年產(chǎn)300噸纖維素酶工廠的初步設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　年產(chǎn)300噸纖維素酶工廠的初步設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　纖維素是年產(chǎn)量巨大的可再生性資源，地球上每年光合作用生成的上億噸生物質(zhì)中，纖維素占了近一半。目前，自然界中纖維素只有一小部分得到了利用，絕大多數(shù)纖維素不僅被白白浪費，而且還會造成環(huán)境污染。利用這一年產(chǎn)量巨大的可再生性資源將其轉(zhuǎn)化為人類急需的能源、

2、食物和化工原料，對于人類社會的可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的意義。</p><p>　　本設(shè)計采用目前認(rèn)為是最好的產(chǎn)纖維素酶的菌種里氏木霉作為發(fā)酵菌種，液體深層發(fā)酵過程中采用變溫發(fā)酵的方法分別控制菌種的生長和產(chǎn)酶，提取過程中采用超濾、層析等，提高產(chǎn)品的收率。最后采用噴霧干燥做成固態(tài)的酶制劑。</p><p>　　本設(shè)計的主要內(nèi)容有：工廠總平面布置、全廠工藝流程設(shè)計、工藝計算、設(shè)備的計算與選型、

3、成本核算；另外，完成設(shè)計圖紙8張，有工廠總平面布置圖、工藝流程圖（3張）、發(fā)酵罐設(shè)計圖、種子罐設(shè)計圖、發(fā)酵車間設(shè)備布置圖（平面圖和立面圖）。根據(jù)全廠工藝設(shè)計和計算結(jié)果可以看出，該設(shè)計能夠達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：纖維素酶； 液體深層發(fā)酵； 里氏木霉</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　

4、　Cellulose is a kind of reproducible resource of great output, it takes about a half of the hundred million biomaterial making by photosynthesis. Presently, only a few cellulose are utilized, most of cellulose are wasted

5、 and pollute environment. It is of great importance to transfer these resource to energy ,food, and so on. </p><p>　　This design adopt Trichoderma reesei which produce cellulase best. During the liquid subme

6、rged fermentation course we chang the temperature in order to control the growth that germ grows and produce cellulase respectively. Ultrafiltration and chromatography are used In the extrace process for improve the yiel

7、d. In the end we make solid zymin by spray dring .</p><p>　　The design mainly include the contents hereinafter: the layout of the whole factory ,the craft argumentation of the whole factory，the calculation o

8、f the craft，the calculation and type choosing of main equipments, the calculation of the costs. And design 8 charts , that are the layout of the whole factory, the design of the craft process(3), the design of the fermen

9、tation pot, the design of seeding tank, the lay out for equipments of the fermentation workplace(ichnography and space).According to </p><p>　　Keywords: Cellulase; liquid submerged fermentation;; Trichoderma

10、 reesei</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1纖維素酶簡介1</p><p>　　1.2纖維素酶的研究狀況1</p><p>　　1.2.1國外研究概況2</p>

11、;<p>　　1.2.2國內(nèi)研究概況3</p><p>　　1.3 纖維素酶的應(yīng)用4</p><p>　　1.3.1 纖維素酶在果實和蔬菜加工上的應(yīng)用4</p><p>　　1.3.2 纖維素酶在醬油釀造上的應(yīng)用4</p><p>　　1.3.3 纖維素酶在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用5</p><p>　

12、　1.3.4纖維素酶在飼料上的應(yīng)用5</p><p>　　1.3.5在麻棉混紡織物后整理中的應(yīng)用6</p><p><b>　　1.3.6其它6</b></p><p>　　1.4纖維素酶的發(fā)展前景6</p><p>　　1.5纖維素酶的生產(chǎn)6</p><p>　　1.5.1固體發(fā)酵生產(chǎn)

13、纖維素酶6</p><p>　　1.5.2液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶7</p><p>　　1.5.3固定化酶和細(xì)胞9</p><p>　　1.6目前國內(nèi)的有關(guān)情況9</p><p>　　1.6.1國內(nèi)的需求情況9</p><p>　　1.6.2主要技術(shù)指標(biāo)9</p><p>　　1.

14、6.3國內(nèi)幾大生產(chǎn)廠家10</p><p>　　1.7本設(shè)計的目的和內(nèi)容10</p><p>　　1.7.1本設(shè)計的目的10</p><p>　　1.7.2本設(shè)計的主要內(nèi)容10</p><p>　　2 全廠工藝流程及論證12</p><p>　　2.1無菌空氣工藝論證12</p><p

15、>　　2.1.1無菌空氣制備系統(tǒng)工段工藝論證12</p><p>　　2.2發(fā)酵工段工藝論證13</p><p>　　2.2.1發(fā)酵工藝流程13</p><p>　　2.2.2菌種選取13</p><p>　　2.2.3培養(yǎng)基14</p><p>　　2.2.4生產(chǎn)方法14</p>&l

16、t;p>　　2.2.5發(fā)酵過程的控制14</p><p>　　2.3后提取工段工藝論證15</p><p>　　2.3.1后提取工藝流程15</p><p>　　2.3.2提取方法論證15</p><p>　　3 纖維素酶的工藝計算18</p><p>　　3.1物料衡算18</p>

17、<p>　　3.1.1工藝指標(biāo)18</p><p>　　3.1.2發(fā)酵工段的物料衡算18</p><p>　　3.1.3提取工段的物料衡算19</p><p>　　3.2熱量衡算20</p><p>　　3.2.1蒸氣消耗計算20</p><p>　　3.3水平衡計算22</p>&

18、lt;p>　　3.3.1種子罐冷卻水22</p><p>　　3.3.2發(fā)酵罐冷卻水22</p><p>　　3.4無菌空氣衡算22</p><p>　　3.4.1發(fā)酵罐通風(fēng)量的計算22</p><p>　　3.4.2種子培養(yǎng)基等其他無菌空氣耗量22</p><p>　　3.4.3發(fā)酵車間高峰無菌空氣消

19、耗量：22</p><p>　　3.4.4發(fā)酵車間年用氣量：22</p><p>　　4 纖維素酶發(fā)酵工段的設(shè)備選型與計算24</p><p>　　4.1發(fā)酵罐設(shè)備選型與計算24</p><p>　　4.1.1發(fā)酵罐的選型24</p><p>　　4.1.2生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定24</p>

20、;<p>　　4.1.3發(fā)酵罐基本尺寸確定24</p><p>　　4.1.4冷卻面積的計算25</p><p>　　4.1.5蛇管設(shè)計27</p><p>　　4.1.6壁厚計算29</p><p>　　4.1.7攪拌器計算29</p><p>　　4.1.8攪拌軸功率計算30</p&

21、gt;<p>　　4.1.9接管設(shè)計32</p><p>　　4.1.10傳動裝置設(shè)計33</p><p>　　4.1.11發(fā)酵罐支座選擇33</p><p>　　4.2種子罐的設(shè)備選型與計算33</p><p>　　4.2.1種子罐的選型33</p><p>　　4.2.2種子罐容積和數(shù)量確定

22、33</p><p>　　4.2.3主要尺寸確定34</p><p>　　4.2.4冷卻面積的計算34</p><p>　　4.2.5設(shè)備材料選擇35</p><p>　　4.2.6壁厚計算35</p><p>　　4.2.7種子罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的工藝計算36</p><p>　　4.2.

23、8支座選型38</p><p>　　4.3空氣過濾器設(shè)備選型與計算38</p><p>　　4.3.1種子罐分過濾器38</p><p>　　4.3.2發(fā)酵罐分過濾器39</p><p>　　4.4無菌空氣制備工藝設(shè)備選型與計算40</p><p>　　4.4.1工藝流程40</p><

24、p>　　4.4.2空氣狀態(tài)的確定41</p><p>　　4.4.4儲罐41</p><p>　　4.4.5一級冷卻裝置42</p><p>　　4.4.6旋風(fēng)分離器47</p><p>　　4.4.7二級冷卻器48</p><p>　　4.4.8絲網(wǎng)除霧器50</p><p>

25、;　　4.4.9加熱器50</p><p>　　4.4.10總過濾器52</p><p>　　4.5提取工段設(shè)備計算及選型53</p><p>　　4.5.1提取工段工藝流程53</p><p>　　4.5.2提取工段設(shè)備選型53</p><p>　　5 全廠布置的說明55</p><

26、p>　　5.1工廠總平面布置55</p><p>　　5.1.1總平面布置依據(jù)55</p><p>　　5.1.2.布置原則：55</p><p>　　5.1.3布置說明55</p><p>　　5.1.4車間布置設(shè)計56</p><p>　　5.1.5設(shè)計遵循的原則：56</p>&l

27、t;p>　　5.1.6本設(shè)計的車間布置說明58</p><p>　　6 經(jīng)濟核算60</p><p>　　6.1投資估算60</p><p>　　6.1.1設(shè)備投資60</p><p>　　6.1.2土建投資60</p><p>　　6.1.3全廠總投資61</p><p>

28、　　6.2成本計算61</p><p>　　6.2.1主要成本計算61</p><p>　　6.2.2煤耗61</p><p>　　6.2.3水、電耗61</p><p>　　6.2.4折舊費及其他費用62</p><p>　　6.2.5全廠人員安排62</p><p>　　6.2.

29、6全廠每年銷售成本62</p><p>　　6.2.6全年凈收入63</p><p><b>　　7 結(jié)論64</b></p><p><b>　　參考文獻65</b></p><p><b>　　附錄68</b></p><p><b

30、>　　英語翻譯76</b></p><p><b>　　英文原文76</b></p><p><b>　　中文譯文84</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1纖維素酶簡介</b>&

31、lt;/p><p>　　纖維素作為植物光合作用的主要多糖類產(chǎn)物,是地球上最為豐富的可再生性天然資源。據(jù)估計,地球纖維素每年通過光合作用的更新量約為4. 0×1010噸,Liitzen 等在1983 年推算出纖維素的合成速率相當(dāng)于全人類每人每天70 千克,這一驚人的結(jié)果足以顯示其對整個人類的價值所在。然而,目前約80 %未被開發(fā)利用,具有極為誘人的前景。對纖維素的深入研究和利用必將是解決當(dāng)前世界許多國家普遍面

32、臨的糧食,飼料和能源短缺及環(huán)境污染等問題的一條有效途徑,并已成為21 世紀(jì)各國共同關(guān)注的一項重大課題。</p><p>　　植物纖維素的高聚合度、毛細(xì)管結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素和半纖維素所形成的保護層及其超分子結(jié)構(gòu)中具有高結(jié)晶度(crystallinity index) 的結(jié)晶區(qū)存有大量氫鍵(包括分子鏈內(nèi)、鏈間及分子鏈與表面分子之間形成的氫鍵) 是造成纖維素難以被利用的根本原因。從高效和環(huán)保的角度出發(fā),纖維素被徹底分解而無污

33、染的一條有效途徑便是利用纖維素酶(cellulase) 的水解作用?？墒?當(dāng)前纖維素酶的高昂費用是其難以在工業(yè)上被推廣應(yīng)用的主要因素。過去的一些研表明,對含纖維素物質(zhì)進行一定的前處理 (方法主要有球磨法,汽爆法,γ射線照射法,酸堿法和氧化法等) ,但僅是在較低的程度上提高了纖維素酶的水解效率。一些高產(chǎn)菌株的獲得,在目前條件下也難以大幅度降低纖維素酶的成本。還需要在這方面開展更廣泛而深入地研究。</p><p>　

34、　纖維素酶(cellulase)是利用產(chǎn)纖維素酶的菌株經(jīng)過固體發(fā)酵或液體深層發(fā)酵提取精制而成的液體狀酶制劑。纖維素酶由三種功能不同但又互補的酶組成,能水解天然纖維素成為葡萄糖分子。這三種酶是內(nèi)切葡聚糖(Endoglucanase.EG.EC 3.2.1.4)、外切纖維素酶(cellobiohydrolase. CBH, EC 3. 2. 1. 91)和β-葡萄糖苷酶(β-Glucanases. GE, EC3.2.1.21)。木酶屬被認(rèn)

35、為是纖維素酶系最全面,分解天然纖維素活力最高的一類絲狀真菌。纖維素酶對能源危機、食品和飼料緊張及環(huán)境污染等問題的解決有積極的作用,纖維素酶的開發(fā)利用將會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟價值。</p><p>　　纖維素(cellulose )是植物細(xì)胞壁的主要成分，約占植物干重的三分之一至二分之一。世界生產(chǎn)和目前儲存的纖維素生物量比任何一種碳水化合物都要多得多，是一種十分巨大的生物質(zhì)資源，可為人類提供用之不盡的能源。但是目前這一資

36、源的利用大約不到地球上總貯存量的0.5，僅有一小部分被用于紡織、造紙、建筑、飼料、制藥、農(nóng)肥、燃料等方面，大部分未得到利用而被拋棄或焚燒，不僅造成資源的巨大浪費，而且污染環(huán)境，危害很大。如果能利用纖維素酶將大量的纖維素資源酶解成單糖，再經(jīng)發(fā)酵可生產(chǎn)出化工原料、飼料、燃料、食物和藥物等，開辟飼料、發(fā)酵工業(yè)原料和人類食品的新來源，同時還可以處理廢物、減少公害、保護環(huán)境。因此研究纖維素資源的綜合利用具有深遠(yuǎn)的意義，日益引起世界各國的關(guān)注和重視

37、。</p><p>　　1.2纖維素酶的研究狀況</p><p>　　早期就有研究表明,纖維素酶是一類胞外酶,從培養(yǎng)物濾液中就可以很容易得到。它又屬于誘導(dǎo)酶 (但在細(xì)菌方面以固有酶居多) ,在誘導(dǎo)物存在下,才能大量產(chǎn)生。纖維素酶的分泌又受分解代謝產(chǎn)物阻遏(catabolite repression) 和反饋抑制 (feedback inhibition) 兩種作用。許多不溶性的纖維素、可溶

38、性的纖維衍生物、一些低聚糖類對某些單糖和二糖均可作為纖維素酶的誘導(dǎo)物。但需要一提的是,纖維二糖、葡萄糖和甘油等低分子可溶性糖在低濃度時有促進作用而較高濃度時便開始抑制。當(dāng)然,對于不同微生物來說,同一濃度的同一物質(zhì)也可能有著不同甚至完全相反的作用。這方面的研究還甚少。</p><p>　　纖維素酶的分泌與細(xì)胞膜的通透性有著密切的關(guān)系,這是Reese 和Maguire 得出的結(jié)論,他們在綠色木霉QMa6 的培養(yǎng)基中添

39、加一定濃度的油酸鈉、亞油酸鈉、吐溫80 和蔗糖單棕櫚酯等表面活性劑,結(jié)果都大量增加了纖維素酶產(chǎn)量,且縮短了產(chǎn)酶時間。在纖維素酶的生產(chǎn)過程中,pH 值和發(fā)酵時間是關(guān)鍵。Mandles等發(fā)現(xiàn),在分批培養(yǎng)物發(fā)酵過程中,起初pH 最好是自然下降到3. 0～3. 5 ,再加控制以防止pH 降低,消耗纖維素以后自然上升,這樣有利于酶的大量分泌。連續(xù)培養(yǎng)的情況不同,保持較低pH 時,菌生長受到抑制,酶產(chǎn)量減少,而保持pH5. 0 時則可提高酶產(chǎn)量。纖

40、維素酶的發(fā)酵過程中,有分泌高峰期,且高峰期的穩(wěn)定性因培養(yǎng)基不同而有很大差異。故準(zhǔn)確控制發(fā)酵時間是纖維素酶生產(chǎn)的另一個重要參數(shù)。綜合上述,這里引發(fā)了一個新思路,就是對發(fā)酵不同階段分別進行不同控制(如pH 值、溫度、通氣量、培養(yǎng)基成分) 可能在很大程度上提高酶產(chǎn)量。</p><p>　　要獲得較高酶產(chǎn)量,發(fā)酵方法是非常重要的方面,目前生產(chǎn)纖維素酶的國家主要有日本、美國、德國和荷蘭。日本過去多用固體曲生產(chǎn),后來由于這種

41、方法難于監(jiān)控,某些組分常常吸附于固體殘余物上,增加了提取難度,不利于現(xiàn)代化流水作業(yè),于是不少改為液體深層發(fā)酵。美國一直都是使用這種方法,并在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了流加培養(yǎng)法、分批發(fā)酵法、連續(xù)發(fā)酵法、二次發(fā)酵法以及細(xì)胞循環(huán)法等等?；旌衔⑸锇l(fā)酵法是纖維素酶生產(chǎn)中的又一新途徑。因不同真菌的纖維素酶系在各組分均衡性方面有互補的現(xiàn)象。木霉纖維素酶系中含有較多的CBH 和EG,缺少βG,而另一類真菌如黑曲霉、海棗曲霉( A .phoenicus ) 和可

42、可球二孢( Bot ryodi plodic theobromoe ) 形成的纖維素酶系卻以βG為主。故以微生物生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ),將以上兩類菌混合在一起發(fā)酵,尋求二者均能大量分泌纖維素酶的發(fā)酵方法和條件,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高效的混合纖維素酶,目前只有極少關(guān)于這方面的淺層研究。 </p><p>　　1.2.1國外研究概況</p><p>　　1906年Seilliere發(fā)現(xiàn)蝸牛的消化液能夠水解棉花纖維

43、素并產(chǎn)生葡萄糖，這是人類首次發(fā)現(xiàn)纖維素酶。隨后他的工作于1913年得到Alexandrowicz的證實。1933年Grassman等研究了一種真菌的纖維素酶系，分辨出兩個組分，這是首次從真菌中分離出纖維素酶。四、五十年代，以美國陸軍Natick研究發(fā)展中心為代表的世界許多研究機構(gòu)開始從不同方面對此進行了艱苦而卓有成效的探索，對產(chǎn)生纖維素酶的微生物進行了大量分離篩選工作，建立起較為完整的分離篩選方法。</p><p&g

44、t;　　1950年Reese等提出纖維素酶作用方式的G-Cx假說以后，開始轉(zhuǎn)入纖維素酶的基礎(chǔ)研究，包括纖維素酶的性質(zhì)、作用方式、培養(yǎng)條件和活力測定方法等等。六十年代以后，由于分離技術(shù)的發(fā)展，推動了纖維素酶的分離純化工作，對纖維素酶的組分、作用方式以及誘導(dǎo)作用等方面的研究進展比較快:并且實現(xiàn)了纖維素酶制劑的工業(yè)生產(chǎn);在應(yīng)用上也取得了一定成績。早在1967脾國外專利中就提出了用纖維素酶來消除棉織物上出現(xiàn)的微纖維(絨毛小球)的想法.但這個想法

45、一直未能實現(xiàn)。直到1985年，采用腐殖根霉(Humicola insolens)發(fā)酵的方法，制得了世界上第一個洗滌劑用的纖維素酶，其產(chǎn)品命名為Cellulaseo 1987年又推出了一種細(xì)菌纖維素酶(Bacterial CeIlulase)，并成功地用于Attack洗衣粉。從此，纖維素酶也就正式加入了洗滌劑酶的行列。</p><p>　　從上世紀(jì)八十年代開始，隨著分子生物學(xué)和基因工程的發(fā)展，人們開始利用基因工程的

46、方法對纖維素酶基因進行克隆和一級結(jié)構(gòu)的測定，利用遺傳工程從分子生物學(xué)水平對纖維素酶生產(chǎn)菌株進行誘變育種，并對纖維素酶蛋白質(zhì)的氨基酸序列及其分離純化等方面進行了深入細(xì)致的研究。到目前為止，在SWISS-PROT蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中，已有140個內(nèi)切酶，19個外切酶和102個Q_葡萄搪普酶的全序列;1988年開始利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)及蛋白質(zhì)工程的方法對纖維素酶分子的結(jié)構(gòu)和功能進行研究，包括纖維素酶結(jié)構(gòu)域的拆分與解析、功能性氨基酸的確定、水解的雙置換機制

47、的確立、以及分子折疊和催化機制關(guān)系的探討。然而由于纖維素酶蛋白結(jié)晶困難，現(xiàn)在關(guān)于纖維素酶分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究進展仍比較緩慢。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)研究概況</p><p>　　我國纖維素酶的研究開始于20世紀(jì)60年代初。幾十年來，北京、上海、成都、無錫、廣東、山東、浙江等地的大專院?？蒲性核M行了纖維素酶的研究工作，選育出一批纖維素酶菌種。如1968年北京選育出一批纖維素

48、酶菌種;1970年后中國科學(xué)院上海植物生理研究所等單位利用誘變方法獲得了產(chǎn)酶能力較高的變異株，并進行了生產(chǎn)試驗。</p><p>　　70年代后，繼續(xù)進行纖維素酶產(chǎn)生菌的誘變與選育工作，并對各種微生物來源的纖維素酶組分進行分離純化、結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)的研究;關(guān)于纖維素酶的特性、作用機理、培養(yǎng)條件、應(yīng)用試驗等方面的報道文獻也較多，如王景林等在吸收國內(nèi)外經(jīng)驗的基礎(chǔ)土，先后引進綠色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15,

49、E曲霉XX-15A，在此基礎(chǔ)上采用了紫外線特定電磁波輻射，線性加速器，亞硝基皿等物理化學(xué)的誘變方法獲得了高產(chǎn)菌株NT15-H，NT15HXT-15H,XT-15H10。其中木霉NT-15H固體培養(yǎng)活力經(jīng)輕工業(yè)部食品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心南京站檢側(cè)表明己達(dá)到國際先進水平;王成華等采用里氏木霉A3，進行紫外線和業(yè)硝基呱復(fù)合誘變后，得到了產(chǎn)纖維素酶活力較高的里氏木霉91一菌株;張中良采用均勻設(shè)計研究了影響綠色木霉生產(chǎn)纖維素酶的主要因素，他采用了淺

50、盤固體發(fā)酵，得出了綠色木霉生產(chǎn)纖維素酶的最佳條件;張荃花等以康氏木霉為菌種進行固體發(fā)酵，首先對菌種進行了誘變，并利用酵母菌與康氏木霉間的徽生態(tài)關(guān)系進行混合發(fā)酵，防止了“白毛菌”的污染，提高了酶活力;陳春洪等以稻草、花生殼為主要碳源，研究了里氏木霉GAB的產(chǎn)酶條件。尹清強等在黑白</p><p>　　從80年代后期開始有不少的國內(nèi)學(xué)者對纖維素酶進行基因結(jié)構(gòu)與遺傳重組方面的研究。如汪天虹等人用鳥槍法從野油菜黃單胞菌S

51、152中克隆到的內(nèi)切纖維素酶基因，在大腸桿菌中得以表達(dá);從微紫青霉中克隆到的CBHI基因在體外無細(xì)胞系統(tǒng)中表達(dá);從瑞氏木霉DNA文庫中克隆到的內(nèi)切葡纖維素酶III基因在釀酒酵母中表達(dá):肖志壯等從里氏木霉DNA文庫中分離得到了內(nèi)切葡聚搪酶侄。玲列，將其重組到釀酒酵母H158中得到表達(dá);王建榮等以噬菌體lambds EMBL3 DNA為載體，通過克隆綠色木酶(Trichoderma viride)高分子量基因組DNA的部分酶解片段，并將重組

52、分子進行體外包裝后侵染E.coli K802，由此構(gòu)建了綠色木霉基因文庫（ta-ie}中科院微生物研究所還專門成立了纖維素酶研究的課題組，通過收集文獻與實驗數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)理論的研究。20世紀(jì)80年代中期上海就生產(chǎn)出纖維素酶。20世紀(jì)90年代初黑龍江省海林市萬力達(dá)集團公司首條年產(chǎn)2000t的纖維素酶生產(chǎn)線投產(chǎn)，但迄今為止，我國規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶至今仍未解決，形成不了大批量生產(chǎn)，滿足不了市場的需要。因此，丹麥諾和諾德公司的酶制劑產(chǎn)品占領(lǐng)了我國絕

53、大部</p><p>　　1.3 纖維素酶的應(yīng)用</p><p>　　1.3.1 纖維素酶在果實和蔬菜加工上的應(yīng)用</p><p>　　在果實和蔬菜加工過程中為了使植物組織軟化膨潤，一般用過度的加熱蒸煮，酸堿處理等，這樣就使果蔬的香味和維生素?fù)p失大。用纖維素酶進行菜的軟化可避免上述缺點。另外，可以用纖維素酶分解果實和蔬菜，這樣制成的果醬口感好。也可用纖維素酶分解蘑菇

54、，制造一種新調(diào)味料。在糖漬果品加工中最近也用纖維素酶取得很好的結(jié)果，用砂糖漬果實時，砂糖要通過細(xì)胞壁慢慢浸人果實中，這樣就需要幾天的時間，若是用纖維素酶破壞細(xì)胞后，在短時間內(nèi)即可浸透進去。椰子餅中含有很高的蛋白質(zhì)和脂肪，糖類含量也很高，但是卻不能作為糧食使用，因其纖維素含量較高，所以要用纖維素酶分解纖維素。其酶解工藝如下：首先把椰子餅加一定量水蒸煮后，加人纖維素酶，pH4．5，40℃振蕩，48h后過濾，濾液濃縮噴霧干粉，此粉含有脂肪、糖

55、、蛋白質(zhì)。纖維素大部分被分解，分解率為50％ ，最高時達(dá)80％，這樣椰子餅用纖維素酶分解后就可作為食物。</p><p>　　1.3.2 纖維素酶在醬油釀造上的應(yīng)用</p><p>　　醬油是大豆蛋白酶水解產(chǎn)物。在酶解過程伴有一系列的發(fā)酵過程，為醬油增加了特有的香氣和風(fēng)味。醬油的釀造中蛋白酶的活力要強，為使大豆蛋白從組織中充分裸露，添加的植物崩裂酶活力(果膠酶、半纖維素酶，纖維素酶等)也要

56、高。醬油釀造主要利用蛋白酶、淀粉酶等酶類對原料進行酶解，若再使用纖維素酶，使大豆等原料的細(xì)胞膜膨脹軟化破壞，使包藏在細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、碳水化合物釋放，這樣就可以縮短釀造時間，提高產(chǎn)率，同時還提高品質(zhì)，使氨基酸還原糖含量增加。以78B2為菌種制曲，在醬油釀造人池時，加人1％一般可使醬油產(chǎn)量增加5％左右，而且成品醬油中還原糖增加，醬香味明顯提高。</p><p>　　1.3.3 纖維素酶在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用</p&

57、gt;<p>　　纖維素酶應(yīng)用于酒精生產(chǎn)提高原料出酒率的主要依據(jù)是：第一，薯干、玉米、高粱、木薯等淀粉質(zhì)原料中含有1％ ～3％的纖維素和半纖維素，在纖維素酶的作用下轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，使原料中可利用的碳源增加，出酒率提高；第二，纖維素酶對纖維的降解作用，破壞間質(zhì)結(jié)構(gòu)壁的結(jié)構(gòu)，使其包含的淀粉釋放出來，利于糖化酶作用，從而可提高原料的淀粉利用率；第三，降低粉漿、蒸煮醪和糖化醪的粘度，利于醪液的輸送和濃醪發(fā)酵的順利實施。</

58、p><p>　　將纖維素酶應(yīng)用于釀酒，每100Kg原料可增加出酒量10-15Kg，節(jié)糧20％ ，酒昧醇香，雜醇油含量低；白酒釀造所用原料中纖維含量較大，使用纖維素酶后，可同時將淀粉和纖維素轉(zhuǎn)化為糖，再經(jīng)酵母分解全部轉(zhuǎn)化為酒精，提高出酒率3％～5％，酒體質(zhì)量純正，淀粉和纖維利用率高達(dá)90％。在生產(chǎn)上應(yīng)用纖維素酶出具有提高發(fā)酵率，縮短發(fā)酵時間的效果。</p><p>　　然而，纖維素酶在酒精生產(chǎn)中

59、的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有完善，許多廠的應(yīng)用效果并不理想。目前存在的主要問題有：一是纖維素酶的活力較低，單位酶活力的生產(chǎn)成本較高，使得其在酒精廠中的應(yīng)用與推廣受到限制；二是酶活力的單位不統(tǒng)一，許多纖維素酶產(chǎn)品其標(biāo)明的活力單位達(dá)10000-30000u／g，但“u”的具體單位和測定酶活力的底物不詳，使其應(yīng)用缺乏依據(jù)；三是纖維素酶在酒精生產(chǎn)中應(yīng)用的工藝條件有待于進一步研究。</p><p>　　1.3.4纖維素酶在飼料上的應(yīng)用&l

60、t;/p><p>　　畜禽飼料中含有大量的纖維素，除某些反芻動物具有分解纖維素能力外，大部分畜禽不具此能力?。纖維素酶是畜牧業(yè)中的一種新型飼料添加劑，能夠分解結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維索，生成易消化物質(zhì)葡萄糖，摧毀細(xì)胞壁釋放內(nèi)容物，便于動物消化吸收。能夠為畜禽體內(nèi)增加和補充各種消化酶，強化消化系統(tǒng)的酶解功能，增進食欲，促進生長發(fā)育。為了提高飼料的消化率，在配合飼料中添加極少量纖維素酶(一般在0．1％ ～0．3％)即可收到顯著效果

61、。當(dāng)用纖維素酶制劑作用裸麥、大麥、玉米時，可使糖的總氮量明顯增加。</p><p>　　在青貯飼料中加纖維素酶使纖維素分解促進乳酸發(fā)酵，這樣處理后的青貯飼料，比對照柔軟，曲香味明顯提高，酸度和還原物質(zhì)隨纖維素減少而增加。另外加纖維素后，由于纖維素被消化，乳酸發(fā)酵提高，貯存性能也提高。在飼料中添加纖維素酶后，喂幼雞、仔豬及一般虛弱動物時，喂養(yǎng)效果明顯，喂蛋雞可提高產(chǎn)卵量，喂乳牛時，不僅可以使體重增加，而且提高產(chǎn)乳量

62、。</p><p>　　1.3.5在麻棉混紡織物后整理中的應(yīng)用</p><p>　　天然纖維如棉、麻等紡織品具有較強的吸濕、透氣性，倍受消毒者青睞。但棉、麻及其混紡布料上存在細(xì)毛，與皮膚接觸時會產(chǎn)生刺癢感，因此近幾年來，利用纖維素酶進行生物整理越來越受到紡織界的重視。利用纖維素酶進行酶處理，能使麻、棉表面剝離和縱向復(fù)合細(xì)胞間層侵蝕，使纖維梢絲束化或脫落，能極大地降低對皮膚的刺癢，提高棉麻織

63、物的服用性能及產(chǎn)品的檔次。</p><p><b>　　1.3.6其它</b></p><p>　　纖維素酶還廣泛應(yīng)用于地質(zhì)鉆井中，其洗井用量為0 l～l kg／m~孔段體積，它能在靜壓下使淤塞在井壁內(nèi)沖洗液中的魔芋聚糖催化水解為單糖，快速恢復(fù)巖層的透水性質(zhì)，提高洗并質(zhì)量。此外，利用纖維素酶生產(chǎn)的洗滌劑可作為降硬劑使用，它是一種具有高活性纖維素酶的濃縮洗滌劑組合物，性

64、能極佳。除此之外，纖維素酶在造紙、環(huán)保、草藥提取等方面也得到了一定的應(yīng)用。</p><p>　　1.4纖維素酶的發(fā)展前景</p><p>　　纖維素酶具有廣闊的應(yīng)用前景， 當(dāng)前只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家擁有纖維素酶的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)，產(chǎn)品的壟斷造成市場價格奇高不下。國內(nèi)生產(chǎn)廠家少、生產(chǎn)規(guī)模小，應(yīng)用技術(shù)尚需進一步攻關(guān)，產(chǎn)品供應(yīng)以進口為主，供需矛盾較大。建設(shè)纖維素酶裝置，可滿足市場需求．同時可以充分利用秸

65、桿改善環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益 我們相信 隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的進展，纖維素酶工藝的發(fā)展將提高到一個新的水平。</p><p>　　21世紀(jì)是知識經(jīng)濟時代，隨著人們對纖維素酶研究工作的深人，纖維素酶必將在食品，飼料，環(huán)境保護，能源和資源開發(fā)等各個領(lǐng)域中發(fā)揮越來越大的作用。如何加大對纖維素酶研究和開發(fā)的科技投人和經(jīng)費投人，改變目前規(guī)范小，工藝、設(shè)備落后、菌種酶活低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)技術(shù)水平低下的現(xiàn)狀，盡快采用

66、各種行之有效的高新技術(shù)，發(fā)展具有中國自己知識產(chǎn)權(quán)的新酶種、新產(chǎn)品、新劑型、滿足市場的需求，是當(dāng)務(wù)之急。</p><p>　　1.5纖維素酶的生產(chǎn)</p><p>　　纖維素酶的生產(chǎn)和其它酶制劑一樣，主要有固體發(fā)酵和液體深層發(fā)酵兩種，國內(nèi)外在這方面做了許多有價值的工作。</p><p>　　1.5.1固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶</p><p>　　張

67、中良等(1997)采用均勻設(shè)計研究了綠色木霉1號固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的條件。施安輝等(1997)以綠色木霉為菌種，用熬皮和谷糠做碳源，固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，并研究了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。王景林等(1996)將野生型康氏木霉854-B2經(jīng)多種理化誘變因子及空間微重力輻射等因素處理，選育到1株高活力纖維素酶突變株B-7，研究了固體發(fā)酵培養(yǎng)的最佳條件。趙小立等(1996)采用銅蒸氣激光對黑曲霉誘變處理，篩選到纖維素酶高產(chǎn)菌株，用稻草鼓皮固體培

68、養(yǎng)基，28℃發(fā)酵培養(yǎng)4d,每克濕曲的最高酶活:CMC酶活為2839mg葡萄糖/Ig.h}濾紙酶活為299mg葡萄糖lg.h.一葡萄糖普酶活為1091 mg葡萄糖//g.h。烏敏辰等((1997)研究了黑曲霉DM-1以粗纖維原料的固體培養(yǎng)發(fā)酵。烏腸敏辰等(1998)以里氏木霉WXR-8為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外和亞硝基呱誘變處理后，得到一株抗纖維二糖阻遏突變株RM-27，得到了其固體發(fā)酵的最佳條件。段金柱等(2000)對綠色木霉產(chǎn)纖維素酶固體發(fā)酵

69、和液體發(fā)酵進行了比較研究，結(jié)果顯示:固體發(fā)酵產(chǎn)率比液體發(fā)酵產(chǎn)率高25，且酶組分比例高于液體發(fā)酵。吳克等以綠色木霉為實驗</p><p>　　1.5.2液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶</p><p>　　采用固體發(fā)酵雖然有許多優(yōu)越之處，但仍存在發(fā)酵水平不穩(wěn)定，不適于大規(guī)模生產(chǎn)等弊端，因此對纖維素酶液體深層發(fā)酵的研究很有意義，國內(nèi)外許多學(xué)者在這方面做了大量的工作。梁霆等(1997)選育青霉菌(Pem

70、icillum sp.)用于纖維素酶液體深層發(fā)酵條件和生產(chǎn)工藝的研究，探討了纖維素酶一級和三級液體培養(yǎng)的條件。余曉斌等(1998)研究了增強里氏木霉RutC-30產(chǎn)纖維素酶的方法。管斌等(2000)利用紫外線、亞硝基呱等對里氏木霉進行誘變處理，選育得到一株抗分解阻遏的突變株，液體發(fā)酵使其纖維素酶活力提高了3倍。余曉斌等(1998)通過比較，篩選出里氏木霉Rut-c30，采用Avicel與鼓皮復(fù)合物碳源，使KHZP04-KZHPO;緩沖系

71、統(tǒng)控制發(fā)酵液pH, 28℃搖瓶發(fā)酵6d，最高酶活達(dá)到CMC酶100-125U/mL，</p><p>　　FPA9-12U/mL。余曉斌等(1999)還采用里氏木霉RutC-30，對2.5L罐分批和流加發(fā)酵產(chǎn)酶條件及其優(yōu)化進行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)高菌體量是獲得纖維素酶高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。李忠興等(1999)以康寧木霉T215為生產(chǎn)菌，在30t氣升式發(fā)酵罐中進行了液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的擴大實驗。陳慶森等(1999)

72、系統(tǒng)地研究了高產(chǎn)纖維素酶生產(chǎn)菌里氏木霉TB9701與飼料酵母混合共發(fā)酵玉米秸桿粉合成菌體蛋白質(zhì)和利用纖維素的關(guān)系，優(yōu)選出一條最佳的共發(fā)酵工藝途徑和條件。譚宏等(1996)在搖瓶試驗的基礎(chǔ)上，采用里氏木霉HC-415菌株進行了SL自控罐產(chǎn)纖維素酶深層發(fā)酵試驗。林開江等(1998)將30%玉米粉用0.32-0.4%的HCI在12℃-128℃水解縮合反應(yīng)2h后，稀釋5倍作為纖維素酶發(fā)酵碳源，研究了液體發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的工藝。王遂等(1998)在

73、實驗室搖瓶實驗的基礎(chǔ)上，進行了纖維素酶的二級和三級液體深層發(fā)酵的工業(yè)生產(chǎn)性試驗。郝志軍等研究了青霉NXP25生產(chǎn)纖維素酶的發(fā)酵條件，</p><p>　　到一株綠色木霉，初步研究了其發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的條件及酶學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加蝸牛酶可以提高纖維素酶的分泌量(張培德等，2000)。Romero等(1999)以粗糙鏈抱霉(Neurospora crassa)為菌種，將麥桿磨碎過篩作為主要碳源，研究了麥桿濃

74、度、溫度和初始pH對葡聚糖內(nèi)切酶、葡聚糖外切酶和ß一葡萄糖昔酶活性的影響，同時對胞外和菌體中蛋白質(zhì)含量也進行了觀察，發(fā)現(xiàn)菌體生長和產(chǎn)酶的培養(yǎng)條件不同，在培養(yǎng)基中加入蛋白酶抑制劑，可以避免纖維素酶在發(fā)酵過程中的較大波動。Domingues等(2000)研究了里氏木霉RutC-30在液體搖瓶培養(yǎng)時的形態(tài)，也探討了培養(yǎng)基組成和接種量對菌絲形態(tài)和纖維素酶產(chǎn)量的影響。Svetlana Velkovska等研究了里氏木霉Rut C-30生

75、產(chǎn)纖維素酶的條件，并建立了纖維素酶分批發(fā)酵的動力學(xué)模型(Svetlana Velkovska et al. ,1997)。有人采用里氏木霉作為發(fā)酵菌株，以經(jīng)過爆汽處理的柳木為主要碳源，分別研究了該菌在搖瓶、4L和22L發(fā)酵罐中的產(chǎn)酶情況(Reczey et al. , 1996 )。韓峰等以擬康氏木霉( </p><p>　　1.5.3固定化酶和細(xì)胞</p><p>　　除固體發(fā)酵和深層

76、液體發(fā)酵外，有人還對纖維素酶的固定化進行了研究。夏黎明等(1998)采用多孔聚酷材料固定里氏木霉Rut C30菌絲細(xì)胞，將固定化細(xì)胞在生長限制條件下重復(fù)分批培養(yǎng)，使纖維素酶的合成與玉米秸桿纖維原料的酶解糖化禍合在一個反應(yīng)器中同時進行。在30℃、初始pH4.8、搖瓶轉(zhuǎn)速150r/min的條件下，連續(xù)重復(fù)進行12次分批培養(yǎng)試驗，每次玉米桿用量為60g/L，培養(yǎng)周期4.5d，共54組培養(yǎng)液中含濾紙酶活力平均為0.70IU/mL，還原糖26.4

77、1 g/L，糖化率達(dá)到理論值的89.11%。固定化菌絲形態(tài)正常。在間歇補料條件下，玉米桿原料的總量可提高，7d后還原糖濃度達(dá)52.81 g/L，糖化率為89.20%。這種方法將產(chǎn)酶和糖化同時進行，工藝簡單、成本低廉、易于連續(xù)自動化操作。陳盛等(1996)以蟹殼為原料提取殼聚糖，用戊二醛作交聯(lián)劑，將纖維素酶固定于殼聚糖上，探討了一定量干殼聚糖載體與交聯(lián)劑濃度、給酶量等最適固定化酶條件。Haapala等(1996)利用尼龍網(wǎng)固定化里氏木霉后

78、，其所產(chǎn)的內(nèi)切葡聚糖酶和木聚糖酶活性均高于游離菌絲;當(dāng)以乳糖、纖維素和山梨糖為碳源時，氮源顯著影響這兩種</p><p>　　1.6目前國內(nèi)的有關(guān)情況</p><p>　　1.6.1國內(nèi)的需求情況</p><p>　　21世紀(jì)被稱為生物技術(shù)的世紀(jì)，國家十分重視生物技術(shù)工程在工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。根據(jù)市場調(diào)查和研究分析，纖維素酶的應(yīng)用，不但能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，而且可大

79、大地降低生產(chǎn)成本，該產(chǎn)品的生產(chǎn)彌補了國內(nèi)市場缺口，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景。 我國的飼養(yǎng)業(yè)在農(nóng)業(yè)中占舉足輕重的地位，近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對肉、蛋、奶的需求量越來越大，飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展，對飼料添加劑的需求量必然會急劇上升。纖維素酶作為飼料添加劑，可使飼料的消化率從50%--60%提高到80%以上，按我國年產(chǎn)飼料5000萬噸計，以1‰的加入量，需求量有5萬噸以上。在釀酒過程中加入纖維素酶，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量

80、，又可提高產(chǎn)量，節(jié)約大量糧食，釀酒業(yè)年需求量在千噸以上。由于紡織業(yè)的發(fā)展和改革，纖維素酶的應(yīng)用也越來越廣泛，僅水洗布生產(chǎn)一項，國內(nèi)每年需求在600噸以上。 纖維素酶已廣泛應(yīng)用于棉紡織品（牛仔服、西服等）的水洗整理，可以取代浮石，獲得優(yōu)質(zhì)花斑和懸垂度；纖維素酶還可作為飼料添加酶，增加動物（牛、豬、雞等）的消化代謝功能。此外，該酶制劑還被廣泛用于果汁加工、釀造等領(lǐng)域，市場潛力很大。采用液體深層發(fā)酵工藝</p><

81、;p>　　1.6.2主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　菌株發(fā)酵產(chǎn)酶能力：CX酶：400-1400u/ml/h</p><p>　　1u相當(dāng)于每小時毫克葡萄糖：C1酶60-230u/ml/(24h)</p><p>　　葡萄糖苷酶5-16 u/ml/h</p><p>　　Fp酶：20-54 u/ml/h</p><p

82、>　　產(chǎn)品酶活力：液體300u/ml，固體300 u/g</p><p>　　1.6.3國內(nèi)幾大生產(chǎn)廠家</p><p>　　廣州裕立寶生物科技有限公司, 是一家廣州市政府認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)，從事酶制劑的研發(fā)與生產(chǎn)。該公司主要生產(chǎn)液態(tài)纖維素酶。</p><p>　　北京盛世嘉明科技開發(fā)有限公司的前身是北京寧馨兒生物科技開發(fā)有限公司銷售公司，北京寧馨兒生物科技開

83、發(fā)有限公司是依托中國科學(xué)院微生物研究所和中國食品發(fā)酵研究所的科研力量專門從事科研成果轉(zhuǎn)化的科研--生產(chǎn)型企業(yè)，主要從事酶的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)與研究。該公司生產(chǎn)食品級纖維素酶，售價為13.8萬/噸。該產(chǎn)品酶活為10000U/g。</p><p>　　上海三杰生物技術(shù)有限公司主要生產(chǎn)粉狀纖維素酶：黃褐色冷凍干粉，酶活力≥15u/mg ，15元/1克；黃褐色冷凍干粉，酶活力≥300u/mg ，23

84、元/克。</p><p>　　邢臺市太和生物化學(xué)技術(shù)有限公司主要生產(chǎn)中性固態(tài)纖維素酶，酶活為2000U/g，3.6萬/噸。</p><p>　　廣州薈科生物科技有限公司主要生產(chǎn)液態(tài)纖維素酶，棕色液體，pH值在5.0左右（原液），售價為2.2萬/噸。</p><p>　　此外還有寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司，上海諾科化工新材料有限公司，東莞寶麗美化工有限公司，湖北立業(yè)生

85、物制品有限公司，廣州伯凱生物技術(shù)有限公司。</p><p>　　由上面的一些資料可以看出固態(tài)的酶比液態(tài)的酶要貴。固態(tài)的酶的價格相差也很大，主要看其酶活，酶活越大，價格越高。本設(shè)計生產(chǎn)的酶為固態(tài)的纖維素酶，酶活在10000U/g.，由上面的價格參考來看可以賣到10萬/噸左右。</p><p>　　1.7本設(shè)計的目的和內(nèi)容</p><p>　　1.7.1本設(shè)計的目的&l

86、t;/p><p>　　纖維素酶幾乎能用于以植物為原料的一切加工業(yè)，在飼料添加劑、紡織業(yè)、石油開采、果蔬加工、發(fā)酵工業(yè)、造紙、中成藥加工等方面有著非常廣泛的用途，特別在飼養(yǎng)、釀酒行業(yè)需求很大，僅水洗布，國內(nèi)每月就需求5000噸左右，而且目前國內(nèi)該產(chǎn)品是缺口，每年需大量外匯進口。 到目前為止，我國液體纖維素酶生產(chǎn)廠家較少，產(chǎn)量很小。根據(jù)市場調(diào)查和研究分析，纖維素酶的應(yīng)用，不但能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，而且可大大地降

87、低生產(chǎn)成本，該產(chǎn)品的生產(chǎn)彌補了國內(nèi)市場缺口，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景。預(yù)計在今后的幾年內(nèi)，該產(chǎn)品在國際市場上仍將供不應(yīng)求。</p><p>　　1.7.2本設(shè)計的主要內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計的主要內(nèi)容有：工廠總平面布置、全廠工藝流程設(shè)計、工藝計算、設(shè)備的計算與選型、成本核算；另外，完成設(shè)計圖紙8張，有工廠總平面布置圖、工藝流程圖（3張）、發(fā)酵罐設(shè)計圖、種子罐設(shè)計圖、發(fā)

88、酵車間設(shè)備布置圖（2張）。</p><p>　　2 全廠工藝流程及論證</p><p>　　2.1無菌空氣工藝論證</p><p>　　2.1.1無菌空氣制備系統(tǒng)工段工藝論證</p><p>　　無菌空氣系統(tǒng)工藝流程 </

89、p><p>　　空氣 粗過濾器 儲 氣 一級冷卻</p><p>　　空氣加熱 絲網(wǎng)分離 二級冷卻 旋風(fēng)分離</p><p>　　空氣總過濾空氣分過濾</p><p>　　纖維素酶為好氧發(fā)酵生產(chǎn)，需大量空氣。作為氧源，空

90、氣中含有大量各式微生物，會干擾甚至破壞預(yù)定發(fā)酵的正常進行。所以，空氣的除菌成為耗氧發(fā)酵工程的一個重要環(huán)節(jié)?！盁o菌空氣”通常指經(jīng)過除菌過濾后，空氣的含菌量限制在10-5內(nèi)。</p><p>　　發(fā)酵工業(yè)工廠所使用的空氣除菌流程隨各地的氣候條件不同而有很大差別。本設(shè)計根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，采用“兩級冷卻、分離、加熱”的空氣除菌流程，它可適應(yīng)各種氣候條件，尤其適用于潮濕的地區(qū)，能充分的分離空氣中含有的水分，提高過濾效率。第一

91、次冷卻后空氣中大部分的水和油結(jié)成較大的霧粒析出，由旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器使空氣進一步冷卻，析出一部分較小的霧粒，由絲網(wǎng)分離器分離。通常第一級冷卻到30—35℃，第二級冷卻到20—25℃除水后相對濕度仍為100%，須再用加熱的方法將空氣的相對濕度降至40%—50%，再通過空氣過濾器過濾除菌。</p><p><b>　　1）采風(fēng)：</b></p><p>　　采風(fēng)口

92、設(shè)在離地面10m以上，以保證采到較潔凈的空氣，空氣含菌量保持在103—104之間。</p><p><b>　　2）高效前置過濾：</b></p><p>　　利用壓縮機的抽吸作用，使空氣經(jīng)高效過濾后，進入壓縮空氣機，無菌程度高。 </p><p><b>　　3）空氣壓縮：</b></p><p&g

93、t;　　一般工廠選用往復(fù)式空氣壓縮機供氣，但它的運轉(zhuǎn)使空氣帶進油霧，導(dǎo)致傳熱面的油膜影響，降低空氣的給熱系數(shù)，給空氣冷卻帶來困難。雖然離心式空氣壓縮機和渦輪式空壓機沒有易損的零部件，沒有潤滑油的污染，但其比較適用于大型發(fā)酵工廠（投資大），由于本廠是中小型工廠設(shè)計，所以采用水冷式無油潤滑的往復(fù)式壓縮機。</p><p><b>　　4）空氣貯罐：</b></p><p>

94、;　　作用是消除壓縮機排出空氣量的脈動，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。采用立式貯氣罐。</p><p><b>　　5）一級冷卻：</b></p><p>　　經(jīng)過壓縮的空氣溫度很快達(dá)到120℃。 經(jīng)過一級冷卻，溫度降至35℃，使大部分的水和油結(jié)成較大的霧粒析出。</p><p><b>　　6）油水分離

95、：</b></p><p>　　一級冷卻后，大部分的水和油結(jié)成較大的霧粒析出，由旋風(fēng)分離器分離。</p><p><b>　　7）二級冷卻：</b></p><p>　　空氣進一步冷卻至20℃，使部分水分結(jié)成較小的霧粒。</p><p><b>　　8）油水分離：</b></p&g

96、t;<p>　　第二次冷卻后，析出一部分較小的霧粒，由絲網(wǎng)分離器分離。經(jīng)第二次冷卻，分離后的空氣，油水去除得較為徹底。</p><p><b>　　9）加熱：</b></p><p>　　二次冷卻后，空氣的相對濕度仍為100%。相對濕度較大，通過過濾器時易打濕過濾介質(zhì)使之失效。加熱空氣至35℃，可以將相對濕度降低至40%—50%，保護過濾介質(zhì)。</

97、p><p><b>　　10）過濾除菌：</b></p><p>　　介質(zhì)借助慣性碰撞，截留，沉降，凝聚等作用除去微生物和較小的塵埃顆粒。</p><p>　　2.2發(fā)酵工段工藝論證</p><p>　　2.2.1發(fā)酵工藝流程</p><p>　　里氏木霉 斜面培養(yǎng)基

98、 搖瓶培養(yǎng) 種子罐 </p><p>　　稻草洗凈 粉碎 滅菌處理 </p><p><b>　　發(fā)酵罐</b></p><p><b>　　2.2.2菌種選取</b></p><p>　　國外對纖維素酶的研究

99、有近40多年的歷史，纖維素酶產(chǎn)生菌主要有木霉、青霉和曲霉等，其中里氏木霉被認(rèn)為是最好的纖維素酶產(chǎn)生菌之一。</p><p>　　里氏木霉能用于纖維素酶生產(chǎn)在于其具備如下條件：1里氏木霉生產(chǎn)纖維素酶產(chǎn)量要高。而且可以通過物理或化學(xué)誘變獲取高產(chǎn)菌株；2里氏木霉容易培養(yǎng)和控制。里氏木霉要求的生長環(huán)境粗放，適應(yīng)性較強，易于控制，便于管理；3里氏木霉產(chǎn)纖維素酶的穩(wěn)定性好。在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定的用于生產(chǎn)，不宜退化；4

100、里氏木霉產(chǎn)生的纖維素酶容易分離純化。其產(chǎn)生的纖維素酶是胞外酶，發(fā)酵完成后，纖維素酶容易與菌體分離純化得到所需的酶；5里氏木霉及其代謝物安全無毒，不會影響生產(chǎn)人員和環(huán)境，也不會對纖維素酶的生產(chǎn)造成不良影響。</p><p>　　綜上，在本設(shè)計中我選擇里氏木霉作為生產(chǎn)菌種。</p><p><b>　　2.2.3培養(yǎng)基</b></p><p>　　

101、斜面培養(yǎng)基　土豆PDA 斜面, 30 ℃培養(yǎng)6 d 后使用?！?lt;/p><p>　　種子培養(yǎng)基(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%) 麩皮2 葡萄糖3 (NH4)2SO4 0.15 </p><p>　　發(fā)酵培養(yǎng)基(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):稻草粉6 豆餅粉1 ,KH?PO?0.5, CaCl?0.3, </p><p><b>　　2.2.4生產(chǎn)方法</b><

102、;/p><p>　　纖維素酶的生產(chǎn)可采用固體培養(yǎng)和液體深層培養(yǎng)兩種方法。固體培養(yǎng)設(shè)備比較簡單，易于推廣，但容易污染雜菌;而液體深層培養(yǎng)的方法易于控制，不易染雜菌，生產(chǎn)效率高，目前生產(chǎn)上常采用液體深層培養(yǎng)法生產(chǎn)纖維素酶。</p><p>　　我國對纖維素酶的研究和生產(chǎn)也已開展了廣泛的研究，大多數(shù)采用固體發(fā)酵。對液體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的研究報道尚不多見，固體發(fā)酵有許多優(yōu)越之處，但發(fā)酵水平不穩(wěn)定，不適

103、于大規(guī)模生產(chǎn)，而液體深層發(fā)酵就改變了這一點。通過分批發(fā)酵或流加發(fā)酵可獲得高活力纖維素酶，最高酶活均以流加發(fā)酵模式取得。流加發(fā)酵已越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究，流加發(fā)酵可避免高底物濃度的抑制或分解代謝阻遏，并可獲得最高的菌體濃度，最大的單位體積產(chǎn)率，進而降低下游提取的成本。</p><p>　　本設(shè)計選用液體深層發(fā)酵。</p><p>　　2.2.5發(fā)酵過程的控制</p>

104、<p><b>　　1）溫度的調(diào)節(jié)控制</b></p><p>　　溫度是影響細(xì)胞生長繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的重要因素之一。在不同的發(fā)酵階段，應(yīng)該控制不同的培養(yǎng)溫度。發(fā)酵前期，培養(yǎng)溫度應(yīng)稍高些，以有利于菌體的生長，里氏木霉一般控制前期培養(yǎng)溫度為30℃（即最適生長溫度），大約保持12h；進入產(chǎn)酶期后，應(yīng)適當(dāng)降低培養(yǎng)溫度，里氏木霉產(chǎn)酶期培養(yǎng)溫度一般為28℃較低的溫度有利于提高酶的穩(wěn)定性，延

105、長細(xì)胞產(chǎn)酶時間。</p><p><b>　　2）pH值的調(diào)節(jié)</b></p><p>　　細(xì)胞產(chǎn)酶的最適pH值通常接近于酶反應(yīng)的最適pH值。pH值應(yīng)控制在4.6-5.0范圍內(nèi)，此時產(chǎn)酶量及酶活性較高。</p><p><b>　　3）發(fā)酵時間的控制</b></p><p>　　里氏木霉生產(chǎn)纖維素酶

106、的發(fā)酵時間一般為120h。</p><p><b>　　4）通氣量的控制</b></p><p>　　里氏木霉是好氧的霉菌，它的呼吸作用需要耗氧，氧的供應(yīng)不足將影響里氏木霉的生長發(fā)育和纖維素酶的產(chǎn)生。所以，應(yīng)保證發(fā)酵液中一定的溶氧量。發(fā)酵早期，菌體剛剛萌發(fā)，數(shù)量較少，呼吸強度較弱，耗氧速度較低，應(yīng)控制通氣量為1:0.2-0.3；進入對數(shù)生長期以后，菌體代謝旺盛，呼吸強

107、度提高，細(xì)胞大量分裂，細(xì)胞濃度迅速增加，因此耗氧速度較快，應(yīng)控制通氣量為1:1,產(chǎn)酶時期，細(xì)胞分裂完全，細(xì)胞濃度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗大量的氧氣，應(yīng)控制通氣量為1:1。</p><p><b>　　5）攪拌速度的控制</b></p><p>　　攪拌既可以增加發(fā)酵液中的溶氧量，又能保證菌體與培養(yǎng)基的充分接觸，使發(fā)酵過程能順利進行。劇烈的攪拌會導(dǎo)致纖維素酶發(fā)生表

108、面變形引起失活，而且快速的攪拌容易打斷菌絲，引起機械損傷和代謝發(fā)生變化。</p><p>　　6）表面活性劑的添加</p><p>　　非離子性表面活性劑Tween80與Tween20能夠積聚在細(xì)胞膜上，增加細(xì)胞的通透性，有利于纖維素酶的分泌，所以可增加酶的產(chǎn)量，添加量為0.6%-1%而且添加表面活性劑Tween還有利于提高酶的穩(wěn)定性和催化能力。</p><p>　

109、　7）產(chǎn)物促進劑的添加</p><p>　　在里氏木霉產(chǎn)纖維素酶的過程中，添加一定量的聚乙烯醇、醋酸鈉等產(chǎn)物促進劑能提高纖維素酶的產(chǎn)量。</p><p>　　2.3后提取工段工藝論證</p><p>　　2.3.1后提取工藝流程 </p><p>　　調(diào)pH4.5 </p>