維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)

1、本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！湖北大學(xué)發(fā)酵工程與設(shè)備課程設(shè)計題 目 維生素 c 的發(fā)酵生產(chǎn)專業(yè)年級 2008 級生物工程學(xué)生姓名 陳盛學(xué) 號 0指導(dǎo)老師 倪紅2011 年 6 月 10 日目錄1. 前言11.1 維生素 C的性質(zhì) 11.2 維生素 C的功能與用途 11.3 維生素 C的生產(chǎn)現(xiàn)狀 11.4 維生素 C的研究發(fā)展 12. 發(fā)酵機制2.1 我國維生素 C 二步發(fā)酵法發(fā)酵機理23. 發(fā)酵工藝及特點 33.1 二步發(fā)酵法 33.2 二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素 C的工藝流程 44. 菌種培養(yǎng)基及種子的擴大培養(yǎng) 64.1 第一步發(fā)酵 64.2 第二步發(fā)酵 - 7本文檔如對你有幫助，請幫忙下載

2、支持！5. 發(fā)酵工藝中的部分設(shè)備 75.1 機械攪拌罐 75.2 氣升式發(fā)酵罐 76. 無菌空氣制備系統(tǒng) 96.1 發(fā)酵空氣的標(biāo)準(zhǔn) 96.2 空氣預(yù)處理與設(shè)備 96.3 空氣過濾滅菌的工藝流程 97. 部分工藝計算 107.1 物料衡算 107.2 每天發(fā)酵液體積 107.3 發(fā)酵罐公稱體積 107.4 種子罐容積和臺數(shù) 107.5 種子罐公稱體積 107.6 發(fā)酵罐發(fā)酵過程中熱效應(yīng)計算 - 108. 三廢處理 118.1 三廢生物處理的目的 118.2 廢水處理方法 128.3 生物濾過法凈化處理 128.4 生物濾過池法的基本流程 - 139 參考文獻(xiàn) -14維生素 C的發(fā)酵生產(chǎn)1 前言1

3、.1 維生素 C 的性質(zhì)C ， Ascorbic Acid ） 又叫 L- 抗壞血酸，是一種水溶性維生素。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。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 本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！長無 nm，熒光波長無 nm；溶解性：水溶性維生素。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 300

4、0mg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。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)

5、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。預(yù)防動脈硬化可促進(jìn)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?？梢员Ｗo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。使難以吸收利用的三價鐵還原成二價鐵， 促進(jìn)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。豐富的膠原蛋白有助于防止癌細(xì)胞的擴散； VC

6、 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。，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(jìn)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

7、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。本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！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(jìn)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(jìn)干擾素的產(chǎn)生，干擾病毒 mRNA 的轉(zhuǎn)錄，抑

8、制病毒的增生。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(jìn)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

9、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(jìn)。 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 CH3COCH3H2S·O4SO3 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(jìn) , 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

10、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(jìn)行不斷的改進(jìn)。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(jìn)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

11、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本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！分純化過程， 簡化了生產(chǎn)工藝， 降

12、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(jìn)。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(jìn)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(jìn)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(jìn)小菌生長，縮短小菌生

13、長的延遲期 ; 大菌的胞外液可促進(jìn)小菌產(chǎn)酸，表明大菌通過釋放某些代謝活性物質(zhì) 促進(jìn)小菌產(chǎn)酸， 并已從大菌胞外液中分離出一種可促進(jìn)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 洲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)物或代謝為 c（無和 踐） 川。李強等報道 23 ，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

14、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(jìn)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(jìn)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 32KI）a 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。 趙巍等已得到 2一酮基一 L 一古龍酸還原酶的基因片段并對

15、其進(jìn)行了克隆。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) 57以 L，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以 L和29 酬 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，

16、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 本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！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(jìn)。3.2 二步發(fā)酵法生產(chǎn)維生素 C 的工藝流程加熱沉淀法是 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

17、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(jìn)了大量水分， 也增大了濃縮耗 能?；瘜W(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(jìn)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

18、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。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

19、從丹麥引進(jìn)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(jìn)一步的提高。同時，國本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！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)。4 菌種的制備及種子的擴大培養(yǎng) (此部分介紹實驗室種子的制備、種子罐種 子的制備工藝及技術(shù)參數(shù)要求)4.1 第一步發(fā)酵一步發(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)

20、菌株為 R 30，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34±l ，氧化D-山梨醇的發(fā)酵收率可達(dá) 98以上。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： MgSO4·7H2O1.25g 100 mL， (NH 4)H2PO475g100mL，KH2PO45g100mI,K2SO41.25g ,30min 滅菌。發(fā)酵液培養(yǎng)基成分為：酵母膏 0.035 ，碳酸鈣

21、 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(34±1)，初始 PH5.1 5.3 。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)酵法第二步發(fā)酵采用的菌種為由大、小兩株細(xì)菌組成的

22、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

23、養(yǎng)基上生長極微弱，甘露 醇培 養(yǎng)基 上生長良好。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。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。由通常操作于大、 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。本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！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。

24、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

25、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)空氣流量 VVM，單位時間 （min）單位發(fā)酵液體積

26、 （ m3）0.1-2.0VVM ，壓強為 0.2-0.4Mpa ，克服下游阻力?？諝?0-30 ，潔凈度 100級，或失敗率 1/1000 。10m左右，設(shè)計流速 8m/s ?？山ㄔ诟邏簷C房的屋頂上。發(fā)酵需要連續(xù)的、 一定流量的壓縮無菌空氣。 內(nèi)通入的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣體積（ m3）一般在 質(zhì)量要求相對濕度小于 70%，溫度比培養(yǎng)溫度高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，高度一般在（ 2）粗過濾器 安裝在空壓機吸入口前， 前置過濾器。 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

27、 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。本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！（ 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。空氣冷卻器的傳2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 。6.3 空氣過濾滅菌

28、的工藝流程圖 7 空氣過濾滅菌的工藝流程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(jìn)出口處進(jìn)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(jìn)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

29、：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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。例：維生素 C的二步發(fā)酵收率為 83%，粗維生素 C的利

30、用率為 80%，成品包裝是的損耗為 2%，試計算 生產(chǎn) 1000 噸維生素 C 所消耗的原材料？解：物料衡算本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持！成品維生素 C ： 1000 噸維生素 C：1000÷( 1-2%)=1020 噸 粗維生素 C:1020 ÷ 80%=1275噸原材料： 1275 ÷ 83%=1536噸7.2 每天發(fā)酵液體積 由年產(chǎn)量決定每天放罐發(fā)酵液體積， 在發(fā)酵工段， 每天所需要的放罐發(fā)酵液體積 Vd 可按下式計算：VdM所設(shè)計的年產(chǎn)量， t/a;10m00UMf Uq m3/ dUq成品的純度， mg/mg;年工作日， d/a;提煉總收率， %。

31、7.3 發(fā)酵罐公稱體積Vd 每天所需發(fā)酵液V體積，0Vdnd每天放罐罐數(shù)， 1/d;m3/d; n發(fā)酵罐裝料系數(shù)，按品種不同，可取70%90%。7.4種子罐容積和臺數(shù)7.5種子罐的公稱容積 應(yīng)根據(jù)接種比，培養(yǎng)過程中液體損失率和種子罐的裝料系數(shù)來計算7.6發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的熱效應(yīng)計算Q發(fā)酵罐的熱效應(yīng)， kJ/h;QF單位體積發(fā)酵液所產(chǎn)生的熱量，又稱為發(fā)酵熱， kJ/(m3 ·h)；VL發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液體積， m3。8. 三廢處理8.1 三廢生物處理的目的l998 年我國食品發(fā)酵企業(yè)已達(dá) 7 萬多個， 總產(chǎn)值達(dá) 5900 億元， 產(chǎn)值在各產(chǎn)業(yè)部門中已躍居第一位， 成為國民經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)。然而，隨著這些工業(yè)的飛速發(fā)展，由此帶來的環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重。因 此，必須對發(fā)酵生產(chǎn)中的三廢進(jìn)行處理。而廢水污染控制首當(dāng)其沖地成為了生產(chǎn)中需要解決的問題。8.2 廢水處理方法廢水處理的任務(wù)是采用各種技術(shù)措施將廢水中所含有的各種污染物費力出來或?qū)⑵浞纸?、轉(zhuǎn)化為無 害和穩(wěn)定的物質(zhì)，從而使廢水得到凈化。現(xiàn)代廢水處理技術(shù)