【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .............................. 13 原料消耗計(jì)算 (以一噸成品番茄紅素為基準(zhǔn) ) .............................. 14 原料日消耗量和年總消耗量 ............................................ 15 主要階段的能量衡算 ......................................................... 16 發(fā)酵過(guò)程中蒸汽耗量的計(jì)算 ............................................ 17 發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量 .................................... 17 種子罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量 .................................... 18 發(fā)酵車間總的消耗蒸汽量 .............................................. 18 發(fā)酵過(guò)程冷卻水耗量的計(jì)算 ............................................ 18 發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的計(jì)算 .......................................... 18 5 設(shè)備選型 ........................................................................ 19 主要設(shè)備的選型與計(jì)算 ....................................................... 19 發(fā)酵罐的選擇條件及計(jì)算 .............................................. 19 種子罐的選型 ........................................................ 21 輔助設(shè)備的選型 ............................................................. 22 細(xì)胞過(guò)濾器 .......................................................... 22 真空干燥器 .......................................................... 22 細(xì)胞破碎器 .......................................................... 22 萃取設(shè)備 ............................................................ 22 濃縮設(shè)備 ............................................................ 23 結(jié)晶設(shè)備 ............................................................ 23 發(fā)酵后期發(fā)酵液處理總共時(shí)間 .......................................... 23 主要設(shè)備（見(jiàn)表 2） ......................................................... 23 6 效益評(píng)估 ........................................................................ 24 原料消耗（見(jiàn)表 3） ......................................................... 24 設(shè)備消耗（見(jiàn)表 4） ......................................................... 25 水電人工勞動(dòng)力費(fèi)用 ......................................................... 25 效益評(píng)估 ................................................................... 25 7 環(huán)境保護(hù)和安全措施 .............................................................. 25 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 環(huán)境保護(hù) ................................................................... 25 廢氣 ................................................................ 25 廢水 ................................................................ 26 固體垃圾 ............................................................ 26 噪音 ................................................................ 26 安全規(guī)則 ................................................................... 26 8 結(jié)論 ............................................................................ 27 9 設(shè)計(jì)體會(huì)與心得 .................................................................. 28 10 致謝 ........................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................................... 30 英文文獻(xiàn) ........................................................................... 32 英文翻譯 ........................................................................... 40 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 番茄紅素的簡(jiǎn)介 番茄紅素是植物中所含的一種天然色素。主要存在于茄科植物西紅柿的成熟果實(shí)中。它是許多類胡蘿卜素生物合成的中間體，類胡蘿卜素是由細(xì)菌、藻類及植物生物合成的類菇烯，動(dòng)物無(wú)法生物合成，只能靠食物攝取 [1]。目前，在自然界的植物中被發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)抗氧化劑就數(shù)番茄紅素?？茖W(xué)證明，人體內(nèi)的單線態(tài)氧和氧自由基是侵害人體自身免疫系統(tǒng)的罪魁禍?zhǔn)住７鸭t素清除自由基的功效強(qiáng)于其他類胡蘿卜素和維生素 E，其淬滅單線態(tài)氧速率常數(shù)是維生素 E 的 100 倍。因?yàn)樗梢杂行У姆乐我蛩ダ希庖吡ο陆狄鸬母鞣N疾病，所以，番茄紅素受到世界各國(guó)專家的關(guān)注。 番茄紅素的來(lái)源 番茄紅素廣泛存在自然界中，主要分布于西瓜、柿、胡椒果、南瓜、桃、木瓜、芒果、葡萄、番茄、葡萄抽、番石榴、紅荀、柑桔、云葛等的果實(shí)及胡蘿卜、蘿卜、蕪答甘藍(lán)等的根部。番茄紅素是西方膳食中類胡蘿卜素最主要的來(lái)源，也是人體血清中含量較高的類胡蘿卜素之一。 番茄紅素在番茄中的含量隨品種和成熟度的不同而不同。一般說(shuō)來(lái)，加工用番茄中番茄紅素的含量是鮮食用番茄的 — 倍，成熟度越高，番茄 紅素的含量越高。我國(guó)新疆產(chǎn)加工用番茄的番茄紅素含量很高，番茄含量為 400 mg/100 g 以上，番茄皮中含量為 20 mg/100g[2]。有報(bào)道稱秋橄欖果實(shí)的番茄紅素含量也很高，可以達(dá) 15— 54mg/100g。 番茄紅素的分子結(jié)構(gòu) 1910 年， Willstaller[3]和 Escher 在對(duì)番茄紅素的研究中首次確定了其分子式為C40H56，分子量為 。天然存在的番茄紅素全都是全反式，但是通過(guò)高溫的油炸、蒸煮等加工方式可由反式構(gòu)型向順式構(gòu)型轉(zhuǎn)變。研究還表明，番茄紅素的順式異構(gòu)體與反式異構(gòu)體的物 理和化學(xué)性質(zhì)有所不同，與反式異構(gòu)體相比，番茄紅素的順式異構(gòu)體的極性強(qiáng)，熔點(diǎn)低，不易結(jié)晶，摩爾消光系數(shù)小，更易溶解，而且在放置過(guò)程中可能會(huì)回復(fù)到全反式狀態(tài)。 番茄紅素的理化性質(zhì) 穩(wěn)定性 番茄紅素分子中有 11 個(gè)共扼雙鍵及 2 個(gè)非共軛雙鍵，使得番茄紅素的穩(wěn)定性比較蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 差，它在一定條件下可發(fā)生氧化降解和順?lè)串悩?gòu)化。番茄紅素對(duì)氧化反應(yīng)很敏感，其溶液經(jīng)日光照射一段時(shí)間后，番茄紅素基本上損失殆盡。溶液中的 Fe3+和 Cu2+會(huì)對(duì)番茄紅素的光氧化反應(yīng)起催化作用，而其它金屬離子如 Mg2+、 K+、 Zn2+、 Ca2+等則對(duì)其影響不大，所以天然番茄紅素在提取和應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)盡量避免使用銅制和鐵制容器。此外， pH值對(duì)番茄紅素也有影響，當(dāng)用乙醇溶解番茄紅素，并調(diào)制成 PH 值 1～ 14。結(jié)果表明，番茄紅素對(duì)堿比較穩(wěn)定，對(duì)酸則不穩(wěn)定，故番茄紅素作為色素使用時(shí)并不適合于酸性飲料。由此可見(jiàn)，影響番茄紅素穩(wěn)定性的因素有金屬離子、氧、光、 pH 等，故番茄紅素的提取、加工、分析及貯存都應(yīng)該在對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行控制的條件下進(jìn)行 [4]。 呈色能力 番茄紅素作為一種天然紅色素，如何保持其最強(qiáng)的著色力是至關(guān)重要的。番茄果實(shí)中的番茄紅素有兩種存在狀 態(tài)：其中大部分是以細(xì)長(zhǎng)的、針狀的結(jié)晶形式存在于有色體中，呈現(xiàn)明亮的紅色。當(dāng)番茄紅素的結(jié)晶形成時(shí)，質(zhì)體膜消失，色素結(jié)晶自由分散在原生質(zhì)中，在顯微鏡下觀察時(shí)，可以看到小粒狀的有色體，說(shuō)明了有色體所顯現(xiàn)的顏色；另外一小部分（ 10%左右）則與蛋白質(zhì)形成復(fù)合體存在于細(xì)胞中。番茄紅素以不同的形態(tài)存在時(shí)具有不同的顏色和強(qiáng)度，而且會(huì)隨著溶劑和介質(zhì)的不同而呈現(xiàn)出不同的顏色。例如，溶解在石油醚中的番茄紅素呈黃色，在二硫化碳中則呈紅色。 溶解性 番茄紅素是脂溶性色素，可溶于其他脂類和非極性溶劑中，不溶于水，難溶于強(qiáng)極性溶劑如甲醇、乙醇等，可溶于脂肪烴、芳香烴和氯代烴如乙烷、苯、氯仿等有機(jī)溶劑。番茄紅素在各種溶劑中的溶解度隨著溫度的上升而增大，然而當(dāng)樣品越純時(shí)，溶解越困難。結(jié)晶的番茄紅素溶解緩慢，傾向于形成一種超飽和狀態(tài)，雖然提高溫度可加速其溶解，但冷卻時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶，這時(shí)可利用超聲波加速其溶解。純的番茄紅素雖然不溶于水，但當(dāng)它與某些物質(zhì)如蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物時(shí)，則具有較高的溶解度。 番茄紅素的生物學(xué)特性 番茄紅素具有抗氧化性 番茄紅素通過(guò)物理和化學(xué)方式猝滅單線態(tài)氧或捕捉過(guò)氧化自由基。單線態(tài)氧是具有很強(qiáng)活性的氧自由基，具細(xì)胞毒性作用，以線粒體、細(xì)胞膜等部位對(duì)其最為敏感，能與大多數(shù)生物大分子發(fā)生作用，通過(guò)與分子結(jié)合造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷；番茄紅素能夠接受不同電子激發(fā)態(tài)的能量，吸收光能并通過(guò)單線態(tài) — 單線態(tài)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程使單線態(tài)氧的蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 能量轉(zhuǎn)移到番茄紅素，生成基態(tài)氧分子和三重態(tài)番茄紅素分子，三重態(tài)番茄紅素通過(guò)與溶劑的一系列旋光和振動(dòng)反應(yīng)得到再生，并在此過(guò)程中將能量散發(fā)；類胡蘿卜素的猝滅能力與其分子中所含有的共軛雙鍵的數(shù)目有著密切的關(guān)系，番茄紅素分子中有 11 個(gè)共軛雙鍵，一個(gè)番茄紅素分子可以清除數(shù)千個(gè)單線態(tài)氧，其猝滅單 線態(tài)氧的速率常數(shù)較β胡蘿卜素高 2 倍。 1990 年 Paolo 等 [5]報(bào)道了類胡蘿卜素和生育酚等 30 余種生物抗氧化劑猝滅單線態(tài)氧的作用，番茄紅素是猝滅單線態(tài)氧最強(qiáng)的。番茄紅素還能通過(guò)與其他形式的活性氧的化學(xué)反應(yīng)消除氧化自由基，如過(guò)氧化氫、亞硝酸根等氧化自由基，而氧化自由基能引起脂質(zhì)過(guò)氧化形成多種產(chǎn)物，這些產(chǎn)物與人體老化、癌癥發(fā)生、自身免疫病及貧血等疾病都有關(guān)系。 番茄紅素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)代謝起調(diào)控作用 通常細(xì)胞間隙之間有膜蛋白構(gòu)成的通道，具有選擇通透性，允許第二信使及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)通過(guò)，細(xì)胞之間通過(guò)細(xì)胞間隙 連接通訊（ GJIC）傳輸細(xì)胞群體內(nèi)生長(zhǎng)調(diào)控信號(hào)，調(diào)節(jié)細(xì)胞的正常增殖與分化。實(shí)驗(yàn)表明，番茄紅素通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞間連接，增強(qiáng)正常細(xì)胞之間的 GJIC，控制細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞分化來(lái)抑制腫瘤的增長(zhǎng)。日本學(xué)者在大鼠肝組織上用熒光染料示蹤技術(shù)研究番茄紅素對(duì) GJIC 的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，每天飼喂 5 mg/kgBW 番茄紅素，連續(xù) 5 d 時(shí)，可以明顯增強(qiáng) GJIC 功能；同時(shí)，由于大多數(shù)腫瘤細(xì)胞的 GJIC 功能微弱或缺失，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化后其 GJIC 功能降低或抑制， GJIC 功能的抑制或被破壞被認(rèn)為是促癌變階段的重要機(jī)制。 番茄紅素可以調(diào)節(jié) 膽固醇的代謝 番茄紅素是一種低膽甾醇劑，它可抑制巨噬細(xì)胞 3羥基 3甲基戊二酸單酰輔酶 A，而它是一種膽固醇生物合成的限速酶。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)巨噬細(xì)胞的介質(zhì)中加入番茄紅素后，其膽固醇合成降低，同時(shí)番茄紅素還增大巨噬細(xì)胞低密度脂蛋白（ LDL）受體活性。實(shí)驗(yàn)還表明，人體 3 個(gè)月內(nèi)每天補(bǔ)充