維生素c的發(fā)酵流程.docVIP

目錄1緒論 1.1引言- 1.2維生素c- 1.2.1維生素c的性質(zhì)- 1.2.2維生素c的功能與用途- 1.2.3維生素c的生產(chǎn)現(xiàn)狀-1.2.4維生素c的發(fā)展?fàn)顩r-2.發(fā)酵機制2.1我國維生素C二步發(fā)酵法發(fā)酵機制-3.發(fā)酵工藝及特點-3.1二步發(fā)酵法-3.2二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C的工藝流程-3.2.1加熱沉淀法-3.2.2化學(xué)凝聚法-3.2.3超濾-3.2.4其他方法-4.菌種培養(yǎng)基及種子的擴大培養(yǎng)-4.1第一步發(fā)酵-4.1.1菌種-4.1.2一級種子擴大培養(yǎng)-4.1.3第一步發(fā)酵培養(yǎng)-4.2第二步發(fā)酵-4.2.1菌種-4.2.2二級種子擴大培養(yǎng)-4.2.3第二步發(fā)酵培養(yǎng)-5.發(fā)酵工藝中的部分設(shè)備-5.1機械攪拌罐-5.2氣升式發(fā)酵罐-6.無菌空氣制備系統(tǒng)-6.1發(fā)酵空氣的標(biāo)準(zhǔn)-6.2空氣預(yù)處理與設(shè)備-6.3空氣除菌的工藝流程-7.部分工藝計算-7.1物料衡算-7.2每天發(fā)酵液體積-7.3發(fā)酵罐公稱體積-7.4種子罐容積和臺數(shù)-7.5種子罐公稱體積-7.6發(fā)酵罐發(fā)酵過程中熱效應(yīng)計算-8.三廢處理-8.1三廢生物處理的目的-8.2廢水處理方法-8.3生物濾過法凈化處理-8.4生物濾過池法的基本流程- 9參考文獻(xiàn)-維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)1緒論1.1引言 維生素C（英語：Vitamin C，又稱L-抗壞血酸）是高等靈長類動物與其他少數(shù)生物的必需營養(yǎng)素?？箟难嵩诖蠖嗟纳矬w可借由新陳代謝制造出來，但是人類是最顯著的例外。最廣為人知的是缺乏維生素C會造成壞血病。在生物體內(nèi)，維生素C是一種抗氧化劑，保護身體免于自由基的威脅，維生素C同時也是一種輔酶。其廣泛的食物來源為各類新鮮蔬果。 維生素C，為酸性己糖衍生物，是稀醇式己糖酸內(nèi)酯，Vc主要來源新鮮水果和蔬菜，是高等靈長類動物與其他少數(shù)生物的必需營養(yǎng)素。Vc有L-型和D-型兩種異構(gòu)體，只有L-型的才具有生理功能，還原型和氧化型都有生理活性。1.2維生素C1.2.1維生素C1.1.2化學(xué)性質(zhì) 分子式：C6H8O6；分子量：176.12u；酸性，具有較強的還原性，加熱或在溶液中易氧化分解，在堿性條件下更易被氧化。 1.1.3物理性質(zhì) 外觀：無色晶體；熔點：190 - 192；沸點：（無）；紫外吸收最大值：245nm；熒光光譜：激發(fā)波長無nm，熒光波長無nm；溶解性：水溶性維生素。1.1.4代謝 食物中的維生素C被人體小腸上段吸收。一旦吸收，就分布到體內(nèi)所有的水溶性結(jié)構(gòu)中，正常成人體內(nèi)的維生素C代謝活性池中約有1500mg維生素C，最高儲存峰值為3000mg維生素C。正常情況下，維生素C絕大部分在體內(nèi)經(jīng)代謝分解成草酸或與硫酸結(jié)合生成抗壞血酸-2-硫酸由尿排出；另一部分可直接由尿排出體外。1.2維生素C的功能與用途1.2.1膠原蛋白的合成 需要維生素C參加，所以VC缺乏 食用富含維生素C的食物可防曬，膠原蛋白不能正常合成，導(dǎo)致細(xì)胞連接障礙。人體由細(xì)胞組成，細(xì)胞靠細(xì)胞間質(zhì)把它們聯(lián)系起來，細(xì)胞間質(zhì)的關(guān)鍵成分是膠原蛋白。膠原蛋白占身體蛋白質(zhì)的1/3，生成結(jié)締組織，構(gòu)成身體骨架。如骨骼、血管、韌帶等，決定了皮膚的彈性，保護大腦，并且有助于人體創(chuàng)傷的愈合。1.2.2壞血病 血管壁的強度和VC有很大關(guān)系。微血管是所有血管中最細(xì)小的，管壁可能只有一個細(xì)胞的厚度，其強度、彈性是由負(fù)責(zé)連接細(xì)胞具有膠泥作用的膠原蛋白所決定。當(dāng)體內(nèi)VC不足，微血管容易破裂，血液流到鄰近組織。這種情況在皮膚表面發(fā)生，則產(chǎn)生淤血、紫癍；在體內(nèi)發(fā)生則引起疼痛和關(guān)節(jié)漲痛。嚴(yán)重情況在胃、腸道、鼻、腎臟及骨膜下面均可有出血現(xiàn)象，乃至死亡。1.2.3牙齦萎縮、出血 預(yù)防動脈硬化可促進膽固醇的排泄，防止膽固醇在動脈內(nèi)壁沉積，甚至可以使沉積的粥樣斑塊溶解。1.2.4抗氧化劑 可以保護其它抗氧化劑，如維生素A、維生素E、不飽和脂肪酸，防止自由基對人體的傷害。1.2.5治療貧血 使難以吸收利用的三價鐵還原成二價鐵，促進腸道對鐵的吸收，提高肝臟對鐵的利用率，有助于治療缺鐵性貧血。1.2.6防癌 豐富的膠原蛋白有助于防止癌細(xì)胞的擴散；VC的抗氧化作用可以抵御自由基對細(xì)胞的傷害防止細(xì)胞的變異；阻斷亞硝酸鹽和仲胺形成強致癌物亞硝胺。曾有人對因癌癥死亡病人解剖發(fā)現(xiàn)病人體內(nèi)的VC含量幾乎為零。1.2.7保護細(xì)胞、解毒，保護肝臟在人的生命活動中，保證細(xì)胞的完整性和代謝的正常進行至關(guān)重要。為此，谷胱甘肽和酶起著重要作用。谷胱甘肽是由谷氨酸、胱氨酸和甘氨酸組成的短肽，在體內(nèi)有氧化還原作用。它有兩種存在形式，即氧化型和還原型，還原型對保證細(xì)胞膜的完整性起重要作用。VC是一種強抗氧化劑，其本身被氧化，而使氧化型谷胱甘肽還原為還原型谷胱甘肽，從而發(fā)揮抗氧化作用。酶是生化反應(yīng)的催化劑，有些酶需要有自由的巰基（-SH）才能保持活性。VC能夠使雙硫鍵（-S-S）還原為-SH，從而提高相關(guān)酶的活性，發(fā)揮抗氧化的作用。從以上可知，只要VC充足，則VC、谷胱甘肽、-SH形成有力的抗氧化組合拳，清除自由基，阻止脂類過氧化及某些化學(xué)物質(zhì)的毒害作用，保護肝臟的解毒能力和細(xì)胞的正常代謝。1.2.8提高人體的免疫力 白細(xì)胞含有豐富的VC，當(dāng)機體感染時白細(xì)胞內(nèi)的VC急劇減少。VC可增強中性粒細(xì)胞的趨化性和變形能力，提高殺菌能力。促進淋巴母細(xì)胞的生成，提高機體對外來和惡變細(xì)胞的識別和殺滅。參與免疫球蛋白的合成。提高CI補體酯酶活性，增加補體CI的產(chǎn)生。促進干擾素的產(chǎn)生，干擾病毒mRNA的轉(zhuǎn)錄，抑制病毒的增生。1.2.9提高機體的應(yīng)急能力 人體受到異常的刺激，如劇痛、寒冷、缺氧、精神強刺激，會引發(fā)抵御異常刺激的緊張狀態(tài)。該狀態(tài)伴有一系列身體，包括交感神經(jīng)興奮、腎上腺髓質(zhì)和皮質(zhì)激素分泌增多。腎上腺髓質(zhì)所分泌的腎上腺素和去甲腎上腺素是有酪氨酸轉(zhuǎn)化而來，在次過程需要VC的參與。13國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀 目前，我國的二步發(fā)酵法與國外的萊氏法共存，各有優(yōu)勢，隨著對vc發(fā)酵工藝研究深入，將進一步提高底物濃度、降低生產(chǎn)成本和提高發(fā)酵收率。而新二步發(fā)酵法和一步發(fā)酵法為以后的科研生產(chǎn)開辟了一條新的途徑，但離實際應(yīng)用尚有距離，從基因工程的研究來看，不是短期可以奏效的，只有科研單位和工廠的合作，才能及早實現(xiàn)其工業(yè)化。隨著全球范圍對Vc需求量的不斷增長,其生產(chǎn)工藝也得到不斷的改進。Vc生產(chǎn)最早是使用萊氏法,此法早在30年代就研究成功。D-葡萄糖H2/cat高壓D-山梨醇黑醋菌OL-山梨糖CH3COCH3H2SO4SO3雙丙酮-L-山梨糖NaOClNiSO4雙丙酮-2-酮-L-古洛糖酸H+3O2-酮-L-古洛糖酸1化學(xué)轉(zhuǎn)化維生素C。此法存在著工序繁多、勞動、強度大等缺點。國外在此基礎(chǔ)上已作改進,尤其是在裝備工程上的優(yōu)勢,當(dāng)前還用于生產(chǎn)。但國內(nèi)已采用我國自己發(fā)明的發(fā)酵法代替萊氏法生產(chǎn)Vc。發(fā)酵法生產(chǎn)Vc可以分為發(fā)酵、提取和轉(zhuǎn)化三大步驟。即先從D-山梨醇發(fā)酵,提取出Vc前體2-酮-L-古洛糖酸(2-酮基-L-古龍酸,1)再用化學(xué)法將1轉(zhuǎn)化為Vc。國內(nèi)外為提高Vc的質(zhì)量和收率對發(fā)酵法的生產(chǎn)工藝一直在進行不斷的改進。14維生素C的研究發(fā)展 VC是我國自主知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)的首批西藥之一，也是我國最主要的出口刨匯原料藥之一。二步發(fā)酵法是我國VC生產(chǎn)的主要工藝方法，然而該法不能直接以葡萄糖為發(fā)酵料，且涉及二步發(fā)酵三種菌，工序繁瑣。采用基因工程等先進技術(shù)，選育直接以葡萄糖為發(fā)酵原料的優(yōu)良菌株和優(yōu)化發(fā)酵條件將是我國VC生產(chǎn)技術(shù)研究的主要方向。此外，目前世界上很多國家正嘗試以真核生物為研究對象，利用它們合成VC的代謝途徑開發(fā)更加環(huán)保的生物合成方法。從我國的二步發(fā)酵法推廣后逐步取代萊氏法這一過程可以預(yù)測，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和更具優(yōu)勢的生物合成VC方法的不斷涌現(xiàn)，生物法必將完全取代化學(xué)法在VC生產(chǎn)中的地位。為了保持我國在世界VC生 產(chǎn)上的優(yōu)勢地位，必須加強VC生產(chǎn)的基礎(chǔ)研究工作。2發(fā)酵機制（二步發(fā)酵法）2.1我國維生素C二步發(fā)酵法發(fā)酵機理 20世紀(jì)70年代初，中國科學(xué)院微生物研究所和北京制藥廠合作，研制成功了“二步發(fā)酵法”制備VC的新工藝。該法以生物氧化過程代替萊氏路線中的部分純化過程，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，減少了“三廢”污染多年以來一直被國內(nèi)廠家使用。二步發(fā)酵法生產(chǎn)VC可以分為發(fā)酵、提取和轉(zhuǎn)化三大步驟即D-山梨醇先經(jīng)細(xì)菌氧化為L一山梨糖，再通過細(xì)菌發(fā)酵生成VC前體2-KLG，最后用化學(xué)法將2-KLG轉(zhuǎn)化為VC。在幾十年的工藝發(fā)展中，二步發(fā)酵法工藝不斷地得到了改進。 H2/ Cat 醋酸桿菌 大菌、小菌D - 葡萄糖 D - 山梨醇 D - 山梨糖 2 KLG 混合發(fā)酵 化學(xué)轉(zhuǎn)化 Vc2.1.1混合發(fā)酵中大菌和小菌的關(guān)系 我國維生素C二步發(fā)酵法涉及小菌和大菌2個菌株。其中小菌為產(chǎn)酸菌，但單獨培養(yǎng)傳代困難，且產(chǎn)酸能力很低;大菌不產(chǎn)酸，但可促進小菌生長和產(chǎn)酸，為小菌的伴生菌。魏東芝等曾提出大菌為小菌提供某種生長因子促進小菌生長的設(shè)想。馮樹等川研究證實，大菌胞內(nèi)液和胞外液均可促進小菌生長，縮短小菌生長的延遲期;大菌的胞外液可促進小菌產(chǎn)酸，表明大菌通過釋放某些代謝活性物質(zhì)促進小菌產(chǎn)酸，并已從大菌胞外液中分離出一種可促進小菌產(chǎn)酸的蛋白。該活性蛋白的形成規(guī)律和作用機制尚在探索中。在混合發(fā)酵中，大菌不代謝L一山梨糖，其I一山梨糖的消耗是小菌生長和代謝的結(jié)果。L一山梨糖在轉(zhuǎn)化合成2一酮基一L一古龍酸的同時也可形成其它副產(chǎn)物或代謝維生素c，該混合發(fā)酵體系中氮源代謝與單一菌種發(fā)酵相比有其特殊性，尿素的加入有2個作用:作為生理堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH值和為菌體代謝提供一部分氮源。巨大芽抱桿菌由營養(yǎng)體轉(zhuǎn)變?yōu)檠勘?，體系蛋白含量隨發(fā)酵時間延長而不斷增加。體系中17種氨基酸按其變化規(guī)律分為3類，其變化規(guī)律與混菌的生長規(guī)律相吻合。2.1.2 L一山梨糖代謝途徑及酶學(xué)研究 我國維生素C二步發(fā)酵中L一山梨糖的代謝途徑尚無報道。有關(guān)的酶學(xué)研究進行得很少。蔣宇揚等從維生素c生產(chǎn)菌中分離出2一酮基一L一占龍酸還原酶，并對其性質(zhì)進行了研究。該酶存在于小菌胞質(zhì)中，分子量為90KDa，由2個分別為53K和32KIa的亞基組成。在整個發(fā)酵過程中其活性和比活與生產(chǎn)菌的生長保持同步，其合成不受L一山梨糖和ZK6A的誘導(dǎo)，為小菌的組成酶。已得到2一酮基一L一古龍酸還原酶的基因片段并對其進行了克隆。2.1.3單菌發(fā)酵L一山梨糖生成ZKGA的研究 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所焦鵬、王書錦等近年致力于vc二步發(fā)酵法第二步單菌發(fā)酵L一山梨糖生成ZKGA的研究。他們采用高效快速分離篩選新體系，從103個樣品中分離篩選到J26，91一2，91一4等多株可單獨利用L一山梨糖產(chǎn)ZKGA的新菌株。初步發(fā)酵實驗表明:J26經(jīng)10批次發(fā)酵平均產(chǎn)ZKGA達(dá)57L，轉(zhuǎn)化率達(dá)66.4%;91-2，91一4菌株的搖瓶發(fā)酵實驗的產(chǎn)酸量分別達(dá)到45/L和29/L，轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到52%和34%。3發(fā)酵工藝及特點3.1 二步發(fā)酵法 20世紀(jì)70年代初，中國科學(xué)院微生物研究所和北京制藥廠合作，研制成功了“二步發(fā)酵法”制備VC的新工藝。該法以生物氧化過程代替萊氏路線中的部分純化過程，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，減少了“三廢”污染多年以來一直被國內(nèi)廠家使用。二步發(fā)酵法生產(chǎn)VC可以分為發(fā)酵、提取和轉(zhuǎn)化三大步驟即D-山梨醇先經(jīng)細(xì)菌氧化為L一山梨糖，再通過細(xì)菌發(fā)酵生成VC前體2-KLG，最后用化學(xué)法將2-KLG轉(zhuǎn)化為VC。在幾十年的工藝發(fā)展中，二步發(fā)酵法工藝不斷地得到了改進。3.2二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素C的工藝流程3.2.1加熱沉淀法 加熱沉淀法是2-KLG分離提純的傳統(tǒng)工藝，分離手段較為落后。此工藝通用氫型樹脂，調(diào)pH至蛋白質(zhì)的等電點后加熱除蛋白。采用此工藝會造成有效成分在高溫下降解損失，且發(fā)酵液直接通過樹脂柱，造成樹脂表面污染，降低樹脂的交換容量和收率。兩次通過樹脂柱帶進了大量水分，也增大了濃縮耗能。3.2.2化學(xué)凝聚法 化學(xué)凝聚法是通過加入化學(xué)絮凝劑來除去蛋白質(zhì)、菌體、色素等雜質(zhì)，避免了加熱沉淀時有效成分的損失。季光輝等采用化學(xué)凝聚法對VC發(fā)酵液進行預(yù)處理，使2-KLG的濾液質(zhì)量提高，提取前步收率提高52，VC總收率提高25以上。陳雷等以殼聚糖為主凝劑，聚丙烯酰胺為助凝劑，通過化學(xué)凝聚法除蛋白工藝，提取收率由原來的76提高到82，古龍酸優(yōu)級品率由原來的35提高到6O，成本比原來降低2O。但是，化學(xué)凝聚法也存在不足，主要表現(xiàn)在處理后的發(fā)酵液離心后所得的上清液中仍然存在一定量的蛋白，如發(fā)酵液染菌則處理的效果更不明顯，上清液渾濁，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。此外，所用的化學(xué)絮凝劑也可能對環(huán)境造成污染。3.2.3超濾 超濾是一種新興的膜處理技術(shù)，此法具有操作方便、節(jié)能、不造成新的環(huán)境污染等優(yōu)點，因此在2-KLG的分離提純中的應(yīng)用日益廣泛。此法與加熱沉淀法不同的是，可在常溫下操作，可減少有效成分的損失；在用膜除蛋白的過程中，無任何新的化學(xué)物質(zhì)加入，可減少對樹脂的污染和損耗，降低酸堿用量，減少三廢排放。與化學(xué)凝聚法不同的是，在處理染菌的發(fā)酵液時仍可達(dá)到較好的處理效果。我國的東北制藥廠1995年從丹麥引進目前全國最大膜面積的平板超濾裝置后，2-KLG的分離提純成本比原先的化學(xué)凝聚法節(jié)約了600萬元，其收率和生產(chǎn)的自動化、連續(xù)化程度也明顯提高。隨著新型膜材料技術(shù)的開發(fā)，如陶瓷膜、不銹鋼膜等的應(yīng)用，超濾法的應(yīng)用效果會有進一步的提高。同時，國內(nèi)外正在探索反滲透、納濾等后序處理新工藝的應(yīng)用，以完善工藝聯(lián)結(jié)。3.2.4其它方法除上述三種方法外,目前還有仍處于小試階段的離子交換法和溶媒萃取法的研究報道。劉坐鎮(zhèn)等23用離子交換法對發(fā)酵液中2 - KLG的提取工藝進行了研究,系統(tǒng)考察了四種大孔弱堿性陰離子交換樹脂對2 - KLG的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能以及影響因素,并對洗脫條件進行了探索。錢衛(wèi)國等24對溶媒萃取法的提取工藝進行了初步研究,篩選出了較為合適的萃取劑、稀釋劑、助萃劑和反萃劑,考察了pH值、無機酸和相比對萃取性能的影響,并對三級逆流萃取過程進行了串聯(lián)模擬。4菌種的制備及種子的擴大培養(yǎng)4.1第一步發(fā)酵 4.1.1菌種 一步發(fā)酵中所用菌種為生黑葡萄糖酸桿菌(Gluconobacter melagenus)，簡稱黑醋菌。最常用的生產(chǎn)菌株為R30，其主要特征是：細(xì)胞橢圓至短桿狀，革蘭氏染色陽性，無芽孢大小為(0.5一0.8)um x(1.0-2.2)um。端生草根鞭毛運動，菌落邊緣整介，微顯淺褐色。生長最適溫度為34l，氧化D-山梨醇的發(fā)酵收率可達(dá)98以上。4.1.2一級種子擴大培養(yǎng) 種子培養(yǎng)基成分為：山梨醇20，酵母膏0.7，碳酸鈣0.15%，無機鹽溶液0.4。其中，無機鹽溶液的組成為：MgSO47H2O1.25g100 mL， (NH4)H2PO475g100mL，KH2PO45g100mI,K2SO41.25g100ml.PH6.7,121,30min滅菌。4.1.3第一步發(fā)酵培養(yǎng) 發(fā)酵液培養(yǎng)基成分為：酵母膏0.035，碳酸鈣0.1，玉米漿0.1，復(fù)合維生素B 0.001，山梨醇濃度視需要而定。在發(fā)酵過程中，控制發(fā)酵溫度（341），初始PH5.15.3。該氧化反應(yīng)的耗氧量較大，所以通氣比要求1:1VVM以上。即使在通氣量較大，且攪拌轉(zhuǎn)速較高的條件下，發(fā)酵至4h后溶解氧濃度急劇下降，甚至接近于零。直到10h左右才逐漸回升。當(dāng)溶解氧濃度回復(fù)至最高點，成水平直線時，表示該反應(yīng)已達(dá)終點。D-山梨醇轉(zhuǎn)化為L-山梨糖的生物轉(zhuǎn)化率達(dá)98%以上。發(fā)酵液經(jīng)低溫60滅菌20min,冷卻至30，作為第二步發(fā)酵的原料。4.2第二步發(fā)酵法4.2.1菌種 第二步發(fā)酵采用的菌種為由大、小兩株細(xì)菌組成的混合菌種。小菌為氧化葡萄糖酸桿菌（Gluconobacter Oxydans）,大菌可采用巨大芽孢桿菌（Bacillus megateriam）,稱2980菌，或蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）,稱152菌，或浸麻芽孢桿菌（Bacillus macerans）,稱169菌。也可采用其他一些桿菌與小菌混合培養(yǎng)。但工業(yè)上使用最多的是2980及152菌混合菌。 氧化葡萄糖酸桿菌的主要特征為：細(xì)胞橢圓至短桿狀，革蘭氏染色陽性，無芽孢。30培養(yǎng)2d后大小為（0.51.7）m（0.61.2）m，單個或成對排列。在葡萄糖培養(yǎng)基上生長極微弱，甘露醇培養(yǎng)基上生長良好。4.2.2二級種子擴大培養(yǎng) 種子培養(yǎng)基成分為：酵母膏0.3%,牛肉膏0.3%，玉米漿0.3%，蛋白胨1.0%，尿素0.1%，山梨糖2.0%，另加某些無機鹽。PH6.7,121,30min滅菌。4.2.3第二步發(fā)酵培養(yǎng) 發(fā)酵液培養(yǎng)成分為：玉米漿0.5%，尿素0.1%，無機鹽及山梨糖。第二步發(fā)酵為混合菌種發(fā)酵。由于大、小菌兩者的最適培養(yǎng)條件是不同的，所以操作適宜條件是兼顧大、小菌兩者的條件。通常操作溫度為30；初始pH控制在6.8左右。該反應(yīng)雖屬氧化反應(yīng)，但對氧的消耗并不很大。氣升式發(fā)酵罐非常適合該發(fā)酵過程。溶氧濃度在20%即可。 山梨糖的初始濃度對產(chǎn)物的生成影響較大。間歇發(fā)酵時初始山梨糖濃度超過80g/L，會對產(chǎn)物產(chǎn)生抑制15。所以要取得最高濃度2KGA，需采用高濃度山梨糖流加發(fā)酵的方式。若采用建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的流加控制策略，課獲得高濃度的2KGA，二步收率可達(dá)83%16。5.發(fā)酵工藝中的部分設(shè)備5.1機械攪拌罐 第一步發(fā)酵采用機械攪拌發(fā)酵罐（圖5）。機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是利用機械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、代謝所需要的氧氣。5.2氣升式發(fā)酵罐 第二步發(fā)酵采用氣升式發(fā)酵罐（圖6）。在反應(yīng)器內(nèi)沒有攪拌器，其中央有一個導(dǎo)流筒，將發(fā)酵液分為上升區(qū)（導(dǎo)流筒內(nèi)）和下降區(qū)（導(dǎo)流筒外），在上升區(qū)的下部安裝了空氣噴嘴，或環(huán)型空氣分布管，空氣分布管的下方有許多噴孔。反應(yīng)溶液分布均勻，基質(zhì)和溶氧均勻分散，使基質(zhì)在發(fā)酵罐內(nèi)各處的濃度均勻，溶解氧恒定。 圖5 機械攪拌發(fā)酵罐 圖6 氣（帶）升式發(fā)酵罐6.無菌空氣制備系統(tǒng) 微生物在生產(chǎn)過程中需要氧氣，因此需要通入空氣。然而空氣是氧氣、二氧化碳、氮氣等的混合物，其中還有水汽及懸浮的塵埃，包括各種微粒、灰塵及微生物。這就需要對空氣嚴(yán)格滅菌，達(dá)到無菌狀態(tài)，才能使用。在發(fā)酵工業(yè)中，大多才用過濾介質(zhì)滅菌的方法制備無菌空氣。6.1發(fā)酵空氣的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵需要連續(xù)的、一定流量的壓縮無菌空氣?？諝饬髁縑VM，單位時間（min）單位發(fā)酵液體積（m3）內(nèi)通入的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣體積（m3）一般在0.1-2.0VVM，壓強為0.2-0.4Mpa，克服下游阻力。空氣質(zhì)量要求相對濕度小于70%，溫度比培養(yǎng)溫度高10-30，潔凈度100級，或失敗率1/1000。6.2空氣預(yù)處理與設(shè)備（1）采風(fēng)塔 在工廠的上風(fēng)頭，遠(yuǎn)離煙囪。高度一般在10m左右，設(shè)計流速8m/s。利用灰鐵皮或硂制成，可建在高壓機房的屋頂上。（2）粗過濾器 安裝在空壓機吸入口前，又稱前置過濾器。其主要作用是截留空氣中較大的灰塵，保護壓縮機，減輕總過濾器的負(fù)擔(dān)，也能起到一定的除菌作用。介質(zhì)為泡沫塑料（平板式）或無紡布（折疊式），流速0.1-0.5m/s。要求是阻力小，灰容量大。（3）空氣壓縮機 作用是提供空氣流動的動力。常用往復(fù)式、螺桿式、渦輪式空壓機。（4）空氣儲罐 消除壓縮空氣的脈動，用于往復(fù)式空壓機。螺桿式和渦輪式空壓機提供均勻連續(xù)空氣可省去。設(shè)置在空壓站附近。（5）冷卻器 空氣壓縮機出口氣溫一般在120，必須冷卻。在潮濕季節(jié)，除濕?？諝饫鋮s器的傳熱系數(shù)為105W/(m2)。采用雙程或四程結(jié)構(gòu)，兩級串聯(lián)使用。第一級循環(huán)水冷卻，第二級低溫水（9）冷卻。設(shè)置在發(fā)酵車間外。壓縮空氣每經(jīng)過1m管道，溫度下降0.5-1.0。（6）氣液分離設(shè)備 冷卻后的壓縮空氣，會有來自空壓機的潤滑油，尤其是往復(fù)式空壓機。如果冷卻溫度低于露點，空氣還會有水。所以在冷卻器后面安置了氣液分離設(shè)備，除去空氣中的水和油，以保護過濾介質(zhì)。又在本處的氣液分離設(shè)備一般有兩類，一是利用離心力沉降的旋風(fēng)分離器；二是利用慣性攔截的介質(zhì)分離器。（7）空氣加熱設(shè)備 壓縮空氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器與絲網(wǎng)涂抹器把夾帶在空氣中的液滴，霧涂除掉后，相對濕度仍為100%。在進入總過濾器之前為了把空氣的相對濕度從100%降低到70%以下，應(yīng)該將壓縮空氣加熱。壓縮空氣加熱設(shè)備一般都采用列管換熱器，空氣走管程，蒸汽走殼程。或者采用套管式加熱器，空氣走管程，蒸汽走夾套。6.3空氣除菌的工藝流程 圖7 空氣除菌設(shè)備的工藝流程7.部分工藝計算7.1物料衡算 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，以生產(chǎn)過程或生產(chǎn)單元設(shè)備為研究對象，對其進出口處進行定量計算，稱為物料衡算。通過物料衡算可以計算原料與產(chǎn)品間的定量轉(zhuǎn)變關(guān)系，以及計算各種原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量、損耗量及組成。物料衡算的基礎(chǔ)：物料衡算的基礎(chǔ)是物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，即進入一個系統(tǒng)的全部物料量必等于離開系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中的損失量和在系統(tǒng)中的積累量。G1=G2+G3+G4G1：輸人物料量總和；G2：輸出物料量總和；G3：物料損失量總和；G4：物料積累量總和。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物料積累量為零時，上式可以寫成：G1=G2+G3 物料衡算是所有工藝計算的基礎(chǔ)，通過物料衡算可確定設(shè)備容積、臺數(shù)、主要尺寸，同時可進行熱量衡算、管路尺寸計算等。物料衡算的基準(zhǔn)：(1)對于間歇式操作的過程，常采用一批原料為基準(zhǔn)進行計算。(2)對于連續(xù)式操作的過程，可以采用單位時間產(chǎn)品數(shù)量或原料量為基準(zhǔn)進行計算。物料衡算的結(jié)果應(yīng)列成原材料消耗定額及消耗量表。 消耗定額是指每噸產(chǎn)品或以一定量的產(chǎn)品(如每千克針劑、每萬片藥片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等時間所消耗的原材料量。 制劑車間的消耗定額及消耗量計算時應(yīng)把原料、輔料及主要包裝材料一起算入。維生素C的二步發(fā)酵收率為83%，粗維生素C的利用率為80%，成品包裝是的損耗為2%，計算生產(chǎn)6000噸維生素C所消耗的原材料。物料衡算成品維生素C ：6000噸維生素C：6000（1-2%）=6123噸粗維生素C:612380%