【文章內(nèi)容簡介】 計劃，國內(nèi)現(xiàn)已有些廠投產(chǎn)，年產(chǎn)量約 5000 多噸，國內(nèi)生產(chǎn)量遠遠不能滿足市場需求。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和石油價格的爆漲，國內(nèi)外纖維素酶的需求市場前景十分樂觀。 纖維素酶生產(chǎn)行業(yè)是一個新興行業(yè)， 21 世紀將是它的生命全盛期 。 由于纖維素酶的廣泛應(yīng)用，估計我國市場需求量將以每年 25％ ~35％的速度上升，預(yù)見用 纖維素酶產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)生物乙醇的關(guān)鍵技術(shù)將在未來５年內(nèi)得到解決，那時我國的纖維素酶年需求量將增加到25～ 40 萬噸。纖維素酶的年利率可能達到 50 億元以上。目前國內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶的公司只有天津諾維信公司、北京索萊寶科技有限公司、上海戴迪實業(yè)發(fā)展有限公司等少數(shù)幾家。因此，利用液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)的纖維素酶將會有廣泛的市場前景。 . 廠址選擇 . 投資環(huán)境評價 臨沂市位于山東省東南部，地近黃海，東連日照 ,西接棗莊、濟寧、泰安，北靠淄博、濰坊，南鄰江蘇。 根據(jù)國家統(tǒng)計局城市社會經(jīng)濟調(diào)查司對全國 287 個地級以上城市根據(jù) 2022年城 市基本情況統(tǒng)計年報資料，從 “區(qū)位及自然環(huán)境 ”、 “經(jīng)濟環(huán)境 ”、 “市場環(huán)境 ”、 “人力資源環(huán)境 ”、 “基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境 ”、 “社會服務(wù)環(huán)境 ”、 “綜合安全環(huán)境 ”等進行綜合測評，發(fā)布了 “2022投資環(huán)境百佳城市 ”名單，臨沂市榜上有名。同時，在中國社會科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟研究所、中國經(jīng)營報社主辦的中國城市競爭力論壇，臨沂市榮獲 “2022 跨國公司眼中最有投資潛力的城市 ”。臨沂經(jīng)濟開發(fā)區(qū)是 2022 年 6 月份，經(jīng)山東省人民政府批準(zhǔn)建立的省級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，位于臨沂市城區(qū)東南部，是臨沂市的現(xiàn)代化工業(yè)新城區(qū)。經(jīng)濟開發(fā)區(qū)城市功能健全，基礎(chǔ)設(shè)施完善，交 通運輸便利，自然資源豐富，靠近國內(nèi)第三大批發(fā)市場 —臨沂批發(fā)市場，具有巨大的商貿(mào)優(yōu)勢。開發(fā)區(qū)對投資企業(yè)實行優(yōu)惠的扶持政策，按照 “政策最優(yōu)、體制最順、服務(wù)最好 ”的要求，對園區(qū)企業(yè)實行封閉式管理，提供最優(yōu)的服務(wù)。從區(qū)位上看，臨沂經(jīng)濟開發(fā)區(qū)處于南北經(jīng)濟的結(jié)合部，坐落在北京至上海中間地帶，扼交通要沖，形成了海、陸、空三通的立體格局。該工業(yè)園在交通、原料、資源方面都具有非常大的優(yōu)勢 。 . 開發(fā)區(qū)財政支持及土地政策 對臨沂市外投資的工業(yè)性生產(chǎn)項目企業(yè)所得稅市級地方留成部分前三年政府全額扶持，后兩年扶持 50%。投資項目建設(shè)用地 ，通過協(xié)議、招標(biāo)、拍賣、掛牌、劃撥、出讓或租賃等形式依法獲得。生產(chǎn)性工業(yè)項目目前土地出讓價格為每畝 萬元左右，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)項目投資規(guī)模、投資強度、建設(shè)期限、科技含量、稅收貢獻等再給予不同程度的優(yōu)惠扶持。 對于酶制劑廠廠址的選擇，其基本要求是原料、燃料供應(yīng)充分，產(chǎn)品流通迅速，交通便利。而新開發(fā)的開發(fā)區(qū)為招商引資，往往會出臺一系列的優(yōu)惠政策，有利于企業(yè)的成長。因此本著經(jīng)濟、合理、優(yōu)勢的原則，根據(jù)本項目的性質(zhì)和對建廠地區(qū)及地址的相關(guān)條件進行考察和論證分析，最后廠址選擇臨沂市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。綜合看來，在臨沂市經(jīng) 濟開發(fā)區(qū)工業(yè)園區(qū)建設(shè)纖維素酶制劑廠，無論是從地理位置、交通運輸、原材料和燃料供應(yīng)，還是從當(dāng)?shù)卣?、投資環(huán)境來看，都是十分理想的。 . 項目建設(shè)的意義 項目建成后一方面可以吸納當(dāng)?shù)厥Ｓ鄤趧恿?，增加?dāng)?shù)鼐用袷杖?； 另一方面，該項目還可以解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈浪費的問題，增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的農(nóng)業(yè)收入，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣還可以作為農(nóng)業(yè)用有機肥。 本項目投產(chǎn)結(jié)構(gòu)合理，投資少，見效快，效益高，投資回收期短，發(fā)展前景廣闊，并符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和三農(nóng)政策，能積極的帶動當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，從而達到農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、企業(yè)增值、國家增稅，促進地方 經(jīng)濟發(fā)展，為社會帶來經(jīng)濟效益和社會效益。因此該項目切實可行。 2. 廠區(qū)平面設(shè)計 . 總平面設(shè)計 表 1 廠區(qū)建筑面積一覽表 Table 1 Plant construction area list 序號 建筑物 建筑面積（ m2） 占地面積（ m2） 1 應(yīng)急發(fā)電室 9 10 = 90 90 2 配電室 9 10 = 90 90 3 原料庫 1 9 12 = 108 108 4 空壓機房 8 10 = 80 80 5 水處理中心 8 10 = 80 80 6 粉碎配料車間 8 12 = 96 96 7 生產(chǎn) 車間 1 9 28 3 = 756 252 8 生產(chǎn)車間 2 9 28 3 = 756 252 9 鍋爐房 10 12 = 120 120 10 原料庫 2 8 10 = 80 80 11 成品車間 8 14= 112 112 12 污水處理站 24 6+24 5 = 264 264 13 職工公寓 10 45 2 = 900 450 14 機修車間 5 8 = 40 40 15 職工餐廳 20 15 2 = 600 300 16 成品庫 8 9 = 72 72 17 科研中心 20 15 3 = 900 300 18 辦公樓 10 25 4 = 1000 250 19 警衛(wèi)室 1 5 8 = 40 40 20 警衛(wèi)室 2 5 8 = 40 40 . 設(shè)計說明書 . 設(shè)計依據(jù) （ 1）以方便生產(chǎn)為前提，符合車間生產(chǎn)程序，避免原料、半成品、人流的交叉污染； （ 2）全 廠 建筑物采取南北朝向，利于通風(fēng)、采光； （ 3）發(fā)酵附屬設(shè)施安排在發(fā)酵車間的周圍，為發(fā)酵提供高壓蒸汽、原輔料、冷卻水、壓縮空氣； （ 4）粉碎車間和鍋爐房安排在發(fā)酵車間旁邊，遠離生活區(qū)和公路，避免污染生活區(qū)的空氣； （ 5）配電房、鍋 爐靠近生產(chǎn)車間，減少能源消耗，鍋爐房處于廠西北角，使生產(chǎn)車間處在其上風(fēng)位置； （ 6）通盤考慮全廠布置，填平補齊，力求合理、經(jīng)濟，并充分考慮全廠擴大生產(chǎn) [4]。 . 總平面設(shè)計說明 （ 1）廠區(qū)主要建筑物： 原料庫、成品庫、辦公樓、科研樓（兼菌種保藏中心）、餐廳（兼工人活動中心）、車庫、工人公寓、廣場、傳達室、展廳、鍋爐房、機修 車間 、 生產(chǎn)車間、成品車間、粉碎配料車間 空氣壓縮站、水處理中心、污水處理池等。 按照生產(chǎn)流程布置，并盡量縮短距離，避免物料的往返運輸。對廠房的布置符合生產(chǎn)工藝的要求，既保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)性，又使 得整個廠區(qū)緊湊合理。 （ 2）辦公 樓 在人流出口附近，距離車間較近，方便管理，又與物流避免交叉。 （ 3）綠化情況：廠區(qū)綠化以普通綠化與重點綠化相結(jié)合，沿廠區(qū)主入口的主要道路進行重點綠化，種植有觀賞價值的喬、灌木與草皮結(jié)合，并且綠化部分遍植草皮，以創(chuàng)造出一個美麗、怡人的廠區(qū)環(huán)境。 （ 4）廠區(qū)道路：廠區(qū)主干道為 10m 寬，非主要道路為 8m 寬，兩旁種植 懸鈴木 、 榆葉梅 等。 （ 5）廠區(qū)考慮到防火要求，各主要建筑物和易燃物附近均設(shè)有消防水龍頭和滅火器。 . 主要設(shè)計指標(biāo) 表 2 主要設(shè)計指標(biāo)一覽表 Table 2 List of design indicators 項目 數(shù)據(jù) 1 全長占地面積 13872m3 2 全廠建筑物占地面積 2744 m3 3 建筑系數(shù) % 4 綠化面積 1950 m3 5 綠化率 % 6 土地利用系數(shù) % 3. 產(chǎn)品方案及工藝流程 . 產(chǎn)品與產(chǎn)量的確定 表 3 產(chǎn)品方案明細表 Table 3 List of detailed product plan 產(chǎn)品名稱 年產(chǎn)量 / t 日產(chǎn)量 / t 班產(chǎn)量 / t 全年生產(chǎn)天數(shù) / d 酒精工業(yè)用酶 240 328 飼料添加酶 240 328 . 工藝流程 . 原輔料及菌種 （ 1）原料： 玉米秸稈、麥麩 （ 2）輔料： 酵母膏、木質(zhì)纖維、蛋白胨、 MgSO47H2O、泡敵、 CaCl22H2O、 Tween80、KH2 PO4 （ 3）菌種： 里氏木霉 Rut C30 . 工藝流程圖 原料→粉碎→過篩→高溫高壓殺菌 ↓ 保藏菌種→斜面種子培養(yǎng)→搖 瓶→液體種子擴大培養(yǎng)→液體深層發(fā)酵→過濾→濃縮→硫酸銨沉淀→ （飼料添加用酶為乙醇沉淀） 過濾→溶解酶泥→過單寧瓊脂糖層析柱→濃縮→干燥造?！腆w酶制劑 ↓ 液體酶制劑 圖 1 生產(chǎn)工藝流程圖 [5] Figure 1 Chart of production process . 操作要點 （一）菌種培養(yǎng) （ 1）菌種及菌種保存 一般 選用的 菌種為 里氏木霉 ， 發(fā)酵周期為 70h 左右，纖維素酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的纖維素酶為胞外產(chǎn)物，容易分離純化。一般里氏木霉菌種用 馬鈴薯瓊脂（ PDA）培養(yǎng)基保藏。 （ 2）菌種活化 [5] 馬鈴薯瓊脂（ PDA）培養(yǎng)基滅菌冷卻至 30℃ 左右時，在無菌條件下將保藏的原菌接種到培養(yǎng)基中，在 28~30℃ 的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 72h，取出 后于 0~4℃ 保存?zhèn)溆?。 （ 3）種子培養(yǎng)基及種子罐培養(yǎng) 玉米秸稈粉 (20 目篩 ) 1%、酵母膏 %、木質(zhì)纖維 1%、蛋白胨 %、 MgSO47H2O %、 KH2 PO4 %、 CaCl22H2O % 、 (NH4) 2 SO4 % 、 Tween80 %（體積比） ,121℃ 下滅菌 30min 后使用。 菌種活化后按 7%的接種量接種到一級種子罐中通氣培養(yǎng)，培養(yǎng) 48h 后 再 接種至二級種子罐中，培養(yǎng) 48h 后按 7%的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵 [6]。 （二）發(fā)酵過程 （ 1）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制 ① 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 [5] 玉米秸稈粉 %、麥麩 5%、酵母膏 %、蛋白胨 %、 MgSO47H2O %、 KH2 PO4 %、 CaCl22H2O % 、 (NH4) 2 SO4 % 、 Tween80 %（體積比） ,121℃ 下滅菌30min 后使用。 ② 配制培養(yǎng)基的注意事項 [1] I．碳源 纖維素酶發(fā)酵大多采用含有纖維素的原料作為碳源。一般是將玉米秸稈粉碎至 20 目以下后與麥麩等其他輔料混合。麥麩對菌種產(chǎn)酶的影響是雙面的：它一方面為產(chǎn)酶提供必要的生長因子；另一方面，其含量增加又會降低培養(yǎng)基的蓬松程 度，使通氣量降低，從而影響產(chǎn)酶。對于里氏木霉，當(dāng)玉米秸稈與麥麩之比為 4:1 時纖維素酶的產(chǎn)量最高 [7]。 II．氮源 可用無機氮，也可用有機氮，二者差別不大。里氏木霉的最適氮源為硫酸銨和谷氨酸鈉，硫酸銨價格較便宜，因此選用硫酸銨，用 %濃度效果較佳。 III. 細胞通透性 增加細胞通透性對提高纖維素酶活性有一定的作用。一般認為Tween80 可以提高里氏木霉的纖維素酶的產(chǎn)量 ， 添加量為 %。 培養(yǎng)基的配制是在拌料罐中進行的。預(yù)先在拌料罐中添加所需質(zhì)量的各種成分，然 后加入培養(yǎng)基中所有用水量的 60%左右，使最終兩個發(fā)酵罐中的裝料量為 m3。用攪拌槳攪勻后用往復(fù)泵泵 入 兩個發(fā)酵罐中。 （ 2）發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌 [8] 由于發(fā)酵罐的體積較小，因此可采用實罐滅菌的方式進行滅菌。滅菌過程采用 蒸汽壓為196kPa（表壓）的蒸汽通入發(fā)酵罐中，利用蒸汽冷凝釋放的熱量加熱培養(yǎng)基，以達到滅菌的目的。實罐滅菌過程共分為三個階段： ① 升溫階段 采用直接將活蒸汽通入發(fā)酵罐中的方式把培養(yǎng)基由室溫加熱到滅菌溫度。此過程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接補充配制培養(yǎng)基 時未加足的水。 ② 保溫階段 蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)進入，從不與培養(yǎng)基相接觸的管道連續(xù)排出。維持一定的滅菌時間，以到達滅菌的目的。 ③ 冷卻階段 完成保溫時間后，關(guān)一路排汽，再關(guān)一路進汽（次序不能顛倒），最后排汽與進汽全部關(guān)閉。然后引入無菌空氣，再打開蛇管的冷卻水，使培養(yǎng)基的溫度降低到合適的溫度，以進行接種。 （ 3）發(fā)酵過程中的條件控制 ① 溫度 發(fā)酵前期，培養(yǎng)溫度應(yīng)稍高些，以有利于菌體的生長，里氏 木霉一般控制前期培養(yǎng)溫度為 30℃ （即最適生長溫度），大約保持 12h；進入產(chǎn)酶期后，應(yīng)適當(dāng)降低培養(yǎng)溫度，里氏木霉產(chǎn)酶期培養(yǎng)溫度一般為 28℃ ，較低的溫度有利于提高酶的穩(wěn)定性，延長細胞產(chǎn)酶時間 [9]。 ② pH 里氏木霉發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的最適 pH 為 ～ 5。在實際的發(fā)酵過程中，隨著微生物的代謝活動，發(fā)酵液的 pH 值在不斷變化，要根據(jù)其變化嚴格控制 pH 值 [1]。 ③ 通風(fēng)量 發(fā)酵早期，菌體剛剛萌發(fā)，數(shù)量較少，呼吸強度較弱，耗氧速度較低，應(yīng)控 制通氣量為1:～ ；進入對數(shù)生長期以后，菌體代謝旺盛，呼吸強度提高，細胞大量分裂，細胞濃度迅速增加，因此耗氧速度較快，應(yīng)控制通氣量為 1:1；產(chǎn)酶時期，細胞分裂完全，細胞濃度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗大量的氧氣，應(yīng)控制通氣量為 1:1[1]。 ④ 攪拌 纖維素酶液體深層發(fā)酵中還需要攪拌，以利于熱交換、營養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，降低細胞周圍的代謝產(chǎn)物，從而有利于酶的合成。所以，應(yīng)控制整個生產(chǎn)過程的攪拌速度為 100～150rpm。 ⑤ 泡沫控制 發(fā)酵中往往產(chǎn)生較多的泡沫，其存在阻礙 CO2 排出