【正文】 生產(chǎn)過程耗用蒸汽的量，如表35。干燥后失去的水分為：查閱有關(guān)手冊可知，18℃的空氣，當(dāng)相對溫度70%時，它的絕對濕度是，熱焓，加熱到45℃時，空氣的熱焓根據(jù)熱量平衡可知：式中：—空氣經(jīng)過干燥后的熱量變化，kJ/kg —出空氣加熱器和出干燥器的空氣熱焓，kJ/kg干空氣 —出空氣加熱器和出干燥器的空氣的濕含量，kg/kg干空氣 —物料初始溫度時中每㎏水的熱含量，J/kg —加熱物料所消耗的熱量，kJ/(kg進(jìn)入加熱器的空氣溫度是18℃，相對濕度，通過加熱器使空氣升溫到45℃，從干燥器出來的空氣溫度為25℃。(1) 過濾后濾液量為：(2) 假設(shè)濃縮時間為6h，發(fā)酵液每小時處理量為：(3) 水分蒸發(fā)量:式中：F—溶液的進(jìn)料量，kg/h W—水分的蒸發(fā)量，kg/h x0—料液中溶質(zhì)的含量，% x—完成液中溶質(zhì)的含量，% (4) 熱量總消耗 濃縮發(fā)酵液變成二次蒸汽所需的熱量，式中：L1—二次蒸汽汽化熱，kJ/kg i—二次蒸汽熱焓，kJ/kg T—濃縮液溫度，K C—料液的比熱，kJ/(kgh)[4]。K)[6],（表壓）蒸汽滅菌，（表壓）下，由20℃升溫至127℃，蒸汽的用量為：（4）充滿發(fā)酵罐空間需要的蒸汽量 考慮到罐內(nèi)有排管、攪拌器等配件所占有的空間，罐的自由體積按150m3計算，充滿空間需要的蒸汽量為：式中：—發(fā)酵罐自由空間，即全容積，m3 —加熱蒸汽的密度，kg/m3，（5）滅菌過程中的熱損失 設(shè)發(fā)酵罐的外壁溫度為70℃，此時輻射與對流的聯(lián)合給熱系數(shù)α[12]為：150m3發(fā)酵罐的表面積為165m2，耗用蒸汽量為：罐辟附著洗滌水升溫的蒸汽消耗量：式中：—罐壁附著洗滌水的平均厚度，mm滅菌過程的蒸汽滲漏消耗的蒸汽 一般滅菌過程的蒸汽滲漏可取總蒸汽消耗量的5%。在此過程中冷卻水由20℃升溫至45℃，由此計算出冷卻水的用量：全天冷卻水用量為。K) —原料濃度，%滅菌所用的蒸汽量為：這樣，每天的滅菌蒸汽用量就是，平均用量是。設(shè)滅菌的時間為3h，需要的輸料流量為：發(fā)酵液的比熱式中： —原料比熱，kJ/(kg每罐的初始體積為105m3。每日投罐次為4247。K) T1—冷卻水進(jìn)口溫度，℃T2—冷卻水出口溫度，℃(3) 培養(yǎng)液連續(xù)滅菌用蒸汽量 假設(shè)發(fā)酵過程所用的發(fā)酵罐為150m3，那么每只罐產(chǎn)淀粉酶的量應(yīng)為：而前面的物料衡算中已知年產(chǎn)千噸商品淀粉酶的工廠，日產(chǎn)淀粉酶為4t。K) t1—物料的初始溫度，℃ t2—物料加熱后的溫度，℃I—加熱蒸汽的熱焓，2738kJ/kgλ—加熱蒸汽凝結(jié)水的熱焓，(2) 冷卻用水量M，可招安下式計算：[4] 式中：G—物料流量，kg/h t1—物料的初始溫度，℃ t2—物料加熱后的溫度，℃ c1—物料的比熱容，kJ/(kg具體計算結(jié)果如表34所示。最后所得溶液的量為：經(jīng)真空濃縮后的溶液量為：鹽析時，向溶液中加入硫酸銨，硫酸銨達(dá)到40%的飽和度進(jìn)行鹽析，查硫酸銨飽和度的常用表，要使硫酸銨飽和度從0增加到40%，需添加的硫酸銨的量為243g/L[9]。6%=種子罐中的發(fā)酵液量為：5%=豆餅粉消耗量為：%+4%=玉米粉消耗量為：%+3%=Na2HPO4消耗量為：%+%=CaCl2消耗量為：%=NH4Cl消耗量為：%+%=豆油消耗量為：%=α淀粉酶的消耗量：應(yīng)用酶活力為2000U/g的α淀粉酶在培養(yǎng)基滅菌時，促使發(fā)酵罐中的淀粉液化，其用量按8U/g原料計算，酶用量為：8247。(93%86%95%99%93%)=進(jìn)入發(fā)酵罐的干基質(zhì)原料量為：247。表32 原料損失表名稱原因損耗量發(fā)酵巴斯德效應(yīng)%發(fā)酵殘?zhí)?廢糟廢糟帶走%總計%(2) 從發(fā)酵液中提取淀粉酶要經(jīng)過發(fā)酵液熱處理、過濾、濃縮、鹽析和干燥工序，每一過程的收率，如表33表33 各提取工序的收率序號提取工序名稱收率/%1發(fā)酵液熱處理932過濾863濃縮954鹽析995干燥93（3）生產(chǎn)淀粉酶的總轉(zhuǎn)化率為：51%（1－%）=%（4）首先計算生產(chǎn)1000kg淀粉酶需耗用的原輔材料及其他物料量。 原料消耗的計算(1) 生產(chǎn)淀粉酶的總轉(zhuǎn)化率是51%。表31 α淀粉酶發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a1000生產(chǎn)方法液體深層培養(yǎng)發(fā)酵年生產(chǎn)天數(shù)d/a250產(chǎn)品日產(chǎn)量t/d4產(chǎn)品質(zhì)量酶活力U/g2000產(chǎn)品含水量%≤8倒罐率%1發(fā)酵周期h48生產(chǎn)淀粉酶轉(zhuǎn)化率%51(2) 主要原料質(zhì)量指標(biāo)：玉米粉的淀粉含量為86%，豆餅粉的蛋白質(zhì)含量為44%。3 工藝計算 物料衡算 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1) 枯草芽孢桿菌BF7658生產(chǎn)α淀粉酶采用玉米粉、豆餅粉為源料。 濕酶干燥在α淀粉酶提取過程中，可以將濾液直接進(jìn)行噴霧干燥制成酶粉，收率可達(dá)90%，但是這樣做成品含雜質(zhì)多且有臭味，蒸汽耗量大并容易吸濕，而且排出的廢氣含有氣味，影響城市的環(huán)境衛(wèi)生。它一般不會引起蛋白質(zhì)明顯變性[9]。鹽析作用的主要原因是由于大量鹽的溶入，使高分子物質(zhì)去水化，從而降低了溶解度。 α淀粉酶鹽析過程鹽析是利用不同物質(zhì)在高濃度的鹽溶液中溶解度有不同程度的降低來進(jìn)行的。目前補(bǔ)料與基礎(chǔ)料體積之比為1:3，補(bǔ)料中玉米粉和豆餅粉總濃度約30%[1]。這樣可避免原料中淀粉降解生成的糖過量堆積而引起分解代謝阻遏，有利于酶的透導(dǎo)，有利于pH控制，延長產(chǎn)酶期，提高產(chǎn)量。接入種子后，在37℃、～、攪拌速度200r/min、通氣量0～12h為1:，12h后為1:(～)條件下培養(yǎng)40～48h，此時鏡檢菌體80%形成空泡，酶活幾乎不再上升，結(jié)束發(fā)酵。在種子培養(yǎng)過程中，調(diào)節(jié)硫酸銨的用量對種子活力有著較重要的影響，國為NH4+對酶有抑制和激活作用。此時鏡檢細(xì)菌密集，菌體粗壯整齊。接種時加入350mL的無菌水，制成孢子懸浮液，接入種子罐中。除水后，空氣的相對濕度仍是飽和的，可用加熱的辦法把空氣的相對濕度降到50%～60%，一般加熱到30～35℃，以保證過濾器的正常運(yùn)行，同時不增加發(fā)酵罐的熱負(fù)荷[4]。105Pa以上，溫度在120～150℃，先冷卻到適當(dāng)?shù)臏囟瘸ビ秃退缓笤偌訜?。發(fā)酵過程空氣過濾除菌一般采用二級過濾器過濾，從各個空氣壓縮機(jī)排出的空氣經(jīng)降溫除濕后先經(jīng)一個總過濾器進(jìn)行預(yù)過濾，然后進(jìn)入發(fā)酵車間，通入各個種子罐和發(fā)酵罐前還要進(jìn)行第二級即分過濾器過濾。液體深層通風(fēng)發(fā)酵過程中微生物生長所需要的氧氣是由通入的無菌空氣溶入液體的溶氧所提供的。種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基：見表21[3]。 培養(yǎng)基淀粉蛋白胨培養(yǎng)基：可溶性淀粉2%，蛋白胨1%，NaCl %，瓊脂2%，～。芽孢桿菌主要用于液體深層通風(fēng)培養(yǎng)法大規(guī)模地生產(chǎn)α淀粉酶，我國常采用枯草桿菌BF7658生產(chǎn)α淀粉酶，細(xì)菌呈短桿狀，革蘭氏陽性菌，兩端鈍圓，單獨(dú)或成鏈狀，在肉汁表面可生成菌膜，用馬鈴薯瓊脂或淀粉瓊脂試管斜面培養(yǎng)基，在37℃的恒溫箱中培養(yǎng)24～28h，此時，培養(yǎng)基上菌落呈乳白色，表面光滑濕潤，略有光澤，無皺紋，有黏稠性，用碘液試之細(xì)菌周圍呈透明圓。所以基于多方面的考慮，本工藝采用液體深層通氣發(fā)酵法。不過固體發(fā)酵具有設(shè)備簡單、投資少、鋼材用量少等優(yōu)點[17]。固體厚層通氣發(fā)酵法與液體深層通氣發(fā)酵法相比各有其利弊。而微生物具有種類多、繁殖快、容易培養(yǎng)、代謝能力強(qiáng)等特點，因此目前一般都是以微生物作為生產(chǎn)酶的酶源。確定了適合實際生產(chǎn)的工藝條件，繪制出α淀粉酶發(fā)酵工藝設(shè)計的相關(guān)圖紙。通過對該課題的深入研究，可以更好的掌握淀粉酶的性質(zhì)、用途及生產(chǎn)方法和生產(chǎn)過程，將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)，用理論指導(dǎo)實踐，同時在實踐中檢驗我大學(xué)四年學(xué)習(xí)所達(dá)到的程度。它是研究較多、生產(chǎn)最早、產(chǎn)量最大和應(yīng)用最廣泛的一種酶，廣泛應(yīng)用于食品、釀造、制藥、紡織以及石油開采等諸多領(lǐng)域。加之今年來生物企業(yè)的快速騰飛，使淀粉酶的市場有了非常大的發(fā)展，市場風(fēng)險進(jìn)一步減小。淀粉酶是國家許可經(jīng)營項目，我們可以進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營。發(fā)酵產(chǎn)業(yè)在市場的地位將逐年上升，可見淀粉酶類產(chǎn)品市場需求量也日益增長，有著較為可觀的市場需求空間[4]。α淀粉酶的市場需求量極大，目前僅天津市市場需求而言，年需淀粉酶量在6～9萬噸左右，每年發(fā)酵企業(yè)用量在8～40萬噸。淀粉酶的生產(chǎn)將是本世紀(jì)的重頭戲。 α淀粉酶的市場情況21世紀(jì)是生物工程的世紀(jì)，發(fā)酵將帶給人類巨大的經(jīng)濟(jì)收入。這些抗菌物質(zhì)能抑制真菌、細(xì)菌、病毒和菌原體等的正常生長。(6) 淀粉酶在醫(yī)療和藥品工業(yè)，也有廣泛的應(yīng)用。(4) 在制糖工業(yè)中，淀粉酶可淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖及各類糖漿，革新傳統(tǒng)復(fù)雜的動、植物提取工藝。(2) 在紡織工業(yè)中，淀粉酶廣泛地應(yīng)用于紡織品的褪漿，其中某些細(xì)菌淀粉酶能忍受100～110℃的高溫操作條件從而提高紡織業(yè)的質(zhì)量和產(chǎn)量。酶制劑工業(yè)現(xiàn)已成為近代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的組成部門，它對社會的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過酶工業(yè)本身[1]。隨α淀粉酶的用途日益擴(kuò)大，產(chǎn)量日見增多，生產(chǎn)水平也逐步提高。第二次世界大戰(zhàn)后，由于杭生素的發(fā)明，使得微生物工業(yè)大步前進(jìn)，1949年α淀粉酶開始采用深層通風(fēng)培養(yǎng)法進(jìn)行生產(chǎn)[18]。在1908年和1917年德國的Boidin和Effrontlz先后由細(xì)菌中生產(chǎn)出α淀粉酶，用于紛織品脫漿。許多添加物如鈉、鉀硼砂、硼酸氫鈉、巰基乙醇也是α淀粉酶良好的穩(wěn)定劑，而最常用的還是鈣離子[3]。~8是穩(wěn)定的，大多數(shù)淀粉酶的最適溫度是50~60℃[15]。根據(jù)已計算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD繪圖。摘　　要以玉米粉和豆餅粉為原料，以BF7658枯草芽孢桿菌為生產(chǎn)菌種，采用液體深層通氣發(fā)酵法生產(chǎn)淀粉酶，通過搜索資料，制定符合本設(shè)計題目的工藝流程。對流程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，確定生產(chǎn)過程中各種原料的消耗，對生產(chǎn)過程所用的設(shè)備進(jìn)行計算和選型。關(guān)鍵詞：α淀粉酶；工藝設(shè)計；發(fā)酵IIAbstract In the present study, Production of aamylase under submerged fermentation by B