紅霉素發(fā)酵工藝設(shè)計.ppt

1、2020/7/29、赤霉素發(fā)酵工藝設(shè)定、一、本設(shè)定訂的任務(wù)要求和基本資料產(chǎn)品案：發(fā)酵液濃度為5000u/mL， 產(chǎn)品純度在98.5%以上的赤霉素的具體設(shè)定修訂任務(wù)和要求如下： a .設(shè)定最佳生產(chǎn)率工序b， 生產(chǎn)工藝路線的材料和熱平衡的設(shè)定訂正算c .與工藝路線有關(guān)的設(shè)備的訂正算和選定或具有設(shè)備的本體構(gòu)造設(shè)定訂正d .制作具有測量控制點的工藝路線圖的設(shè)備平面版結(jié)構(gòu)圖和設(shè)備立面版結(jié)構(gòu)圖e .根據(jù)上述的設(shè)定訂正作業(yè)，項目工程設(shè)定訂正報告書，紅色吉卜賽人亮氨酸的介紹，構(gòu)造：紅色亮氨酸是紅霉內(nèi)酯和脫氧胺紅霉內(nèi)酯環(huán)含有13個碳原子，內(nèi)酯環(huán)的c3通過氧原子與紅霉糖結(jié)合，c5通過氧原子與脫氧氨基己糖結(jié)合。 成

2、分：由鏈霉素Streptomycin elytrous產(chǎn)生，為鹽化學(xué)基性抗生素。 其游離堿用于口服，糖化鹽用于注射。 另外，其琥珀酸乙酯(琥珀酸酯赤蘚紅吉卜賽人)、丙酸酯類化合物的十二烷基硫酸鹽(通過赤蘚吉卜賽人紅)被用于藥用。紅細(xì)胞吉卜賽人素(Erythromycin )分子： C37H67O13N分子量： 733.94 g/mol，紅細(xì)胞吉卜賽人素結(jié)構(gòu)式，紅細(xì)胞吉卜賽人素的發(fā)現(xiàn)與分類，紅細(xì)胞吉卜賽人素是大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，1952年由紅色絲狀菌產(chǎn)生的抗生素。 主要成分c的活性較弱，為a的1/5，毒性為a的5倍，b不僅活性低而且毒性大。 通常紅色吉卜賽人霉素是指紅色吉卜賽人霉素a，其它的兩個成

3、分則被視為雜質(zhì)。 二、工藝設(shè)定修訂和操作分析、工藝設(shè)定修訂：確定菌種的選擇和培養(yǎng)基的培養(yǎng)成本設(shè)定修訂工藝原則和工藝的確定、菌種的選擇和培養(yǎng)、菌種的選擇：赤霉素工業(yè)生產(chǎn)菌紅色糖多孢霉素S.erythraea HL3168 E3菌種的培養(yǎng)： (1) 制作母液斜面孢子3360后，無菌接種到保存的滅菌斜面培養(yǎng)基中，在37中培養(yǎng)7-10天，保存預(yù)備(2)調(diào)制的副瓶斜面孢子3360成長，取出在冰箱中保存1周以上的母液，作為菌混懸劑接種到副瓶斜面，在37中恒溫培養(yǎng)7-10天，保存預(yù)備(3) 制備的孢霉素混懸劑3360、培養(yǎng)基的確定、培養(yǎng)基選擇的一般原則： 1、生物科學(xué)原則：根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)和反應(yīng)需求進(jìn)行

4、化學(xué)基、修訂. 營養(yǎng)物質(zhì)組成豐富，濃度適中，滿足菌體生長和合成產(chǎn)物需求。 各成分間的比例適當(dāng)，特別是有機(jī)氮和無機(jī)氮源、碳氮比。 赤蘚紅吉卜賽人培養(yǎng)液中一般碳氮比為201。 在某些條件下，各種產(chǎn)品材料之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 具有適當(dāng)?shù)膒H值和滲透壓。 2、工藝原則：不影響通風(fēng)和攪拌，也不影響生成物的分離純化和廢棄物處理，工藝容易控制。 3、低成本原則：產(chǎn)品材料因地制宜、來源方便、豐富、質(zhì)量穩(wěn)定、質(zhì)量優(yōu)良、價格低廉。 4、高效經(jīng)濟(jì)原則：生產(chǎn)安全、環(huán)保、高品質(zhì)、最高收率、最小副產(chǎn)物。 培養(yǎng)基中各組分的功能碳源：紅霉素生產(chǎn)最佳碳源為蔗糖，蔗糖濃度為7.0%時，紅霉素產(chǎn)量和菌絲干重最大，各種碳源效果的排序

5、為葡萄糖淀粉糊精。 蔗糖效果比葡萄糖好的原因可能是蔗糖的分解速度恰好適合菌體對糖的利用速度，不會使葡萄糖單獨蓄積中間產(chǎn)物，也不會降低pH值。 生產(chǎn)中使用葡萄糖(約80% )和淀粉(約20% )的混合碳源，其效果與使用蔗糖相似。 氮源：常用有機(jī)氮源有大豆餅粉(最常用)、落花生餅粉、棉籽餅粉、玉米淀粉、玉米淀粉粉、蛋白胨、泡打粉、魚粉、尿素等。常用無機(jī)氮源有銨鹽、試劑氨水、硝酸鹽。 銨鹽中的氮可以直接用于菌體。 硝酸鹽中的氮只有還原成阿摩尼亞才能利用。 無機(jī)氮源作為主氮源，阿摩尼亞鹽可利用得比硝酸鹽快。 從利用阿摩尼亞鹽后的殘留物質(zhì)的性質(zhì)來看，可以將無機(jī)氮源分為大姨媽酸性物質(zhì)和大姨媽堿性物質(zhì)。 大

6、姨媽酸性物質(zhì)在代謝后產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如果像(NH4)2SO4那樣利用的話會產(chǎn)生硫酸。 大姨媽堿性物質(zhì)在代謝后會產(chǎn)生堿性物質(zhì)，如硝酸納金屬釷利用后會產(chǎn)生氫氧化納金屬釷。 生產(chǎn)多加無機(jī)氮源調(diào)節(jié)pH，一舉兩得。 培養(yǎng)基的確定，無機(jī)鹽和微量元素體：無機(jī)鹽和微量元素體有大姨媽活性物質(zhì)的構(gòu)成成分或大姨媽調(diào)節(jié)作用，磷(核酸)、硫、鐵元素(細(xì)胞色素)、鎂、鈣元素(胞質(zhì)膜透射性調(diào)節(jié))、錳、銅、亞金屬鉛(輔酶或活性劑)。 一般低濃度發(fā)揮促進(jìn)作用，高濃度發(fā)揮抑制作用。 生長因子：生長因子是微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物，含有氨基酸、維生素、核苷酸、脂肪酸等。 一般天然成分中不含有，不需要添加。 但是，營養(yǎng)缺陷型(氨基

7、酸、核苷酸)菌株中需要添加。 前驅(qū)物和助促進(jìn)劑：前驅(qū)物是發(fā)酵培養(yǎng)基中添加的一種化合物，直接參與產(chǎn)物的生物合成，構(gòu)成產(chǎn)物分子的一部分，自身結(jié)構(gòu)變化不大。 前驅(qū)物可以明顯提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，在一定條件下控制細(xì)胞合成代謝產(chǎn)物的方向。 由于前驅(qū)物不僅有毒，還被菌體分解，因此少量的流加工序進(jìn)行了多次。 在抗生素等次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵中，為了提高產(chǎn)量多添加前驅(qū)物和助促進(jìn)劑。 前驅(qū)物可以是產(chǎn)物的中間體，也可以是其一部分。 水：菌體細(xì)胞球的主要成分，營養(yǎng)傳遞的介質(zhì)。 調(diào)節(jié)良好的導(dǎo)體、細(xì)胞球生長。 培養(yǎng)基在本設(shè)置修訂中的具體比例：工藝設(shè)置修訂原則和工藝確定、工藝設(shè)置修訂原則是進(jìn)行工藝設(shè)置修訂應(yīng)考慮的一些原則： (

8、1)保證產(chǎn)品品質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，國家原料藥紅色吉卜賽人胰島素產(chǎn)品中紅色吉卜賽人胰島素a的含量必須超過80%。 (2)盡量采用成熟的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。 努力提高原料利用率，提高勞動生產(chǎn)率，降低水、電、蒸汽等能源消費，降低生產(chǎn)成本，工廠建成后迅速投產(chǎn)，短時間達(dá)到修訂生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求，實現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。 從本修訂整體來看，菌種選用從德意志進(jìn)口發(fā)酵效價高的，從生產(chǎn)技術(shù)來看在國內(nèi)使用比較多，其中輔料系統(tǒng)及空氣處理系統(tǒng)是國內(nèi)先進(jìn)的設(shè)備。 (三)盡量減少三廢排放，有合理的三廢處理措施。 本設(shè)定完全滿足要求。 (四)安全生產(chǎn)，確保人身和設(shè)備安全； (5)生產(chǎn)過程基本機(jī)械化，部分系統(tǒng)自動化。 可以穩(wěn)定

9、生產(chǎn)、高產(chǎn)。 孢子培養(yǎng)，3410天，孢子培養(yǎng)，349天，種子培養(yǎng)，3560-70h，種子培養(yǎng)，3435-40h，發(fā)酵，31150h，萃取和精制，砂土孢子，發(fā)酵液，二次培養(yǎng)實罐滅菌，生產(chǎn)期工藝流程分塊圖，接種，實罐滅菌，實罐滅菌，萃取精制，一級種子罐，水生產(chǎn)期工藝流程圖，發(fā)酵生產(chǎn)過程重點殘奧表確定，一級種子培養(yǎng)：在35左右，罐壓0.04MPa二級種子培養(yǎng)：在33-35下繼續(xù)通氣(1.0vvm )培養(yǎng)35-40h，后期適當(dāng)補(bǔ)材，完成后以10%接種量進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。 發(fā)酵：在31下，pH維持在6.7-6.9左右，通氣(0.5vvm )發(fā)酵150小時后裝入罐，發(fā)酵中根據(jù)糖氮代謝的實際情況補(bǔ)充材料，根據(jù)代

10、謝狀況，后期適當(dāng)補(bǔ)充水，添加防沫劑等。用于發(fā)酵的滅菌方法，工業(yè)常用的方法有干熱滅菌、濕熱滅菌、化學(xué)藥劑滅菌、輻射消毒和介質(zhì)過濾滅菌等幾種。 在紅霉素生產(chǎn)中，培養(yǎng)基和發(fā)酵槽主要采用濕熱蒸汽滅菌，對空氣進(jìn)行過濾滅菌。 培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌、滅菌要求：工業(yè)上無菌(滅菌度1000 )。 也就是說，在盡量去除雜菌的同時，盡量減少營養(yǎng)素的損失。 經(jīng)常采用的條件是121、2030min。 (1)間歇滅菌：將調(diào)制好的培養(yǎng)基云同步放入發(fā)酵槽或其他裝置，通過蒸汽將培養(yǎng)基和使用設(shè)備一起加熱滅菌的過程，也稱為實罐滅菌。 (2)連續(xù)滅菌(也稱為連消):在發(fā)酵罐外利用連續(xù)滅菌裝置對培養(yǎng)基進(jìn)行加熱、保溫、蒸發(fā)制冷滅菌。

11、連續(xù)滅菌和間歇滅菌由于連續(xù)滅菌設(shè)備成本高，難以操作，容易染菌，容易導(dǎo)致發(fā)酵失敗，綜合考慮我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀和設(shè)定修訂條件，我們對所有培養(yǎng)基選擇了實罐滅菌。 無菌空氣的制造過程，基本過程：空氣過濾煙嘴除菌設(shè)備，先對從吸氣口吸入的空氣進(jìn)行壓縮前過濾，然后再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。 空壓機(jī)排出的空氣(一般壓力0.2MPa以上，溫度120160C )，首先蒸發(fā)制冷至適當(dāng)?shù)臏囟?2025C )，除去油和水，然后加熱至3035C，最后用總空氣過濾網(wǎng)和分過濾煙嘴(有的不使用分過濾煙嘴)滅菌，達(dá)到清潔級、壓力、 圍繞得到的兩個目的：一是提高壓縮前的空氣質(zhì)量(清潔級)，另一個是去除壓縮空氣中的油和水。一次冷卻器、二次冷卻器

12、、旋風(fēng)分離器、過濾煙嘴、加熱器、蒸汽過濾煙嘴、蒸汽(包括鐵銹渣)、進(jìn)入發(fā)酵槽的無菌空氣、空氣凈化程序流程圖、凈化過濾器、壓縮機(jī)、粗過濾煙嘴、壓縮空氣罐、空氣除菌設(shè)備，因此，從上空取瓦斯氣體比從低空取瓦斯氣體有利得多。 粗過濾器：在隔斷空氣中的大塵埃保護(hù)空氣壓縮機(jī)的同時，發(fā)揮一定的除菌作用，減輕過濾器的負(fù)擔(dān)。 過濾介質(zhì)：發(fā)泡塑料(平面型)、非織造布型(可折疊式)。 空氣壓縮機(jī)：克服輸送中的過濾介質(zhì)的阻力，維持一定的氣流速度。 作用：為克服將來各設(shè)備的阻力提供動力。 儲氣罐：消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力。 通過重力沉降作用除去一部分油霧。 安裝在空氣壓縮機(jī)的正后方。 空氣除菌設(shè)備

13、、冷卻器：壓縮后的高溫空氣會引起過濾介質(zhì)的碳化和燃燒，增大發(fā)酵槽的降溫負(fù)荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，一般列管式冷卻器構(gòu)成的空氣冷卻器傳熱系數(shù)為105w/(m2 )，采用2道或4道蒸發(fā)制冷。 氣液分離裝置：除去空氣中的水和油，保護(hù)過濾介質(zhì)。 旋風(fēng)分離器利用離心力沉降，對10m以上的微粒子分離效率高。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，電阻小，分離效率高。 屏幕分離器由于慣性阻斷，分離效率高，能夠除去25m的微粒子。 去除1m以上的粒子，去除率為98%。 空氣加熱：在進(jìn)入總過濾煙嘴之前需要空氣大氣濕度從100%降到70%以下。 對除去油水的空氣進(jìn)行加熱(溫度差1015C左右)，降低相對大氣濕度(50% )，然后輸入過

14、濾煙嘴。 使用列管熱交換設(shè)備或茄克衫加熱器。 旋風(fēng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)、空氣過濾網(wǎng)，目前發(fā)酵廠采用的空氣過濾網(wǎng)設(shè)備多為傳統(tǒng)的深層過濾設(shè)備，過濾層厚度一般為12米，所用過濾介質(zhì)采用棉花、活性炭、纖維玻璃、焦炭等。 根據(jù)材料的不同，材料的規(guī)格、材料的填充情況，會得到不同的過濾效果。棉花：需要使用未脫脂棉，彈性好，纖維厚度適中，纖維直徑為1620m，實重度為1520kg/m3，填充密度為130-150kg/m3，填充率為8.5%，棉花可以先比過濾煙嘴內(nèi)徑略小關(guān)鍵分析、過程控制特羅爾供氧控制特羅爾pH控制特羅爾溫度控制特羅爾補(bǔ)片控制發(fā)酵液黏性系數(shù)特羅爾染菌原因分析、發(fā)酵過程控制特羅爾、供氧控制是好氧發(fā)

15、酵能否成功的重要限制因素之一。 影響供氧的因素：攪拌、空氣產(chǎn)水量、培養(yǎng)液密度黏性系數(shù)等性質(zhì)，微生物細(xì)胞球濃度、防沫劑等。 康特羅爾水平：發(fā)酵罐中的空氣量通常特羅爾為0.5-1.0vvm，增加空氣產(chǎn)水量，加快攪拌轉(zhuǎn)速可提高發(fā)酵單位，但必須加強(qiáng)補(bǔ)丁程序的工藝控制特羅爾，防止菌絲的早期衰退。 pH控制pH過高：添加糖、硫酸或無機(jī)氮源pH過低：添加碳酸鈣元素、氫氧化納金屬釷、阿摩尼亞或尿素也能提高通氣量。 (還可以自動添加酸和堿)溫控紅鏈霉菌對溫度敏感，培養(yǎng)31，在48h黏性系數(shù)側(cè)達(dá)到最高峰，但老化緩慢，黏性系數(shù)降低速度慢，轉(zhuǎn)薄時間慢。 發(fā)酵過程控制特羅爾、輔料特羅爾(1)還原糖在1.2I.5%的范圍

16、內(nèi)特羅爾，從15h每6小時加入葡萄糖液(濃度40%-50% )，直至卸罐前的1218小時停止加糖。 (2)氮氣源一般每天補(bǔ)充34次，由發(fā)酵液的黏性系數(shù)大小決定補(bǔ)充量的多寡，在加入罐前的24小時停止補(bǔ)充，發(fā)酵后期滴加試劑氨水投入。 (3)在15小時內(nèi)啟動丙醇。 (4)大豆油為防沫劑，優(yōu)選以少量多次添加，24小時后開始補(bǔ)油。 (5)發(fā)酵過程中除輔料和水外其他輔料方式均采用自動控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動定時輔料。 發(fā)酵過程控制特羅爾、發(fā)酵液黏性系數(shù)控制特羅爾在一定的發(fā)酵液黏性系數(shù)范圍內(nèi)，紅霉素c的含量表現(xiàn)為發(fā)酵液黏性系數(shù)和負(fù)相關(guān)，適當(dāng)提高發(fā)酵液黏性系數(shù)能夠減少紅霉素c成分的比例，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 發(fā)酵液的黏性

17、系數(shù)與攪拌功率、氮氣源補(bǔ)充量及培養(yǎng)溫度有關(guān)。 通過降低攪拌轉(zhuǎn)速、改變攪拌葉片的型號、降低箱體溫度、增加有機(jī)氮源的補(bǔ)充量、滴加試劑氨水等措施提高發(fā)酵液的黏性系數(shù)。 但黏性系數(shù)過高會影響溶解氧的濃度，發(fā)酵單位顯著降低，因此必須根據(jù)情況進(jìn)行控制。 防止染菌的要點是，染菌是抗生素發(fā)酵的大敵，影響染菌的因素很多，如表2-3所示，而且具有隨機(jī)性質(zhì)，必須根據(jù)情況分析染菌原因，找到解決辦法。 三、設(shè)定訂正計算及結(jié)果分析、材料平衡訂正計算熱量平衡訂正計算尺寸及壁厚設(shè)備訂正計算：發(fā)酵槽冷卻器混料器種子槽一級種子槽無菌空氣訂正計算、材料平衡訂正計算及結(jié)果分析、基本殘奧計：發(fā)酵液濃度5000u/mL產(chǎn)品純度98.5%赤蘚吉卜賽人堿效價1000u/mg提取過程的收率以80%大罐的接種量為基礎(chǔ)的10%，中罐的接種量以基礎(chǔ)的10%輔料量為基礎(chǔ)培養(yǎng)基的每20%循環(huán)生產(chǎn)發(fā)酵液量的補(bǔ)正：年工作日： 280天生產(chǎn)循環(huán)： 7天(日) 每個循環(huán)的生產(chǎn)量： 20400.5t發(fā)酵液放罐體積： v0. 50.9850.81005001000123.125 m 3密度為1t/m3，則為M123.125 m3，設(shè)定修正構(gòu)想、發(fā)酵槽個數(shù)的確定：公稱體積罐的總?cè)莘e是指罐的圓柱部分和兩封裝頭首先選擇100 m-3的發(fā)酵槽，調(diào)查化工流