維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)

1、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 2008221107100130 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-4加熱沉淀法-6化學(xué)凝聚法-6超濾-64.菌種培養(yǎng)基及種子的擴大培養(yǎng)-64.1第一步發(fā)酵-6菌種-6一級種子擴大培養(yǎng)-7第一步發(fā)酵培養(yǎng)-74.2第

2、二步發(fā)酵-7菌種-7二級種子擴大培養(yǎng)-7第二步發(fā)酵培養(yǎng)-75.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-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-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)維生素C（Vitamin C ，Ascorbic Acid） 又叫L-抗壞血酸，是一種水溶性維生素。1.1.2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。 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。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

4、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)致細胞連接障礙。人體由細胞組成，細胞靠細胞間質(zhì)把它們聯(lián)系起來，細胞間質(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小的，管壁可能只有一個細胞的厚度，其強度、彈性

5、是由負責(zé)連接細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

6、有助于防止癌細胞的擴散；VC的抗氧化作用可以抵御自由基對細胞的傷害防止細胞的變異；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保護細胞、解毒，保護肝臟在人的生命活動中，保證細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

7、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胞的正常代謝。提高人體的免疫力 白細胞含有豐富的VC，當(dāng)機體感染時白細胞內(nèi)的VC急劇減少。VC可增強中性粒細胞的趨化性和變形能力，提高殺菌能力。促進淋巴母細胞的生成，提高機體對外來和惡變細胞的識別和殺滅。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。提高機體的應(yīng)急能力 人體受到異常的

8、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

9、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CH3COCH3H2SO4·SO3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

10、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

11、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)細菌氧化為L一山梨糖，再通過細菌發(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

12、發(fā)酵法工藝不斷地得到了改進?；旌习l(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

13、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，

14、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其進行了克隆。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57以L，轉(zhuǎn)化率達66.4%;91-

15、2，91一4菌株的搖瓶發(fā)酵實驗的產(chǎn)酸量分別達到45以L和29酬L，轉(zhuǎn)化率分別達到52%和34%。3發(fā)酵工藝及特點3.1 二步發(fā)酵法 20世紀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)細菌氧化為L一山梨糖，再通過細菌發(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

16、素C的工藝流程加熱沉淀法 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。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

17、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 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

18、不同的是，在處理染菌的發(fā)酵液時仍可達到較好的處理效果。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)。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 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

19、黑醋菌。最常用的生產(chǎn)菌株為R30，其主要特征是：細胞橢圓至短桿狀，革蘭氏染色陽性，無芽孢大小為(0.5一0.8)um x()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98以上。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：MgSO4·7H2O1.25g100 mL， (NH4)H2PO475g100mL，KH2PO45g100mI,K2SO41.25g100ml.PH6.7,121,30min滅菌。第一步發(fā)酵培養(yǎng) 發(fā)酵液培養(yǎng)基成分為：酵母

20、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（34±1），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)已達終點。D-山梨醇轉(zhuǎn)化為L-山梨糖的生物轉(zhuǎn)化率達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)酵法菌種 第二步發(fā)酵采用的菌種為由大、小兩株細菌組成的混合菌種。小菌為氧化葡

21、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。二級種子擴大培養(yǎng) 種子培養(yǎng)基成分為：酵母

22、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。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，

23、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)

24、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。這就需要對空氣嚴格滅菌，達到無菌狀態(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)準狀態(tài)下的空氣體積（m3）pa，克服下游阻力?？諝赓|(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

25、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，高度一般在10m左右，設(shè)計流速8m/s?？山ㄔ诟邏簷C房的屋頂上。（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12

26、0，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。6.3空氣過濾滅菌的工藝流程 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

27、。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：(1)對于間歇式操作的過程，常采用一批原料為基準進行計算。(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

28、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31000/qfMUmUh=Vdmd7.2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

29、算： M所設(shè)計的年產(chǎn)量，t/a;Uq成品的純度，mg/mg;m年工作日，d/a;提煉總收率，%。7.3發(fā)酵罐公稱體積 Vd每天所需發(fā)酵液體積，m3/d;nd每天放罐罐數(shù)，1/d;j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=QF·VL 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7萬多個，總產(chǎn)值達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)境問題也日趨嚴重。因此，必須對發(fā)酵生產(chǎn)中的三廢進行處理。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