【正文】 支鏈氨基酸發(fā)酵過程的在線建模與優(yōu)化模型（5）基于高純度支鏈氨基酸高效清潔的產(chǎn)物分離生產(chǎn)技術(shù)的實施在膜分離運用產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上，合理組合工業(yè)色譜高效分離提取技術(shù)，形成支鏈氨基酸的高效清潔的產(chǎn)物分離體系（膜分離技術(shù)、工業(yè)色譜分離技術(shù)），建立提取廢物閉路循環(huán)的綜合利用技術(shù)，減少廢物、廢水的排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。（2）基于代謝通量分析的支鏈氨基酸大罐發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)第一步：以支鏈氨基酸的生物合成途徑為依據(jù)，構(gòu)建以葡萄糖為唯一碳源時支鏈氨基酸生物合成的代謝網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)支鏈氨基酸生物合成的代謝網(wǎng)絡(luò)，利用代謝通量分析方法分析典型的支鏈氨基酸分批發(fā)酵不同階段下碳通量的分布及各代謝物通量的變化規(guī)律；第二步：根據(jù)代謝通量分析的計算數(shù)據(jù)，確定支鏈氨基酸合成途徑中主要代謝節(jié)點的性質(zhì)(剛性、弱剛性或彈性)，結(jié)合發(fā)酵過程中胞內(nèi)能量供求的情況，對分階段溫度控制策略下和葡萄糖限量添加時的代謝網(wǎng)絡(luò)中通量的改變進(jìn)行比較，分析這些培養(yǎng)方式下支鏈氨基酸過量合成的機理。本項目所采用的提取新技術(shù)工藝流程如下：發(fā)酵液膜分離 濃漿菌體蛋白發(fā)酵清液濃縮離交系統(tǒng)發(fā)酵液 B液 A液 μF 濃漿蛋白μF清液 清液 RO濃縮 減壓濃縮 母液 粗品 支鏈氨基酸生產(chǎn)工藝流程圖2） 工藝技術(shù)特點（1）基于微生物反應(yīng)原理和微生物代謝特性支鏈氨基酸的大罐發(fā)酵條件優(yōu)化和分階段培養(yǎng)技術(shù)第一步：結(jié)合支鏈氨基酸的生物合成途徑，研究微生物從培養(yǎng)基中攝取營養(yǎng)物質(zhì)的情況和營養(yǎng)物質(zhì)通過代謝途徑轉(zhuǎn)化后的去向，確定不同環(huán)境條件對微生物生長和代謝產(chǎn)物合成的影響，進(jìn)而優(yōu)化微生物生長的物理和化學(xué)環(huán)境，確定最有利于微生物生長和產(chǎn)物合成的環(huán)境條件，為后繼的支鏈氨基酸發(fā)酵過程優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。（6）用回收的色氨酸溶液作漂洗或洗滌液用，節(jié)省了洗滌水，降低了水消耗和廢水排放，實現(xiàn)了工藝優(yōu)化。 干燥包裝工段：經(jīng)流化床干燥機干燥除去表面水分，再經(jīng)包裝即制成本項目產(chǎn)品。2000*340034一級種子空氣過濾器90m3/hr不銹鋼135二級種子空氣過濾器1000m3/hr不銹鋼136發(fā)酵空氣過濾器6000m3/hr不銹鋼737消泡劑空氣過濾器10m3/hr不銹鋼138流加糖空氣過濾器1200m3/hr不銹鋼139補N空氣過濾器60m3/hr不銹鋼140板式換熱器60M178。1600*520022板式換熱器不銹鋼223種子罐(44m3)不銹鋼4216。（1）使用過濾直徑與蛋白直徑大小錯開的超濾膜過濾洗滌，減緩膜通量的衰減，增加洗滌液用量，使收率達(dá)到95%以上；（2）使用特殊脫色工藝，既保證脫色效果又降低脫色損失；（3）選用連續(xù)吸附洗脫工藝，逆流吸附，殘液通過新鮮的樹脂后排出，產(chǎn)品損失少，逆流氨水洗脫，樹脂的洗脫率高，氨水消耗低，占地也很小，大幅降低土建投資與運行費用；（4）采用三級結(jié)晶工藝，頭兩級蒸發(fā)結(jié)晶，第一級結(jié)晶蒸發(fā)的蒸汽作為第二級蒸發(fā)的熱源進(jìn)入第二級結(jié)晶加熱器，第二級蒸發(fā)出來的蒸汽一部分加壓回到第一級加熱器，一部分用冷卻水冷凝，一方面降低了蒸汽消耗，另一方面降低了循環(huán)水的用量。工藝技術(shù)來源及先進(jìn)性采用天津科技大學(xué)蘇氨酸高新技術(shù)成果。3）日產(chǎn)量：每日發(fā)酵放罐五罐計算。 干燥包裝工段：經(jīng)流化床干燥機干燥除去表面水分，再經(jīng)包裝即制成本項目產(chǎn)品。有機肥（副產(chǎn)品）有機肥料執(zhí)行2002年8月27日農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 有機肥》(NY5252002)。（2）形成發(fā)酵法生產(chǎn)支鏈氨基酸的高效清潔大生產(chǎn)工藝路線，通過改良發(fā)酵菌種、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、廢水套用及回用等措施，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的廢物資源化、廢水減量化，對無法循環(huán)利用的廢物實行妥善處理，在國內(nèi)外首次開發(fā)出支鏈氨基酸閉路循環(huán)的清潔生產(chǎn)工藝路線。以微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)支鏈氨基酸，在國外（如日本）已形成一定規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)能力。L色氨酸的中試研究已于2003年12月通過天津是科委成果鑒定，得到了專家的高度評價。 其它氨基酸從2006年起，該公司和天津科技大學(xué)等高校合作，在微生物酶法、微生物轉(zhuǎn)化法的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)酵法高效生產(chǎn)L色氨酸的新工藝研究。③針對國內(nèi)目前氨基酸產(chǎn)品提取收率低、污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗及L蘇氨酸提取的實驗結(jié)果，提出新的膜分離等工藝，通過改良發(fā)酵菌種、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、廢水套用及回用等措施，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的廢物資源化、廢水減量化。本工藝具有“L蘇氨酸產(chǎn)酸穩(wěn)定、提取收率高、發(fā)酵周期短和生產(chǎn)成本低”的特點，因此具有重要的推廣價值和實用性。2006年韓國的ManHyo，HongWeon Lee等利用蛋氨酸缺陷菌大腸桿菌MT201，添加生物素和蛋氨酸發(fā)酵33 。20世紀(jì)50年代日本采用添加前體物的方法發(fā)酵生產(chǎn)蘇氨酸，國外從60年代就開始有直接發(fā)酵法生產(chǎn)L蘇氨酸的報道，70年代末蘇聯(lián)的研究者們用基因工程菌規(guī)模生產(chǎn)L蘇氨酸；國內(nèi)從1982年才開始有L蘇氨酸產(chǎn)生菌選育的報道，以鈍齒棒桿菌為出發(fā)菌株選育蘇氨酸產(chǎn)生菌，產(chǎn)量為13g/L；1986年報道了以乳糖發(fā)酵短桿菌出發(fā)選育出一株L蘇氨酸產(chǎn)生菌，在適宜條件下發(fā)酵72 h可產(chǎn)酸16 g/L；1990年沈陽藥學(xué)院誘變處理黃色短桿菌獲得一株蘇氨酸高產(chǎn)菌株ME7，在含有葡萄糖10％的培養(yǎng)基中發(fā)酵48 。第五章　技術(shù)、設(shè)備和工程方案　技術(shù)方案 L蘇氨酸生產(chǎn)方法的比選L蘇氨酸的生產(chǎn)方法有蛋白質(zhì)水解法、化學(xué)合成法和直接發(fā)酵法，蛋白質(zhì)水解法和化學(xué)合成法因其存在種種弊端，工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)基本不再使用?！S址方案評述本項目擬建在安徽省宿州市蕭縣薛莊城北工業(yè)園區(qū)，*******公司廠區(qū)內(nèi)，不需新征地。其余污水經(jīng)新建的污水處理設(shè)施進(jìn)行處理，處理后達(dá)標(biāo)排放，對周圍環(huán)境及生態(tài)沒有影響；廢渣主要是鍋爐灰渣及生產(chǎn)過程中的廢糖渣，可做建筑材料和有機肥利用；噪聲污染源主要來自于車間風(fēng)機、各類泵等機械設(shè)備產(chǎn)生的噪音，可在設(shè)備上安裝減震裝置以減少噪音；本項目廢氣主要是鍋爐煙氣，采取除塵措施后可實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。供水：項目新增年用水量為179萬m3，采用地下水，需新打深井4眼（1眼備用），水源能夠滿足本項目需求。輔料鹽酸、液氨、液堿等可由市場提供。本項目污水處理的達(dá)標(biāo)水將排入此水系，該水系最終匯入淮河。水文地質(zhì)蕭縣境內(nèi)河流屬汴河水系。⑦層：細(xì)砂，灰黃～灰綠色，飽和﹑中密～密實狀態(tài)。⑤層：細(xì)砂，灰綠色，局部下部呈灰黃色，飽和﹑中密狀態(tài)，局部可達(dá)密實狀態(tài)。③層：粉土夾粉砂，灰色微帶黃﹑飽和﹑松散～稍密狀態(tài)，中等壓縮性。 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及氣象條件工程地質(zhì)由于本工程目前尚未做工程地質(zhì)勘探，現(xiàn)依據(jù)擬建廠址附近現(xiàn)有的工程地質(zhì)資料，土層分布如下：①層：人工堆積雜填土，灰～灰黑色，稍濕﹑松散狀態(tài)。項目用地符合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃，周邊環(huán)境滿足工程建設(shè)和生產(chǎn)運行要求。 主要原料、動力年消耗指標(biāo)表序號名稱規(guī)格單位年消耗指標(biāo)備注一主原料1葡萄糖噸110000虹光集團(tuán)二其他原材料1液氨噸8600國內(nèi)2豆餅噸800國內(nèi)3玉米漿45%噸2300國內(nèi)4氨基酸粉噸1500國內(nèi)5硫酸銨噸450國內(nèi)6鹽酸35%噸1200國內(nèi)7液堿35%噸1200國內(nèi)8泡敵噸100國內(nèi)9磷酸85%噸350國內(nèi)10氯化鉀噸360國內(nèi)11淀粉酶噸80國內(nèi)12糖化酶噸80國內(nèi)三動力消耗1水m3179104地下水2電Kwh5580104當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)3汽t104自建鍋爐四包裝物1包裝袋（內(nèi)襯）25kg421104國內(nèi) 廠址蕭縣位于安徽省北部，地處黃淮之間，具有優(yōu)越的交通優(yōu)勢。項目設(shè)備的選擇立足國產(chǎn)設(shè)備。產(chǎn)業(yè)政策本項目蘇氨酸等產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是國家鼓勵發(fā)展的高科技產(chǎn)品?！‘a(chǎn)品方案 確定產(chǎn)品方案考慮的因素：市場需求蘇氨酸廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和飼料添加。原輔材料不會對該項目的建設(shè)產(chǎn)生制約。山東、河北等地小規(guī)模少量支鏈氨基酸，用于藥品，尚有幾個廠家試生產(chǎn)飼料添加劑用的支鏈氨基酸。隨后包括廣東星湖、浙江衢州國光生化、梅花生物、伊品生物、山東阜豐等投產(chǎn)或在建。近年來，隨著國內(nèi)外飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的不斷發(fā)展，蘇氨酸成為一種國際市場發(fā)展前景良好、中國市場需求較大的產(chǎn)品。（3）資源方面：*******公司是一家大型淀粉深加工生物制造企業(yè)，現(xiàn)擁有年產(chǎn)45萬噸淀粉、20萬噸淀粉糖生產(chǎn)能力，擁有自備熱電廠。本項目如L蘇氨酸的技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到發(fā)酵產(chǎn)酸率≥118g/L，提取收率≥90%，居國內(nèi)領(lǐng)先水平。國內(nèi)外大量的研究證明，有機肥料是培肥土壤、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、提高肥料利用率、減少環(huán)境污染的有效途徑。抽查測定結(jié)果，蔬菜硝酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)，北京市菠菜硝酸鹽含量高達(dá)2358mg/kg，蘿卜2177mg/kg；上海、廣州等大城市蔬菜中亞硝酸鹽含量超標(biāo)2～8倍。我國氮肥平均用量達(dá)227kg/hm2，超過了許多歐洲國家及日本、美國。(1)我國的土壤質(zhì)量建設(shè)需要有機肥料根據(jù)全國化肥試驗網(wǎng)肥料長期定位試驗和國家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測資料，近年來，耕地土壤有機質(zhì)含量有下降趨勢，土壤緩沖能力減弱，抗災(zāi)能力衰退；所有土壤和作物施用氮肥均有效，不施氮肥皆減產(chǎn)；缺磷狀況有所緩解；土壤鉀虧損嚴(yán)重，缺鉀面積增大，嚴(yán)重缺鉀或施鉀有效的面積50%以上，而且還有擴大的趨勢；中量元素缺乏或施用有效的面積，%，硫占32%，鈣占50%左右；在微量元素中。目前我國的醫(yī)藥級異亮氨酸絕大部分依靠進(jìn)口，每年消耗大量外匯。據(jù)報道，氨基酸需求量從1997年到2009年，每年以15%20%的速度遞增。L亮氨酸可用于診斷和治療小兒突發(fā)性高血糖癥和作為頭暈治療及營養(yǎng)滋補類藥物。因此開發(fā)發(fā)酵法生產(chǎn)支鏈氨基酸的先進(jìn)技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有廣闊的市場前景，對實現(xiàn)氨基酸原料藥的國產(chǎn)化具有重要的社會意義。此外，支鏈氨基酸在化妝品、食品、飼料和新材料等領(lǐng)域還有著廣泛的用途。目前，%的比例添加，每年也需色氨酸10萬多噸。中國主要有上海、武漢、北京等地小規(guī)模生產(chǎn)，用于藥品。國際上對小品種氨基酸的需求量每年都在快速的增長，但這些小品種氨基酸實際的供應(yīng)水平與需求量還有一定的差距。此外，企業(yè)應(yīng)加大科技投入，將現(xiàn)代生物工程和生物化工技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用到蘇氨酸的生產(chǎn)中，研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蘇氨酸生產(chǎn)新工藝。國內(nèi)有條件的企業(yè)應(yīng)抓住機遇，通過引進(jìn)國外關(guān)鍵工藝技術(shù)和設(shè)備發(fā)展蘇氨酸生產(chǎn)，占領(lǐng)國內(nèi)市場。此外，多種氨基酸片劑及口服液等保健產(chǎn)品現(xiàn)已在我國市場上嶄露頭角，“瑞年”、“萬基”“金日”等品牌的多種氨基酸保健品市場銷售狀況良好。其次是醫(yī)藥及其他領(lǐng)域。近10多年來，我國飼料工業(yè)產(chǎn)量平均年增幅達(dá)到2位數(shù)。市場需求逐年上升，年需求量已達(dá)數(shù)十萬噸。分析其原因，一是受經(jīng)濟(jì)條件、飼養(yǎng)水平的限制。醫(yī)療保健水平的不斷提高，使得近年來氨基酸大輸液的消費量呈快速增長趨勢。此外，蘇氨酸也用于化學(xué)及生化試劑，食品添加劑等方面。由于飼養(yǎng)水平所限，蘇氨酸和色氨酸在我國尚未被廣泛用于配合飼料生產(chǎn)中，但隨著“理想蛋白質(zhì)”概念在飼料配方中的應(yīng)用，蘇氨酸、色氨酸等其他氨基酸在我國具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在國際上，蘇氨酸的主要生產(chǎn)廠商是德國的Degussa公司和日本的味之素公司、田邊制藥公司、協(xié)和發(fā)酵公司及美國ADM公司。RhonePoulene公司還在美國、東歐尋找伙伴生產(chǎn)蛋氨酸、賴氨酸和蘇氨酸、色氨酸等。在日本作為飼料添加劑得到認(rèn)可的有蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等。日本是氨基酸生產(chǎn)大國，1981年在華沙召開第一次氨基酸國際會議以后，日本看準(zhǔn)了氨基酸產(chǎn)業(yè)，1987年日本為保持其氨基酸生產(chǎn)與出口大國地位，通產(chǎn)省成立了由產(chǎn)業(yè)、大學(xué)和政府有關(guān)專家組成的“氨基酸化學(xué)研究會”，著手研究建立以氨基酸為基礎(chǔ)的新型化學(xué)產(chǎn)業(yè)體系，這進(jìn)一步促進(jìn)了日本氨基酸工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。目前，全世界氨基酸每年的產(chǎn)量為300多萬噸，而每年的需求總量為800多萬噸。L蘇氨酸是人與動物體內(nèi)所必需的一種氨基酸，自身不能合成，必需從食物中攝取，它廣泛應(yīng)用于飼料工業(yè)、保健食品和醫(yī)藥工業(yè)。當(dāng)動物的蘇氨酸不足時，會停止生長，體重減輕，引起貧血，脂肪肝等。 用途及作用由于發(fā)酵技術(shù)和應(yīng)用研究的發(fā)展，L蘇氨酸在飼料中的使用逐步增加，%～%即可滿足正常需要,在仔豬日糧中，:1。蘇氨酸是禽類免疫球蛋白分子中的主要限制性氨基酸，添加蘇氨酸可提高雛雞對新免疫病毒的抗體效價。 蘇氨酸的生理功能1）平衡氨基酸、促進(jìn)蛋白質(zhì)沉積動物體內(nèi)不能合成蘇氨酸，必須由食物供給。第二章　市場預(yù)測 L蘇氨酸市場分析L蘇氨酸(Lthreonine)是維持機體生長發(fā)育的必需氨基酸，在飼料中添加蘇氨酸已被國內(nèi)外普遍采用。項目的建設(shè)符合國家產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)發(fā)展方向，是國家鼓勵發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。（6）項目經(jīng)濟(jì)效益項目建成投產(chǎn)后，本項目計算期內(nèi)（不包括建設(shè)期）各年平均銷售收入74814萬元，年均利潤總額13204萬元，年均所得稅3301萬元,凈利潤9903