【正文】 00 噸 ,可根據(jù)市場(chǎng)開發(fā)新產(chǎn)品。 L丙氨酸的計(jì)劃產(chǎn)量為 5000t/年，計(jì)劃年工作日為 330天，德阿昆合假單胞菌發(fā)酵時(shí)間 26 小時(shí)，轉(zhuǎn)化時(shí)間三天，實(shí)際控制于 5 天，則生產(chǎn)周期 66。 工藝流程圖 原料 →配料 →高溫高壓殺菌、無(wú)菌空氣 ↓ 保藏菌種 →茄子瓶培養(yǎng) →搖瓶種子培養(yǎng) →液體種子擴(kuò)大培養(yǎng) →液體深層發(fā)酵 →酶反應(yīng) →分離晶體 →發(fā)酵液 →除菌體（膜過(guò)濾） →調(diào) PH，活性炭脫色 ↓ ↓ 粗品 ← 壓濾分離晶體 ← 結(jié)晶 ← 降膜蒸發(fā)濃縮 ← 壓濾 ↓ 溶解 →純化 →降膜蒸發(fā)濃縮結(jié)晶 →離心干燥 →包裝 圖 1 工藝流程圖 Figure 1 Chart of production process 具體工藝過(guò)程是將細(xì)菌培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理，然后送發(fā)酵釜內(nèi)發(fā)酵，采用除菌后的無(wú)菌空氣從釜低通入進(jìn)行通氣攪拌，加入德阿昆合假單胞菌發(fā)酵 26 個(gè)小時(shí)后，加入 L天門冬氨酸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間約為 3d，溫度 37℃ 。轉(zhuǎn)化完畢后析出的晶體壓濾分離，剩下的的轉(zhuǎn)化液經(jīng)金屬膜超濾分離系統(tǒng)除去菌體，然后活性炭脫色處理 ,濃縮至一半 ,析出大量丙氨酸結(jié)晶 ,靜置過(guò)夜使結(jié)晶完全 ,壓濾回收 晶體 ,兩次壓濾得到的晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后進(jìn)一步濃縮 ,又析出大量丙氨酸晶體 ,前面得到的粗晶體經(jīng)離子交換樹脂進(jìn)行純化后晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有少量未轉(zhuǎn)化的天門冬氨酸 ,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 工藝 要點(diǎn) （一）發(fā)酵過(guò)程 是在發(fā)酵罐上培養(yǎng)假單胞菌 ,獲得高 L天冬氨酸 β脫羧酶酶活， ,以 L天冬氨酸為底物游離細(xì)胞法轉(zhuǎn)化生產(chǎn) L苯 丙氨酸。每升培養(yǎng)液可轉(zhuǎn)化 L天冬氨酸 2kg,最高達(dá) ,摩爾轉(zhuǎn)化率 100%，反應(yīng)液產(chǎn)生的 L苯 丙氨酸濃度達(dá) 90%，絕大部分結(jié)晶 析出 ,提取得到 L苯 丙氨酸 ,提取收率 90% 影響丙氨酸生產(chǎn)的因素有菌種，接種量，接種菌齡，培養(yǎng)基，代謝產(chǎn)物，溫度， PH 值，通風(fēng)量，攪拌，泡沫等。 （ 1）菌種 目前用于生產(chǎn)丙氨酸的菌種主要是德阿昆合假單胞菌。而本產(chǎn)品所用的菌種即是該菌種，通過(guò)購(gòu)買形式獲得，是目前產(chǎn)酶能力最高的菌株。該菌種發(fā)酵時(shí)間為 26h左右， L天門冬氨酸 β脫羧酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的 L天門冬氨酸脫羧酶為胞內(nèi)產(chǎn)物，菌體到達(dá)穩(wěn)定期后開始自溶， L天門冬氨酸脫羧酶被釋放到胞外。德阿昆合假單胞菌及其代謝物安全無(wú)毒，不會(huì)影響生產(chǎn)人員 和環(huán)境。 （ 2）接種量 一般發(fā)酵常用接種量為 10%，選擇合適的接種量對(duì)產(chǎn)酶有很大的影響。通常，接種量過(guò)低時(shí)，產(chǎn)酶活性不高并使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，采用較大的接種量可縮短菌體生長(zhǎng)達(dá)到高峰所需要的時(shí)間。 （ 3）接種菌齡 一般以菌種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的后期，即培養(yǎng)液中菌的濃度接近高峰時(shí)所需要的時(shí)間為佳，太短則會(huì)使前期生長(zhǎng)緩慢，延長(zhǎng)整個(gè)發(fā)酵周期；太長(zhǎng)則會(huì)使菌體過(guò)早衰退，導(dǎo)致生產(chǎn)能力的下降。 （ 4）碳源 用于發(fā)酵的培養(yǎng)基最適碳源是廉價(jià)的富馬酸。但富馬酸又是 L天門冬氨酸 β脫羧酶的酶活抑制劑，所以應(yīng)控制適當(dāng)?shù)臐舛燃?要保證最大產(chǎn)酶量又要保證不抑制其酶活。 （ 5）氮源 可用無(wú)機(jī)氮，也可用有機(jī)氮，二者差別不大。德阿昆合假單胞菌的最適氮源為蛋白胨和玉米漿，以 蛋白胨效果最好，濃度為 %時(shí)，酶活性最高，但其價(jià)格昂貴，所以與玉米漿混合使用效果更好。 （ 7）酶活抑制劑 L天門冬氨酸 β脫羧酶的酶活抑制劑有乙酰輔酶 A,氨基丙二酸， β丙氨酸，富馬酸，馬來(lái)酸，EDTA 等。只要培養(yǎng)及中含有一定量的阻遏物， L天門冬氨酸 β脫羧酶的酶活便受到抑制，不利于丙氨酸的生成。 （ 9）溫度 在發(fā)酵過(guò)程中，菌體生長(zhǎng)和酶合成均與溫 度有密切關(guān)系，但兩者的最適溫度往往不相同，一般情況下，產(chǎn)酶的最適溫度低于生長(zhǎng)溫度。 （ 10） PH 任何微生物都有一個(gè)適合生長(zhǎng)的 PH范圍。因此，培養(yǎng)初期以及培養(yǎng)過(guò)程中的 PH 值直接影響微生物的生長(zhǎng)和酶的合成。 （ 11）通風(fēng)量 通風(fēng)量多少應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基中溶解氧而定。一般在發(fā)酵初期，菌體少，相對(duì)通風(fēng)量可以少些；菌體生長(zhǎng)旺盛時(shí)耗氧多，通風(fēng)量要大些；產(chǎn)酶旺盛是需強(qiáng)烈通風(fēng)。 （ 12）攪拌 對(duì)于丙氨酸液體深層發(fā)酵，除需要通氣外，還需要攪拌，以利于熱交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細(xì)胞周圍的代謝產(chǎn)物，從而有 利于酶的生成；同時(shí)也可以打破空氣氣泡，使發(fā)酵液形成湍流，從而提高溶解氧量，增加空氣利用率。 （二）轉(zhuǎn)化過(guò)程 在發(fā)酵 24 小時(shí)后即可進(jìn)行酶轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化前加入發(fā)酵液量 10%的天冬氨酸。以后每隔一定時(shí)間檢測(cè) PH 的變化，當(dāng)PH 大于 7 時(shí)即加入天冬氨酸進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化時(shí)間控制在三天，一般三天后 L苯 丙氨酸可達(dá)到 2kg/L。 （三）轉(zhuǎn)化液的預(yù)處理 在丙氨酸的生產(chǎn)中，反應(yīng)液產(chǎn)生的 L苯 丙氨酸濃度達(dá)90%，絕大部分結(jié)晶析出，分離晶體后發(fā)酵液中仍含有少量丙氨酸，其成分并不復(fù)雜，并不需要添加助濾劑來(lái)降低懸浮液粘度，煮沸殺滅菌體再 進(jìn)行超濾分離，轉(zhuǎn)化液經(jīng)泵加壓后進(jìn)入金屬膜超濾分離系統(tǒng)，丙氨酸透過(guò)膜流進(jìn)清液儲(chǔ)罐，而菌絲體、蛋白質(zhì)和固體懸浮顆粒等雜質(zhì)被截留，將他們熱交換器冷卻后，送回罐進(jìn)一步濃縮，直至超濾濃縮液呈漿糊狀，再用少量的水清洗，使濾液渣中殘余的丙氨酸充分洗滌出來(lái)。 （四）轉(zhuǎn)化液的再處理 提取之前要脫色，首先將發(fā)酵液的 PH 調(diào)至 ，然后加%的活性碳，在 80 攝氏度的熱水中保溫 20 分鐘。然后用壓濾泵壓濾，連續(xù)兩次后澄清略帶微黃色即可。 （五）發(fā)酵液濃縮 首先將濾液或離心分離后的上清液調(diào)到 PH ,在 40℃ 、 的條 件下濃縮至原體積的 30～ 40%，然后將發(fā)酵液溫 度將至室溫，在結(jié)晶罐中靜止放置 12 小時(shí)以上即可進(jìn)行板框過(guò)濾分離到粗丙氨酸晶體。 （六）濾液的再處理 得到的粗丙氨酸晶體晶體用少量水洗滌。將濾液和洗滌晶體的液體合并后調(diào)節(jié)溶液的 PH 為 后可進(jìn)一步濃縮 ,又析出大量丙氨酸晶體 ,晶體用少量水洗滌后抽濾回收，剩下的結(jié)晶母液中含有未轉(zhuǎn)化的天門冬氨酸 ,該母液用于下一批酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 （七）檢測(cè) L天門冬氨酸 β脫羧酶活力的測(cè)定 L天門冬氨酸β脫羧酶活采用 Warburg 檢壓法測(cè)定，即每毫升發(fā)酵液每小時(shí)從 L天門冬 氨酸中脫羧可釋放的 CO2微升數(shù)。從培養(yǎng)了24 小時(shí)的培養(yǎng)液中離心收集菌體，用生理鹽水洗滌，經(jīng)超聲波打碎（ 10kc 10 分鐘）離心，取上清作酶源。 Warburg 主室：2ml 的 10 mmol/L 的 L天門冬氨酸， 1ml 的 1mol/L 醋酸緩沖液（ PH ）； Warburg 側(cè)室： 上清液；于 30 攝氏度平衡 10 分鐘，倒入上清液，測(cè)定 10 分鐘內(nèi)釋放的 CO2微升數(shù)。 3. 物料衡算 已知發(fā)酵時(shí)間為 26h 左右，酶轉(zhuǎn)化時(shí)間 3 天，考慮到裝料、實(shí)消、放料、清洗需要一部分時(shí)間，因此確定整個(gè)發(fā)酵 周期為 5 天計(jì)算，在 330 天的工作日內(nèi)，共有 66 個(gè)生產(chǎn)周期。由資料可確定裝料系數(shù)為 75%，按每升轉(zhuǎn)化液可轉(zhuǎn)化2 千克天冬氨酸計(jì)，摩爾轉(zhuǎn)化率 100%，提取收率 90%，提取得到 L丙氨酸 。則一年產(chǎn)生 5000 噸丙氨酸需總發(fā)酵液體積為： V= 年總產(chǎn)量 247。（轉(zhuǎn)化液產(chǎn)量 摩爾轉(zhuǎn)化率 分子量之比 提取收率） =5109247。(2021100%165/13390%)=106L=109ml 則一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積 V1為： V1=總發(fā)酵液體積 V247。發(fā)酵周期T=109ml247。66=，由此可進(jìn)行物料 衡算。 （ 1）原料 ① 富馬酸 可得 66 個(gè)發(fā)酵周期需要的原料富馬酸量： M1=發(fā)酵液總體積 發(fā)酵液富馬酸配比=109ml%=103kg 考慮到種子罐的需要，按 10%接種量計(jì)： M2=發(fā)酵液總體積 種子液富馬酸配比=109ml10%1% =103kg 每次發(fā)酵周期需要富馬酸用量為 M1+M2=103kg +103kg =103kg ② 蛋白胨 可得 66 個(gè)發(fā)酵周期需要的原料蛋白胨的用量： M1=發(fā)酵液總體積 發(fā)酵液蛋白胨配比=109ml%=103kg 考慮到種子罐的需要，按 10%接種量計(jì)： M2=種子液總體積 種子液蛋白胨配比=109ml10%%=103kg 每次發(fā)酵周期需要蛋白胨用量： M2+M1=103kg +103kg =104kg ③ 玉米漿 可得 70 個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需要玉米漿的量為： M=發(fā)酵液總體積 發(fā)酵液玉米漿配比 +種子液需要玉米漿（按 10%接種量計(jì)） =109ml3%+%10%109ml =104kg ④ L天門冬氨酸 整 70 個(gè)發(fā)酵周期需要天門冬氨酸的量： M=2106kg133247。165247。90%=106kg ⑤ 活性炭 按發(fā)酵液量的 %計(jì)，則整 70 個(gè)發(fā)酵周期需要活性炭的量： M=109ml%=104kg （ 2）輔料 ① 硫酸鎂 可得 70 個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需硫酸鎂的量： M=發(fā)酵液需要硫酸鎂 +種子液需要硫酸鎂（按 10%接種量計(jì)） =109ml%+109ml10%%=g ② 磷酸 二氫 鉀 可得 70 個(gè)發(fā)酵周期發(fā)酵液及種子液需磷酸鉀的量： M=發(fā)酵液總體積 發(fā)酵液磷酸鉀配比 +種子液需要磷酸鉀（按 10%接種量計(jì)） =109ml%+109ml%10%=1232kg 4. 設(shè)備選型 設(shè)備選型原則 設(shè)備選型原則是根據(jù)物料衡算確定的，使設(shè)備既能保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，又可使設(shè)備得到充分利用 [10]。一般應(yīng)遵循經(jīng)下原則： ⑴ 滿足工藝要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量； ⑵ 設(shè)備的先進(jìn)程度、機(jī)械化程度應(yīng)與工廠規(guī)模相適應(yīng)，要做到經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)； ⑶ 所選設(shè)備應(yīng)能充分利用原 料能耗少、效率高、體積小、維修方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低，并能一機(jī)多用，備品、備件供應(yīng)方便； ⑷ 所選設(shè)備應(yīng)符合食品衛(wèi)生要求，易清洗、裝拆，不易腐蝕； ⑸ 設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，材料性能可適應(yīng)各種工作環(huán)境； ⑹ 考慮到生產(chǎn)波動(dòng)和設(shè)備平衡，要留有一定的余量和備用設(shè)備。 根據(jù)以上原則，在物料衡算結(jié)果的基礎(chǔ)上，本車間選用的設(shè)備如下所述。 選型過(guò)程 生產(chǎn)能力計(jì)算過(guò)程 由物料衡算表可知：每個(gè)發(fā)酵罐每次發(fā)酵產(chǎn)生 左右的發(fā)酵液，經(jīng)過(guò)濾后濃縮為原體積的 40%左右。由于每一工藝步驟的操作要求和處理時(shí)間不同，因此每一車間的工作時(shí)間不同，對(duì)設(shè)備的要求要分別計(jì)算。計(jì)算過(guò)程為： 一個(gè)發(fā)酵周期需要發(fā)酵液體積為： V1=總發(fā)酵液體積 V247。發(fā)酵周期T=109ml247。66= 由此可設(shè)需 2