【導(dǎo)讀】本次設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)60噸慶大霉素發(fā)酵車(chē)間工程設(shè)計(jì)。共有八個(gè)發(fā)酵罐，兩個(gè)二級(jí)種子罐，兩個(gè)一級(jí)種子罐。的生產(chǎn)工藝如下：生產(chǎn)菌種為小單胞菌，經(jīng)小、中罐種子擴(kuò)大培養(yǎng)后接到發(fā)酵罐中。藝過(guò)程為小—中—大罐三級(jí)發(fā)酵，小、中罐一次投入。大罐考慮底物抑制及產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)要。求，采用中間補(bǔ)料，包括全料、稀料、氨水、氫氧化鈉、消沫油。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成后根據(jù)說(shuō)明書(shū)繪制了發(fā)酵罐和種子罐的裝配。廠房布局結(jié)合實(shí)際情況，高15米、長(zhǎng)54米、寬。此外還對(duì)環(huán)境污染和節(jié)省能。源方面的設(shè)備做了合理的布局，主要工段和設(shè)備大部分在廠房?jī)?nèi)，部分設(shè)備在廠房周?chē)?

　　

【正文】 SE10 E10 最大月平均風(fēng)速（ m/s）： （ 3 月） 最大風(fēng)速（ m/s）： 20 全年平均風(fēng)速（ m/s）： （ 4）自來(lái)水水溫及硬度 水源地：水廠 水源性質(zhì)：自來(lái)水 水溫：最低水溫： ℃（ 2 月） 月平均最 低水溫： ℃ 最高水溫： 34℃（ 7 月） 月平均最高水溫： ℃ 總硬度：最高值 月平均最高： 最低值 月平均最低： 1其他數(shù)據(jù)： 海拔高度： 平均氣壓： 1016mbar 最大凍土層深度： 6cm 人防：設(shè)計(jì)任務(wù)為發(fā)酵工段，按 GBJ1687 生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)，為戊級(jí)，按GB5005892《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》發(fā)酵車(chē)間防爆為Ⅰ級(jí)??5。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 技術(shù)規(guī)格及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 表 技術(shù)規(guī)格及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)藥典 (23 版 ) 性狀 白色或類(lèi)白色粉末 生物效價(jià)（干） ≥ 590 /mg 鑒別 呈正反應(yīng) 比旋度 +107176。 —— +121176。 干燥失重 ≤ %(110℃真空， 3hr) 酸度 熾灼殘?jiān)? 甲醇含量 pH： ≤ % ≤ % 高壓液相 C1 25— 50% C1A 10%— 35% C2+C2A 25%— 55% 熱源 無(wú)菌 異常毒物 降壓物質(zhì) 重金屬 鈣離子 鎂離子 內(nèi)毒素單位 /mg 慶大堿 120xxu/mg 合格 合格 (內(nèi)控 ) 1200 u/ml合格 20xxu/kg 合格 ppm ≤ 5 ≤ 5 澄 色級(jí) ≤ 2 級(jí) 清 濁度 ≤ 1 號(hào) 度 毛點(diǎn) ≤ 8 點(diǎn) 有效期 5 年 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 第二章 工藝流程概況 菌種篩選 抗生素生產(chǎn)中 , 發(fā)酵過(guò)程是決定抗生素產(chǎn)量的主要過(guò)程。發(fā)酵水平的高低 , 首先受菌種這個(gè)內(nèi)因的控制 , 同時(shí)發(fā) 酵工藝條件的控制也有著極為重要的作用 , 因?yàn)榱己玫耐庖驐l件 , 才能使菌種固有的優(yōu)良性狀得以充分發(fā)揮?？股匕l(fā)酵是極其復(fù)雜的代謝過(guò)程 , 人們通過(guò)控制反映代謝變化的各種參數(shù) , 使產(chǎn)生菌的代謝沿著人們需要的方向進(jìn)行 , 以達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)水平。 這里 , 我們結(jié)合本廠的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)探討一下 ,我們是如何控制發(fā)酵條件 , 促進(jìn)生產(chǎn)的。 表 發(fā)酵參數(shù) 物理參數(shù) 溫度、溶氧 壓力空氣中的CO 2量 攪拌轉(zhuǎn)速排氣中O 2含量 攪拌功率表觀粘度 空氣流量發(fā)酵液濃度 化學(xué)參數(shù) 基質(zhì)濃度 PH 抗生素濃度 DNA 關(guān)鍵酶 生物參數(shù) 菌絲形態(tài) N比耗率 菌絲干重抗生素比耗率 生長(zhǎng)速率 u O2比耗率 糖比耗率 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 合成途徑 生物合成慶大霉素的可能途徑如下： D葡萄糖→ 2脫氧青蟹肌醇→ 2脫氧青 蟹醇胺 ↓ ↓ D葡萄糖胺→ 巴龍胺 ← 2脫氧鏈霉胺 ↓ 慶大霉素 A ↓ C甲基化和差向異構(gòu)化 慶大 X2 脫氧↓氨基化↓ L甲基化 抗生素 JI20A 抗生素 G418 脫氧↓ ↓脫氧，氨基化 慶大霉素 C1a 抗生素 JI20B ↓ N甲基化 ↓脫氧差向異構(gòu)化 慶大霉素 C2b 慶大霉素 C2 ↓ N甲基化 慶大霉素 C1 注：本設(shè)計(jì)所采用的工藝路線為先從沙土管中取出孢子接 種到原斜面上（或從液氮保存的孢子接種到原斜面上）， 7 天后接合格種子到下一代斜面上， 6 天后接白色豐滿的菌落到搖瓶中， 后接 68 瓶搖瓶種子到小罐中，并經(jīng)中罐種子擴(kuò)大培養(yǎng)后接到發(fā)酵罐中，接種方法為單種，放罐后至后處理車(chē)間。 工藝流程 工藝流程圖 注：本框圖僅為發(fā)酵部分（設(shè)備參數(shù)供參考） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 圖 發(fā)酵工藝流程圖 工藝流程說(shuō)明 工藝特點(diǎn)： 本工藝工程為三級(jí)發(fā)酵，小罐 中罐 大罐。中罐、小罐培養(yǎng)時(shí)間短，培養(yǎng)基一次投入，中間不補(bǔ)料，大罐考慮到各種由于底物濃度過(guò)高引起的底物抑制情況以及產(chǎn)物合成期對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的需求，采用中間補(bǔ)料。主要補(bǔ)全料、補(bǔ)稀料、補(bǔ)氨水、通過(guò)氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH，手動(dòng)加消沫油，在種子階段，對(duì)無(wú)菌要求較高。 補(bǔ)料情況： 補(bǔ)全料： 一個(gè)發(fā)酵周期約補(bǔ) 3 次。每噸發(fā)酵液約補(bǔ) 370L 全料。從發(fā)酵 20 小時(shí)開(kāi)始補(bǔ)全料，至 30 小時(shí)時(shí)結(jié)束。根據(jù)發(fā)酵液還原糖含 量水平控制具體補(bǔ)全料體積及時(shí)間。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 補(bǔ)稀料：一個(gè)發(fā)酵周期補(bǔ) 2 次左右。每噸發(fā)酵液約補(bǔ) 200L 稀料。自發(fā)酵 40 小時(shí)后開(kāi)始補(bǔ)稀料，根據(jù)發(fā)酵液還原糖含量水平控制，保持還原糖濃度大于等于補(bǔ)氨水：自發(fā)酵 33 小時(shí)開(kāi)始補(bǔ)氨水，每 4 小時(shí)補(bǔ)一次，每次 1015L，使發(fā)酵液中氨氮濃度不低于 45mg/100ml。 補(bǔ)油：手動(dòng)加入。 補(bǔ)氫氧化鈉：調(diào)節(jié)發(fā)酵液 pH，與 pH 環(huán)控，保持發(fā)酵液 pH 在 之間。 中間取樣分析： 小罐：培養(yǎng) 4 小時(shí)后取樣分析，測(cè) PH、氨氮、效價(jià)、菌絲濃度等。 中罐：培養(yǎng) 4 小時(shí)后取樣分析，測(cè) PH、氨氮、效價(jià)、菌絲濃度等。 大罐：培養(yǎng) 14 小時(shí)后開(kāi)始取樣分析，每 4 小時(shí)取樣測(cè) pH、氨氮，每 8 小時(shí)取一次樣，分析全糖、氨氮、 PH、還原糖、效價(jià)等。培養(yǎng) 20 小時(shí)后取樣加無(wú)菌肉湯， 4小時(shí)后取無(wú)菌斜面， 37℃恒溫培養(yǎng)，放罐前涂片鏡檢。 異常發(fā)酵處理： 中罐、小罐染菌一般采取放罐措施。 大罐染菌，若在接種后不久即在發(fā)酵前期，可將培養(yǎng)基返回連消系統(tǒng)重新消毒；若在中后期，對(duì)發(fā)酵影響較大的，倒罐，影響較小的，可采用降溫，一般降至 32℃培養(yǎng)，并將別的大罐發(fā)酵液倒一部分進(jìn)去，加強(qiáng)生 長(zhǎng)菌的優(yōu)勢(shì)抑制雜菌的生長(zhǎng)；另外，對(duì)染菌罐補(bǔ)料可減少補(bǔ)料量 ，至雜菌得到抑制后再加大補(bǔ)料量。若在發(fā)酵后其染菌，可考慮提前放罐，若染菌罐含大量雜菌，過(guò)濾速度緩慢，則放罐前加熱至 45℃， 15min，然后再提煉。 發(fā)酵中遇空氣精過(guò)濾器阻塞，空氣流量下降，過(guò)濾器兩端壓差增大，可立即調(diào)換過(guò)濾器內(nèi)芯??6。 培養(yǎng)基研究分析 硫酸慶大霉素又稱(chēng)艮他霉素 , 它是由絳紅色小單孢菌產(chǎn)生的一族多組份的氨基糖苷類(lèi)抗生素 , 對(duì)此菌種的要求就是生長(zhǎng)快 , 能深層培養(yǎng) , 不易退化 , 能利用廉價(jià)的培養(yǎng)基獲得高產(chǎn)量的抗生素。我們?cè)谏a(chǎn)中通過(guò)做搖瓶試驗(yàn)考察不同菌種 , 以選取平均發(fā)酵單價(jià)高 ,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的菌種投入生產(chǎn)。生產(chǎn)中不斷進(jìn)行自然選育 , 把菌種制備成單孢子內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 懸浮液 , 經(jīng)過(guò)適當(dāng)稀釋之后 , 在固體平板上進(jìn)行分離 , 然后挑選單個(gè)菌落進(jìn)行測(cè)定 , 從中選出優(yōu)良菌落來(lái)純化菌種 , 防止衰退 , 穩(wěn)定生產(chǎn) , 從而提高產(chǎn)量。 試驗(yàn)方法。搖瓶試驗(yàn)與罐上試驗(yàn)相結(jié)合 ,發(fā)酵單位測(cè)定采用抗生素微生物檢定法。 發(fā)酵培養(yǎng)基 培養(yǎng)基是供抗生素產(chǎn)生菌生長(zhǎng)、繁殖 , 代謝和合成抗生素用的按一定比例 組成的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。合適的成分與配比才能充分發(fā)揮產(chǎn)生菌生物合成抗生素的能力 , 獲得好的生產(chǎn)效果。 查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于慶大霉素生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基 , 歸納起來(lái)有二十多種 , 結(jié)合我廠具體情況 , 選擇其中十二種進(jìn)行研究 , 按主次順序排列如下 : 黃豆餅粉 蛋白胨 ( NH4)2SO4 淀粉 玉米粉 CaCO3 魚(yú)粉 KNO3 豆油 CoCL2 合成消沫劑 葡萄糖。 調(diào)整培養(yǎng)基成份或配比時(shí) , 每次只限變動(dòng)一個(gè)條件 , 考察菌種對(duì)無(wú)機(jī)元素的營(yíng)養(yǎng)要求 , 找出最高、最低及其合適的用量 ( 數(shù)據(jù)繁鎖 , 這里略掉 ) ,經(jīng)過(guò)多 次反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)出 , 對(duì)發(fā)酵水平影響最大的是黃豆餅粉、蛋白胨 , 影響較小的是葡萄糖 ,KNO3 和魚(yú)粉 , 于是 , 我們大膽舍去了魚(yú)粉這一原料 , 非但沒(méi)有影響發(fā)酵水平 , 且降低了成本和糧耗。 原材料 黃豆餅粉和蛋白胨 它們是天然原料加工制作的有機(jī)氮源 , 成份較復(fù)雜 , 搖瓶考察 X、 Y 兩地黃豆餅粉 , 詳見(jiàn)下表 : 表 兩地黃豆餅粉的效價(jià) X 產(chǎn)地（熱榨） X 產(chǎn)地（冷榨） Y 產(chǎn)地 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 培養(yǎng)基濃度變化與控制 培養(yǎng)基濃度變化與控制對(duì)發(fā)酵水平的影響程度很大 , 控制基礎(chǔ)料濃度按照產(chǎn)生菌的生理特性 , 可縮短菌體生長(zhǎng)期 , 延長(zhǎng)抗生素分泌期并保持抗生素生產(chǎn)的最大生長(zhǎng)率 , 提高發(fā)酵水平。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： 表 黃豆餅粉含量對(duì)發(fā)酵水平的影響 結(jié)果表明 : 培養(yǎng)基中黃豆餅粉含量在 %左右最有利 表 蛋白胨含量對(duì)發(fā)酵水平的影響 結(jié) 果顯示 : 蛋白胨的含量與補(bǔ)入方式對(duì)發(fā)酵單位的影響也是十分明顯的。一次投料加入容易引起菌體生長(zhǎng)與養(yǎng)分過(guò)量耗盡 , 以致菌體過(guò)早衰老自溶 。 發(fā)酵過(guò)程定期補(bǔ)加一定數(shù)量的氮源 , 放瓶效價(jià)（ u/ml） 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1252 1301 1343 1202 1209 1319 990 1027 987 平均效價(jià)（ u/ml） 1298 1243 1001 培養(yǎng)基中黃豆餅粉含量 % 發(fā)酵單位 (u/ml) 1100 1260 1240 1130 說(shuō)明：用開(kāi)封 05— 79 菌種 上數(shù)據(jù)為搖瓶平均數(shù)值 蛋白胨濃度 % 補(bǔ)料時(shí)間與次數(shù) 發(fā)酵單位 (u/ml) 24hr 1060 24hr 1140 24hr、 48hr、 72hr 1300 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 可使產(chǎn)生菌在分泌期有足夠多而不過(guò)多的養(yǎng)料 , 延長(zhǎng)分泌期 , 提高產(chǎn)量。 發(fā)酵生產(chǎn)工藝分析 染菌控制 染菌控制生產(chǎn)中的大敵 , 產(chǎn)生染菌的因素很多 , 且?guī)в须S機(jī)性。通過(guò)長(zhǎng)期 觀察研究 , 發(fā)現(xiàn)設(shè)備滲漏是主要原因 , 空氣質(zhì)量不過(guò)關(guān) , 過(guò)濾器消不透也影響不小 ,為此 , 我們嚴(yán)格操作規(guī)程 , 染菌已基本杜絕。 搖瓶試驗(yàn)結(jié)果顯示 , 菌種性能質(zhì)量直接決定抗生素生產(chǎn)水平高低 , 適時(shí)對(duì)菌種篩選夏壯考核其生產(chǎn)能力非常必要。 合理的培養(yǎng)基成份才能充分發(fā)揮產(chǎn)生菌生物合成抗生素的能力。 控制發(fā)酵溶氧條件克服染菌是發(fā)酵條件的關(guān)鍵。 溶氧濃度的變化與控制 發(fā)酵過(guò)程中后期 , 菌絲濃度增大 , 發(fā)酵液粘度增加 , 此時(shí)提高溶氧水平非常重要 , 我們采用稀配方即增加補(bǔ)水工藝 , 控制最佳裝料系數(shù) , 效果較好 ,。 詳見(jiàn)下表： 表 溶氧濃度的變化與控制 高單位（ 30 批次平均值） 低單位（ 20 批次平均值） 驗(yàn)證結(jié)果（連續(xù) 50批次平均值） 放罐單位 1450u/ml 1100u/ml 1480u/ml 放罐總億 200 億 165 億 205 億 放罐體積 噸 噸 噸 裝料系數(shù) % 85% % 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 第三章 工藝計(jì)算 發(fā)酵罐臺(tái)數(shù)和公稱(chēng)體積的計(jì)算 根據(jù)年產(chǎn)量計(jì)算每日發(fā)酵液體積 Vd ?f dd mUMUV 1000? 式（ ） 其中： Vd 每日發(fā)酵液體積 m3/d