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年產5000噸糖化酶發酵車間設計

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年產5000噸糖化酶發酵車間設計南陽理工學院本科畢業設計

年產5000噸糖化酶發酵車間設計

The design of annual output of 5000 tons of glucoamylase fermentation factory workshop

學院（系）：生物與化學工程學院
專業：生物工程
學生姓名：郭留洋
學號： *****
指導教師： ******
評閱教師：
完成日期： 2010年5月

南陽理工學院
Nanyang Institute of Technology

年產5000噸糖化酶發酵車間的工藝設計
生物工程專業郭留洋

【摘要】糖化酶是工業生產的主要酶制劑之一，廣泛用于釀酒、葡萄糖、果葡糖漿、抗菌素、乳酸、有機酸、味精、棉紡廠等各方面。本設計以玉米淀粉為主要原料，利用黑曲霉，采用機械攪拌通風罐進行發酵生產，完成生產5000噸糖化酶發酵車間工藝設計，通過工藝流程設計、工藝衡算、設備選型和車間布置設計，設計出生產5000噸糖化酶發酵車間采用3個75 m3發酵罐和3個6m3種子罐等，并依據生物工程工廠車間布置原則，對發酵罐車間進行合理布置，繪制了工藝流程圖和車間布置圖，工藝設計的結果為糖化酶的生產提供一定參考。

【關鍵字】糖化酶工廠設計深層發酵黑曲霉

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糖化酶的簡介……………………………………………………………...1
1.2糖化酶的應用現狀………………………………………………………...1
1.3糖化酶在國內外的研究進展及前景…………..………………………….1
1.4設計內容及意義.……………………………..……………………………3
2本論…..……………………………………………..……………………………..5
2.1糖化酶生產中所用黑曲霉的特性……………..………………………….5
2.2菌種培養工藝………...……………………………...……………………5
2.2.1菌種活化……………………………………..………………………6
2.2.2一級種子培養………………………………………………………6
2.2.3二級種子培養………………………………………………………6
2.3工藝計算…………………………………………………………………...6
2.3.1工藝技術指標及基礎數據……………………….………………….6
2.3.2發酵工藝流程圖………………………………….………………….8
2.3.3物料衡算……………………………………….…………………….8
2.3.4熱量衡算……………………………………….…………………….10
2.3.5水平衡的計算…………………………………..……………………13
2.3.6無菌空氣用量的計算…………………………..……………………14
2.4設備的設計與選型………………………………………………………...14
2.4.1發酵罐的設計與選型…………………………….………………….14
2.4.2種子罐的設計與選型……………………………….……………….17
2.5 車間布置設計………………………………………….………………...18
2.5.1車間布置設計的目的和重要性………………….………………….18
2.5.2 車間布置的有關技術要求和參數……………….…………………19
2.5.3設備的安全距離………………………………….………………….19
2.5.4設備布置原則…………………………………...…………………...20
3結論……………………………………………………………...………………...21
參考文獻…………………………………………………………………………….22
致謝………………………………………………………………………………….23

1前言
1.1 糖化酶的簡介
　糖化酶又稱葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一種習慣上的名稱,學名為α-1,4-葡萄糖水解酶。糖化酶是由曲霉優良菌種（Aspergilusniger）經深層發酵提煉而成。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葡萄糖苷鍵產生葡萄糖，也能緩慢水解a-1.6葡萄糖苷鍵，轉化為葡萄糖。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白酒、黃酒、酒精、啤酒、乳酸鈣作糖化劑，用于以葡萄糖作發酵培養基的各種抗生素、有機酸、氨基酸、維生素的發酵，也可用于分解低聚糖，糖化酶還大量用于生產各種規格的葡萄糖。總之，凡對淀粉、糊精、低聚糖進行酶水解的工業上，都可適用。
1.2 糖化酶的應用現狀
我國食品深加工企業近幾年發展很快，隨著啤酒、白酒、酒精等項目的增多，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，糖化酶廣泛應用于酒精、淀粉糖、味精、抗菌素、檸檬酸、啤酒等工業生產中；用于以葡萄糖做發酵培養基的各種抗生素、維生素的發酵等。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。根據作用的方式可分為淀粉酶與p一淀粉酶。淀粉糖是我國食品工業的重要原料，是人們日常消費食糖的有益補充。酶制劑被允許進入淀粉糖行業并全面生產新產品后，淀粉糖行業從此發生了翻天覆地的變化。糖化酶在淀粉糖工業中的應用有廣闊的市場前景和發展。
1.3糖化酶在國內外的研究進展及前景
糖化酶也是工業上應用最廣泛的酶類之一 ,我國生產糖化酶已有 20多年歷史 ,作為葡萄糖生產及發酵工業的重要酶種 ,其產量占全國酶制劑產量的 60 %以上且產銷量逐年遞增。除了利用糖化酶水解淀粉為葡萄糖而用于制糖業外 ,現在人們越來越多地開發糖化酶的新型用途 ,糖化酶在釀酒工業中也有廣泛的應用[1] ,傳統白酒生產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 ,適宜發酵。糖化酶的應用 ,使糧醅入酵后發酵升溫快 ,升溫幅度大 ,提高原料的出酒率 ,縮短發酵周期 ,降低生產成本[2]。在食用醋生產中 ,應用 TH2 AATY和糖化酶 ,可以解決企業自制酒母質量不穩定和夏季高溫等生產難題 ,使食用醋生產正常進行 ,它不僅降低了原材料的消耗,減輕了工人的勞動強度,而且顯著提高了淀粉利用率和出醋率,具有較好的經濟效- 5 -益。固定糖化酶應用于糖結晶過程,可以提高糖的產出率,糖化酶將會被應用于更為廣闊的空間。
國內外對糖化酶的研究集中在開發復合糖化酶制劑及其應用上，而對于菌種的選育，Novo公司自上世紀90年代以來已利用基因工程技術構建了性能優異的工程菌并應用于生產，將酶活力大幅度地提高．自1994年以來，無錫酶制劑廠引進國外糖化酶生產菌種以后，國內糖化酶廠先后采用引進菌種．目前國內酶制劑廠的糖化酶發酵水平大都在30 000～40 000 u／mL之間，少數廠家達到40 000—50 000 u／mol．1980年以后，國內不少研究者也篩選出了多株性能不錯的黑曲霉變異株，酶活力也有較大幅度的提高，其中以上海市工業微生物研究所梁天錫等人對此研究的較多，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，工藝優化后發酵160 h酶活力也可達30 000 u／mol以上，代表了國內糖化酶菌種的最高水平．河南天冠企業集團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菌株進行誘變篩選，選育出了性能更為優良的變異株，如上海市工業微生物研究所粱天錫等人選育的a一471菌株，無錫輕工業學院選育的AN-149菌株，WMC-15菌株等．盡管如此，我國的糖化酶發酵水平與國際先進水平還有不小的差距，有待于進一步提高[4,5,6]。
20世紀80年代，對于糖化酶的研究發展極快，主要集中于糖化酶菌株的分離及其純化工作．長期研究證明，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，同時也存在于人的唾液、動物胰腺及細菌中．已報道的產糖化酶真菌微生物有23個屬35個種；細菌有3屬3種．...

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