年產(chǎn)1000噸飼用酸性蛋白酶的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-wenkub
2022-09-08 15:23:48 本頁面
【正文】 菌種的生理特性和要求，中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 6頁 使菌種迅速生長、健壯，能在比較短的周期內(nèi)充分發(fā)揮產(chǎn)生菌合成發(fā)酵產(chǎn)物的能力，但要注意成本和能耗。 活化培養(yǎng)基 黑曲霉 的活化培養(yǎng)基的配制如下： 斜面培養(yǎng)基：蔗糖 30g， NaNO3 3 g， MgSO4 g， KCl g， FeSO4 g， K2HPO4 1 g，瓊脂 20 g，將上述各組分溶于 1000 mL 水中， 121 ℃滅菌 20 min，備用。升高板層溫度至 20℃ ， 迅速蒸發(fā)樣品中的殘余水分。一般可通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平、缺氧狀態(tài)、干燥和低溫，使菌種處于 “ 休眠 ” 狀態(tài)，抑制其繁殖能力。 本實(shí)驗(yàn)選用黑曲霉作為菌種，發(fā)酵生產(chǎn)酸性蛋白酶， 該霉菌株在中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心的保藏編號(hào)為 3． 350。其中對(duì)發(fā)酵罐 做了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。李永泉等，對(duì)宇佐美曲霉所產(chǎn)的酸性蛋白酶進(jìn)行了發(fā)酵過程動(dòng)力學(xué)研究 .戚淑威等對(duì)青霉產(chǎn)酸性蛋白酶的適宜條件和酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 2頁 析。國外學(xué)者對(duì)曲霉酸性蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能等己經(jīng)研究的較為透徹。 1965 年又從血紅色陀螺孔菌，中分離出了一種酸性蛋白酶，并對(duì)該酶進(jìn)行了純化和結(jié)晶。 1908 年，德國 科學(xué)家從動(dòng)物的胰臟中提取出胰蛋白酶，并將其用于皮革的鞣質(zhì)。酸性蛋白酶主要來源于動(dòng)物的臟器和微生物分泌物 ,包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶。根據(jù)其產(chǎn)生菌的不同，微生物酸性蛋白酶可分為霉菌酸性蛋白酶、酵母菌酸性蛋白酶和擔(dān)子菌酸性蛋白酶 .根據(jù)作用方式可分為兩類：一類是與胃蛋白酶相似，主要產(chǎn)酶微生物是曲霉、青霉和根霉等；另一類是與凝乳酶相似，主要產(chǎn)酶微生物是毛霉和栗疫霉等。 1911 年美國科學(xué)家從木瓜中提取木瓜蛋白酶（在酸性，堿性和中性的條件下都能分 解蛋白質(zhì)的酶）并將木瓜蛋白酶用于除去啤酒中的蛋白質(zhì)渾濁物。 1968 年從微小毛霉中篩選出了一種酸性蛋白酶，并對(duì)其進(jìn)行了純化和酶學(xué)性質(zhì)分析。 與國外相比，我國對(duì)酸性蛋白酶的研究相對(duì)較晚些。謝必峰等，采用硫酸銨鹽析法和離子交換層析法分離純化了黑曲霉產(chǎn)酸性蛋白酶，并對(duì)其氨基酸組分進(jìn)行了分析。 中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 4頁 2. 菌種的選育 菌種的制備 不管在過去、現(xiàn)在和將來，微生物是各種生物活性產(chǎn)物的豐富資源。 而 黑曲霉（ Aspergillus niger ）生產(chǎn)酸性蛋白酶的工藝流程為： 原始菌株→分離純化→紫外線誘變→選育菌株分離純化→ 亞硝基胍誘變 →選育菌株分離純化→選育菌株生產(chǎn)工藝優(yōu)化→傳代試驗(yàn)→選育菌株→斜面菌種→三角瓶菌種→淺盤菌種 _________________ ↓ 主原料→混料（水、無機(jī)氮、無機(jī)鹽）→蒸料→冷卻→接種→發(fā)酵→穩(wěn)定化處理→干燥→粉碎→包裝→檢測(cè)→成品 ↓ 粗酶 →抽提→過濾→鹽析→沉淀→干燥粉碎→包裝→檢測(cè)→成品 菌種的保藏 菌種是從事微生物學(xué)以及生命科學(xué)研究的基本材料，特別是利用微生物進(jìn)行有關(guān)生產(chǎn)工業(yè)，更離不開菌種。常中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 5頁 用的菌種保藏方法有：斜面冰箱保藏法、沙土管保藏法 、菌絲速凍法、石蠟油封存法、真空冷凍干燥保藏法和液氮超低溫保藏法。該過程大約需要 10h。 種子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基是供孢子發(fā)芽、生長和大量繁殖菌絲體，并使菌絲體長的粗壯成為活力強(qiáng)的種子。 黑曲霉 3． 350 發(fā)酵培養(yǎng)基的配方：豆餅粉 ％ , 玉米粉 ％ ， 魚粉 ％ ， 氯化銨 ％ ， 氯化鈣 ％ ， 磷酸二氫鈉 ％ ， 豆餅石灰水解液 10％ ，pH 。 滅菌方法 所謂滅菌，就是指用物理或化學(xué)殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過程。對(duì)補(bǔ)料培養(yǎng)基的滅菌方法跟發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌方法一樣都是濕熱滅菌，其加熱蒸汽壓力要求較高，一般 不小于 。 空氣滅菌 此課題以空氣為氧源。 中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 8頁 過濾除菌流程及設(shè)備 過濾除菌流程圖如圖 41 所示： 1粗過濾器； 2壓縮機(jī)； 3貯罐； 4， 6冷卻器； 5旋風(fēng)分離器； 7絲網(wǎng)除沫器； 8加熱器；9空氣過濾器 圖 41 空氣除菌設(shè)備流程圖 無菌空氣的檢查 無菌檢查方法有肉湯培養(yǎng)法、斜面培養(yǎng)法和雙碟培養(yǎng)法。具體方法是：在 121℃ 滅菌 80 分鐘。經(jīng)搖瓶培養(yǎng)后的種子，以 接種量 5%接種于種子罐， 30℃ 培養(yǎng) 12h，菌種濃度達(dá)到 108~109個(gè) /mL。 6．發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 廣東省微生物研究所通過改變搖瓶裝液量和轉(zhuǎn)速來考察溶氧對(duì)黑曲霉菌種的影響。培養(yǎng)基中的營養(yǎng)主要被菌體用于自身的生長。 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 機(jī)械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐的主要組成部件有：罐體、攪拌器、軸封、消泡器、聯(lián) 軸器、中間軸承、空氣吹泡管 (或空氣噴射器 )、擋板、冷卻裝置、人孔以及管中北大學(xué) 2020 年發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)說明書 第 10頁 路等。 而成 , 頂部中心太陽板直徑Φ1800，在 現(xiàn) 場(chǎng)施工拼裝， 解決了封頭整體成形無法運(yùn)輸 的困難。后二臺(tái)罐采用國產(chǎn)福州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的行星齒輪箱 , 箱內(nèi)加設(shè)一對(duì)弧形傘齒輪使進(jìn)軸作 90176。設(shè)計(jì)少放一部軸承降低傳動(dòng)架約米的高度 , 增強(qiáng)了減速箱及電機(jī)在罐頂上的穩(wěn)定性。 , 冷卻面積及冷卻管的設(shè)計(jì)非常重要 , 既要考慮排作形式 , 又要起到最好冷卻效果 , 還要便于安裝維修。與發(fā)酵液熱交換后的熱水匯集總管進(jìn)熱水池、再用泵送冷卻塔 , 冷卻后的水進(jìn)冷水池 ,由泵供送發(fā)酵罐進(jìn)水用。槳葉葉片做成可裝拆 式 , 部件拿進(jìn)罐內(nèi)后組裝 , 用不 銹 螺栓把 葉片鎖緊在園盤上 , 給運(yùn)輸安裝帶來方便 , 司時(shí)罐頂人孔可縮小 , 開 Φ600 即可。故 P=++=（絕對(duì)壓力） （ 管徑根據(jù)通風(fēng)量計(jì)算 , 在盤管上放二付不銹法蘭 , 便于安裝 及今后清洗，盤管徑等于低道槳徑。避免了裙座造成罐底難清洗 , 死角多 , 長雜菌、難消毒的缺點(diǎn)。 查相關(guān)資料有：酸性蛋白酶發(fā)酵周期 48h，清理及維修發(fā)酵罐時(shí)間為 1 天，則發(fā)酵總時(shí)間為 3 天，產(chǎn)量為 50g/L,滅菌時(shí)間為 5h，發(fā)酵液預(yù)處理收率約為 90 %，提取時(shí)的收率約為 95%，濃縮干燥收率為 90%，裝料系數(shù)為 60% 一年需放罐的次數(shù)： 300247。 所以 , 采用高通風(fēng) , 大槳葉 , 低轉(zhuǎn)速攪抖 ,可降低攪拌功率 , 同樣達(dá)到高產(chǎn)酸的效果。 貯氣筒壓頭 P（供氣最低壓力）：空氣輸送管道阻力 ，二級(jí)空氣過濾器阻力 。 工藝接管： (《鋼制管法蘭型式、參數(shù) (歐洲體系 )》 )。 8．發(fā)酵過程的工藝控制 發(fā)酵過程的補(bǔ)料策略 中間補(bǔ)料是 在發(fā)酵過程中補(bǔ)充某些營養(yǎng)
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