【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 酶制劑，由于硫酸銨沉淀法析出的酶沉淀，含有大量的無機(jī)鹽，不適合用于食品行業(yè)。因此在其生產(chǎn)過程中，應(yīng)該采用有機(jī)溶劑法進(jìn)行纖維素酶的分離。常用纖維素酶沉淀分離的有機(jī)溶劑為乙醇。乙醇的最適濃度為70%。提取酶制劑過程中容易引起酶的變性失活，所以必須在4℃左右的低溫下進(jìn)行操作，沉淀析出后要立即分離。有機(jī)溶劑用量一般為酶液體積的2倍左右，而且，要將酶液的pH值調(diào)至纖維素酶的等電點(diǎn)附近，～。沉淀過程的酶的收率為94%，過濾過程的收率為95%[1]。（5）纖維素酶的純化 單寧是纖維素酶的天然抑制劑，用單寧結(jié)合活化的瓊脂糖做成親和層析柱，用蒸餾水平衡，再將上一步得到的酶液過柱，使單寧專一性結(jié)合纖維素酶，蒸餾水平衡后，～，就可得到純化的液態(tài)纖維素酶[1]。酶的親和層析一般控制在較低的溫度下進(jìn)行，以防止由于溫度的升高而使酶在純化過程中變性失活。經(jīng)過該過程后酶的損失率為7%。（6）洗脫液的濃縮 由于黑曲霉生產(chǎn)的纖維素酶在60℃以上活性迅速下降，所以在真空蒸發(fā)濃縮時(shí)，應(yīng)控制濃縮系統(tǒng)的真空度，使蒸發(fā)溫度在60℃以下。在纖維素酶的生產(chǎn)中一般采用真空蒸發(fā)器，在50℃進(jìn)行真空濃縮，除去約2/3的水分。濃縮后的收率為90%。（三）酶的成品與包裝[10]（1）液體酶的混合與包裝向經(jīng)濃縮后的液體酶加入1,2丙二醇，以維持酶制劑的活性。最終產(chǎn)品的顏色為棕色，~，粘度為50 Pas，裝于有環(huán)氧樹脂涂覆的容量為200kg的鐵桶中以及容量為25g的手提桶中。（2）固體酶的造粒與包裝將濃縮后的酶液用噴霧干燥法干燥，形成粉狀的酶。固體酶制劑的包裝外要刷明標(biāo)記，包括成品名稱、生產(chǎn)廠家名稱、廠址、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、使用方法、成品標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)等。（四）成品的儲(chǔ)存包裝后的成品經(jīng)過水平皮帶輸送機(jī)運(yùn)到成品庫中，再由叉車搬運(yùn)到存放的位置。成品庫要求低溫干燥通風(fēng)，庫內(nèi)溫度在0~25℃范圍內(nèi)，保質(zhì)期為半年。避免在30℃以上長(zhǎng)期儲(chǔ)存，避免日光暴曬和雨淋。（五）成品質(zhì)量檢測(cè)[11]酶制劑的成品各項(xiàng)指標(biāo)要符合《工業(yè)酶制劑通用檢測(cè)規(guī)定和標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存》QB/T 180493的要求。并按照下述的測(cè)定纖維素酶活力的方法測(cè)定其CMC酶、FPA（濾紙?zhí)牵┟负虰G酶活性，并用SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法來測(cè)定該酶制劑的純度與分子量。I．CMC酶活的測(cè)定5%CMC溶液（、），40℃恒溫水浴60min，用3,5二硝基水楊酸法測(cè)定還原糖；II．FPA酶活的測(cè)定，（），其余同CMC測(cè)定。III．BG（β1,3葡萄糖苷酶）酶活的測(cè)定，%水楊酸溶液（、），50℃反應(yīng)30min，加入3mLDNS試劑測(cè)糖。黑曲霉的發(fā)酵時(shí)間為90h左右，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5d，在330d的工作日內(nèi)，共有66個(gè)生產(chǎn)周期。由設(shè)備計(jì)算（）可得，生產(chǎn)中共需要30 m3的發(fā)酵罐8個(gè)。發(fā)酵罐的裝料系數(shù)為70%，%，提取率為70%，種子罐的裝料系數(shù)為75%，發(fā)酵液密度約為1020 kg/m3。主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)酵時(shí)間：90h 生產(chǎn)周期：5d 生產(chǎn)天數(shù)：330d 年產(chǎn)量：500t 預(yù)設(shè)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：8個(gè) 發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70% 發(fā)酵產(chǎn)率：% 酶提取率：70%FPA酶活：4626～4781 IU/ g（1）玉米秸稈 玉米秸稈需經(jīng)過粉碎后才能用于發(fā)酵。在粉碎過程中隨著運(yùn)輸、粉塵等會(huì)有原料損失，按10%的損失率及3t/t(原酶)的投料比計(jì)算，可得每次發(fā)酵周期需要的原料玉米秸稈量為：m1 = 發(fā)酵液總質(zhì)量產(chǎn)酶率玉米秸稈投料比247。（1﹣損失率）= [83070%﹢5375%]1020%3247。（1﹣10%）=則年用量:M1 = 66= （2）麥麩碳源中玉米秸稈與麥麩的比例為4:1時(shí)纖維素酶的產(chǎn)量最高。由此麥麩的用量為：m2 = 玉米秸稈投料量247。4 = 247。4 = 年用量:M2 = 66 = （3）酵母膏一個(gè)發(fā)酵周期中的培養(yǎng)基的總質(zhì)量為：[83070%﹢5375%]1020 = %，則一個(gè)發(fā)酵周期中酵母膏的用量為：m3 = % = 年用量：M3 = 66 = （4）木質(zhì)纖維木質(zhì)纖維在種子培養(yǎng)基中充當(dāng)碳源，在發(fā)酵培養(yǎng)基中作為產(chǎn)酶誘導(dǎo)劑，其用量為1%。一個(gè)發(fā)酵周期中木質(zhì)纖維的用量為：m4 = 1% = 年用量：M4 = 66 = （5）蛋白胨%，一個(gè)發(fā)酵周期中蛋白胨的用量為：m5 = %= 年用量：M5 = 66= （6）MgSO47H2O MgSO47H2O %，一個(gè)發(fā)酵周期中MgSO47H2O的用量為：m6 = % = 年用量：M6 = 66 = （7）KH2 PO4KH2 PO4 %，一個(gè)發(fā)酵周期中KH2 PO4的用量為：m7 = % = 年用量：M7 =66 = （8）CaCl22H2OCaCl22H2O的用量為 % ，一個(gè)發(fā)酵周期中CaCl22H2O的用量為：m8 = % = 年用量：M8 = 66 = （9）Tween80%（體積比），%。一個(gè)發(fā)酵周期中的使用量為m9 = 83070%%﹢5375%%= m3年用量：M9 = 66 = m3（1）硫酸銨 在整個(gè)生產(chǎn)工藝中硫酸銨有兩種用途：一種是作為氮源；另一用途是在纖維素酶的沉淀粗提中作為沉淀劑。%，作為沉淀劑的用量為20%的飽和度和60%的飽和度。由此進(jìn)行計(jì)算：① 氮源用量：(NH4) 2 % ，%。一個(gè)發(fā)酵周期中 (NH4) 2 SO4的用量為：M10 = 83070%1020%﹢5375%1020%= = 年用量：M10 = 66 = ② 沉淀劑用量：在燃料乙醇工業(yè)用酶制劑的生產(chǎn)過程中使用的沉淀劑為硫酸銨，一個(gè)發(fā)酵周期中共有4個(gè)發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)。在提取過程中，發(fā)酵液經(jīng)過過濾后會(huì)有部分體積損失，且過濾后的濾液經(jīng)過真空濃縮。因此可估計(jì)過濾后的濾液體積為3070%480%40%= m3。在用鹽析法分離纖維素酶的過程中，處理液的(NH4) 2 SO4初始飽和度為0，欲達(dá)到20%的飽和度，在25℃條件下，需向1m3溶液中加入114kg的(NH4) 2 SO4。經(jīng)靜置、過濾處理后，再向?yàn)V液中加入(NH4) 2 SO4，使(NH4) 2 SO4的飽和度由20%上升至60%，此過程應(yīng)向?yàn)V液中加入262kg的 (NH4) 2 SO4[12]。則提取過程中(NH4) 2 SO4的用量為：m11 = 114﹢90%262 = 9403kg = 年用量：M11 = 66 = (NH4) 2 ﹢ = （2）乙醇乙醇作為飼料添加用酶的沉淀劑，一個(gè)發(fā)酵周期中共有4個(gè)發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)。 m3。沉淀過程中用的為70%的乙醇，用量為處理液體積的兩倍。因此乙醇用量為：m12 = 270%789 = 年用量：M12 = 66= （3）泡敵%，一個(gè)發(fā)酵周期中的使用量為：m13 = 83070%%= m3年用量：M13 = 66 = 生產(chǎn)物料衡算表項(xiàng)目名稱指標(biāo)每次發(fā)酵周期實(shí)際量年用量原料玉米秸稈3t/t(原酶)麥麩 t/t(原酶)酵母膏%木質(zhì)纖維1%蛋白胨%MgSO47H2O%KH2 PO4%CaCl22H2O%Tween80%/% m3 m3輔料硫酸銨114/262 kg/ m3乙醇 m3/ m3泡敵% m3包裝材 料纖維板圓筒40Kg/桶70個(gè)6127個(gè)環(huán)氧樹脂涂覆的圓桶25Kg/桶120個(gè)9840個(gè)由物料衡算表可知：為提高后處理過程中使用的設(shè)備的利用率，四組發(fā)酵罐（每?jī)膳_(tái)發(fā)酵罐為一組，生產(chǎn)同一種酶）采用循環(huán)式投料生產(chǎn)。（1）玉米秸稈粉碎機(jī)及20目振動(dòng)篩分器年用量247。處理時(shí)間 =26201000247。300247。8 = （2）拌料槽拌料槽的結(jié)構(gòu)由圓柱形槽身和圓錐形底部組成，設(shè)計(jì)體積應(yīng)為：發(fā)酵培養(yǎng)基體積/裝料率 = 2247。85% = m3 （取35 m3）設(shè)圓柱形槽身的高為h1，圓錐形底部的高為h2，且h1 = 3h2，直徑d為3m。則由V = 1/4d 2h1+(1/3)(1/4)d 2h2 = 35m3得：h1 = ；h2 = 拌料罐的實(shí)際體積為：V = 5/183 2 = （3）發(fā)酵罐設(shè)發(fā)酵罐的體積為V，則由年產(chǎn)酶量 = 發(fā)酵罐體積發(fā)酵液密度發(fā)酵罐個(gè)數(shù)發(fā)酵周期數(shù)發(fā)酵罐裝液量產(chǎn)酶率酶提取率可得：發(fā)酵罐的體積 = 500000247。1020247。66247。247。247。8247。 = 由此可確定發(fā)酵罐的有效體積為30 m3。發(fā)酵罐主體結(jié)構(gòu)計(jì)算[13]：封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 K = 1 H/Di = Di/hi = 4橢圓容積 Va = л/6Dihi =Di3V ≈Di2hi＋Va = Di2hi＋Di3 = 2/3лDi3Di = m m即2500 mmH = = = m = 62500mmh i = = mH 4m 所以ha = 50 mm 查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表5罐體總高H = ＋2hi＋2ha= = 7600mm罐體壁厚S = PD/(2[б] 248。﹣P)+C其中：248。 = ，P = , C = 3 mm, [б] = 130MPa, Di = 2500解之得：S = mm 封頭按標(biāo)準(zhǔn)橢圓計(jì)算[7]hi = ha = 封頭壁厚： S = PD/(2[б] 248。﹣P)+C其中：248。 = P = Di = 2300 [б] = 130 MPa C = 解之得：S = mm mm(4) 種子罐①二級(jí)種子罐二級(jí)種子罐體積 = 發(fā)酵罐體積裝料系數(shù)接種量247。種子罐裝料系數(shù) = 30 247。2 = m3 (取4m3)②一級(jí)種子罐一級(jí)種子罐體積 = 二級(jí)種子罐體積裝料系數(shù)接種量247。一級(jí)種子罐裝料系數(shù)=410%247。 = m3（5）空氣壓縮系統(tǒng)無菌空氣制備流程[14]如下：吸風(fēng)塔→粗濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣冷卻器→除水設(shè)備→空氣總過濾器→發(fā)酵車間空氣總管→分過濾器→發(fā)酵罐發(fā)酵過程中的最大通氣量為1:1，因此發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算：V = 單個(gè)發(fā)酵罐的體積發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)通氣比+單個(gè)種子罐的體積種子罐的個(gè)數(shù)通氣比= 3081+341= 252 m3/min （按260 m3/min進(jìn)行后續(xù)計(jì)算）① 吸風(fēng)塔[14]吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在10~12m左右。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，要求直管連接，避免彎管或多彎管。本次設(shè)計(jì)中將吸風(fēng)塔的高度定為11m，空氣在吸風(fēng)塔內(nèi)的截面流速設(shè)計(jì)為6m/s。則吸風(fēng)塔的截面半徑為：R =（V/νπ）1/2 = (260247。60247。6247。) 1/2 = 空氣的實(shí)際流速ν= V/πR2 = 260247。60247。247。 = ② 前置預(yù)過濾器[8]選擇高效前置過濾器，其外形像一只大型的集裝箱。內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩道過濾介質(zhì)層：前層稱粗過濾層，采用絨布作為過濾介質(zhì)；后道稱亞高效過濾層，采用滌晴無紡布作為過濾介質(zhì)。 m/s。設(shè)備外型半徑為：R =（V/νπ）1/2 = (260247。60247。247。) 1/2 =（）實(shí)際流速：ν= V/πR2 = 260247。60247。247。 = ③ 空壓機(jī)由計(jì)算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為260 m3/min。因此選擇日本壽力公司生產(chǎn)的TRX系列離心式空壓機(jī)。其輸出功率為900kW到1800kW ，容量范圍為175~360 m3/min，排氣壓力為2~16Pa。20℃的空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，：T2= T1（P2/ P1）K1/K = (273+20) [(+)/] = 293 = = ℃ 其中：P1 = MPa，K = 。④ 冷卻器壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度?？諝饫鋮s器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。要求壓縮空氣由104℃被冷卻至25℃，冷卻介質(zhì)為20℃的循環(huán)水，冷卻水的出口溫度為28℃.由條件可得：空氣的定性溫度：(104+25)/2 = ℃水的定型溫度：（20+28)/2 = 24℃計(jì)算過程[15]為：查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： ρ= kg/m3 ； Cp = kJ/(kg℃) ；k = ( m2℃)；μ= 103 Pas查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)： ρ= kg/m3 ；Cp = (kg℃) ；k = ( m2℃)；μ= 103 Pas I．熱負(fù)荷計(jì)算 Q = WhCph(T2﹣T1) = 260247。60103(104﹣25) =105 W冷卻水耗量Wc= Q/Cpc(t2﹣t1) = 105247。247。103247。(28﹣20) = kg/s = II．計(jì)算平均溫差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差 空氣： 104