【正文】 備 一級(jí)種子罐 二級(jí)種子罐 三級(jí)種子罐 發(fā)酵罐 配料用水量 (m3/罐 ) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 25 ② 洗罐 用水量 ?。合垂抻盟考s等于公稱容積的 80%。 （ 3） 稀釋過程的 物料衡算 設(shè)：加入 x m3 軟水后，預(yù)處理液中效價(jià)數(shù)為 4000 U/mL 由物料平衡： 15722? ＝ 4000? (x+) 解出 x＝ (m3) ∴ 軟水的用量： m3（ 237908 kg） 工藝上用 3 個(gè)罐同時(shí)平均裝量稀釋時(shí)，每罐用軟水量為 m3 稀釋液 的總量為： +＝ m3 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 28 吸收交換過程的計(jì)算 （ 1） 吸收交換 過程的 設(shè)計(jì)要求 ① 采用 110? 3 Na 型樹脂吸附； ② 承接 m3/d 稀釋液的吸附。 ③ 1 1000mg ??雙 氫 鏈 霉 素 分 子 量當(dāng) 量 雙 氫 鏈 霉 素 單 位雙 氫 鏈 霉 素 化 合 價(jià) 510. 8 7 1 44＝10003 ＝ ?? (U) ④ Na 型濕樹脂的最大吸附能力： 9? ? 105/7＝ ? 105 (U/mL) ⑤ 待吸附液料量： m3/d ⑥ 五個(gè)吸附交換罐串聯(lián)組。 （ 2） 預(yù)處理過程的 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ① 發(fā)酵水平： 25000 U/mL；體積： m3；總億： 億 ② 消耗定額： 表 47 發(fā)酵液預(yù)處理物料消耗 一覽表 Table 47 Fermentation broth pretreated material consumption 原料名稱 規(guī)格 單位 原料消耗量（ kg/10 億） NaBH4（固） — kg 草酸 ＞ 95%，含結(jié)晶水 kg NaOH 30%，工業(yè) kg （ 3） 預(yù)處理過程的 物料衡算 ① NaBH4（固）用量： ? ＝ (kg) NaBH4（ 5%水溶液）重量： ＝ (kg) NaBH4（ 5%水溶液）密度： 1220 kg/m3 kg NaBH4（ 5%水溶液）體積： ＝ (m3) ② 草酸（ ＞ 95%，含結(jié)晶水）用量： ? ＝ (kg) ③ NaOH（ 30%，工業(yè)）用量： ? ＝ (kg) ④ 軟水用量： 28 m3（ 28000 kg） 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 27 說明：預(yù)處理操作用 3 個(gè) 30 m3 的攪拌罐，草酸溶于軟水后加入每個(gè)罐的發(fā)酵液加量確定后，其余物料按消耗定額比例加入。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 19 第 4 章 物料衡算 發(fā)酵液每天放罐體積的計(jì)算 表 41 設(shè)計(jì)條件一覽表 Table 41 Design conditions 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 參數(shù) 1 設(shè)計(jì)年產(chǎn)量 M t/a 325 2 成品效價(jià) Uq U/mg 800 3 年工作日 m d/a 300 4 發(fā)酵水平 Uf U/mL 25000 5 染菌率 x % 6 提取總收率 η % 70 依據(jù)表 41 數(shù)據(jù)計(jì)算每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd： ? ?x1Um UM1 0 0 0＝V f qd ???? ?? (41) ? ?%31%702 5 0 0 03 0 0 8 0 03 2 51 0 0 0＝ ??? ?? ＝ (m3/d) 每天需放罐發(fā)酵液的質(zhì)量： ? 1050＝ (kg/d) 每天需生產(chǎn)產(chǎn)品： 325? 1000/300＝ (kg/d) 考慮 3%染菌和 70%總收率，每天需生產(chǎn)產(chǎn)品： (70%? (1－ 3%))＝ (kg/d) 每噸發(fā)酵液中產(chǎn)物含量： 1000? 1000? 25000＝ ? 1010 (U) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 20 發(fā)酵罐與種子罐公稱容積 V的計(jì)算 （ 1）發(fā)酵罐公稱容積 V0 的計(jì)算 V0＝ Vd/(Nd? ΦL0) (42) 式中： Nd—每天放罐罐數(shù)，取 Nd＝ 1； ΦL0—裝料系數(shù)，取 ΦL0＝ 70%。 裝料系數(shù) （ 1）一級(jí)種子罐 裝料系數(shù) ： ΦL1＝ 60% （ 2）二級(jí)種子罐 裝料系數(shù) ： ΦL2＝ 60% （ 3）三級(jí)種子罐 裝料系數(shù) ： ΦL3＝ 60% （ 4）發(fā)酵罐 裝料系數(shù) ： ΦL0＝ 70% 通氣量 （ 1）一級(jí)種子罐 通氣量 ： （ VVM） （ 2）二級(jí)種子罐 通氣量 ： （ VVM） （ 3）三級(jí)種子罐 通氣量 ： （ VVM） （ 4） 50 m3 ~ 70 m3 發(fā)酵罐 通氣量 ： （ VVM） （ 5） 80 m3 ~ 100 m3 發(fā)酵罐 通氣量 ： （ VVM） 攪拌槳轉(zhuǎn)速范圍 （ 1）一級(jí)種子罐攪拌槳 轉(zhuǎn) 速范圍 ： 60 ~ 400（ rpm） （ 2）二級(jí)種子罐攪拌槳 轉(zhuǎn)速范圍 ： 60 ~ 240（ rpm） （ 3）三級(jí)種子罐攪拌槳 轉(zhuǎn)速范圍 ： 60 ~ 200（ rpm） （ 4）發(fā)酵罐攪拌槳 轉(zhuǎn)速范圍 ： 60 ~ 130（ rpm） 培養(yǎng)時(shí)間 （ 1）一級(jí)種子罐 培養(yǎng)時(shí)間 ： 64 h 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 18 （ 2）二級(jí)種子罐 培養(yǎng)時(shí)間 ： 64 h （ 3）三級(jí)種子罐 培養(yǎng)時(shí)間 ： 64 h （ 4）發(fā)酵罐 培養(yǎng)時(shí)間 ： 160 h 自控要求 （ 1）發(fā)酵系統(tǒng)：種子罐、發(fā)酵罐溫度自控、 pH控制、罐壓指示、溶氧指示、轉(zhuǎn)速顯示及變頻調(diào)速、液位報(bào)警。 培養(yǎng)基滅菌 （ 1）一級(jí)種子罐及二級(jí)種子罐培養(yǎng)基采用實(shí)罐滅菌。h 25122 7 染菌率 % 8 總收率 % 95 9 發(fā)酵液密度 kg/m3 1050 10 發(fā)酵液粘度 cp 50 連續(xù)滅菌 溫度 發(fā)酵罐與種子罐培養(yǎng)基采用 135℃ 連續(xù)滅菌。發(fā)酵液用軟水稀釋，草酸酸化至 pH ，加熱至 75 ~ 80℃ ，通過離心分離或板框過濾，除去大量不溶性菌絲體、酸性蛋白、鈣鎂離子、培養(yǎng)基殘?jiān)入s質(zhì)，冷卻至 15℃ 以下，再用 NaOH中和得到符合離子交換工藝要求的澄清鏈霉素原液。藥瓶培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分為黃豆餅粉、葡萄糖、硫酸銨、碳酸鈣等。再?gòu)脑夹泵娴呢S滿單菌落接種至斜面上，長(zhǎng)成后即得生產(chǎn)斜面，斜面上的菌落應(yīng)為白色豐滿的梅花形和饅頭形，背面為淡棕色色素，排除各種雜型菌落。 工藝設(shè)計(jì)介紹 （ 1）傳統(tǒng)工藝： 一般采用蒸汽加熱（ 70 ~ 75℃ ）方法使蛋白質(zhì)凝固變性。 （ 2）盡量采用 成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。基于這些原因，硫酸雙氫鏈霉素需求量大，發(fā)展前景好。鏈霉素作為葡萄糖異構(gòu)酶的產(chǎn)生菌已占有重要地位，其它酶類如蛋白酶、纖維素酶、木質(zhì)素酶、淀粉酶、角蛋白酶等也將逐步占據(jù)重要地位，并且利用重組 DNA技術(shù)來提高生產(chǎn)這種酶的能力具備巨大的潛力。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 8 2）四環(huán)霉素類抗生素：這類抗生素是由四個(gè)乙酸及丙二酸縮合環(huán)化而形成，可以抑制病原菌核糖體蛋白，如四環(huán)霉素。輕者不須停藥，重者必需在專門醫(yī)師的指導(dǎo)下減量或停藥。 1）鏈霉素容易損害聽覺神經(jīng)，可以引起眩暈，運(yùn)動(dòng)時(shí)失去協(xié)調(diào)；可以引起耳鳴，聽力下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)耳聾。 過去認(rèn)為雙氫鏈霉素不能產(chǎn)生特異性抗體，雙氫鏈霉素引起的過敏反應(yīng)是由于其中含有微量鏈霉素所致。水溶液中易失效，故分裝成 1 g（ 100萬(wàn)單位）或 2 g（ 200萬(wàn)單位）的無菌粉末。鏈霉素的抗性基因與生物合成基因緊密連鎖， strA基因編碼鏈霉素 6磷酸酶， strK 編碼鏈霉素 6或 3磷酸化酶， strR 基因是一個(gè)組成型正調(diào)節(jié)基因。技術(shù)的優(yōu)劣直接決定企業(yè)硫酸雙氫鏈霉素產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)鏈霉素生產(chǎn)水平相比近些年并沒有太大提高，各生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝也存在差異，生產(chǎn)規(guī)模也不同，雖然現(xiàn)在所有鏈霉 素生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品都能達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)，但是鏈霉素成品的色級(jí)還是達(dá)不到新優(yōu)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，例如：毒性偏高，生物效價(jià)低等。目前全世界鏈霉素產(chǎn)量估計(jì)在 2500 t至 3000 t左右。其中主要的公司有美國(guó)的默克 (Merck)公司，輝瑞 (Pfizer)公司，施貴寶 (Squibb)公司，英國(guó)的格蘭素 (Glaxo)公司，比徹姆 (Beecham)公司，德國(guó)的赫 斯特 (Hoechst)公司，法國(guó)的羅納 除了醫(yī)用外，也有報(bào)道將鏈霉素用于農(nóng) 牧業(yè)的。其硫酸鹽的水溶液在 pH 4 ~ 7，室溫下放置數(shù)星期，仍很穩(wěn)定，如在冰箱中保存三個(gè)月內(nèi)活性無變化。鏈霉素堿穩(wěn)定性特別差，工業(yè)產(chǎn)品主要是其硫酸鹽形式，即硫酸鏈霉素 (Streptomycin Sulfate)。 抗生素是微生物的代謝產(chǎn)物或合成的類似物，既不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)，也不是細(xì)胞內(nèi)的貯存性養(yǎng)料，在體外能抑制微生物的生長(zhǎng)和存活，而對(duì)宿主不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。 經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)中選用 8 個(gè) 75 m3 的發(fā)酵罐， 發(fā)酵周期為 8 d， 一、二、三級(jí)種子罐 各 4 個(gè)， 發(fā)酵周期為 4 d。 離開預(yù)處理罐的發(fā)酵液進(jìn)入稀釋罐 進(jìn)行稀釋，后進(jìn)入交換罐。 鏈霉素 (Streptomycin)是瓦克斯曼 (Waksman .)于 1944年從鏈霉菌培養(yǎng)液中分離出來的一種堿性抗生素， 是繼青霉素 (Penicillin)后第二個(gè)生產(chǎn)并用于臨床的抗生素 [4]。鏈霉素對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌 (G+)抗菌活性較差。 鏈霉素主要作用于細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成過程，致使合成異常的蛋白，阻礙已合成蛋白質(zhì)的釋放，使細(xì)菌細(xì)胞膜通透性增加而導(dǎo)致一些重要生理物質(zhì)外漏，從而引起細(xì)菌死亡 [7]。 但是，隨抗菌藥物的廣泛應(yīng)用，也造成不小的負(fù)面影響。 由于鏈霉素的耳毒性較嚴(yán)重，世界各國(guó)的產(chǎn)量和使用量呈逐年下降趨勢(shì) [16]。全世界 75%的青霉素工業(yè)鹽產(chǎn)于中國(guó)， 80%的頭孢菌素類抗生素 產(chǎn)于中國(guó)， 90%的鏈霉素類抗生素產(chǎn)于中國(guó) [18]。中國(guó)在綠色抗生素生產(chǎn)和研發(fā)方面，仍然處于起步階段。我國(guó)鏈霉素生產(chǎn)最居前列，目前，鏈霉素的研究主要有以下幾個(gè)方面：通過生物技術(shù)手段，例如原生質(zhì)體融合、質(zhì)粒 DNA轉(zhuǎn)化、 DNA重組等，產(chǎn)生高產(chǎn)、穩(wěn)定的菌株；發(fā)酵工藝的研究；提煉工藝的研究；酶技術(shù)工藝的研究。鏈霉素為白色無 定形粉末，在酸性條件下可以水解成鏈霉胍和鏈霉雙糖胺，進(jìn)一步水解可得到 N甲基 L葡萄糖胺。但對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌不如青霉素，對(duì)梭菌、真菌、立克次氏體、病毒等無效。一旦聽覺喪失則不易恢復(fù)。 2）產(chǎn)生鏈霉素過敏反應(yīng)的人很少，但還是有的。鏈霉菌是已知放線菌 (actinomycetes)中最大的族群，可產(chǎn)生高達(dá)一千多種的抗生物質(zhì)，許多重要的抗生素如放線菌素、鏈霉素、四環(huán)霉素、保米霉素、維利霉素、嘉賜霉素及康霉素等 ，都可由鏈霉菌生產(chǎn)。 5）多烯類抗生素：由 25 ~ 37 個(gè)碳原子組成 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，含有 3 ~ 7個(gè)相鄰的雙鍵，可與病原真菌細(xì)胞膜上的類固醇結(jié)合，有破壞細(xì)胞膜的功能，如治霉菌素。因此，人們逐漸注意 開發(fā)和理應(yīng)鏈霉素作為遺傳工程上表達(dá)和分泌異源基因產(chǎn)物的重要的寄主系遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 9 統(tǒng) [28]。 工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱有關(guān)資料、文獻(xiàn)，搜集必要的技術(shù)資料，工藝參數(shù)與數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)方法的選擇，工藝流程與工藝條件的確定與論證。 （ 3）盡量減少三廢排放量，有合理的三廢處理措施。同時(shí)所得的發(fā)酵濾液中仍存在許多蛋白、多肽和其它各種雜質(zhì)，將會(huì)減少樹脂的吸附容量或污染樹脂，造成樹脂的沉降和堵塞，進(jìn)而縮短樹脂的壽命，增加抗生素提煉的成本。合格的孢子面應(yīng)存在低溫冷庫(kù)（ 0 ~ 4℃ ）內(nèi)備用。一級(jí)種子罐一般采用搖瓶種子接種， 2 ~ 3級(jí)種子罐則是逐級(jí)轉(zhuǎn)移，接種量一般都為 10%左右。鏈霉素提取液經(jīng)大孔伯胺基吸附樹脂 D303樹脂通過 Schiff反應(yīng)除去雙氫鏈霉糖、鏈霉胍、鏈霉胺等不含醛基的鏈霉素同系物，再經(jīng)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂 1 ? 25樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂 703樹脂組成的混合床脫鹽中和得到提純液。 （ 3）補(bǔ)消沫油量：按 （ L/m3 發(fā)酵液體積）算發(fā)酵過程中加消沫油總量。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 17 移種及補(bǔ)料方式 （ 1）一級(jí)種子罐至二級(jí)種子罐的移種設(shè)置一個(gè)分配站。 水系統(tǒng)和蒸汽參數(shù) （ 1）自來水：常溫、 MPa，用于配料、夏天使罐滅菌的前期冷卻、清洗設(shè)備等。則 V 損 3＝ ? Vd3＝ ? ＝ (m3) ③ 種子培養(yǎng)液 V 種 3 的計(jì)算 ： V 種 3＝ 10%? Vd3＝ ? ＝ (m3) ④ 滅菌后入罐培養(yǎng)基的總體積 ： V 滅后 3＝ Vd3+V 損 3－ V 種 3 ＝ +－ ＝ (m3) （ 3）二級(jí)種子罐 物料 的計(jì)算： ① 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd2＝ V 種 3＝ (m3) ② 二級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量 V 損 2 的計(jì)算 ： 取 二級(jí)種子罐 內(nèi)水分蒸發(fā)損失量為種子培養(yǎng)液總量 15%。濾渣量約 900 kg（ m3）送三廢車間處理。 ⑦ 稀釋液進(jìn)入吸附交換罐的流率為 10 m3/h ⑧ 每天損失樹脂 60 kg，樹脂吸