年產(chǎn)6000噸木聚糖酶發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)

年產(chǎn)6000噸木聚糖酶發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)作者姓名李斌專業(yè)生物技術(shù)及應(yīng)用指導(dǎo)教師姓名張大偉目錄摘要…………………1ABSTRACT……………2第一章緒論……………………31.1木聚糖酶簡(jiǎn)介………31.1.1木聚糖酶的理化性質(zhì)……………31.1.2木聚糖酶的生產(chǎn)簡(jiǎn)史……………41.1.3木聚糖酶用途……………………41.1.4木聚糖酶產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀…………51.2巴斯德畢赤酵母簡(jiǎn)介………………61.2.1巴斯德畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)………61.2.2巴斯德畢赤酵母的優(yōu)缺點(diǎn)………61.2.3前景展望…………7第二章木聚糖酶發(fā)酵機(jī)理……72.1重組巴斯德畢赤酵母發(fā)酵合成木聚糖酶的代謝途徑………………72.1.1甘油代謝途徑……………………72.1.2甲醇代謝途徑……………………92.2巴斯德畢赤酵母發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶過(guò)程中的主要影響因素………112.2.1碳源的影響………112.2.2氮源的影響………112.2.3基礎(chǔ)鹽和PTM1微量鹽的影響……112.2.4添加其它物質(zhì),降低蛋白酶降解…………………122.2.5pH的影響…………122.2.6溫度的影響………122.2.7溶氧濃度(DO)的影響…………132.2.8誘導(dǎo)前菌體密度(CWPTI)與比生長(zhǎng)速率(μPTI)的影響……13第三章木聚糖酶發(fā)酵的工藝流程…………133.1高效分泌木聚糖酶的畢赤酵母工程菌株的獲得……133.1.1材料……………133.1.2黑曲霉木聚糖酶cDNA的獲得…………………133.1.3表達(dá)載體VMAN－pPIC9K的構(gòu)建………………133.1.4重組菌株VMAN－pPIC9K－GS115的獲得和高酶活菌株的篩選…133.1.5重組畢赤酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)………133.2重組巴斯德畢赤酵母工程菌發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶…143.2.1原料……………143.2.2重組菌株的液體發(fā)酵……………153.2.3發(fā)酵工序…………153.3發(fā)酵液后處理獲得木聚糖酶………163.3.1離心………………163.3.2干燥………………173.4工藝流程……………173.5產(chǎn)品的工藝要求……………………183.5.1產(chǎn)品的規(guī)格與使用方法…………183.5.2產(chǎn)品的包裝與儲(chǔ)運(yùn)………………183.5.3常用飼料原料中木聚糖量………18第四章工藝計(jì)算……………194.1物料衡算………194.1.1原料的物料衡算………………194.2熱量衡算…………204.3冷卻水水耗………20第五章設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型…………………215.1輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算……………215.2發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型……………235.2.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)計(jì)算………………235.2.2種子罐的設(shè)計(jì)……………………265.3發(fā)酵車間相關(guān)設(shè)備的型號(hào)一覽表………………26第六章發(fā)酵車間的布置設(shè)計(jì)……………296.1概述………………296.2生產(chǎn)車間工藝布置的原則……………296.2.1車間布置設(shè)計(jì)的依據(jù)………………296.2.2生產(chǎn)車間工藝布置的原則…………306.3發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)……………………316.4管路的設(shè)計(jì)…………32第七章總平面布置與建筑說(shuō)明……………337.1設(shè)計(jì)依據(jù)和范圍……………………337.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)…………337.2廠址……………………337.2.1廠址地理位置………337.2.2廠區(qū)基本條件………337.3總廠平面設(shè)計(jì)…………337.3.1平面設(shè)計(jì)原則………347.3.2平面的總體布置的設(shè)計(jì)方案………347.3.3工廠出入口布置特征………………357.3.4廠區(qū)設(shè)計(jì)…………357.3.5坐標(biāo)系統(tǒng)…………357.3.6廠區(qū)劃分要求……………………357.4建筑物得布置位置…………………36參考文獻(xiàn)…………………37致謝……………………38摘要木聚糖酶(β-1,4-D-Xylanase,EC8)是一類能夠水解β-1,4-糖苷鍵的半纖維素酶，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、造紙、采油等諸多領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)以一株高效表達(dá)木聚糖酶的重組畢赤酵母為發(fā)酵菌株,對(duì)年產(chǎn)6000噸木聚糖酶的發(fā)酵車間進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)酵工藝采用連續(xù)補(bǔ)料培養(yǎng)工藝，選用2個(gè)0.8m3一級(jí)種子罐和2個(gè)8m3二級(jí)種子罐，采用2個(gè)80m3發(fā)酵罐，發(fā)酵罐直徑3100mm。發(fā)酵罐罐體厚度設(shè)計(jì)是6.5mm，制作材料采用1Cr18Ni9Ti耐酸不銹鋼。本設(shè)計(jì)根據(jù)確定的工藝流程進(jìn)行了物料衡算，并繪制了全廠工藝流程圖、全廠總平面布置圖及三級(jí)發(fā)酵罐的裝配圖。關(guān)鍵詞：木聚糖酶高密度發(fā)酵補(bǔ)料培養(yǎng)發(fā)酵罐ABSTRACTxylanase(β-1,4-D-xylanase,EC8)areaclasscanhydrolyzeβ-1,4-glycosidicbondhemicellulase,itsroleinxylansubstrategrapes,xylan,galactoxylanandgalactoxylansuchasgrapexylanmorewidelydistributedinnature,mostarerenewableresources.hemicelluloseresourcesasthemajorproductsofdeepprocessing,β-xylanasehasbeenwidelyappliedInfood,medicine,feed,paper,oilandmanyotherfields.Inthisstudy,usingRT-PCR,selectionwashighlyexpressedxylanasesecretedPichiapastorisstrainMAN22,andtheliquidfermentation.Temperaturecontrolduringfermentation30°C,byadjustingthestirringratetothedissolvedoxygenconcentrationwasmaintainedat30%,mainlyinmethanolascarbonsource,nitrogensource,ammoniadid,byaddingammoniaflowcontrolpH≈5.5,makeevery12hAddaMethanol,post-fermentationtoadd5%(NH4)2SO4,NH4+levelsweremaintainedto150mmol/Lormore(2g/Lorso).Seedswithtwo0.6m3andtwo6m3tankandtwosecondseedcontainers,withtwo60m3fermenter,thefermentationtankdiameterof3100m.FermentationTanksthicknessdesignis6.5mm,made??ofstainlesssteelmaterialsused1Cr18Ni9Tiacid.Selectedaccordingtothedesignofβ-xylanaseproductionprocessandthedesignofcomputingdevices,accordingtotherequirementsofthemissionstatementdrawnflowchartofthewholeplant,wholeplantgenerallayoutplansandβ-xylanasefermentationtankassemblyFig.Keywords:xylanase;Highdensityfermentation;seedpot;fermentationpot第一章緒論1.1木聚糖酶簡(jiǎn)介1.1.1木聚糖酶的理化性質(zhì)木聚糖酶（Xylanase）[EC]是指將木聚糖降解成低聚糖和木糖的一組酶的總稱，是木聚糖降解酶系中最關(guān)鍵的酶。主要包括外切?-1，4-木聚糖酶，內(nèi)切?-1，4-木聚糖酶和?-木糖苷酶。其中外切?-1，4-木聚糖酶[EC2]是以單個(gè)木糖為切割單位，它作用于木聚糖的非還原性末端，使反應(yīng)體系的還原性不斷增加。內(nèi)切?-1，4-木聚糖酶[EC]是從木聚糖主鏈的內(nèi)部切割?-1，4糖苷鍵，使木聚糖溶液的黏度迅速降低，鑒于其特殊功能，內(nèi)切?-1，4-木聚糖酶多用于食品行業(yè)。?-木糖苷酶[EC7]主要作用是切割低聚木糖和木二糖，有助于木聚糖徹底降解為木糖。該酶通過(guò)水解低聚木糖的末端來(lái)催化釋放木糖殘基。不同來(lái)源的木聚糖酶在組成和催化性質(zhì)上各不相同，但它們的理化性質(zhì)有相似的地方。大多數(shù)微生物木聚糖酶為單亞基蛋白，分子量8～145kDa，等電點(diǎn)pI值3～10，最適作用溫度為40～75℃。根據(jù)對(duì)幾十種內(nèi)切?-1，4-木聚糖酶的分子量和等電點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，70%的酸性?-1，4-木聚糖酶分子量在30kDa以上，而堿性?-1，4-木聚糖酶分子量則多在30kDa以下。木聚糖酶中?-木糖苷酶有單聚體、二聚體或四聚體等組成形式，分子量為26～360kDa，pI值為3.3～7.3。其它一些特異性酶，如α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶多以單體形式存在，也有二聚體、四聚體、六聚體和八聚體等形式，分子量為53～495kDa，pI值為2.5～9.3；α-葡萄糖醛酸苷酶的分子量一般都大于100kDa，而pI值都小于4.0。粘度：木聚糖酶在水中溶解后變成有粘性的溶液，使消化道中食糜的粘稠度增加。木聚糖在低溶度時(shí)，因與水分子直接互作而增加了食糜的粘度。隨著木聚糖溶度的增加，分子本身相互作用，從而纏繞成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種作用過(guò)程的相互作用極大時(shí)，可能會(huì)變成凝膠。表面活性：木聚糖的表面帶有負(fù)電荷，在溶液中趨于與其他物質(zhì)表面結(jié)合。在飼料消化時(shí)，多糖可以與腸道中的飼料顆粒表面、脂類微團(tuán)表面及多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物表面相結(jié)合。持水性：由于木聚糖具有高的持水性，這在木聚糖溶度較高時(shí)變得尤其顯著，因?yàn)榇藭r(shí)可以形成凝膠。這些效應(yīng)能根本上改變消化物的物理特性，從而改變腸道的生理機(jī)能，即增強(qiáng)對(duì)腸蠕動(dòng)的抵抗力。離子、小分子與木聚糖的結(jié)合：除了陽(yáng)離子與一些木聚糖中帶負(fù)電基團(tuán)結(jié)合外，木聚糖的立體結(jié)構(gòu)也使它與離子發(fā)生螯合作用事實(shí)上，陽(yáng)離子能在木聚糖分子間形成離子橋，這將大大影響其粘度和凝膠的形成特性。小分子通過(guò)疏水鍵的相互作用，也可能與多糖發(fā)生微弱的結(jié)合。1.1.2木聚糖生產(chǎn)簡(jiǎn)史木聚糖酶的研究始于20世紀(jì)60年代。目前國(guó)際上研究工作主要集中在對(duì)微生物木聚糖酶的誘導(dǎo)與調(diào)節(jié)機(jī)理研究，以及酶的提純、鑒定方法，木聚糖酶基因分子的克隆和表達(dá)等。而我國(guó)對(duì)木聚糖酶的研究主要集中在產(chǎn)木聚糖酶優(yōu)良菌株的篩選和馴化、木聚糖酶的純化和理化性質(zhì)的研究等方面。當(dāng)前，木聚糖酶主要通過(guò)真菌、細(xì)菌等微生物發(fā)酵生產(chǎn)獲得。根據(jù)發(fā)酵工藝的不同，可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。這兩種發(fā)酵方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)：固體發(fā)酵所用培養(yǎng)基相對(duì)便宜，主要以農(nóng)副產(chǎn)品為主。且操作設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢物產(chǎn)生，不存在環(huán)境污染問(wèn)題，產(chǎn)率較高。易于在中、小企業(yè)推廣應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)木聚糖酶生產(chǎn)主要采用固體發(fā)酵方式。但固體發(fā)酵同時(shí)也存在不易控制，酶系復(fù)雜，纖維素等酶含量高，難以精酶化等缺點(diǎn)；相比較而言，液體發(fā)酵由于是在液態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，菌體、底物、產(chǎn)物（包括熱）均易于擴(kuò)散，使得發(fā)酵能夠在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行。該方法便于在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，由于液體輸送方便，便于機(jī)械化操作，產(chǎn)品也易于提取精制。液態(tài)發(fā)酵工藝的缺點(diǎn)主要是對(duì)設(shè)備有一定要求及生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求也較為嚴(yán)格。但隨著生物技術(shù)的發(fā)展和木聚糖酶廣泛應(yīng)用，采用液體發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶將成為今后發(fā)展方向。1.1.3木聚糖酶的用途從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，隨著木聚糖酶研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，在造紙、食品、飼料、紡織、醫(yī)藥、環(huán)境和能源等行業(yè)被廣泛應(yīng)用，前景十分看好。在造紙行業(yè)中的應(yīng)用：木聚糖酶在造紙工業(yè)中的重要作用體現(xiàn)在其取代了有毒化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)酶法預(yù)處理可以回收造紙行業(yè)中有用的副產(chǎn)物等方面。造紙工業(yè)中通過(guò)木聚糖酶的使用，縮短了紙漿的處理時(shí)間，增加了纖維的分離度，使氯氣等化學(xué)漂白劑更好地滲透到紙漿里，從而大大減少了化學(xué)漂白劑的用量并且使漂白效果得以提高。木聚糖酶在造紙工業(yè)中還應(yīng)用于廢紙脫墨這一重要環(huán)節(jié)，不僅使脫墨工藝變得容易，而且減少了化學(xué)藥品的用量。木聚糖酶應(yīng)用于紙漿生物漂白工藝過(guò)程，減少了氯氣用量，減少致癌物質(zhì)的排放，減輕環(huán)境污染，顯著改善了紙漿的濾過(guò)性、脆性，增加了纖維的分離度、紙漿漂白度，降低了生產(chǎn)能耗，降低了生產(chǎn)成本，其諸多優(yōu)點(diǎn)不斷在造紙工業(yè)中顯現(xiàn)出來(lái)。在食品行業(yè)中的應(yīng)用：木聚糖酶在食品行業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在將天然半纖維素分解后得到低聚木糖這一環(huán)節(jié)。在面包的生產(chǎn)中，1/3的水分是面團(tuán)中的戊聚糖吸收的，戊聚糖的高吸水性對(duì)面團(tuán)和面包的質(zhì)量有明顯的影響。在新鮮蔬菜、水果加工成嬰兒食品、膏狀物、干燥蔬菜粉末和速溶食品時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通常被一層堅(jiān)硬的半纖維素、果膠等物質(zhì)組成的細(xì)胞壁所包圍，如果對(duì)其用含有纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶的酶制劑來(lái)處理，就可在比較溫和條件下使組織柔化，使細(xì)胞破壁，將有效物質(zhì)充分提取出來(lái)。與此同時(shí)也降低了提取液的粘度，使生產(chǎn)過(guò)程中的濃縮、干燥效率成倍提高，相應(yīng)降低生產(chǎn)成本。其他應(yīng)用：據(jù)報(bào)道，木聚糖酶可與其它酶共同參與使植物降解為戊糖、己糖，再用其它菌株發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)能把植物纖維直接轉(zhuǎn)化為乙醇的一些菌，如Thermbacteroidesacetoethylicus,Clotridiumthermosaccharolyticum。另?yè)?jù)報(bào)道，木聚糖酶在去污洗滌，醫(yī)藥制造，以及在果實(shí)成熟、種子萌發(fā)、真菌的寄生及植物的抗性等諸多生理過(guò)程中都有著重要的應(yīng)用。1.1.4木聚糖酶產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)木聚糖酶的研究主要集中在產(chǎn)木聚糖酶優(yōu)良菌株的篩選和馴化、木聚糖酶的純化和理化性質(zhì)的研究等方面。當(dāng)前，木聚糖酶主要通過(guò)真菌、細(xì)菌等微生物發(fā)酵生產(chǎn)獲得。根據(jù)發(fā)酵工藝的不同，可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。這兩種發(fā)酵方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)：固體發(fā)酵所用培養(yǎng)基相對(duì)便宜，主要以農(nóng)副產(chǎn)品為主。且操作設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢物產(chǎn)生，不存在環(huán)境污染問(wèn)題，產(chǎn)率較高。易于在中、小企業(yè)推廣應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)木聚糖酶生產(chǎn)主要采用固體發(fā)酵方式。但固體發(fā)酵同時(shí)也存在不易控制，酶系復(fù)雜，纖維素等酶含量高，難以精酶化等缺點(diǎn)；相比較而言，液體發(fā)酵由于是在液態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，菌體、底物、產(chǎn)物（包括熱）均易于擴(kuò)散，使得發(fā)酵能夠在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行。該方法便于在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制，易于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，由于液體輸送方便，便于機(jī)械化操作，產(chǎn)品也易于提取精制。液態(tài)發(fā)酵工藝的缺點(diǎn)主要是對(duì)設(shè)備有一定要求及生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求也較為嚴(yán)格。但隨著生物技術(shù)的發(fā)展和木聚糖酶廣泛應(yīng)用，采用液體發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶將成為今后發(fā)展方向。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在木聚糖酶方面的研究起步較晚，主要集中于海棗曲霉、黑曲霉、木霉菌、青霉菌等真核微生物和短小芽孢桿菌、串珠鏈孢菌、鏈霉菌、環(huán)狀芽孢桿菌、堿性假單胞菌等原核微生物木聚糖酶的研究。目前為止，國(guó)內(nèi)學(xué)者報(bào)道對(duì)木聚糖酶的研究基本上還僅限于對(duì)產(chǎn)木聚糖酶天然優(yōu)良菌株的篩選、酶的純化和一些酶學(xué)性質(zhì)研究方面，只克隆了少數(shù)木聚糖酶基因[27]。由于木聚糖酶具有重要的應(yīng)用價(jià)值以及在生物工程技術(shù)的重要地位，現(xiàn)在己經(jīng)有越來(lái)越多的科研人員致力于木聚糖酶的開(kāi)發(fā)研究，如高產(chǎn)菌株的選育、工程菌的構(gòu)建、優(yōu)化培養(yǎng)條件、無(wú)纖維素酶污染的木聚糖酶等。1.2巴斯德畢赤酵母簡(jiǎn)介1.2.1巴斯德畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)巴斯德畢赤酵母屬子囊菌類,為單倍體,由于在其細(xì)胞的過(guò)氧化物酶體中含有甲醇代謝途徑所必需的酶,如醇氧化酶(alcoholoxidase,AOX)、過(guò)氧化氫酶、二羥丙酮合成酶等,所以可利用甲醇作為唯一碳源和能源。由于巴斯德畢赤酵母能夠在簡(jiǎn)單培養(yǎng)基上高密度發(fā)酵生長(zhǎng),所以它最初是作為一種工業(yè)的甲醇營(yíng)養(yǎng)型酵母,主要用來(lái)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)。1.2.2巴斯德畢赤酵母的優(yōu)缺點(diǎn)經(jīng)過(guò)二十多年的研究和應(yīng)用發(fā)現(xiàn),巴斯德畢赤酵母具有以下主要優(yōu)點(diǎn):(1)具有醇氧化酶AOX1基因啟動(dòng)子，這是目前最強(qiáng)，調(diào)控機(jī)理最嚴(yán)格的啟動(dòng)子之一；(2)表達(dá)效率高,其表達(dá)的外源蛋白可占總表達(dá)蛋白的90%以上,有利于目的蛋白的分離純化；(3)在簡(jiǎn)單合成培養(yǎng)基中可實(shí)現(xiàn)高密度培養(yǎng)；(4)表達(dá)質(zhì)粒能在基因組的特定位點(diǎn)以單拷貝或多拷貝的形式穩(wěn)定整合；(5)由于該酵母可以以甲醇為唯一碳源和能源,而絕大多數(shù)微生物并不能以甲醇為碳源,可以減少污染。它也具有以下缺點(diǎn):(1)發(fā)酵周期長(zhǎng)(2)甲醇易燃易爆有毒，存在一定的危險(xiǎn)性(3)篩選高產(chǎn)菌株需用的藥物價(jià)格比較昂貴(4)培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件不成熟1.2.3前景展望巴斯德畢赤酵母是單細(xì)胞低等真核生物,它既具有原核生物易于培養(yǎng)、繁殖快、便于基因工程操作和高密度發(fā)酵等特性,同時(shí)又具有適于真核生物基因產(chǎn)物正確折疊的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和糖鏈加工系統(tǒng),還能分泌外源蛋白到培養(yǎng)液中,利于純化。近幾十年來(lái),巴斯德畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)發(fā)展成為一個(gè)較為理想的蛋白表達(dá)系統(tǒng)。它具有外源目的蛋白表達(dá)量高、基因遺傳穩(wěn)定和分泌效率高等優(yōu)點(diǎn),并具有甲醇精確調(diào)控的強(qiáng)啟動(dòng)子—醇氧化酶啟動(dòng)子(PAOX)及日臻成熟的高密度發(fā)酵工藝,是目前最優(yōu)秀、應(yīng)用最廣泛的外源基因表達(dá)系統(tǒng)之一,越來(lái)越受到人們的重視,被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于大量生產(chǎn)外源真核或其他結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的原核蛋白。目前,已經(jīng)有500多種外源蛋白在該系統(tǒng)中進(jìn)行了高效表達(dá)。第二章木聚糖酶發(fā)酵機(jī)理2.1重組巴斯德畢赤酵母發(fā)酵合成木聚糖酶的代謝途徑相對(duì)而言，對(duì)畢氏酵母的報(bào)道比較少且多為非結(jié)構(gòu)模型。由于非結(jié)構(gòu)模型多采用經(jīng)驗(yàn)的Monod模型描述菌體發(fā)酵動(dòng)力學(xué)，在表達(dá)菌體干重濃度和蛋白方面精度較差?？紤]到面包酵母和畢氏酵母在代謝行為和菌體形態(tài)多方面有很大的相似性，因此面包酵母的很多研究成果可以為畢氏酵母所借鑒。本章以Bellgardt（1983）建立的面包酵母動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，借鑒文獻(xiàn)所報(bào)道的甘油和甲醇的代謝途徑，對(duì)畢氏酵母發(fā)酵動(dòng)力學(xué)建模。甘油的主要代謝途徑包括磷酸化、糖酵解、三羧酸循環(huán)和呼吸鏈。在甲醇期，甲醇首先被氧化為甲醛，甲醛隨后進(jìn)入分解代謝與合成代謝兩個(gè)途徑。在分解代謝中，甲醛被氧化為甲酸鹽和二氧化碳，并以電子NADH的形式釋放能量。合成代謝途徑與甘油期類似，也包括磷酸化、糖酵解和三羧酸循環(huán)等過(guò)程。2.1.1甘油代謝途徑細(xì)胞外的甘油進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，首先被甘油激酶磷酸化為三磷酸甘油G3P（Glycerol3-phosphate）。G3P在三磷酸甘油脫氫酶的作用下被氧化為磷酸二羥丙酮。經(jīng)過(guò)糖酵解過(guò)程，磷酸二羥丙酮被分解成丙酮酸（PYR）。丙酮酸在丙酮酸脫氫酶的作用下被氧化為乙酰輔酶A（Acetyl-CoA）。通常在沒(méi)有任何反應(yīng)限制下，乙酰輔酶A直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)（TCAcycle），在此過(guò)程中會(huì)有大量細(xì)胞物質(zhì)合成（如氨基酸、核酸等），同時(shí)伴隨電子載體（NADH）和能量（ATP）的轉(zhuǎn)換。在代謝過(guò)程中，如果溶氧或者丙酮酸脫羧反應(yīng)速率受到限制，代謝將會(huì)進(jìn)入乙醇發(fā)酵途徑。此時(shí)，丙酮酸在丙酮酸脫羧酶的作用下生成乙醛（Acetaldehyde），乙醛在醇脫氫酶的作用下生成乙醇。而當(dāng)上述限制解除后，乙醇又可作為基質(zhì)被利用，這時(shí)，乙醇首先被氧化為乙醛，乙醛進(jìn)而被氧化為乙酸鹽，最后轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A進(jìn)入TCA循環(huán)。伴隨著甘油的代謝途徑，也有呼吸鏈的作用。呼吸鏈的主要作用是為細(xì)胞的生長(zhǎng)和維持提供能量。關(guān)于甘油期內(nèi)細(xì)胞的合成代謝，在此假定細(xì)胞物質(zhì)小部分由G3P轉(zhuǎn)化生成，其余大部分在TCA循環(huán)中生成。乙醇的生成和消耗過(guò)程見(jiàn)圖2.1中的點(diǎn)框，三羧酸循環(huán)和呼吸鏈分別見(jiàn)圖2.1中的虛線框。圖2.1給出了簡(jiǎn)化的甘油在畢氏酵母細(xì)胞內(nèi)部代謝途徑。圖2.1畢赤酵母甘油代謝途徑其中甘油轉(zhuǎn)化為三磷酸甘油：（2-1）G3P的糖酵解方程（2-2）以及G3P合成細(xì)胞物質(zhì)的方程（2-3）如下：（2-2）（2-3）視發(fā)酵罐內(nèi)溶氧水平或者丙酮酸脫羧反應(yīng)速率是否受到限制，丙酮酸可能直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)或者進(jìn)入乙醇發(fā)酵支鏈。在我們的實(shí)驗(yàn)中，溶氧濃度一直保持在30％以上，所以溶氧不受限；同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量表明發(fā)酵罐內(nèi)乙醇濃度在0～0.5gl-1較低的范圍內(nèi)，為此出于模型的簡(jiǎn)化，本文忽略乙醇的發(fā)酵途徑，即去掉圖2.1中點(diǎn)框部分，認(rèn)為丙酮酸直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)：（2-4）（2-5）(2-6)其中（2-5）是TCA循環(huán)的簡(jiǎn)化方程，（2-6）描述了三羧酸循環(huán)過(guò)程中細(xì)胞物質(zhì)的生成。呼吸鏈中提供大量的能量轉(zhuǎn)換，見(jiàn)下式：（2-7）甘油代謝過(guò)程中產(chǎn)生的ATP一部分用于細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的能量消耗，另一部分用于細(xì)胞自身生命的維持，甘油代謝過(guò)程中，細(xì)胞物質(zhì)主要在G3P糖酵解過(guò)程和三羧酸循環(huán)中合成。2.1.2甲醇代謝途徑圖2.2是簡(jiǎn)化的甲醇期甲醇的代謝途徑，甲醇首先被醇氧化酶（AOX）氧化成甲醛和過(guò)氧化氫。甲醛隨后進(jìn)入兩條代謝途徑，小部分進(jìn)入分解代謝，大部分進(jìn)入合成代謝。在分解代謝中，甲醛首先被甲醛脫氫酶（FLD1p）氧化為甲酸鹽，并進(jìn)一步被甲酸鹽脫氫酶（FDH）氧化為二氧化碳，同時(shí)以電子NADH的形式釋放能量，同時(shí)也避免了細(xì)胞內(nèi)部甲醇積累過(guò)多而產(chǎn)生毒害作用（Sibirnyetal.,1990）。在合成代謝中，甲醛在二羥基丙酮合成酶的作用下與5磷木棉糖結(jié)合生成三磷酸甘油醛（GAP），GAP隨后進(jìn)入糖酵解和TCA循環(huán)。本文假定甲醇期的細(xì)胞物質(zhì)主要從GAP和TCA循環(huán)中轉(zhuǎn)化合成。消耗的甲醇進(jìn)入分解代謝的比例為φ。對(duì)于φ的大小，文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)論不一。Veenhuisetal.（1983）認(rèn)為，甲醇代謝過(guò)程所需的能量主要來(lái)自分解代謝，因此進(jìn)入分解代謝途徑的甲醛較多；而Sibirnyetal.（1990）認(rèn)為，分解代謝的作用主要是保護(hù)細(xì)胞不因大量的甲醇?xì)埩舳卸镜?，代謝過(guò)程中需要的能量主要來(lái)自合成代謝，故進(jìn)入合成代謝途徑的甲醛較多。由于碳源主要是在合成代謝途徑中消耗的，大量的能量應(yīng)來(lái)自于合成代謝。在本文的實(shí)驗(yàn)中，甲醇期比生長(zhǎng)速率的控制在較低水平（0.003-0.0085h-1），甲醇的殘留濃度幾乎為零，因此不需要進(jìn)行過(guò)多的分解代謝以避免較高濃度的甲醇?xì)埩?，故此本文φ值設(shè)定在較低的0.25。不可否認(rèn)，φ的取值未必精確，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)修正。幸運(yùn)地是，φ引起的誤差可以由模型中的其它參數(shù)來(lái)彌補(bǔ)。圖2.2畢赤酵母甲醇代謝途徑在此可以列出甲醇期的化學(xué)計(jì)量平衡方程：甲醇首先被氧化為甲醛：（2-8）甲醛在分解代謝中被氧化為甲酸欲，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸迹?2-9)甲醛在合成代謝過(guò)程中被磷酸化。擊要指出的是，生成1摩爾的GAP擊要消耗3摩爾的甲醛(LinCereghinoandCregg,2000:Lueersetal.,1998)。（2-10）GAP酵解生成內(nèi)酮酸以及合成細(xì)胞物質(zhì)的方程分別見(jiàn)下式：（2-11）（2-12）內(nèi)酮酸被氧化為乙酞輔酶A甲醇期乙酞輔酶A以后的代謝途徑以及呼吸鏈中的代謝途徑與甘油期相同，前面有所介紹，這不過(guò)多重復(fù)，主要反應(yīng)有：（2-4）（2-5）(2-6)同前所述。2.2巴斯德畢赤酵母發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶過(guò)程中的主要影響因素2.2.1碳源的影響甘油是菌體生長(zhǎng)階段普遍采用的碳源,通過(guò)補(bǔ)料加入培養(yǎng)基,其濃度過(guò)低或過(guò)高會(huì)限制或抑制菌體生長(zhǎng),因此,需要優(yōu)化初始甘油濃度,選擇有效的補(bǔ)料方式。葡萄糖也可作為碳源,雖效果不如甘油,但性價(jià)比卻優(yōu)于甘油,以葡萄糖代替甘油將有利于工業(yè)化生產(chǎn)。甲醇是誘導(dǎo)表達(dá)階段的碳源,其濃度(CMeOH)和補(bǔ)料方式是關(guān)鍵。CMeOH過(guò)低,會(huì)限制菌體生長(zhǎng)和誘導(dǎo)強(qiáng)度;CMeOH過(guò)高,則對(duì)菌體產(chǎn)生毒性。甲醇最佳濃度一般在0.5%～3%(v/v),但有些蛋白高于3%],因此,不同蛋白的最佳濃度不同,需通過(guò)實(shí)驗(yàn)并結(jié)合補(bǔ)料策略確定。CMeOH通過(guò)補(bǔ)料調(diào)節(jié)并保持恒定,其檢測(cè)控制方法有溶氧反饋控制、甲醇離線控制和在線控制,而甲醇在線控制最優(yōu)。2.2.2氮源的影響氨水常作為氮源,并用于調(diào)節(jié)pH,其釋放的NH4濃度對(duì)菌體生長(zhǎng)、蛋白表達(dá)和降解有重要影響。濃度過(guò)低,限制菌體生長(zhǎng),并增加蛋白的降解;濃度過(guò)高,雖可減少蛋白降解,卻會(huì)抑制菌體生長(zhǎng)和蛋白表達(dá)。因此,NH4+濃度需要優(yōu)化,并采用恒濃度或變濃度法調(diào)控。謝靜莉等在發(fā)酵后期添加(NH4)2SO4,使NH4+濃度維持在150mmol/L以上,蛋白表達(dá)量提高58.8%。采用變濃度法調(diào)控NH4+濃度后,既促進(jìn)菌體生長(zhǎng),提高表達(dá)量,又降低蛋白酶降解。2.2.3基礎(chǔ)鹽和PTM1微量鹽的影響在表達(dá)分泌蛋白時(shí),需降低基礎(chǔ)鹽濃度?；A(chǔ)鹽。濃度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致菌體死亡,并增加蛋白酶釋放,增加蛋白降解。Surribas等以電導(dǎo)率反映基礎(chǔ)鹽濃度,將初始電導(dǎo)率降為30%,并在誘導(dǎo)過(guò)程維持在20%后,菌體死亡率下降。Zhao等將基礎(chǔ)鹽濃度降為1/4時(shí),誘導(dǎo)前后菌體死亡率分別降低83.3%和48.6%～59.2%,菌體密度增加25%,HAS2IFN2α2b表達(dá)量提高92.0%,并保持恒定。PTM1微量鹽溶液成分過(guò)于復(fù)雜,不能高溫滅菌,易形成沉淀且價(jià)格較高,不利于大規(guī)模發(fā)酵,可用低濃度的酵母抽提物來(lái)替代PTM1微量鹽,簡(jiǎn)化工藝,也可用麥芽汁來(lái)替代,性價(jià)比可大幅提高,即簡(jiǎn)化工藝又降低成本,有利于工業(yè)化生產(chǎn)。2.2.4添加其它物質(zhì),降低蛋白酶降解在培養(yǎng)基中添加VitC、VitE可以減少菌體死亡,減少蛋白酶的分泌;添加蛋白胨或酪蛋白水解物等底物,競(jìng)爭(zhēng)性抑制蛋白酶活性;添加蛋白酶抑制劑或EDTA,抑制蛋白酶活性,它們都能降低蛋白酶降解。Xiao等[添加VitC并維持在4～10mmol/L后,菌體死亡率降低65.4%,水蛭素降解程度降低30.2%,完整蛋白的表達(dá)量提高56.8%。Zhao等在誘導(dǎo)前添加2%大豆胨后,HAS2IFN2α2b只有極輕微的降解。Ayed等添加酪蛋白水解物并維持在0.1%或EDTA并維持在10mmol/L后,均能阻止hIFNα2b的降解,前者使產(chǎn)物保持恒定,后者使表達(dá)量提高65%。2.2.5pH的影響pH對(duì)菌體生長(zhǎng)和誘導(dǎo)表達(dá)都會(huì)產(chǎn)生影響,尤其是誘導(dǎo)時(shí)的pH,不僅會(huì)影響蛋白表達(dá)量和活性,而且會(huì)通過(guò)影響蛋白酶活性,來(lái)改變蛋白的降解程度。如當(dāng)pH由3升至7時(shí),rHSA的降解逐漸減少。因此,必須選擇合適的pH,一般在3.0～7.0,而且在不同階段,應(yīng)選擇不同pH,采用變pH發(fā)酵。pH一般是通過(guò)補(bǔ)加氨水來(lái)調(diào)節(jié),若NH4+濃度過(guò)高,則改為補(bǔ)加堿來(lái)調(diào)節(jié)。2.2.6溫度的影響溫度升高,有利于生長(zhǎng)代謝和蛋白表達(dá),但溫度過(guò)高反而會(huì)使菌體過(guò)早衰老,發(fā)酵周期縮短,降低蛋白表達(dá)量和活性。因此,必須選擇合適的溫度,而且在不同階段,應(yīng)選擇不同的溫度,采用變溫發(fā)酵。菌體生長(zhǎng)最適溫度為30℃,誘導(dǎo)表達(dá)的最適溫度應(yīng)降低,常為20-28℃,尤其是分泌蛋白,低溫更有利于表達(dá)。低溫可以降低折疊壓力,有利于新生肽鏈的正確折疊;降低菌體死亡率,減少蛋白酶分泌,降低蛋白酶活性;提高AOX酶活性和轉(zhuǎn)錄水平,還可以提高蛋白穩(wěn)定性。2.2.7溶氧濃度(DO)的影響高密度發(fā)酵需要消耗大量的氧氣,尤其是在甲醇誘導(dǎo)階段,供氧往往成為限制性因子。若供氧不足,不僅會(huì)抑制菌體呼吸作用,限制菌體生長(zhǎng)繁殖,而且會(huì)積累甲醇及其代謝產(chǎn)物甲醛和過(guò)氧化氫,對(duì)菌體產(chǎn)生毒害,降低蛋白表達(dá)量。因此,必須保證足夠的供氧,一般DO≥20%～30%,DO也不能太高,超過(guò)60%,細(xì)胞就會(huì)發(fā)生氧中毒。2.2.8誘導(dǎo)前菌體密度(CWPTI)與比生長(zhǎng)速率(μPTI)的影響CWPTI和μPTI分別反映菌體生物量和生理狀態(tài),提高CWPTI和μPTI均能有效提高蛋白表達(dá)量。提高CWPTI可以提高誘導(dǎo)階段的生物量,并使更多的甲醇轉(zhuǎn)向蛋白合成，,從而提高表達(dá)量;提高μPTI可以增強(qiáng)菌體翻譯效率,轉(zhuǎn)入誘導(dǎo)時(shí),可迅速合成酶系代謝甲醇,快速表達(dá)出蛋白,提高比生產(chǎn)速率和表達(dá)量。第三章木聚糖酶發(fā)酵的工藝流程3.1高效分泌木聚糖酶的畢赤酵母工程菌株的獲得運(yùn)用RT－PCR從黑曲霉AN070902中克隆木聚糖酶cDNA片段，與載體pPIC9K相連，構(gòu)建重組載體VMAN－pPIC9K，電轉(zhuǎn)化畢赤酵母GS115，篩選產(chǎn)酶最高菌株進(jìn)行液體發(fā)酵。在該項(xiàng)設(shè)計(jì)中，高效產(chǎn)酶菌株由工廠準(zhǔn)備并儲(chǔ)存。3.1.1材料3.1.2黑曲霉木聚糖酶cDNA的獲得3.1.3表達(dá)載體VMAN－pPIC9K的構(gòu)建3.1.4重組菌株VMAN－pPIC9K－GS115的獲得和高酶活菌株的篩選3.1.5重組畢赤酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)將可以分泌木聚糖酶的重組畢赤酵母加入到大型種子罐中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，種子罐操作。(1)溫度控制：30±1℃。(2)(NH4)2S04：添加量：5Kg/m3。(3)罐壓：0.05MPa。(4)通風(fēng)控制：O～6h，36～40m3/h；7～11h，漸增至72m3/h；12～15h，漸增至144m3/h；16～19h，180m3/h；20～24h，280～288m3/h：24h后，360m3/h；加大風(fēng)量，可使菌體生長(zhǎng)速率加快，但菌體呼吸強(qiáng)度和雜菌生成量可能增加。(5)培養(yǎng)時(shí)間：36h。本設(shè)計(jì)一級(jí)種子罐培養(yǎng)時(shí)間為20h，二級(jí)種子罐培養(yǎng)時(shí)間為16小時(shí)。(6)攪拌速率：220r/min3.2重組巴斯德畢赤酵母工程菌發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶3.2.1原料（1）原料的選擇1、選來(lái)源豐富、質(zhì)量好、且便于儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)脑希?、因地制宜，就近取材，盡量降低成本；3、符合生產(chǎn)工藝要求；（2）菌種:根據(jù)實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)用到的重組巴斯德畢赤酵母基因工程菌由本實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建（如上所述）并保藏。（3）培養(yǎng)基及所需溶液:YPDs/Zeoein:1og/L酵母膏、Zog/L蛋白陳、209/L葡萄糖、log/L瓊脂、100mg/LZeoein。YPD:10歲L酵母膏、20留L蛋白陳，20留L葡萄糖、10留L瓊脂。BMGY:1og/L酵母膏、Zog/L蛋白陳、20g/L葡萄糖、Zog/L瓊脂、0.05mol幾磷酸鉀緩沖液，pH=6.0，13.4g/LYNB，4xl04g/L生物素、20g/L甘油、o.05moFLL一eys?；A(chǔ)鹽溶液(FM21):CaS04·2H201.5;KOH6.5;MgS04·7Hz019.5;K2S0423.8;H3P0485%3.5%(v/v)。微量元素溶液(PTM1):ZnC122;FeS04·7H206.5;H3B030.002;MnSO4·H200.3;H2S0496%0.2%(v/v);CuS04·5H2O0.6;KI0.01;biotin80ugl-1。種子培養(yǎng)基:甘油10;peptone20;yeastextract10;KH2P041.2;Na2HP042.29;(NH4)S041;MgS04·7H201;FeS04·7Hz00.25。甘油期間歇發(fā)酵培養(yǎng)基:甘油40;biotin80ugl-1;H3P0485%2%(v/v)和-定量的FM21和PTM1。甘油期流加發(fā)酵培養(yǎng)基:50%(V/V)的甘油配以一定量的FM21和TMl。甲醇期流加發(fā)酵培養(yǎng)基:100%的甲醇配以一定量的FM21和PTMl。蛋白陳、酵母膏購(gòu)自O(shè)XOID公司;其它試劑均為國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口分析純?cè)噭?.2.2重組菌株的液體發(fā)酵菌體在種子罐中培養(yǎng)后，然后以10%的接種量進(jìn)行補(bǔ)料-分批發(fā)酵，發(fā)酵罐的總體積為60m3，工作體積為48m3。發(fā)酵過(guò)程采用了InvitrogenCorporation的發(fā)酵規(guī)范（Carlsbad,CA,USA,2002），整個(gè)發(fā)酵過(guò)程分為甘油期和甲醇期兩個(gè)階段。甘油期以甘油為唯一碳源，目的是細(xì)胞高密度培養(yǎng)，發(fā)酵溫度為30℃；甲醇期以甲醇為唯一碳源，以生成目標(biāo)蛋白為目的。甘油期又分為甘油間歇期(16-20h)和甘油流加期(14-18h)，甲醇期分為甲醇誘導(dǎo)期(5-10h)和產(chǎn)物生成期(140-160h)。發(fā)酵全程通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌速率使溶氧濃度維持在30%左右，溶氧電極為INPRO6100/120/T/N（Mettler-Toledo,Switzerland）；通過(guò)流加氨水控制pH≈5.5，pH電極為405-DPAS-SC-K8S/120（Mettler-Toledo,Switzerland）。甘油、甲醇和氨水的流加均使用校正好的蠕動(dòng)泵（Watson101）進(jìn)行流加。3.2.3發(fā)酵工序1、無(wú)菌空氣的制備：利用溶解于溶液中的氧，其來(lái)源則是通過(guò)壓縮機(jī)提供的壓縮空氣。自然界的空氣是帶塵和細(xì)菌的空氣，且通過(guò)壓縮機(jī)壓縮和管道輸送，增加了水、油污、金屬屑等雜物，因此進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣，必須是通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚砗蟮母蓛?、無(wú)菌空氣。2、滅菌工序技術(shù)工藝條件：(1)種子罐:空罐120℃，30min；(2)發(fā)酵罐：空罐120℃，30min；(3)接種管道、料管：2.5～3.0kgf/cm2,120℃,20min。(4)總空氣管道：120～150℃，2.5～3.0kgf/cm2,1h,每月一次。(5)無(wú)菌室：每周甲醛消毒一次，每天藥物消毒一次，每次使用前用紫外燈消毒20min。(6)注意隨時(shí)用漂白粉或其他藥物維持環(huán)境不污染。3、發(fā)酵罐操作：(1)溫度：30±1℃。(2)接種量：1:10(每10m3發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)1m3種子罐)。(3)罐壓：O.05MPa(表壓)。(4)風(fēng)量控制：0～18h，0.08v.v.m；18～30h，0.1v.v.m；30h，0.12v.v.m。(5)攪拌轉(zhuǎn)速：220r/min(6)pH控制：3-7，一般最佳為5.5。(7)容氧：30%以上(8)發(fā)酵周期：50h，比現(xiàn)有周期短80小時(shí)。(9)發(fā)酵過(guò)程控制：每12h補(bǔ)加一次甲醇，碳源：1.0％的甲醇混合0.1％的甘油，氮源：常以氨水做氮源，發(fā)酵后期添加5％(NH4)2SO4,使NH4+濃度維持在150mmol/L以上(2g/L左右)，補(bǔ)料：流加50%的甘油、PTM鹽、液氨等，過(guò)程中細(xì)胞濃度達(dá)到220-250g/L。底物流加方法：在誘導(dǎo)初始階段,細(xì)胞處于由甘油代謝向甲醇代謝的過(guò)渡適應(yīng)期,甲醇比消耗速率不斷增加。當(dāng)細(xì)胞完全適應(yīng)甲醇環(huán)境后,處于非生長(zhǎng)狀態(tài)下的畢赤酵母甲醇比消耗速率維持恒定。在這個(gè)階段,底物的流加策略主要有直接添加甲醇及流加甘油和甲醇混合物兩種方式。大量的研究表明,流加甘油和甲醇混合物更有利于外源蛋白的高效表達(dá)。事實(shí)上,高密度補(bǔ)料?批式發(fā)酵過(guò)程中,在誘導(dǎo)初期,流加甘油和甲醇的混合底物而不單獨(dú)流加甲醇的話,菌體就不會(huì)由于甲醇的積累而中毒。此外,Katakura等研究表明,在畢赤酵母高密度補(bǔ)料-批式發(fā)酵過(guò)程中,在過(guò)渡階段流加甘油/甲醇混合底物有助于菌體更快地進(jìn)行甲醇代謝。因此,使用甘油和甲醇的混合底物比只使用甲醇作為唯一碳源的底物能更快地誘導(dǎo)醇氧化酶和更快地適應(yīng)細(xì)胞的代謝活動(dòng)。因?yàn)楦视屯ㄟ^(guò)提供能量和甲醇代謝酶類所需的構(gòu)件有助于甲醇代謝酶類的表達(dá),從而避免甲醇對(duì)菌體的毒害作用。5.甲醇流加的方法甲醇傳感器在線檢測(cè)控制甲醇的流加：通過(guò)在線檢測(cè)甲醇濃度控制甲醇的流加,由于傳感器靈敏度高,響應(yīng)時(shí)間短,因此能有效地控制甲醇的流加速率,使甲醇的濃度維持恒定,同時(shí)有效地解決甲醇抑制時(shí)實(shí)現(xiàn)恒化培養(yǎng)問(wèn)題,是目前為止最好的一種檢測(cè)甲醇濃度的方法。3.3發(fā)酵液后處理獲得木聚糖酶3.3.1離心離心沉降設(shè)備有瓶式離心機(jī)、管式離心機(jī)、多室式離心機(jī)和碟片式離心機(jī)。用于分離生物化學(xué)產(chǎn)品的離心機(jī)通常為碟片式離心機(jī)。本設(shè)計(jì)采用噴嘴排渣的碟片式離心機(jī)，具有堅(jiān)硬的外殼，底部突出，與外殼鑄在一起，殼上由圓錐形蓋，由螺母緊固在外殼上，殼由高速旋轉(zhuǎn)的倒錐形轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)，其內(nèi)設(shè)有數(shù)十片錐角為60~120°的錐形碟片,可進(jìn)行連續(xù)離心。碟片用0.8mm的不銹鋼制成，碟片之間的間隙為0.5~2.5mm。在轉(zhuǎn)鼓直徑最大處，裝有孔徑為0.5~3.2mm的噴嘴，一般為2~24個(gè)，由于排渣的含液量較高，具有流動(dòng)性，故噴嘴排渣的碟片式離心機(jī)可進(jìn)行發(fā)酵液的濃縮。轉(zhuǎn)鼓直徑可達(dá)900mm，最大處理量為300m3/h。根據(jù)現(xiàn)有型號(hào)，選用JMDJ211VC-03C離心機(jī)，處理量為10~15t/h，分離因數(shù)9000，動(dòng)力22KW。3.3.2干燥按照熱能傳遞給濕物料的方式，干燥方法可分為直接干燥，間接干燥和介電加熱干燥。對(duì)于一般的發(fā)酵車間采用的是直接干燥的方式，本設(shè)計(jì)采用的是噴霧干燥器發(fā)酵液干燥為固體顆粒。通過(guò)利用噴霧器將發(fā)酵液噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在短時(shí)間內(nèi)獲得干燥。1.霧化器的選擇將料液分散為霧滴的霧化器是噴霧干燥器的關(guān)鍵部件，常用的三種霧化器是氣流式霧化器、壓力式霧化器和旋轉(zhuǎn)式霧化器。本設(shè)計(jì)中發(fā)酵液屬于一般溶液，壓力為低壓，產(chǎn)品為微細(xì)固體，應(yīng)采用旋轉(zhuǎn)式霧化器。2.開(kāi)放式噴霧干燥系統(tǒng)干燥介質(zhì)在整個(gè)系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中，不在循環(huán)使用。3.霧滴和熱風(fēng)的接觸方式為并流式由于所生產(chǎn)的酶為熱敏性物質(zhì)，應(yīng)經(jīng)量降低發(fā)酵液的溫度，采用并流式使得最熱的熱風(fēng)與濕含量最大的霧滴接觸，因而濕份迅速蒸發(fā)，霧滴表面溫度接近空氣的濕球溫度，同時(shí)熱空氣濕度也顯著降低，因此從霧滴到干燥成品的整個(gè)歷程中，物料的溫度不高，這對(duì)于熱敏性的酶的干燥特別有利。3.4工藝流程菌種一級(jí)種子罐放大培養(yǎng)二級(jí)種子罐放大培養(yǎng)菌種一級(jí)種子罐放大培養(yǎng)二級(jí)種子罐放大培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵液清洗廢水清洗廢水清洗廢水處理后進(jìn)污水池蒸汽、空氣、水、酵母粉、蛋白胨、甲醇、液氨等原料儲(chǔ)罐噴霧干燥塔熱空氣篩分分級(jí)半成品固體產(chǎn)品離心搖瓶培養(yǎng)圖3-1木聚糖酶酶簡(jiǎn)易生產(chǎn)工藝流程圖3.5產(chǎn)品的相關(guān)要求3.5.1產(chǎn)品的規(guī)格與使用方法表3-2產(chǎn)品的規(guī)格與使用方法產(chǎn)品規(guī)格酶活（U/g）使用方法液體80000可單獨(dú)使用，實(shí)際生產(chǎn)中，請(qǐng)根據(jù)飼料配方在每噸配合飼料中添加酶活5000U/g的本品50g；與其他酶制劑配合使用，效果更加明顯。固體1500003.5.2產(chǎn)品的包裝與儲(chǔ)運(yùn)25kg復(fù)合袋包裝，原包裝、25℃以下、密封條件下可保存12個(gè)月，儲(chǔ)存中應(yīng)避免日曬、雨淋、高溫、高濕。而一般液體產(chǎn)品保存是在40℃條件下保存30天酶活存留率達(dá)91.3%。3.5.3常用飼料原料中木聚糖含量木聚糖是植物性飼料原料中分布最廣、含量最高的一類半纖維素，是飼料中非淀粉多糖的一種，普遍存在于植物飼料中，但以粕類，特別是豆粕中含量較高（表3-2）；一些非常規(guī)粕類，如棕櫚粕、椰子粕中含量更高，達(dá)25%-35%。具體如下：

表3-2常用飼料原料中木聚糖含量飼料原料木聚糖含量飼料原料木聚糖含量（%）豆粕（44%）1.5-1.8去皮豆粕（44%）1.1-1.3棕櫚粕2.5-3.0菜籽粕0.48椰子粕25-35棉粕0.37葵花粕0.56花生粕0.52高粱0.10小麥0.11米糠0.33芝麻粕3-4第四章工藝計(jì)算4.1物料衡算4.1.1原料的物料衡算設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)6000噸木聚糖酶發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)工藝確定的工藝參數(shù)：菌種培養(yǎng)時(shí)間36h，種子培養(yǎng)溫度30°C，發(fā)酵罐發(fā)酵時(shí)間50h，發(fā)酵罐操作周期為96小時(shí)，發(fā)酵溫度28°C。重組畢赤酵母可獲得的發(fā)酵水平為50000U/mL、經(jīng)后處理得到的木聚糖酶活性為50000U/g、木聚糖酶的收率按80%，發(fā)酵罐中的比重取1.045，年工作日為280天。年產(chǎn)6000噸固體木聚糖酶的收率按80%計(jì)算，則一年所需發(fā)酵液中酶活為50000U/g木聚糖酶為6000/0.8=7500t則一年需要發(fā)酵液為7500×106×50000/50000=7500m3若工廠生產(chǎn)周期為4天，這有65個(gè)周期每周期需生產(chǎn)的發(fā)酵液：7500/65＝115.38m3確定采用總?cè)莘e為80m3發(fā)酵罐，則需要發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)為3個(gè)，填充系數(shù)72％，發(fā)酵罐中的比重取1.045。單罐批料量為：80×72%×1.045＝61t根據(jù)發(fā)酵液的接種量為1/10，所以投料量為:發(fā)酵罐61t，二級(jí)種子罐6.1t種子罐的個(gè)數(shù)為：每個(gè)發(fā)酵周期種子罐可生產(chǎn)次數(shù)為54÷36＝1.5，取正數(shù)為1，則種子罐個(gè)數(shù)為2÷1＝2，設(shè)計(jì)種子罐2個(gè)。考慮到工程菌損失1%，則年需發(fā)酵液為：61×2×65×（1+1%）=8009.3t實(shí)際年生產(chǎn)木聚糖酶的量為：8009.3×80%=6407.44t富裕量為：6407.44t-6000t=407.44t富裕率為：407.44/6000×100%=6.8%4.2熱量衡算：換熱面積的計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：發(fā)酵高峰發(fā)熱量4.186×6000KJ/(m3·h)，發(fā)酵液體的濃度1075.64kg/m3。1、種子罐：采用立式蛇管換熱器，換熱系數(shù)為K＝4.186×400KJ/(m3·h·℃)冷卻水的入口溫度為9℃，出口溫度為17℃，種子罐溫度控制在30℃。平均溫度差：△tm=[(30-17)-(30-17)]/{ln[(30-17)/(30-9)]}=14.64℃一級(jí)種子罐換熱面積：F=Q/（K·Δtm）=[4.186×6000×0.61×103/1075.64]/(4.186×400×14.64)=0.60m2二級(jí)種子罐換熱面積：F=Q/（K·Δtm）=[4.186×6000×6.1×103/1075.64]/(4.186×400×14.64)=5.98m22、發(fā)酵罐：采用立式蛇管換熱器，換熱系數(shù)為K＝4.186×400Kg/(m3·h·℃)冷卻水的入口溫度為9℃，出口溫度為17℃，發(fā)酵罐溫度控制在30℃。平均溫度差：△tm=[(30-17)-(30-17)]/{ln[(30-17)/(30-9)]}=16.68℃換熱面積：F=Q/（K·Δtm）=[4.186×6000×80×103/1075.64]/(4.186×400×16.68)}=68.89m24.3冷卻水水耗1、洗水用量（取罐容積的5%）每個(gè)生產(chǎn)周期共需：（80+8+.08）×2×5%=8.88m3全年共需：8.88×65*2=1154.4m32、冷卻水用量(1)種子罐：培養(yǎng)時(shí)間按24h計(jì)C水＝4.18kJ/(kg·0C)一級(jí)種子罐需水量，培養(yǎng)時(shí)間按20h計(jì){[4.186×6000×0.61×103/1075.64]×20]}/[4.18×(17-9)]=8.774t二級(jí)種子罐需水量，培養(yǎng)時(shí)間按16h計(jì){[4.186×6000×6.1×103/1075.64]×16]}/[4.18×(17-9)]=70.19t全年需冷卻水量79.964×2×65＝10.265t(2)發(fā)酵罐：發(fā)酵周期按50h計(jì)單罐需水量{[4.186×6000×61×103/1075.64]×50]}/[4.18×（17-9）]=2193.584t全年需冷卻水量2193.584×2×65＝285165.95t第五章設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型5.1輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算氣流:va=20m/s混合比:μ=1輸送空氣量:ρ空氣=1.2kg/m3,生產(chǎn)能力:2.5t/h,Q氣=W/(μρ)=2.5×103/(1×1.2)=2083.3m3/h=0.5787(m3/s)輸送管直徑:D=0.0188=0.0188=0.192m取整0.2m壓力損失:(1)加速段:Δp=(C+μ)ρ空氣va/2=(8+1)×1.2×202/2=2160Pa(2)水平管:αH=1.452λa=K(0.0125+)=1.3(0.0125+)=0.0237ΔP=αhλa=1.395*0.0201*10*=84.4(3)垂直輸料段:αv=+0.15μ=+0.15=2.945ΔPHL=αvλ=1308.7(4)輸料彎管:R/D=6ξe=0.5ΔPEl=ξe*μs=120Pa(5)旋風(fēng)分離器:ξ=5.5ΔPsl=ξ=475Pa(6)洗塵塔阻力:100mmH2O=1176.4Pa(7)空氣管路損失:取空氣管D=0.4m風(fēng)速為21m/s直管部分:λa=K(0.0125+)=0.0234ΔPav=λa=561.6Pa彎管部分:R/D=2.0ξb=0.15取3個(gè)ΔPbr=3ξb=3*0.15*=108Pa(8)總壓力損失:ΔP=1984.5+74.19+146.25+132.3+844.8+1176.4+53.18+119.07=4530.7Pa功率消耗:取10%的裕量:系統(tǒng)的總風(fēng)壓P=1.1Pa=4983.8Pa總風(fēng)量V=1.1va=1.1×2.3148=2.546m3/s功率N===6.0kw6．風(fēng)機(jī)選擇:查化工手冊(cè)選擇9-19型10D真空泵，功率7.5kw轉(zhuǎn)速:2900rpm5.2發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型5.2.1發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)計(jì)算（60m3）發(fā)酵罐為通風(fēng)式發(fā)酵罐，結(jié)構(gòu)為圓筒體橢圓形封頭焊接而成，材料為不銹鋼，罐內(nèi)必須焊接平整、磨光，以利于清洗和防治結(jié)垢。灌頂有人孔、進(jìn)料補(bǔ)料口、排氣口、壓力表、視鏡、接種口、取樣口和消泡回流口等。內(nèi)部設(shè)擋板和攪拌器，大型罐內(nèi)設(shè)列管式換熱器。1、尺寸設(shè)計(jì)：H0=2.0DB=0.1DS=3DiC=DiDi=(1/3)DV0＝V1V2分別為底封頭和頂封頭容積＝(л/4)D2[hb+(1/6)D]發(fā)酵罐容積V＝V0+V1+V2總?cè)莘e近似計(jì)算公式為V＝+0.15D3其中：H0—園筒體高B—擋板寬S—兩攪拌槳間距Di—攪拌槳直徑C—下攪拌槳離封底的間距V=(π/4)D2H0+0.15D3=(π/4)D2×(2.0D)+0.15D3=80×80%D=3.033m=3033mm取整D=3100mm則H0=6200mmH=2.5D=7750mm取H=8000mm封頭橢圓短半軸長(zhǎng)度ha=(1/4)D=775mm封頭橢圓直邊高度hb=(H-H0)/2-ha=(8000-6200)/2-775=125mm則橢圓封頭的體積為V1=(π/4)D2×[hb+(1/6)D]=(π/4)×(3.1)2×[0.125+(1/6)×3.1]=4.84m3則發(fā)酵罐的公稱容積為51.61m3,全體積為56.45m3。按通用罐系列，取攪拌槳直徑Di=(1/3)D=(1/3)×3.1=1.03m，取整Di=1.1m2、材料：1Cr18Ni9Ti耐酸不銹鋼3、罐體厚：S0=(PD)/[(230[σ]Ф)-P]+C1+C2(mm)其中：P—耐受壓強(qiáng)，取1.5MPaD—罐徑，單位mmФ—焊縫系數(shù)，取Ф=0.8C1—腐蝕欲度，取C1=3mmC2—鋼板抗拉欲度，取C2=1mm[Ф]—許用應(yīng)力，取12則S0=(1.5×3100)/(230×12×0.8-1.5)+3+1=6.11mm取S0=6.5mm,即罐體厚為6.5mm。4.換熱器換熱面積為40.13㎡，冷卻水進(jìn)口溫度為9℃，出口溫度為17℃。W=Q總/[Cp(t2-t2)]={4.186×6000×[48×103/1075.64]}/[4.18×(17-9)]=33468.45kg/h則冷卻水的體積流量為（33468.45kg/h）/(1000kg/m3×3600s/h)=1.00×10-2m3/s取冷卻水的流速為v=1m/s冷卻水管總面積S總=（1.00×10-2m3/s）1/m/s=1.00×10-2㎡進(jìn)水管總直徑d總=[S總/(π/4)]1/2=[(1.00×10-2)/0.785]1/2=0.1129m冷卻水管取4組，則管徑d04×（π/4）d02=(π/4)d總2d0=(1/2)d總=(1/2)×0.1129=0.05645m=56.45mm選取Ф76×9無(wú)縫鋼管取豎蛇管圈端部U型彎管曲徑為250mm，則兩直管距500mm，彎管總長(zhǎng)L0=πD=3.14×500=1570mm冷卻管總長(zhǎng)L：dm=(76-58)/[㏑(76/58)]=66.60mm=0.06660mL=F/(πdm)=40.13/(3.14×0.06660)=191.90m液高：HN=[48×103/1075.64-4.84]/[(π/4)×3.12]=5.27m取管高5.2m則每組管子的圈數(shù)為n0=L/[n×(h×2)]=191.90/[4×(5.2×2)]=4.61,取整n0=5則實(shí)際管長(zhǎng)L=4×5×2×5.2=208m實(shí)際換熱面積F=π×dm×L=3.14×0.06660×208=43.50㎡5、攪拌槳：采用六箭葉渦輪攪拌器，兩擋攪拌。攪拌槳直徑Di=(1/3)D=(1/3)×3.1m=1.03m,取Di=1.1m尺寸設(shè)計(jì)：葉寬B0=0.2Di=0.2×1.1=0.22m下攪拌槳離封底的間距C=（1/3）D，取C=1.1m葉距S=3Di=3×1.1=3.3m箭葉厚度δ=12mm（2）攪拌軸功率轉(zhuǎn)速取100r/minn=100r/minP=0.05Mpaμ=1.3×10-3N·s/m3ρ=1075.64kg/m3則通風(fēng)量Q=4.8m3/minRem=(Di2Nρ)/μ=[1.12×(100/60)×1075.64]/1.3×10-3=1.67×106其中：N—轉(zhuǎn)速查圖得：Np=2.8P0=Np×Di5×N3×ρ=2.8×1.15×(100/60)3×1075.64=16.87KWPg=2.25(P02×n×Di3/Q0.08)0.39×10-3=2.25[16.872×100×1013/(4.8×106)0.08]0.39×10-3=16.82KW(3)攪拌軸計(jì)算材料：1Cr18Ni9Ti按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算d≥12.4×[(16.82×103/735)/100]1/3=7.58cm按彎曲強(qiáng)度計(jì)算d≥10×[(16.82×103/735)/100]1/4=6.92cm根據(jù)資料得，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度計(jì)算，考慮到軸上開(kāi)鍵槽，軸徑增加20%，即6.92×（1+20%）=8.30cm(4)擋板：取4塊擋板(5)減速器設(shè)計(jì)與電機(jī)選型大功率皮帶減速機(jī)選用YPV9a-1301150型，出軸轉(zhuǎn)速150r/min，傳動(dòng)比：4功率：130KW。電機(jī)選用YSL450-10型電機(jī)，功率為130KW。6.管道設(shè)計(jì)(1)進(jìn)料管：接種時(shí)間5min體積流量：Q=[11.232×103×(1+3.6)/1075.64]/(5×60)=0.1601m3/s取流速2m/s則F=0.1601/2=0.08005㎡d=(0.08005/0.785)1/2=0.3193m選取Ф377×28無(wú)縫鋼管(2)排料管選取Ф377×25無(wú)縫鋼管(3)通風(fēng)管風(fēng)量Q=4.8m3/min=0.08m3/s取風(fēng)速v=25m/s則F=0.08/25=0.0032m2d=(0.0032/0.785)1/2=0.0638m選取Ф76×6(4)取樣管Ф30×2.5無(wú)縫鋼管以上鋼管均采用耐酸不銹鋼材料7.支座設(shè)計(jì)醪重：48t罐體重：（πDH0+2S封頭）×S×ρ鋼=（3.14×3.1×6.2+2×4.84）×0.006×7.9×103=3.32tS—罐體厚ρ鋼=7.9×103kg/m3換熱管重：191.90×（3.14/4）×（0.0762-0.0582）×7.9×103=2.870t換熱管內(nèi)水重：(3.14/4)×(0.058)2×191.90×1000=0.507t支座承受的重量為：48+3.32+2.870+0.507=54.70t8.人孔：Dg=500mm視鏡：Dg=150mm人梯：材料1Cr8Ni9Ti5.2.2種子罐的設(shè)計(jì)根據(jù)發(fā)酵液的接種量為1/10，可以設(shè)計(jì)二級(jí)種子罐的體積為8m3，一級(jí)種子罐的體積為0.8m3，具體部件的計(jì)算過(guò)程同發(fā)酵罐，其材料為1Cr8Ni9Ti耐酸不銹鋼材料。5.3發(fā)酵車間相關(guān)設(shè)備的型號(hào)一覽表表5-1發(fā)酵段主要設(shè)備一覽表發(fā)酵罐80m3河北冀能化工有限公司數(shù)量：3臺(tái)發(fā)酵罐電機(jī)YSL450-10無(wú)錫華達(dá)電機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：59543002電源電壓：380V轉(zhuǎn)速590r/min功率：130KW大功率皮帶減速機(jī)YPV9a-1301150Ⅰ浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：105056155157出軸轉(zhuǎn)速150r/min傳動(dòng)比：4功率：130KW一級(jí)種子罐0.8m3河北冀能化工有限公司數(shù)量:3臺(tái)材質(zhì)：外殼３０４一級(jí)種子罐電機(jī)P100A-4G常州萊克斯諾傳動(dòng)設(shè)備公司數(shù)量：2臺(tái)編號(hào)：608048出軸轉(zhuǎn)速1410r/min電源：380V功率：2.2KW一級(jí)種罐減速機(jī)CFC2V-2.2/270Ⅱ浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：105058159出軸轉(zhuǎn)速:220r/min傳動(dòng)比：5功率：2.2KW二級(jí)種子罐8m3河北冀能化工有限公司數(shù)量:3臺(tái)材質(zhì)：外殼３０４二級(jí)種罐電機(jī)Y2-160L-4浙江防爆電機(jī)有限公司數(shù)量:3臺(tái)編號(hào)：339電源：220V50HZ功率：15KW二級(jí)種罐減速機(jī)FLC125-11/200Ⅱ浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：105051/52輸入轉(zhuǎn)速:1450r/min輸出轉(zhuǎn)速:200r/min功率：11KW甘油罐6m3河北冀能化工有限公司數(shù)量:3臺(tái)材質(zhì)：外殼３０４甘油罐減速機(jī)FLC125-11/200Ⅱ浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：105051/52輸入轉(zhuǎn)速:1450r/min輸出轉(zhuǎn)速:200r/min功率：11KW甘油罐電機(jī)Y2-160L-4浙江防爆電機(jī)有限公司數(shù)量:3臺(tái)編號(hào)：339電源：220V50HZ功率：15KW泡敵罐3.5m3河北冀能化工有限公司數(shù)量:3臺(tái)材質(zhì)：外殼３０４無(wú)機(jī)鹽罐3m3淄博太極工業(yè)搪瓷有限公司F3012-10-397材質(zhì)：搪瓷無(wú)機(jī)鹽罐減速機(jī)BDL-11-5.5淄博太極工業(yè)搪瓷有限公司輸入轉(zhuǎn)速:1450r/min功率：5.5KW無(wú)機(jī)鹽電機(jī)Y132S-4煙臺(tái)博達(dá)機(jī)電有限公司輸入轉(zhuǎn)速:1440r/min功率：5.5KW配料罐15m3河北冀能化工有限公司數(shù)量:1臺(tái)材質(zhì)：外殼３０４配料罐電機(jī)Y2-160L-4浙江防爆電機(jī)有限公司數(shù)量：1臺(tái)編號(hào)：274轉(zhuǎn)速:1460r/min功率：15KW頻率：50HZ配料罐減速機(jī)XLD15-8-21浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：1臺(tái)編號(hào)：10655輸出轉(zhuǎn)速:69r/min功率：15KW自吸泵2HJ80-50-250淄博康威泵業(yè)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：110584揚(yáng)程：80m功率：22KW流量：50m3/h介質(zhì)：水補(bǔ)糖罐15m3河北冀能化工有限公司數(shù)量：3臺(tái)補(bǔ)糖罐電機(jī)Y225M-6威海泰富西瑪電機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：13534151功率：30KW轉(zhuǎn)速：980r/min大功率皮帶減速機(jī)FPV6-37/330Ⅰ浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司數(shù)量：3臺(tái)編號(hào)：101210109功率：37KW輸入轉(zhuǎn)速：1000r/min輸出轉(zhuǎn)速：330r/min發(fā)酵車間的布置6.1概述設(shè)計(jì)的目的是對(duì)廠房的配置和設(shè)備的排列做出合理的安排，并決定車間的長(zhǎng)度、寬度、高度和建筑結(jié)構(gòu)的型式，以及生產(chǎn)車間與工段之間的相互關(guān)系。酶制劑生產(chǎn)車間布置是工藝設(shè)計(jì)的重要組成部分，不僅對(duì)建成投產(chǎn)后的生產(chǎn)實(shí)踐有很大關(guān)系，而且影響到工廠的整體布局。車間布置一經(jīng)施工就不易更改，所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須全面考慮。車間布置設(shè)計(jì)以工藝設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，必須與土建、給排水、供電、供汽、通風(fēng)采暖、制冷以及設(shè)備、安裝、安全、衛(wèi)生等方面取得統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。發(fā)酵車間平面設(shè)計(jì)，主要是把車間的全部設(shè)備（包括工作臺(tái)等），在一定的建筑面積內(nèi)做出合理安排。平面布置圖，就是把屋蓋（或樓蓋）掀開(kāi)往下看，徑直畫(huà)出設(shè)備的外形輪廓圖。在平面圖中，必須表示清楚各種設(shè)備的安裝位置，下水道、門(mén)窗、各工序及各車間生活設(shè)施的位置，進(jìn)出口及防蠅、防蟲(chóng)措施等。除平面圖外，有時(shí)還必須畫(huà)出生產(chǎn)車間剖面圖，剖面圖又叫“立剖面圖”。它是解決平面圖中不能反映的重要設(shè)備和建筑物立面之間的關(guān)系，以及畫(huà)出設(shè)備高度、門(mén)窗高度等在平面圖中無(wú)法反映的尺寸。6.2生產(chǎn)車間工藝布置的原則6.2.1車間布置設(shè)計(jì)的依據(jù)車間布置設(shè)計(jì)必須在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，掌握必要的資料作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，這些資料包括：生產(chǎn)工藝圖；物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)，包括原料、半成品、成品、副產(chǎn)品的數(shù)量及性質(zhì)；三廢的數(shù)量及處理方法；設(shè)備資料，包括設(shè)備的外形尺寸、重量、支撐形式、保溫情況及其操作條件，設(shè)備一覽表等；公用系統(tǒng)耗用量，供排水、供電、供熱、供冷、壓縮空氣、外管資料等；土建資料和勞動(dòng)安全、防火、防爆資料等；車間組織及定員資料；廠區(qū)總平面布置，包括本車間與其他生產(chǎn)車間、輔助車間、生活設(shè)施的相互關(guān)系，廠內(nèi)人流、物流的情況與數(shù)量等；國(guó)家、行業(yè)有關(guān)方面的規(guī)范資料。6.2.2生產(chǎn)車間工藝布置的原則在進(jìn)行車間工藝布置時(shí)，應(yīng)根據(jù)下列原則進(jìn)行：1.要有總體設(shè)計(jì)的全局觀點(diǎn)。首先滿足生產(chǎn)的要求，同時(shí)，還必須從本車間在總平面圖上的位置，考慮與其他車間或部門(mén)間的關(guān)系以及發(fā)展前景等，滿足總體設(shè)計(jì)的要求；2.設(shè)備布置要盡量按工藝流程的順序來(lái)作安排，但有些特殊設(shè)備可按相同類型設(shè)備作適當(dāng)集中，務(wù)必使生產(chǎn)過(guò)程占地最少、生產(chǎn)周期最短、操作最方便。如果一車間系多層建筑，要設(shè)有垂直運(yùn)輸裝置，一般重型設(shè)備最好在底層，原料收發(fā)間應(yīng)設(shè)有地磅。3.在進(jìn)行生產(chǎn)車間設(shè)備布置時(shí)，應(yīng)考慮到進(jìn)行多品種生產(chǎn)的可能，以便靈活調(diào)動(dòng)設(shè)備，并留有相當(dāng)?shù)挠嗟?，以便更換設(shè)備，同時(shí)，還應(yīng)注意設(shè)備相互間的間距和設(shè)備與建筑物的安全維修距離，既要保證操作方便，又要保證維修裝拆和清潔衛(wèi)生的方便。4.生產(chǎn)車間與其他車間的各工序要相互配合，保證各物料運(yùn)輸通暢，避免重復(fù)往返。必須注意：要盡可能利用生產(chǎn)車間的空間運(yùn)輸；合理安排生產(chǎn)車間各種廢料的排出，人員進(jìn)出要和物料進(jìn)出分開(kāi)。人流通道、物流通道包裝材料通道要流暢，盡量避免交叉、往復(fù)、污染。5.必須考慮生產(chǎn)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)。如衛(wèi)生消毒、防蠅防蟲(chóng)、車間排水、電器防潮及安全防火等措施。6.應(yīng)注意車間的采光、通風(fēng)、采暖、降溫等設(shè)施。對(duì)散發(fā)熱量、氣味及有腐蝕性的介質(zhì)，要單獨(dú)集中布置。對(duì)空壓機(jī)房、空調(diào)機(jī)房和真空泵房等既要分隔，又要盡可能接近使用地點(diǎn)，以減少輸送管路的長(zhǎng)度及在管路中的能量損失。7.可以設(shè)在室外的設(shè)備，盡可能設(shè)在室外，上面可加蓋簡(jiǎn)易棚。8.根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)品質(zhì)控制的要求，對(duì)生產(chǎn)車間或流水線的衛(wèi)生控制等級(jí)要進(jìn)行明確的區(qū)域劃分和區(qū)間隔離，不同衛(wèi)生等級(jí)的制品不能混流、混放，更不能倒流，造