yǎng)條件不合適，會(huì)造成發(fā)酵液中溶氧水平低，細(xì)胞攝氧率低，無(wú)法合成大量的目標(biāo)產(chǎn)物；因而，我們必須對(duì)轉(zhuǎn)速和裝液量進(jìn)行考察。隨著轉(zhuǎn)速的提高，菌體中β－胡蘿卜素的含量增加，這說(shuō)明三孢布拉氏霉菌對(duì)氧的需求量是很大的。但由于受到設(shè)備的限制，我們無(wú)法繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，考察轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)酵的影響。因而，我們選擇轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分。研究表明，裝液量在40ml～50ml時(shí)，發(fā)酵水平最高；如果裝液量小于40ml時(shí)，由于菌體發(fā)生粘壁現(xiàn)象，菌體無(wú)法與發(fā)酵培養(yǎng)基良好接觸，其生長(zhǎng)受到限制。而裝液量太大時(shí)，細(xì)胞攝氧率下降，菌體生長(zhǎng)代謝也受到抑制。3.6.4接種量對(duì)發(fā)酵的影響接種量的大小決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵過(guò)程中生長(zhǎng)繁殖的速度。采用較大的接種量可以縮短菌絲體達(dá)到高峰的時(shí)間，使得產(chǎn)物提早形成。同時(shí)，種子液中含有生長(zhǎng)過(guò)快、培養(yǎng)液粘度增加，造成溶解氧不足，而影響產(chǎn)物合成。大量的體外水解酶類，有利于基質(zhì)的利用。但是，如果接種量過(guò)多，往往使菌體隨著接種比例的增加，發(fā)酵液中β－胡蘿卜素的含量也在逐漸增加，當(dāng)接種量達(dá)到10％時(shí)，β－胡蘿卜素的含量達(dá)到最大；而隨著接種量的繼續(xù)增加，細(xì)胞內(nèi)β－胡蘿卜素的含量卻在下降。這可能是由于接種量較高時(shí)，菌體生長(zhǎng)迅速，很快耗盡了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給菌體生長(zhǎng)，而沒(méi)有被利用來(lái)合成目標(biāo)產(chǎn)物。3.6.5發(fā)酵時(shí)間的確立發(fā)酵終點(diǎn)的判斷須綜合多方面的因素統(tǒng)籌考慮。不過(guò)，一般都以提高生產(chǎn)率為首要的目標(biāo)。為此，我們主要從兩方面來(lái)確立發(fā)酵時(shí)間的。一方面是菌體的生長(zhǎng)指標(biāo)，即菌體干重；另一方面則是菌體的代謝指標(biāo)，即β－胡蘿卜素的產(chǎn)在發(fā)酵前48h，細(xì)胞合成β－胡蘿卜素的酶系還為完全建立，β－胡蘿卜素含量較低；而在48h以后，菌體開始大量合成β－胡蘿卜素，在120h達(dá)到最大，此時(shí)，菌體干重雖然開始下降，但單位發(fā)酵液中β－胡蘿卜素含量仍然保持較高的水平。因而，綜合以上因素，我們確立發(fā)酵時(shí)間為120h。3.6.6阻斷劑最佳添加時(shí)間的確立我們選擇吡啶作為阻斷劑?？疾熳钄鄤┨砑拥臅r(shí)間我們可以看出，在發(fā)酵前36h添加阻斷劑（吡啶），會(huì)造成對(duì)菌體的毒害，從而菌體自溶；當(dāng)發(fā)酵48h時(shí)，從鏡檢結(jié)果可以看出，菌體顏色開始轉(zhuǎn)為黃色；因而，可以推測(cè)在發(fā)酵48h左右，菌體進(jìn)入生產(chǎn)期，在生產(chǎn)前期添加阻斷劑可以有效地阻遏番茄紅素環(huán)化酶的環(huán)化反應(yīng)，從而細(xì)胞合成番茄紅素。但在發(fā)酵60h后添加阻斷劑，阻斷效果就明顯低于48h。因而，選擇48h添加阻斷劑。4工藝計(jì)算4.1物料衡算4.1.1工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)①生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)量15t；②生產(chǎn)天數(shù)：除去節(jié)假日，機(jī)器維修時(shí)間，每年按工作250天計(jì)算；③日生產(chǎn)量：15÷250=0.06t/d；④發(fā)酵水平：番茄紅素產(chǎn)量400mg/L；⑤番茄紅素萃取收率為95%；皂化收率為80%；精制階段的收率為98%；產(chǎn)品純度90%。⑥操作參數(shù)：發(fā)酵周期120h，發(fā)酵溫度28℃，攪拌速速24.1.2原料消耗計(jì)算(以一噸成品番茄紅素為基準(zhǔn))1.根據(jù)產(chǎn)品純度90%可得：番茄紅素純品量：1000kg÷90%=12.根據(jù)精制階段的收率98%可得：皂化后番茄紅素量：1000kg÷90%÷98%=1根據(jù)皂化收率80%可得：萃取后的番茄紅素量：1000kg÷95%÷98%÷80%=14根據(jù)番茄紅素萃取收率95%可得：發(fā)酵后的番茄紅素量：1000kg÷95%÷98%÷75%÷95%=1根據(jù)發(fā)酵水平番茄紅素產(chǎn)量400mg/L可得：發(fā)酵液需求量：1000kg÷95%÷98%÷75%÷95%×106÷400mg/L=37根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)基各成分比例可得：已知發(fā)酵液需求量為3729562玉米淀粉量：3729562.00L×10g/L=149182480g=149.182t玉米漿量：3729562.00L×40g棉籽油量：3729562.00L×50ml/L=186478100ml=186478L磷酸二氫鉀量：3729562.00L×硫酸鎂量：3729562.00L×VB1量：3729562.00L×0.5mg/L=18根據(jù)流加糖液300g/L可得：已知發(fā)酵液需求量為3729562葡萄糖量：3729562.00L×10%×根據(jù)添加阻斷劑1g/L可得：已知發(fā)酵液需求量為3729562煙草廢棄物量：3729562.00L×1g/L=3729562根據(jù)接種比例10%可得：已知發(fā)酵液需求量為3729562接種量：3729562.00根據(jù)萃取劑用量20ml/g菌粉可得：干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，已知發(fā)酵后的番茄紅素量1491.82kg，則石油醚的量：1491.82kg×103×20ml/g菌粉=根據(jù)添加抗氧化劑TBHQ5%可得：已知萃取劑用量29836.4LTBHQ量：29836.4L×5%=12.根據(jù)皂化過(guò)程中皂化液氫氧化鉀的量為0.1g/g菌粉，甲醇溶液為80%的水溶液其配比為400g/L，可得：干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，已知發(fā)酵后的番茄紅素量1491.82kg，則：氫氧化鉀的量：1491.82kg×103×0.1g甲醇水溶液的量：149182g÷400g甲醇溶液的量：372.96L×80%=13.根據(jù)無(wú)水乙醇的用量為濃縮液的10倍可得：已知皂化后番茄紅素量：1133.79kg，其濃縮后的番茄紅素含水量為10%，濃縮液密度按水的密度計(jì)算，則有濃縮液體積為：1133.79kg÷1kg無(wú)水乙醇的量：1257.77L×10=4.1.3原料日消耗量和年總消耗量已知番茄紅素日生產(chǎn)量：0.06t/d；年產(chǎn)量15t可得：1.VB1日需量1.865kg×10-3×0.06=1.12×10-4年需量1.865kg×10-3×15=0.02.棉籽油日需量186478L×年需量186478L×153.玉米漿日需量149.182t×0.06=8.95t年需量149.182t×15=2237.73t4.硫酸鎂日需量0.932t×0.06=0.0559t年需量0.932t×15=13.98t5.葡萄糖日需量111.89t×0.06=6.71t年需量111.89t×15=1678.35t6.接種量日需量372956.20年需量372956.207.玉米淀粉日需量149.182t×0.06=8.95t年需量149.182t×15=2237.73t8.氫氧化鉀日需量149.18kg×10-3×0.06=8.95×10-3t年需量149.18kg×10-3×9.甲醇溶液日需量298.37L×0.06=年需量298.37L×15=10.無(wú)水乙醇日需量12577.7L×年需量12577.7L×11.石油醚日需量29836.4L×0.06=年需量29836.4L×15=12.煙草廢棄物日需量3.729t×0.06=0.2237t年需量3.729t×15=55.94t13.磷酸二氫鉀日需量3.729t×0.06=0.2237t年需量3.729t×15=55.94t14.TBHQ（叔丁基對(duì)二苯酚）日需量1491.82年需量1491.82表1產(chǎn)15噸番茄紅素消耗物料物料名稱每噸產(chǎn)品耗物量年產(chǎn)15噸番茄紅素耗物量每天的耗物量每年的耗物量接種量372956.20L22377.37L5594343L甲醇溶液298.37L17.90L4475.6L無(wú)水乙醇12577.7L754.66L188665.5LVB11.865kg1.12×10-4t0.0279t棉籽油186478L11190L2797170L玉米漿149.182t8.95t2237.73t硫酸鎂0.932t0.0559t13.98t葡萄糖111.89t6.71t1678.35t玉米淀粉149.182t8.95t2237.73t氫氧化鉀149.18kg8.95×10-3t2.24t煙草廢棄物3.729t0.2237t55.94t磷酸二氫鉀3.729t0.2237t55.94t石油醚29836.4L1790.18L447546LTBHQ1491.82L89.51L22377.3L4.2主要階段的能量衡算4.2.1發(fā)酵過(guò)程中蒸汽耗量的計(jì)算①計(jì)算公式整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程采用蒸汽加熱，蒸汽耗用量計(jì)算公式為：式中：η為蒸汽損失效率，取η=10%；i為蒸汽熱焓，千焦/千克；G為發(fā)酵培養(yǎng)基，千克；C為發(fā)酵培養(yǎng)基比熱容，千焦/(千克×攝氏度)；T1為加熱開始料頁(yè)溫度，攝氏度；t2為加熱到的料液溫度，攝氏度；②基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在28℃下查得：淀粉的比熱容為1.55kJ/(kg·℃水的比熱容為4.174kJ/(kg·℃)；加熱蒸汽的熱焓為2549.5kJ/(kg·℃)；加熱蒸汽的冷凝水的熱焓為1250.60kJ/(kg·℃)；棉籽油的比熱容為1.97kJ/(kg·℃)；玉米漿的比熱容為2.01kJ/(kg·℃)；③培養(yǎng)基的比熱容已知淀粉的密度為0.83g/cm3；玉米漿的密度1.25g/cm3；培養(yǎng)基中淀粉的比例：÷1=40÷0.83÷1000÷1×100%=4.9%；培養(yǎng)基棉籽油的比例：×100%=50×10-3÷1×100%=5%；培養(yǎng)基玉米漿的比例：÷1=40÷1.25÷1000÷1×100%=3.2%；培養(yǎng)基的水的比例：1-4.9%-5%-3.2%=86.9%；培養(yǎng)基的比熱容：C=1.55×4.9%+1.97×5%+2.01×3.2%+4.174×86.9%=3.80kJ/(kg·℃)；④直接蒸汽消耗量=372956.20/1000×3.80（121-30）（1+10%）/(2549.5-121×3.80)=675.5tD1天=D1×0.06=40.53tD1年=D1×15=10132.5t4.2.2發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量保溫時(shí)蒸汽消耗量D2與操作有很大的關(guān)系，比較難計(jì)算，一般按直接蒸汽加熱時(shí)消耗量的50%來(lái)估算，D2=D1×50%；D2=D1×50%=387.75tD2天=D2×0.06=23.26tD2年=D2×15=5816.25t4.2.3種子罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量按照種子罐接種量3%，估算種子罐消耗蒸汽量D0D0=（D1+D2）×3%=31.89tD0天=D0×0.06=1.91tD0年=D0×15=478.3t4.2.4發(fā)酵車間總的消耗蒸汽量D總=D0+D1+D2=1095.14tD總天=D0天+D1天+D2天=65.7tD總年=D0年+D1年+D2年=16427.1t4.2.5發(fā)酵過(guò)程冷卻水耗量的計(jì)算已知發(fā)酵培養(yǎng)基需要從121℃降溫到30=3.80×372956.20/1000×(121-30）=1.29×105（KJ）C--為比熱容；M--為培養(yǎng)基質(zhì)量；T1、T2--為培養(yǎng)基冷卻前后的溫度；則需冷卻水吸收的溫度也為Q,需要冷卻水量為=1.29×105/4.174(28-15)=24142kg=2376.77kg=2.38tM天=2.38×0.06=0.14tM年=2.38×15=35.7t4.2.6發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的計(jì)算①單個(gè)發(fā)酵罐耗用無(wú)菌空氣量計(jì)算公式：V=發(fā)酵罐體積×通氣速率×填充系數(shù)已知：發(fā)酵罐體積為100m3；通氣速率為0.18vvm；填充系數(shù)為1/則V=100×0.18×1/5=3.6②單個(gè)種子罐耗用無(wú)菌空氣量取種子罐的無(wú)菌空氣耗量為發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的20%則V=20%V=0.2×3.6=0.72m5設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的選型與計(jì)算5.1.1發(fā)酵罐的選擇條件及計(jì)算發(fā)酵設(shè)備是發(fā)酵工廠中最基本最重要的設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)有的發(fā)酵罐容量系列有：10，20，50，75，100，150，200，250，500m3等等。一般說(shuō)來(lái)單罐容量越大，經(jīng)濟(jì)性能越好，但風(fēng)險(xiǎn)也越大，要求技術(shù)管理水平也越高，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和實(shí)用性，可以先選擇公稱容積為100m1.發(fā)酵罐容積和個(gè)數(shù)的確定①日需發(fā)酵罐體積計(jì)算已知每噸番茄紅素需要發(fā)酵液為3729562.00L；已知日生產(chǎn)量：15÷250=0.06t/d；則日需發(fā)酵液體積：V發(fā)酵液=3729562.00×0.06=223773.73L已知裝液量為φ=1/5，則每天需要發(fā)酵罐的總體積為V0（發(fā)酵周期為72h）V0=V÷φ=223.78÷1/5=1②周期發(fā)酵需要發(fā)酵罐個(gè)數(shù)計(jì)算現(xiàn)選擇公稱容積為100m3N1=V0/100=1118.9÷100=11.189≈12一周期需要的發(fā)酵罐個(gè)數(shù)N=12×5＋1=61（個(gè)）即需要公稱容積為100m3的發(fā)酵罐612.發(fā)酵罐主要尺寸的計(jì)算現(xiàn)按公稱容積100m3的發(fā)酵罐計(jì)算,取高徑比H:D=2:1，公稱體積為10V=V桶+2V封=118m3則有：V全=0.785D2×H+2πD3/24=118其中，設(shè)H=2D，1.57D3+0.26D3=118，可求得D=4.009（m）取D=4m，則H=2D=8m查表可知封頭高H封=ha+hb=1000+50=1050（mm），則全容積V=V桶+2V封==0.785D2×H+2πD3/24+0.785D2×0.05×2=118.44（m3）從而滿足設(shè)計(jì)3.冷卻面積計(jì)算為了保證發(fā)酵在最旺盛、微生物消耗基質(zhì)最多以及環(huán)境氣溫最高是也能冷卻下來(lái)，必須按發(fā)酵生成熱量高峰、一年中最熱的半個(gè)月的氣溫下，冷卻水可能達(dá)到的最高溫度的惡劣條件下，設(shè)計(jì)冷卻面積。計(jì)算冷卻面積使用牛頓傳熱定律公式[22]，即對(duì)于番茄紅素的發(fā)酵，每1m3發(fā)酵液每1h傳給冷卻器的的熱量大約為4.18×6000kJ/（m3·采用豎式蛇管換熱器，取經(jīng)驗(yàn)值K=4.18×500kJ/（m3·h·℃）。平均溫差Δtm：28℃─→15℃Δt128℃─→25℃Δt2代入得=6.9℃換熱面積為29m4.攪拌器設(shè)計(jì)（1）選用六彎葉渦輪攪拌器，該攪拌器的各部分尺寸與罐直徑D有一定的比例關(guān)系。攪拌器葉徑：Di=D/3=4/3=1.33（m），取Di=1.3（m）葉寬：B=0.2Di=0.2×1.3=0.26（m）弧長(zhǎng)：l=0.375Di=0.375×1.3=0.49（m）底距：C=D/3=4/3=1.3（m）盤徑：di=0.75Di=0.75×1.3=0.98（m）葉弦長(zhǎng)：L=0.25Di=0.25×1.3=0.33（m）葉距：Y=D=4（m）彎葉板厚：δ=12（mm）5.攪拌軸功率的計(jì)算淀粉水解糖液低濃度發(fā)酵醪可視為牛頓型流體，計(jì)算過(guò)程如下： 計(jì)算Rem其中：D—攪拌器直徑，D=1.3mN—攪拌器轉(zhuǎn)速，N=250/60=4.17（m/s）ρ—醪液密度，可取ρ=1050（kg/m3）μ—醪液粘度，可取μ=1.3×10-3N·s/m2則有=，視為湍流，則攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np=4.7。5.1.2種子罐的選型種子罐容積和臺(tái)數(shù)的確定①種子罐容積的確定每天的接種量為22377.37L，即22.38m3，種子罐裝液量φ=75%，則每天需要種子罐體積V1=22.38÷0.75=②周期發(fā)酵需要種子罐個(gè)數(shù)計(jì)算選擇公稱容積為20m3的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐為例，則日需要種子罐的個(gè)數(shù)為N2N2=29.84/20=1.49≈2一個(gè)周期需要的種子罐個(gè)數(shù)為2×6＋1=13（個(gè)）種子罐主要尺寸的計(jì)算V=V桶+2V封=23m=0.785D2×2D+π/12×D3=23解出D=2.325m，取D=2.4m=2400mm，則H=2D=4.8m實(shí)際容積為V=0.785×2×2.43+3.14×2.43/12=25.3m3>23m35.2輔助設(shè)備的選型5.2.1細(xì)胞過(guò)濾器根據(jù)工藝查《工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》[23]，假設(shè)選用內(nèi)慮面轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)，型TY/GL-WKGL1,過(guò)濾面積20平方米，處理量約為200L/(m2·h)，發(fā)酵周期為6天（輔助時(shí)間1天），則有：每周期處理發(fā)酵液3729562.00L假設(shè)處理時(shí)間定為一天，每臺(tái)過(guò)濾器每天處理的量為：200L×20×24=則需要設(shè)備數(shù)量：1342642.32÷96000≈14（臺(tái)）所以我們選用該型號(hào)的過(guò)濾器14臺(tái)，即可保證生產(chǎn)工藝要求。5.2.2真空干燥器根據(jù)生產(chǎn)工藝，我們選取YZG/FZG系列真空干燥機(jī)兩臺(tái)，干燥速率100kgH2O/(m2·h),干燥面積3m2每周期發(fā)酵液經(jīng)過(guò)慮后，干燥后的菌體量按菌體內(nèi)的番茄紅素量計(jì)算得1491.82kg過(guò)濾后的菌體約帶有5%的水分，即該干燥的水分有：537.05kg÷95%×5%≈28.27kg每臺(tái)干燥器每小時(shí)處理的量為：100kg×3=300kg/h則選用一臺(tái)干燥器需要處理的時(shí)間為：28.27÷30≈0.94（h）滿足設(shè)計(jì)需求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)需要真空干燥12h，干燥兩次時(shí)間為：12×2=24（h）。5.2.3細(xì)胞破碎器為滿足本設(shè)計(jì)處理量需求，我們選用工業(yè)生產(chǎn)超聲波細(xì)胞破碎機(jī)一臺(tái)，型號(hào)CSJ—400/WFM—10L，處理量為300需要破碎的細(xì)胞量按干燥后番茄紅素的量計(jì)算，1491.82kg×0.06×6≈537.05kg則選用一臺(tái)細(xì)胞破碎器需要處理時(shí)間：537.05kg÷300≈1.8（h）滿足設(shè)計(jì)需求。5.2.4萃取設(shè)備微波萃取設(shè)備，型號(hào)CNWB—1000一臺(tái)，處理量為1m3石油醚周期需量29836.4L×0.06×6=水和石油醚等量對(duì)比，則水的量10741.10抗氧化劑周期需量1491.82L×0.06×6≈破碎后的細(xì)胞量1491.82kg×0.06×6≈537.05kg約按水的密度算一共需要進(jìn)入萃取設(shè)備的液體量有：10741.10L+10741.10L+537.05L+537.05L=則選擇一臺(tái)該設(shè)備處理時(shí)間需要22.6m3÷1m3/h=22.6后期的皂反應(yīng)也可在萃取設(shè)備中完成，萃取完畢棄下相水相10741.10L，在上相中直接加入氫氧化鉀甲醇溶液298.37L皂化半小時(shí)即可。皂化時(shí)間則有：22.6×5.2.5濃縮設(shè)備真空濃縮設(shè)備一臺(tái)，型號(hào)ZRTN-500，容積500L，加熱面積2.0m2，濃縮速度500L/(m2·h)。本設(shè)備適用于中藥、食品、保健品等料液的真空濃縮、蒸餾酒精回收和簡(jiǎn)單的回流提取需要濃縮的液體為萃取劑的量石油醚周期需量29836.4L×0.06×6=每臺(tái)濃縮設(shè)備每小時(shí)處理量為500×2.0=1000(L)則選擇一臺(tái)該濃縮設(shè)備處理時(shí)間需要10741.1÷1000≈10.7(h)滿足設(shè)計(jì)需求。5.2.6結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備一臺(tái)，型號(hào)滾筒類型，規(guī)格?800×1000，結(jié)晶能力450kg/h。需要結(jié)晶處理的量為含有10%水的番茄紅素的量，1133.79kg×0.06×6≈則選用一臺(tái)結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶處理時(shí)間需要：408.16kg÷450kg/h=0.91(h)即可滿足設(shè)計(jì)需求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，需要結(jié)晶處理125.2.7發(fā)酵后期發(fā)酵液處理總共時(shí)間一個(gè)發(fā)酵周期需要：細(xì)胞過(guò)濾24h；真空干燥24h；細(xì)胞破碎1.8h；萃取22.6h；皂化11.3h；濃縮10.7h；結(jié)晶12h；后期精制時(shí)間約15h。總計(jì)時(shí)間：24+24+1.8+22.6+11.3+10.7+12+10=117.4<6天所以處理時(shí)間上滿足設(shè)計(jì)5.3主要設(shè)備（見表2）表2主要設(shè)備一覽設(shè)備名稱規(guī)格/型號(hào)發(fā)酵罐100m種子罐20m過(guò)濾器TY/GL-WKGL1干燥器YZG/FZG細(xì)胞破碎器CSJ—400/WFM—10L萃取設(shè)備CNWB—1000濃縮設(shè)備ZRTN-500結(jié)晶設(shè)備?800×1000滾筒6效益評(píng)估6.1原料消耗（見表3）表3原料消耗費(fèi)用名稱單價(jià)(元/t)用量（t）總價(jià)（萬(wàn)元）甲醇溶液15004.480.6720無(wú)水乙醇2500188.6747.1675石油醚5000447.5223.75TBHQ150006.710.05棉籽油50002797.171398.585玉米漿2002237.7344.7546硫酸鎂50013.980.699葡萄糖25001678.35419.5875玉米淀粉3002237.7367.1319氫氧化鉀60002.241.344磷酸二氫鉀400055.9422.3760總計(jì)2236.11756.2設(shè)備消耗（見表4）表4設(shè)備消耗費(fèi)用名稱單價(jià)(元/臺(tái))數(shù)量總價(jià)（萬(wàn)元）發(fā)酵罐150006191.5種子罐7000139.1過(guò)濾器3000144.2干燥器57000211.4細(xì)胞破碎器2000012萃取設(shè)備1200011.2濃縮設(shè)備100000110結(jié)晶設(shè)備1000011總計(jì)--106125.56.3水電人工勞動(dòng)力費(fèi)用人工勞動(dòng)費(fèi)：雇傭20人，每人一年5萬(wàn)，共20×5=100萬(wàn)元水用量20000立方米2000×1=20000元3.電用量50000度50000×1=50000元6.4效益評(píng)估純度為90%的番茄紅素的市場(chǎng)價(jià)為200萬(wàn)/噸年產(chǎn)總值：200×15=3000萬(wàn)場(chǎng)地費(fèi)、維修費(fèi)、以及各種支出費(fèi)用一年100萬(wàn)年成本約：2236.1175+125.5+100+100+5+5=2572.6萬(wàn)年利潤(rùn)：3000-2572.6=427.4萬(wàn)7環(huán)境保護(hù)和安