【正文】 然后置4℃冰箱中貯存待用。種子培養(yǎng)：種子培養(yǎng)基在120℃蒸汽的條件下滅菌30min，接入種子后，在37℃、攪拌速度300r/min、通氣量1:。～，酶活為5～10U/mL時(shí)，結(jié)束培養(yǎng)，作為種子待用。 發(fā)酵罐發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基在120℃蒸汽的條件下滅菌50min。在發(fā)酵開始12h后開始補(bǔ)料，每小時(shí)都需要補(bǔ)加一次料，分30次左右在發(fā)酵結(jié)束前6～8h補(bǔ)完。也有從發(fā)酵前期就開始補(bǔ)料的。 發(fā)酵液預(yù)處理因?yàn)棣恋矸勖甘前饷?，不用破碎?xì)胞，發(fā)酵完畢，直接在發(fā)酵液中加入2%%Na2HPO4進(jìn)行絮凝作用，并加熱至50～55℃維持30min進(jìn)行熱處理，以破壞產(chǎn)生的蛋白酶，促使膠體凝集而易于過濾，降溫至35℃后送下一道工序。溶液中加入大量的鹽，使原溶解的物質(zhì)析出沉淀的過程。硫酸銨是鹽析最常用的鹽，它具有鹽析效應(yīng)強(qiáng)、飽和溶液的濃度大，而且溶解度受溫度影響很小。在熱處理后冷卻到35℃的發(fā)酵液中加入硅藻土（助濾劑）過濾，將洗滌水和濾液合并，于45℃真空濃縮數(shù)倍，加硫酸銨液40%進(jìn)行鹽析，鹽析時(shí)蛋白質(zhì)沉淀析出需一段時(shí)間，所以要靜置10h，然后送入板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，取濾餅進(jìn)行烘干即得成品。本工藝采用在40℃對壓濾后的濾餅進(jìn)行鼓風(fēng)干燥，然后磨粉即得成品，整個(gè)工藝的收率為70%。根據(jù)國家食品添加劑α淀粉酶生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)GB82752009，生產(chǎn)工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表31。(3) 接種量為5%。實(shí)際上，整個(gè)過程經(jīng)發(fā)酵、提純等工序會(huì)損失一部份原料，如表32。實(shí)際應(yīng)生產(chǎn)的淀粉酶量為：1000247。%=發(fā)酵液中固形物濃度一般為5%～6%，所以發(fā)酵液的量為：247。2000= 鹽析過程硫酸銨消耗量計(jì)算發(fā)酵液過濾后，將洗滌水和過濾液合并，進(jìn)行真空濃縮到濃度為30%。生產(chǎn)1t淀粉酶所需的硫酸銨量為： 物料衡算表由上述生產(chǎn)1000kg淀粉酶的物料衡算結(jié)果，可求得1000t/a淀粉酶生產(chǎn)發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。表34 1000t/a淀粉酶生產(chǎn)發(fā)酵車間物料衡算表 單位：kg物料名稱生產(chǎn)1t淀粉酶的物料量1000t/a淀粉酶生產(chǎn)的物料量每日物料量干基質(zhì)原料量10611746發(fā)酵液量107105種子發(fā)酵液量106豆餅粉106104玉米粉106104Na2HPO4411110CaCl297880NH4Cl61420α淀粉酶1850074豆油3670硫酸銨11721064688 熱量衡算 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算(1) 加熱所需的蒸汽量W，可按下式計(jì)算：[4] 式中：G—物料流量，kg/h c—物料的比熱容，kJ/(kgK) c0—冷卻水的比熱容，kJ/(kg一般來說發(fā)酵的操作時(shí)間需要48h（其中發(fā)酵時(shí)間為42h），這樣生產(chǎn)需要的發(fā)酵罐應(yīng)為：取整后4罐。=，日運(yùn)轉(zhuǎn)。（表壓），其I=2743kJ/kg，分兩步加溫，先用板式換熱器將物料由20℃預(yù)熱到75℃，再加熱到120℃，而冷卻水的溫度由20℃升至45℃。K) —水的比熱，kJ/(kg(4) 培養(yǎng)液冷卻用水量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知，120℃的熱料先通過與生料進(jìn)行熱交換，降溫至80℃后，再用冷卻水冷卻至37℃。(5) 發(fā)酵罐空罐滅菌的蒸汽用量 發(fā)酵罐體的體積為150m3，假設(shè)罐體是由不銹鋼制造而成，(kg空罐滅菌時(shí)的蒸汽消耗量為：，耗用的蒸汽量為：每日耗用的蒸汽量為：平均耗用蒸汽量為：（6）發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量及冷卻水用量 根據(jù)部分酶制劑廠的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，104kJ/(m3150m3的發(fā)酵罐，一般裝料量是105m3，使用新鮮的冷卻水進(jìn)行冷卻，那么冷卻水的用量就可按下試進(jìn)行計(jì)算：式中：10—冷卻水進(jìn)口溫度，℃ 20—冷卻水出口溫度，℃，高峰用水量為，日用水量為：式中：—各罐發(fā)熱狀況均衡系數(shù)平均用水量為： 發(fā)液預(yù)處理熱量衡算發(fā)酵完畢后，需要對發(fā)酵液進(jìn)行熱處理，加熱溫度到55℃，維持30min，每日所消耗的蒸汽量為：平均耗用蒸汽是為： 真空濃縮的熱量衡算發(fā)酵液熱處理后，需要將發(fā)酵液進(jìn)行冷卻到40℃，假設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度是10℃，出口溫度是30℃，冷卻水用量為： 在冷卻后的發(fā)酵液中加硅藻土過濾，將洗滌水和濾液合并，于45℃進(jìn)行真空濃縮。K)故 發(fā)酵液從40℃加熱到45℃所需熱量熱量損失 總消耗熱量 濃縮過程所需要的蒸汽量為：式中：—加熱蒸汽熱焓，kg/h —加熱蒸汽冷凝水熱焓，kJ/kg 淀粉酶干燥過程的熱量衡算經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾后的濕淀粉酶含水30%左右，干燥后含水應(yīng)小于8%，用熱空氣進(jìn)行干燥。年產(chǎn)千噸淀粉酶，一班生產(chǎn)，即。K) —損失的熱量，通常為有效熱量的10%此時(shí)假設(shè)此時(shí)空氣的消耗量為：45℃[16]，那么實(shí)際消耗的空氣體積量就為：，熱損失按15%進(jìn)行計(jì)算，耗用的蒸汽量是：每天用的蒸汽量是，平均每小時(shí)用的蒸汽的量是65kg/h。表35 生產(chǎn)過程耗用的蒸汽匯總表生產(chǎn)工序日用蒸汽量t/d平均蒸汽用量t/h高峰蒸汽用量t/h培養(yǎng)基連續(xù)滅菌發(fā)酵罐空消發(fā)酵液預(yù)處理真空濃縮淀粉酶干燥合計(jì) 用水量計(jì)算 連續(xù)滅菌工序的用水量(1) 配料用水量 在制備種子罐培養(yǎng)基和發(fā)酵罐培養(yǎng)基時(shí)，需要向培養(yǎng)基中加入水，以使培養(yǎng)基的固形物濃度在5%～6%，以便發(fā)酵更好地利用營養(yǎng)物質(zhì)。 發(fā)酵工序的用水量前已計(jì)算出發(fā)酵工序的用水量是4762t/d。假設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為10℃，出口溫度為50℃，冷卻水用量為：式中：42—發(fā)酵所需的時(shí)間，h —120℃時(shí)，空氣的密度，kg/m3 —120℃時(shí)，空氣的比熱容，kJ/(kg冷卻水用量為： 清洗設(shè)備用水量每日洗滌設(shè)備及各種冷卻設(shè)備用水量及CIP清水耗水約為10t/d。但通常的設(shè)計(jì)習(xí)慣，是把種子培養(yǎng)用氣、培養(yǎng)基壓送及管路損失等算在一起，一般取這些無菌空氣消耗量之和等于發(fā)酵過程空氣消耗量的25%。則過濾耗電量為： 泵的耗電量生產(chǎn)過程中，需要用泵來輸送物料和水，物料泵4臺(tái)，清水泵4臺(tái)，平均每天工作10小時(shí)，則泵所消耗的電量為： 空氣壓縮機(jī)耗電量淀粉酶發(fā)酵生產(chǎn)是一個(gè)耗氧的過程，需要通入無菌空氣，需要空氣壓縮機(jī)進(jìn)行空氣輸送，需要空氣壓縮機(jī)4L40/，其功率為130KW，則空氣壓縮機(jī)耗電量為： 照明用電估算照明燈為200W，燈泡10只，每天14h，白天有5只燈工作，平均工作2h，則用電量為： 每天總耗電量每天總耗電量為：4 設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定用枯草芽孢桿菌BF7658生產(chǎn)淀粉酶是耗氧的，所以選擇機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐，選用100m3的發(fā)酵罐，現(xiàn)每天生產(chǎn)淀粉酶4t，發(fā)酵周期為48h，每天所需的發(fā)酵液量為：式中：—發(fā)酵液的相對密度假設(shè)發(fā)酵罐的裝料系統(tǒng)數(shù)，每天發(fā)酵需要的發(fā)酵罐總體積為V0，側(cè)總體積為：發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定，公稱體積為100m3的發(fā)酵罐，總體積為118m3[13]，則發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)：式中：—發(fā)酵周期，h —發(fā)酵罐總體積，m3取公稱體積為100m3發(fā)酵罐6個(gè)，其中一個(gè)留作備用。 發(fā)酵罐尺寸的確定 發(fā)酵設(shè)計(jì)為圓柱橢圓形封頭發(fā)酵罐，材質(zhì)選用不銹鋼板，型號(hào)為304，取罐的徑高比為 H:D=2:1[13]橢圓形封頭體積：式中：—橢圓封頭的直邊高度，m —橢圓短半軸長度，標(biāo)準(zhǔn)橢圓故發(fā)酵罐的全體積為：封頭折邊忽略不計(jì)，以方便計(jì)算，則故 取，查表可知封頭高： 封頭容積 圓柱部分的容積驗(yàn)算全容積 符合設(shè)計(jì)要求可行。淀粉酶發(fā)酵過程中，6000kJ/(m3 采用豎式列管換熱器，經(jīng)查表，總傳熱系數(shù)K=500kJ/(m2℃)[10]，主發(fā)酵期控制發(fā)酵溫度t在37℃，冷卻水進(jìn)口溫度t1為10℃，出口溫度t2為20℃。由于淀粉酶發(fā)酵過程有中間補(bǔ)料操作，對混合要求較高，因此選用六彎葉渦輪攪拌器。種子培養(yǎng)14h左右，輔助操作時(shí)間6h，生產(chǎn)周期大約為20h，所以3個(gè)種子罐能滿足實(shí)際生產(chǎn)。取徑高比為H:D=2:1，則種子罐的總?cè)莘e為：取D=，則H=2D=3m查表可知，封頭高罐體總高單個(gè)封頭容積封頭表面積攪拌漿直徑攪拌轉(zhuǎn)速為160r/min全容積為 過濾機(jī)的選型 硅藻土過濾機(jī)的選型每日需要過濾的發(fā)酵液量為192m3，過濾前在發(fā)酵液中加入適量的硅藻土（助濾劑），假設(shè)在5個(gè)小時(shí)內(nèi)處理完，每水時(shí)的處理量為：選擇WK500A型號(hào)的硅藻土過濾機(jī)，生產(chǎn)能力為15m3/h，外開尺寸為2450750850。 板框壓濾機(jī)的選型鹽析后的溶液通入到板框壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾，獲得濾餅，其固形物濃度為30%，其含水量為30%，濕濾渣的體積為：式中：—濃度為70%時(shí)的相對密度發(fā)酵液的體積為：式中：—濃度為30%時(shí)的相對密度選擇XYJ800型過濾面積為80m2的板框壓濾機(jī)，其濾室溶積為1200L，濾板厚度為60mm，濾室80個(gè)。 真空濃縮鍋的設(shè)計(jì) 濃縮鍋直徑的計(jì)算濃縮鍋直徑：式中：D—單位時(shí)間內(nèi)二次蒸汽流量，kg/h V0—二次蒸汽比體積，m3/kg W0—自由截面的二次蒸汽流速，m/s式中：ρ—二次蒸汽密度，kg/m3查表可知45℃時(shí)，蒸汽的密度[17]故濃縮鍋的直徑為 濃縮鍋高度計(jì)算蒸發(fā)空間的容積式中：δ—允許的蒸發(fā)體積強(qiáng)度式中：—修正系數(shù)，取a=以夾層鍋使用蒸汽壓力為參照，取故蒸發(fā)空間的容積為：蒸發(fā)室（濃縮鍋）的截面積：濃縮鍋高度：考濾清洗及維修，取H= 無菌空氣設(shè)備的選型 空氣壓縮機(jī)的選型(1) 生產(chǎn)能力 全車間每天有3個(gè)發(fā)酵罐在進(jìn)行發(fā)酵，每臺(tái)發(fā)酵罐的裝液量是70m3，有3個(gè)種子罐。則工作狀態(tài)最大通風(fēng)量為：換算成20℃，：，則需風(fēng)量為(2) 壓頭計(jì)算 總過濾器阻力，分過濾器阻力，液深阻力，其他阻力，則總阻力為：，則(3) 設(shè)備選型 查相關(guān)設(shè)備手冊選設(shè)備，考慮到往復(fù)式空壓價(jià)