畢業(yè)設(shè)計(jì)--年產(chǎn)20噸番茄紅素生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　課題年產(chǎn)20噸番茄紅素生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)</p><p>　姓名專(zhuān)業(yè)生物工程班級(jí)</p><p>　課題簡(jiǎn)介本課題是研究年產(chǎn)量為20噸番茄紅素的工藝，因?yàn)榉鸭t素的生物保健作用極強(qiáng)，其市場(chǎng)需求大，故本設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行工廠(chǎng)化放大生產(chǎn)，主要以玉米淀粉為原料，利用三孢布拉霉在溫度25℃，攪拌速度270 r/

2、min，pH在6.5環(huán)境下發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素。</p><p>　設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：產(chǎn)品名稱(chēng)：番茄紅素 年處理量：20噸 年工作時(shí)間：300天設(shè)計(jì)依據(jù)：發(fā)酵周期6天（含輔助時(shí)間） 萃取率95% 皂化率75%產(chǎn)品性狀：晶體為深紅色設(shè)計(jì)任務(wù)：1.總述：提出選題的初步設(shè)想 2.生產(chǎn)工藝流程或生產(chǎn)方案確定3.生產(chǎn)流程敘述 4.工藝計(jì)算 5.主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型6.用CAD畫(huà)主設(shè)備圖和工藝流程圖7.計(jì)算原

3、材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量8.環(huán)境保護(hù)和安全措施 9.結(jié)論 10.設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲圖紙要求：1.繪制帶控制點(diǎn)的工工藝流程圖（1#圖紙）2.根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)繪制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（1#圖紙）3.繪制要求詳見(jiàn)《化工工程制圖》，圖紙單獨(dú)裝訂作為附圖。</p><p>　設(shè)計(jì)要求1.通過(guò)文獻(xiàn)查閱及綜述，基本掌握本課題的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2.學(xué)會(huì)研究方案的制訂和設(shè)計(jì)方法3.確定設(shè)計(jì)方案、工藝流程4.進(jìn)一步通過(guò)工藝計(jì)算，論證本設(shè)計(jì)的可行性

4、5.運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析、掌握設(shè)計(jì)技能，解決實(shí)際問(wèn)題6.訓(xùn)練實(shí)事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，在德、智、體諸方面得到發(fā)展</p><p>　指導(dǎo)教師簽字系主任簽字主管院長(zhǎng) 簽章</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告表</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)番茄紅素的性質(zhì)，生物學(xué)功能以及現(xiàn)有的

5、生產(chǎn)方法的研究，比較各種生產(chǎn)番茄紅素的方法利弊，最終確定最優(yōu)生產(chǎn)番茄紅素工藝方案為：主要以玉米淀粉為原料，利用三孢布拉氏霉菌在25℃，攪拌速度270 r/min，pH 6.5，接種量10％(體積比)條件下發(fā)酵生產(chǎn)；流加工藝最適為發(fā)酵后48 h，阻斷物添加時(shí)間為發(fā)酵后60 h，最佳發(fā)酵周期為120 h。發(fā)酵完成后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾，干燥，破碎細(xì)胞，乙酸乙酯萃取，皂化，濃縮結(jié)晶，精制后為95%番茄紅素純品。該工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本較低，且環(huán)保，

6、適合工業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：玉米淀粉；三孢布拉氏霉；發(fā)酵；番茄紅素</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Based on the properties of lycopene, biological function and production method of the e-</p

7、><p>　　xisting research review,compare advantages and disadvantages of all kinds of production me-</p><p>　　thods of lycopene, and ultimately determine the optimal production of lycopene process sc

8、he-</p><p>　　me:mainly corn starch as raw material for the application of blakeslea trispora production ly-</p><p>　　copene of the fermentative , temperature 25℃, stirring speed, 270 r/min, pH 6

9、.5, inoculation amount 10% (volume ratio); fed-batch process suitable for fermentation of 48h, blocker addit-</p><p>　　ion time was 60 h after fermentation, the optimum fermentation period 120 h.After the fe

10、rme-</p><p>　　ntation process, after filtration, drying, crushing cell, ethyl acetate extraction, saponification, concentration and crystallization, purification of 95% lycopene pure. The process has simple

11、process, high production efficiency, low cost and suitable for industrial production, environ-</p><p>　　mental protection.</p><p>　　Key word: Corn starch; Lycopene; Blakeslea trispora; Ferment

12、ation</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 概述1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展1</p><p>　　1.2.1 國(guó)外對(duì)番茄紅

13、素的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.3 市場(chǎng)需求1</p><p>　　1.3 番茄紅素的基本特征2</p><p>　　1.3.1 番茄紅素的基本特征2</p><p>　　1.3.2 番茄紅素的物理性質(zhì)2</p><

14、p>　　1.3.3 番茄紅素的化學(xué)性質(zhì)2</p><p>　　1.3.4 番茄紅素的分布2</p><p>　　1.4 番茄紅素的作用機(jī)制和生理功能3</p><p>　　1.4.1 番茄紅素的作用機(jī)制3</p><p>　　1.4.2 番茄紅素的生理功能4</p><p>　　1.5 番茄紅素的生產(chǎn)方

15、法5</p><p>　　1.5.1 直接粉碎發(fā)5</p><p>　　1.5.2 有機(jī)溶劑提取法5</p><p>　　1.5.3 超臨界CO2提取法6</p><p>　　1.5.4 超聲波輔助提取法6</p><p>　　1.5.5 酶解提取法6</p><p>　　1.5.6

16、 化學(xué)合成法6</p><p>　　1.5.7 微生物發(fā)酵法7</p><p>　　1.6 生產(chǎn)番茄紅素的意義7</p><p>　　2. 生產(chǎn)工藝8</p><p>　　2.1 菌種的選擇8</p><p>　　2.2 培養(yǎng)基的組成8</p><p>　　2.2.1 土豆培養(yǎng)基（

17、PDA）8</p><p>　　2.2.2 種子培養(yǎng)基8</p><p>　　2.2.3 發(fā)酵培養(yǎng)基8</p><p>　　2.2.4 流加糖液8</p><p>　　2.2.5 阻斷劑制備9</p><p>　　2.3 發(fā)酵條件選擇9</p><p>　　2.3.1 pH選擇9&

18、lt;/p><p>　　2.3.2 溫度的選擇9</p><p>　　2.3.3 攪拌速度選擇9</p><p>　　2.3.4 接種量的選擇9</p><p>　　2.3.5 流加工藝的選擇9</p><p>　　2.3.6 阻斷物添加時(shí)間段選擇10</p><p>　　2.3.7 發(fā)酵

19、周期的確定10</p><p>　　2.4 培養(yǎng)方法的確定10</p><p>　　2.4.1 種子擴(kuò)大培養(yǎng)10</p><p>　　2.4.2 發(fā)酵培養(yǎng)10</p><p>　　2.5 發(fā)酵條件結(jié)論11</p><p>　　2.6 發(fā)酵后期發(fā)酵液處理方法11</p><p>　　2

20、.6.1 固液分離11</p><p>　　2.6.2 萃取11</p><p>　　2.6.3 皂化11</p><p>　　2.6.4 精制階段12</p><p>　　2.7 工藝技術(shù)特點(diǎn)12</p><p>　　2.8 工藝流程圖13</p><p>　　2.9 工藝說(shuō)明1

21、4</p><p>　　3. 工藝計(jì)算15</p><p>　　3.1 物料衡算15</p><p>　　3.1.1 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)15</p><p>　　3.1.2 原料消耗計(jì)算(以一噸成品番茄紅素為基準(zhǔn))15</p><p>　　3.1.3 原料日消耗量和年總消耗量16</p>

22、<p>　　3.2 能量衡算18</p><p>　　3.2.1 發(fā)酵過(guò)程中蒸汽耗量的計(jì)算18</p><p>　　3.2.2 發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量19</p><p>　　3.2.3 種子罐實(shí)罐實(shí)罐滅菌保溫時(shí)消耗的蒸汽量19</p><p>　　3.2.4 發(fā)酵車(chē)間總的消耗蒸汽量19</p>&

23、lt;p>　　3.2.5 發(fā)酵過(guò)程冷卻水耗量的計(jì)算19</p><p>　　3.2.6 發(fā)酵過(guò)程無(wú)菌空氣耗量的計(jì)算20</p><p>　　4. 設(shè)備選型21</p><p>　　4.1 主要設(shè)備的選型21</p><p>　　4.1.1 發(fā)酵罐的選型21</p><p>　　4.1.2 種子罐的選型

24、23</p><p>　　4.2 輔助設(shè)備的選型23</p><p>　　4.2.1 細(xì)胞過(guò)濾器23</p><p>　　4.2.2 真空干燥24</p><p>　　4.2.3 細(xì)胞破碎器24</p><p>　　4.2.4 萃取設(shè)備24</p><p>　　4.2.5 濃縮設(shè)備

25、25</p><p>　　4.2.6 結(jié)晶設(shè)備25</p><p>　　4.2.7 發(fā)酵后期發(fā)酵液處理總共時(shí)間25</p><p>　　4.3 主要設(shè)備一覽表26</p><p>　　5. 效益評(píng)估27</p><p>　　5.1 原料消耗費(fèi)用27</p><p>　　5.2 設(shè)備消

26、耗費(fèi)用27</p><p>　　5.3 水電人工勞動(dòng)力費(fèi)用27</p><p>　　5.4 效益評(píng)估28</p><p>　　6. 三廢處理與環(huán)保29</p><p><b>　　6.1 噪音29</b></p><p><b>　　6.2 廢氣29</b>&l

27、t;/p><p><b>　　6.3 廢水29</b></p><p>　　6.4 固體垃圾29</p><p><b>　　結(jié)論30</b></p><p>　　設(shè)計(jì)體會(huì)與心得31</p><p><b>　　致謝32</b></p>

28、<p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　英文文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　英文翻譯50</b></p><p><b>　　1. 概述</b></p><p><b>　　1.1

29、 引言</b></p><p>　　番茄紅素(1ycopene)是一種脂溶性不飽和碳?xì)浠衔?，是?lèi)胡蘿卜素中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種天然色素，呈紅色，由于最先發(fā)現(xiàn)于番茄中而得名。其在自然界中分布很廣，如番茄，西瓜，胡蘿卜，葡萄，草莓，柑桔等，其中以番茄中含量最高，每100 g番茄中番茄紅素可達(dá)3-14 mg[1]，由于其兼具較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，目前廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品和保健品行業(yè)。研究表明，番茄

30、紅素除可作為天然食用色素使用外，還具有許多生物學(xué)活性。在所有的類(lèi)胡蘿卜素中，他是最強(qiáng)的單線(xiàn)態(tài)氧淬滅劑，抗氧化能力也最強(qiáng)。有研究表明番茄紅素對(duì)前列腺癌、乳腺癌、以及胰腺癌等癌癥的癌細(xì)胞具有抑制作用，對(duì)于預(yù)防和治療心腦血管疾病、動(dòng)脈硬化和腫瘤等具有重要的作用，是目前很具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的一種功能性天然色素。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展</p><p>　　1.2.1 國(guó)外對(duì)番茄紅素的

31、研究現(xiàn)狀</p><p>　　1989年，Mascio發(fā)現(xiàn)番茄紅素在所有類(lèi)胡蘿卜素中對(duì)單線(xiàn)態(tài)氧的猝滅速度最高。1994年，F(xiàn)ranceschi[2]發(fā)現(xiàn)消化道癌的發(fā)生與番茄紅素的攝入有關(guān)。隨后的十年內(nèi)，對(duì)番茄紅素功能的研究成為一大熱點(diǎn)，與番茄紅素有關(guān)的報(bào)道達(dá)800多篇，內(nèi)容涉及番茄紅素的吸收、運(yùn)輸及新陳代謝的動(dòng)力學(xué)，還涉及到番茄紅素與癌癥、心臟病及其他多種疾病的關(guān)系，這些為番茄紅素的提取、測(cè)定及番茄產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究

32、奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)番茄紅素的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)對(duì)番茄紅素的研究在2000年以前鮮有報(bào)道，近3年國(guó)內(nèi)綜述文章也大量踴躍，內(nèi)容包括番茄紅素的性質(zhì)和提取方法，番茄紅素保健功能的研究現(xiàn)狀，番茄紅素及其生產(chǎn)應(yīng)用研究番茄紅素的生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展，番茄紅素分離與分析的研究進(jìn)展等。</p><p>　　1.2.3 市場(chǎng)需求</p

33、><p>　　我國(guó)是番茄生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)、意大利而位居世界第三，占全球生產(chǎn)總量的20%左右，每年番茄產(chǎn)量達(dá)1000×104 t，其中90%以上的番茄在新疆生產(chǎn)。2000年新疆石河子開(kāi)發(fā)區(qū)鴻博有限責(zé)任公司在番茄紅素粗加工的基礎(chǔ)上，已生產(chǎn)出番茄紅素系列營(yíng)養(yǎng)食品，產(chǎn)品有番茄紅素膠囊、亞油酸番茄紅素膠囊等，但在投資規(guī)模、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)運(yùn)作方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于國(guó)外。抗氧化和延緩衰老是開(kāi)發(fā)以番茄紅素為有效成分功能

34、性食品的主要定位，亞健康人群是其目標(biāo)消費(fèi)群體；抗癌和保護(hù)心血管[3]是開(kāi)發(fā)以番茄紅素為有效成分藥品的主要定位，已服務(wù)于臨床。此外，番茄紅素還可用于化妝品的開(kāi)發(fā)?？傊?，作為功能性天然色素的番茄紅素，在醫(yī)藥、食品、化妝品等方面都有著良好的應(yīng)用前景，它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用將給農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、美容業(yè)等與之相關(guān)的行業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，需求量可觀(guān)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。</p><p>　　1.3 番茄紅素的基本特征<

35、;/p><p>　　1.3.1 番茄紅素的基本特征</p><p>　　番茄紅素是胡蘿卜素化學(xué)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體，分子式為C40H56，相對(duì)分子質(zhì)量為536.85，熔點(diǎn)為172～175℃，它由11個(gè)共軛雙鍵及2個(gè)非共軛碳—碳雙鍵構(gòu)成高度不飽和直鏈型烴類(lèi)化合物，為脂溶性色素，純品為無(wú)毒針狀深紅色晶體。番茄紅素不具有VA原活性，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇，可溶于脂肪、乙酸乙酯和石油醚等。因其11個(gè)共軛雙

36、鍵能夠異化，故可以產(chǎn)生多種不同單順或多順異構(gòu)體。</p><p>　　1.3.2 番茄紅素的物理性質(zhì)</p><p>　　番茄紅素為暗紅色粉末或油狀液體，不溶于水，難溶于甲醇等極性有機(jī)溶劑，可溶于乙酸乙酯、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、CS2、苯、油脂等，番茄紅素油溶液呈黃橙色，熔點(diǎn)174℃。</p><p>　　1.3.3 番茄紅素的化學(xué)性質(zhì)</p>

37、<p>　　番茄紅素的性質(zhì)極其活潑，易受氧化、紫外線(xiàn)及溫度的影響而迅速氧化分解，并能從反式結(jié)構(gòu)向順式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。當(dāng)番茄紅素分子從反式結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)時(shí)，其顏色變淺，熔點(diǎn)降低。在有CO2存在，溫度低于50℃的酸性條件下，番茄紅素的穩(wěn)定性較好；番茄紅素在堿性條件下不穩(wěn)定，其吸光度值顯著下降。K+，Na+，Mg2+ 和Zn2+ 對(duì)番茄紅素影響不大，F(xiàn)e2+，Cu2+易引起番茄紅素較大的損失，F(xiàn)e3+ 和Al3+ 引起的損失較少。&

38、lt;/p><p>　　1.3.4 番茄紅素的分布</p><p>　　番茄紅素在自然界中分布很廣，主要存在于植物細(xì)胞有色體中，如番茄、西瓜、胡蘿卜、葡萄、紅色葡萄柚、草莓、柑桔等，并且越成熟的番茄中番茄紅素的含量越高。在人體內(nèi)主要分布于血液、腎上腺、肝臟、睪丸、前列腺、乳腺、卵巢、消化道等組織器官，其中腎上腺和睪丸含量較多，見(jiàn)表1。</p><p>　　表1 人體部分

39、器官和組織中番茄紅素的含量[6]/nmol·g-1</p><p>　　1.4 番茄紅素的作用機(jī)制和生理功能</p><p>　　番茄紅素的抗氧化性、清除自由基、誘導(dǎo)細(xì)胞間信息傳遞、抑制細(xì)胞增殖、增加免疫力等功能，對(duì)預(yù)防疾病起著關(guān)鍵的作用。</p><p>　　1.4.1 番茄紅素的作用機(jī)制</p><p>　?。?）抗氧化性和清除

40、自由基</p><p>　　番茄紅素可以通過(guò)淬滅單線(xiàn)態(tài)氧來(lái)預(yù)防脂類(lèi)過(guò)氧化，保護(hù)生物膜免受自由基的損傷。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫外線(xiàn)照射皮膚時(shí)，皮膚中的番茄紅素優(yōu)先被破壞，這表明番茄紅素具有較強(qiáng)的減輕組織氧化損傷的作用[4]。</p><p>　?。?）誘導(dǎo)細(xì)胞間隙連接通訊功能</p><p>　　大多數(shù)腫瘤的細(xì)胞間隙連接通訊功能微弱或缺失，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化后，其細(xì)胞間隙連接通訊功

41、能降低或被抑制，細(xì)胞間隙連接通訊功能的抑制或破壞，被認(rèn)為是促癌變階段的重要機(jī)制。據(jù)Levy[5]研究，番茄紅素對(duì)子宮癌，乳癌，肺癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制作用比α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素強(qiáng)10倍。番茄紅素抗癌作用主要是改善細(xì)胞之間隙縫的結(jié)合蛋白遺傳密碼的連接，以促進(jìn)隙縫結(jié)合點(diǎn)信息傳遞[6]。</p><p><b>　?。?）抑制細(xì)胞增殖</b></p><p>　　番茄紅素能抑

42、制許多癌細(xì)胞的增殖，如能抑制人體口腔癌細(xì)胞的增殖。番茄紅素可通過(guò)影響乳腺癌、肺癌和子宮癌細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)化階段，來(lái)影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。</p><p><b>　?。?）增加免疫力</b></p><p>　　番茄紅素可以增強(qiáng)正常細(xì)胞間GJIC，促進(jìn)吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞間的相互作用，通過(guò)分泌的細(xì)胞活化因子來(lái)活化免疫細(xì)胞，保護(hù)吞噬細(xì)胞免受自身氧化的損傷，促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞增殖

43、，刺激效應(yīng)T細(xì)胞的功能，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的能力，增強(qiáng)免疫功能。番茄紅素可以促進(jìn)白介素2（IL-2）和白介素4（IL-4）的分泌，增強(qiáng)體液免疫能力，提高老年人的免疫功能。</p><p>　　1.4.2 番茄紅素的生理功能</p><p>　?。?）番茄紅素防癌抗癌作用</p><p>　　番茄紅素具有防癌和抗癌作用，一方面因?yàn)榉鸭t素具有抗氧化作用；

44、另一方面因?yàn)榉鸭t素能夠阻斷組織細(xì)胞在外界誘變劑的作用下發(fā)生的基因突變過(guò)程，這是其抑制腫瘤生成的重要機(jī)制之一。番茄紅素具有消除致使癌細(xì)胞擴(kuò)散的活性氧的作用，能夠促進(jìn)細(xì)胞間正常結(jié)合蛋白合成，并抑制癌癥細(xì)胞轉(zhuǎn)移增殖因子α-TGF的遺傳表達(dá)，從而番茄紅素對(duì)前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌、消化道癌、肺癌等都有很好的防治作用[7]。</p><p>　?。?）防治心血管疾病</p><p>　　番茄紅素可

45、顯著抑制血清脂質(zhì)和LDL的氧化，從而減少冠心病的發(fā)病概率。番茄紅素對(duì)主動(dòng)脈脂質(zhì)過(guò)氧化損傷具有較好的保護(hù)作用，且能降甘油三酯，保護(hù)血管內(nèi)皮功能，減輕高脂主動(dòng)脈硬化病變，具有抗動(dòng)脈硬化的作用。機(jī)體中番茄紅素濃度與動(dòng)脈硬化、心肌梗死呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，脂肪中番茄紅素含量最高的20%人群比含量最低的20％人群心肌梗死的危險(xiǎn)性要低得多；番茄紅素還可使膽固醇合成減少，細(xì)胞中LDL的降解增加，從而減少心肌梗死的危險(xiǎn)性。番茄紅素能阻止低密度脂蛋白的氧化，抑制

46、DNA和脂蛋白氧化物的形成，從而防止心血管病的發(fā)生。</p><p>　　2000年，Rotterdam[8]研究顯示，血清中番茄紅素的水平與動(dòng)脈硬化呈負(fù)相關(guān)，而其他類(lèi)胡蘿卜素則無(wú)此相關(guān)性，可見(jiàn)，番茄紅素在動(dòng)脈硬化的發(fā)展過(guò)程中，可起到一定保護(hù)血管的作用。</p><p>　　（3）緩解骨質(zhì)疏松癥</p><p>　　流行病學(xué)研究顯示，氧化應(yīng)激是與骨質(zhì)疏松癥有聯(lián)系，抗

47、氧化劑可以抵消這些作用。某些抗氧化制劑包括維生素C、維生素E、β-胡蘿卜素可減少骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)和抵制導(dǎo)致在體力鍛煉期間的不利影響?；加泄琴|(zhì)疏松癥的婦女已被證明抗氧化維生素水平減少。美國(guó)最近發(fā)表的臨床研究顯示，血清中番茄紅素和絕經(jīng)后婦女的骨質(zhì)疏松成負(fù)相關(guān)。增加血清中番茄紅素水平，可以抑制骨骼系統(tǒng)發(fā)病誘因（氧化應(yīng)激反應(yīng)），從而降低了骨質(zhì)疏松的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[9]。</p><p><b>　?。?）保護(hù)皮膚<

48、;/b></p><p>　　紫外線(xiàn)輻射可以導(dǎo)致皮膚燒傷、老化和引發(fā)皮膚癌，其原因是紫外線(xiàn)與單線(xiàn)態(tài)氧和自由基的產(chǎn)生有關(guān)。類(lèi)胡蘿卜素在植物中的作用之一就是猝滅紫外線(xiàn)產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物，現(xiàn)在認(rèn)為這和類(lèi)胡蘿卜素在人類(lèi)皮膚中的功能相似。最近的研究發(fā)現(xiàn)受陽(yáng)光照射的皮膚比相鄰不受陽(yáng)光照射的皮膚內(nèi)番茄紅素含量下降了31%～46%，而增加皮膚內(nèi)番茄紅素的含量可以防止或減輕紫外線(xiàn)對(duì)皮膚的損傷而起到保護(hù)皮膚的作用[10]。<

49、/p><p><b>　?。?）抗老化</b></p><p>　　人類(lèi)的許多組織都隨著年齡的增長(zhǎng)而變性。番茄紅素可以抑制由衰老引起的疾病。血清中番茄紅素的低水平與衰老和低含量LDL膽固醇直接相關(guān)。有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，老年人的自理能力及自控能力與血清中高水平番茄紅素含量相關(guān)。Gross等[11]通過(guò)比較中年人和老年人血漿中番茄紅素、α-生育酚、β-胡蘿卜素和其它類(lèi)胡蘿卜素濃度時(shí)發(fā)

50、現(xiàn)，老年人血漿中番茄紅素濃度顯著低于中年人血漿中番茄紅素水平，并且隨著年齡的增加而降低；除番茄紅素以外，其它指標(biāo)均等于或高于中年人。</p><p><b>　?。?）防治白內(nèi)障</b></p><p>　　由于衰老而發(fā)生的肌肉退化—白內(nèi)障，可使65歲以上的老年人引發(fā)不能恢復(fù)的盲眼病。據(jù)美國(guó)眼健康保護(hù)組織估計(jì)，現(xiàn)在美國(guó)大約有1300萬(wàn)人存在肌肉退化癥狀，有120萬(wàn)人因

51、此導(dǎo)致視覺(jué)損傷。通過(guò)研究血漿中維生素E、類(lèi)胡蘿卜素水平和白內(nèi)障的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，血漿中番茄紅素含量最低的人患白內(nèi)障的可能性要比正常人高2倍，而和其它類(lèi)型的胡蘿卜素(葉黃素和玉米黃質(zhì)等)及維生素E無(wú)關(guān)[12]。</p><p>　　1.5 番茄紅素的生產(chǎn)方法</p><p>　　番茄紅素的主要制取方法有直接粉碎法、有機(jī)溶劑提取、超臨界CO2提取法、超聲波輔助提取法、酶反應(yīng)法、化學(xué)合成發(fā)和微生物發(fā)

52、酵法。</p><p>　　1.5.1 直接粉碎發(fā)</p><p>　　將番茄皮粉碎，作為著色粉直接添加于食品中。工藝流程如下：</p><p>　　原料→番茄皮→晾干→粉碎→著色粉→包裝→產(chǎn)品</p><p><b>　　↓</b></p><p><b>　　番茄籽</b>

53、;</p><p>　　缺點(diǎn)：原材料需求過(guò)大，人工勞動(dòng)力投入過(guò)多，工業(yè)化生產(chǎn)不合理。</p><p>　　1.5.2 有機(jī)溶劑提取法</p><p>　　番茄紅素是一種脂溶性類(lèi)胡蘿卜素，難溶于甲醇、乙醇，能溶于石油醚、乙醚，易溶于苯、氯仿、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，可溶解提取。一般選用親油性的有機(jī)溶劑，從番茄或番茄制品的廢棄物中提取粗產(chǎn)品，再用皂化、濃縮、結(jié)晶等分離手段將

54、其純化，工藝流程如下[13]：</p><p>　　番茄 → 搗碎成泥 →有機(jī)溶劑浸提 → 抽濾得濾液→ 干燥 →真空濃縮→粗番茄紅素→精制</p><p>　　缺點(diǎn)：上述流程得到的是粗產(chǎn)品，還需進(jìn)一步分離純化。由于整個(gè)過(guò)程太長(zhǎng)、產(chǎn)品收率低，很難用于工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　1.5.3 超臨界CO2提取法</p><p>　　王憲青等

55、[14]以新鮮番茄為原料，打漿后冷凍干燥，獲得番茄粉，再用超臨界CO2提取法提取番茄粉中的番茄紅素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出用超臨界CO2提取番茄紅素的最佳工藝參數(shù)為30 MPa，60℃，2 h，CO2流量為20 kg/h，以無(wú)水乙醇作夾帶劑，100 g干物料中可以獲取47.986 g純度為0.803％的番茄紅素提取物。工藝流程如下：</p><p>　　原料→打漿→壓榨過(guò)濾→真空冷凍干燥→粉碎→過(guò)篩→稱(chēng)重→裝提取槽、密

56、封→控制適宜的工作參數(shù)→靜態(tài)、動(dòng)態(tài)提取→降壓分離→由分離柱獲得番茄紅素→純度測(cè)定</p><p>　　缺點(diǎn)：超臨界CO2提取法雖然收率較高，但要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)比較困難。</p><p>　　1.5.4 超聲波輔助提取法</p><p><b>　　生產(chǎn)工藝：</b></p><p>　　番茄→打漿→離心脫水→乙醇預(yù)處理→

57、加入有機(jī)溶劑超聲波提取→濾液真空減壓濃縮→粗成品。</p><p>　　缺點(diǎn)：采用超聲波輔助提取番茄紅素，可大大縮短提取時(shí)間，避免因提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成的番茄紅素氧化損失，提取率較高、但原料需求過(guò)大，不宜工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　1.5.5 酶解提取法</p><p>　　生產(chǎn)工藝：番茄→去皮→打漿→加熱鈍化酶活→冷卻→調(diào)pH值→加酶→恒溫保存→有機(jī)溶劑浸提→

58、提取液→分離塔分離→粗品→精制。</p><p>　　劉振春等[15]通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)，研究酶輔助超臨界CO2流體萃取番茄紅素的工藝條件。結(jié)果表明，果膠酶和纖維素酶破壁處理的最佳反應(yīng)條件為：溫度40℃、pH值4.0、加酶量為4%果膠酶和3%纖維素酶、反應(yīng)時(shí)間1.5 h。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：此方法與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法相比，縮短了提取時(shí)間，同時(shí)提取率也有</p>

59、<p><b>　　了顯著提高。</b></p><p>　　缺點(diǎn)：酶的價(jià)格昂貴，高產(chǎn)量的成本較高。</p><p>　　1.5.6 化學(xué)合成法</p><p>　　化學(xué)合成番茄紅素主要是Wittig反應(yīng)法，以假紫羅蘭酮為原料合成三苯基氯化磷， 三苯基氯化磷與辛三烯二醛、甲醇在2-丙醇中反應(yīng)[16]。</p><

60、p>　　優(yōu)點(diǎn)：不需要原材料，沒(méi)有時(shí)間季節(jié)氣候的限制。</p><p>　　缺點(diǎn)：由于雙鍵立體選擇性難以控制致使產(chǎn)物不可控，而且使用的化學(xué)試劑在產(chǎn)品中會(huì)有不同程度的殘留。番茄紅素作為一種藥或功能食品，對(duì)純度有較高的要求，而且大量化學(xué)試劑的使用會(huì)造成環(huán)境污染，從而限制了產(chǎn)品質(zhì)量及使用范圍。</p><p>　　1.5.7 微生物發(fā)酵法</p><p>　　發(fā)酵法利

61、用特定微生物的代謝將淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉等廉價(jià)原料轉(zhuǎn)化為番茄紅素，不受原材料、地理環(huán)境和氣候等因素影響，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，且產(chǎn)物質(zhì)量可控，并減少了對(duì)環(huán)境的污染。最重要的是發(fā)酵法生產(chǎn)的番茄紅素屬于天然型產(chǎn)品，其活性與天然植物提取的活性成分一致，且與合成法生產(chǎn)的相比易于人體吸收。</p><p>　　特點(diǎn)：通過(guò)發(fā)酵法來(lái)提高番茄紅色素提取全年均可進(jìn)行，不受季節(jié)和地理影響、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期

62、短、生產(chǎn)成本及污染相對(duì)較低。</p><p>　　1.6 生產(chǎn)番茄紅素的意義</p><p>　　隨著人們對(duì)番茄紅素生理功能的研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素不僅對(duì)前列腺癌、乳腺癌、以及胰腺癌等癌癥的癌細(xì)胞具有抑制作用，而且對(duì)血管硬化和冠心病均有防治作用，因而番茄紅素在食品、化妝品以及醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要用途。國(guó)外已將這一產(chǎn)品廣泛用于食品添加劑、功能性食品、醫(yī)藥原料。番茄紅素因其獨(dú)特的消除單線(xiàn)態(tài)氧的能力、強(qiáng)

63、力抗氧化作用及清除自由基能力以及卓越的防癌、抗癌、預(yù)防心血管疾病等功效使其成為西方最受歡迎的功能性食品添加劑。</p><p>　　國(guó)內(nèi)目前番茄紅素的生產(chǎn)工藝是以番茄為原料進(jìn)行提取，由于原料含量低（通常每噸西紅柿中僅含20克番茄紅素），生產(chǎn)成本高居不下，目前市售5%含量的番茄紅素價(jià)格高達(dá)380美元/公斤，限制了番茄紅素的廣泛使用。中國(guó)高校科技集團(tuán)生物工程中心利用在生物工程技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，采用玉米淀粉發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)，

64、采用溶劑從發(fā)酵菌絲體中提取總收率高。本設(shè)計(jì)的先進(jìn)性在于選擇了一種天然植物材料代替有毒化合物作為β-胡蘿卜素合成途徑中的環(huán)化阻斷劑，通過(guò)代謝調(diào)控使番茄紅素產(chǎn)量大于400 mg/l，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，使發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素的工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。采用本生產(chǎn)工藝可大幅度降低番茄紅素的生產(chǎn)成本，使其廣泛應(yīng)用成為可能，對(duì)保障人類(lèi)的健康有十分重要的作用，因而具有重要的社會(huì)意義。</p><p

65、><b>　　2. 生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　由于番茄中的番茄紅素含量較低，天然提取法成本高，無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，通過(guò)上文幾種提取法的優(yōu)劣比較，微生物發(fā)酵法則以低成本、高產(chǎn)量，在當(dāng)前的番茄紅素生產(chǎn)中占據(jù)了明顯的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　所以本設(shè)計(jì)選擇微生物發(fā)酵法來(lái)完成年產(chǎn)量20噸番茄紅素的工藝生產(chǎn)。</p><p>

66、;<b>　　2.1 菌種的選擇</b></p><p>　　朱博斐等[17]以三孢布拉氏霉菌為生產(chǎn)菌，研究了番茄紅素的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)，通過(guò)模擬方程預(yù)測(cè)出菌體生長(zhǎng)量、產(chǎn)物生成量，以及葡萄糖的消耗量。該理論方法可以應(yīng)用到工業(yè)放大生產(chǎn)中，通過(guò)取樣和模擬值進(jìn)行比較可以達(dá)到在線(xiàn)監(jiān)控的目的，為工業(yè)放大生產(chǎn)番茄紅素提供了理論依據(jù)和方法。趙清等[18]研究表明三孢布拉霉性能最優(yōu)的是個(gè)大、底色黃、孢子多且黑、邊

67、緣整齊的菌落，直徑在10mm左右，此型菌落發(fā)酵單位平均達(dá)到1.9g/L，比較穩(wěn)定，對(duì)于防止菌種退化和菌種的保存有著重要的意義。該菌具有獨(dú)特的代謝過(guò)程，添加植物油表面活性劑，抗氧化劑和各種結(jié)構(gòu)類(lèi)似物能提高β-胡蘿卜素的產(chǎn)量，通過(guò)改變以產(chǎn)β-胡蘿卜素為主的三孢布拉氏霉菌的生長(zhǎng)條件和添加助劑（Na2CO3、呱啶等），可阻斷該菌β-胡蘿卜素生物合成途徑中最后的兩步環(huán)化反應(yīng)，從而使番茄紅素積累[19]。它也是目前唯一能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的菌株。<

68、;/p><p>　　所以本設(shè)計(jì)選用的菌株為三孢布拉氏霉菌（＋）和（－）菌，購(gòu)自ATCC。</p><p>　　2.2 培養(yǎng)基的組成</p><p>　　2.2.1 土豆培養(yǎng)基（PDA）</p><p>　　葡萄糖 1.0%、黃豆粉 3.0%、玉米漿 6.0%、KH2PO4 0.5%、MgSO4 0.025%、VB1少許，pH 6.5。</p

69、><p>　　2.2.2 種子培養(yǎng)基</p><p>　　玉米淀粉30 g/L、玉米漿60 g/L、葡萄糖10 g/L、KH2PO4 0.5 g/L、MgSO4 0.25 g/L、VB10.5 mg/L、pH 6.5。</p><p>　　2.2.3 發(fā)酵培養(yǎng)基</p><p>　　玉米淀粉40 g/L、玉米漿40 g/L、棉籽油50 ml/L、

70、KH2PO4 1 g/L、MgSO4 0.25 g/L、VB1 0.5 mg/L、pH 6.5。</p><p>　　2.2.4 流加糖液</p><p>　　淀粉經(jīng)糖化后，制成300 g/L的葡萄糖。</p><p>　　2.2.5 阻斷劑制備</p><p>　　煙草水提取物制備比列：取干燥煙草2 g，加入水40 mL，超聲波提取15 m

71、in，過(guò)濾后取濾液，121℃滅菌15 min。</p><p>　　發(fā)酵60 h同時(shí)添加煙草1 g/L可提高番茄紅素的產(chǎn)量。</p><p>　　2.3 發(fā)酵條件選擇</p><p>　　在有氧發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)條件直接影響細(xì)胞的生產(chǎn)代謝，因而必須進(jìn)行培養(yǎng)條件優(yōu)化選擇。</p><p>　　2.3.1 pH選擇</p><p

72、>　　LopezNieto等[20]研究表明發(fā)酵液的初始pH6.5時(shí)較利于番茄紅素的積累，但在發(fā)酵過(guò)程中控制恒定的pH6.5，因?yàn)椴徽{(diào)節(jié)pH時(shí)，菌體能產(chǎn)生多種有機(jī)酸，作為自身利用的碳源。當(dāng)pH偏酸或者偏堿后，菌體生長(zhǎng)繁殖能力明顯下降。</p><p>　　2.3.2 溫度的選擇</p><p>　　對(duì)同一微生物來(lái)說(shuō)，不同的生理生化過(guò)程有著不同的最適溫。經(jīng)張邦建等[21]實(shí)驗(yàn)研究表明三

73、孢布拉氏霉菌最佳的培養(yǎng)溫度為25℃，三孢布拉氏霉菌最適培養(yǎng)溫度范圍較窄，生產(chǎn)中控制溫度變化越精確越好。</p><p>　　2.3.3 攪拌速度選擇</p><p>　　對(duì)于好氧菌來(lái)說(shuō)，發(fā)酵液的溶氧是影響其發(fā)酵的重要因素之一。經(jīng)張邦建等[21]實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，隨著轉(zhuǎn)速的提高，單位發(fā)酵液中細(xì)胞數(shù)增加，這說(shuō)明三孢布拉氏霉菌對(duì)氧的需求量是很大的，但過(guò)度的轉(zhuǎn)速對(duì)設(shè)備的要求較高。因而，綜合各因素選擇轉(zhuǎn)

74、速為270 r/min。</p><p>　　2.3.4 接種量的選擇</p><p>　　接種量的大小決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵過(guò)程中生長(zhǎng)繁殖的速度，大的接種量發(fā)酵，雖然可以縮短菌絲體達(dá)到高峰的時(shí)間，使得產(chǎn)物提早形成，但是，接種量過(guò)多，往往使菌體生長(zhǎng)過(guò)快、培養(yǎng)液粘度增加，造成溶解氧不足，而影響產(chǎn)物生成。若接種量過(guò)小，也不利于菌種的生長(zhǎng)，經(jīng)試驗(yàn)[21]可得，10%(體積比)的接種量利于菌種的生長(zhǎng)

75、和發(fā)酵。</p><p>　　2.3.5 流加工藝的選擇</p><p>　　三孢布拉氏霉菌發(fā)酵生產(chǎn)番茄紅素流加工藝中，在確定發(fā)酵溫度、pH、攪拌速度、接種量的情況下，實(shí)驗(yàn)[21]確定流加工藝最佳條件為流加時(shí)間48 h、發(fā)酵時(shí)間120 h。若糖量流加過(guò)多，糖的濃度高，反而會(huì)抑制菌種的生長(zhǎng)繁殖，使產(chǎn)物生成量減少。</p><p>　　2.3.6 阻斷物添加時(shí)間段選擇&

76、lt;/p><p>　　阻斷劑的添加時(shí)間對(duì)番茄紅素產(chǎn)量的影響很大，因此，確定阻斷劑的最優(yōu)添加時(shí)間非常必要。王航等[22]可以得出，在發(fā)酵60 h時(shí)添加煙草廢棄物1 g/L，此時(shí)番茄紅素的產(chǎn)量最高，可以達(dá)到400 mg/L，分析原因，若阻斷劑添加時(shí)間過(guò)早，會(huì)抑制三孢布拉氏霉菌的生長(zhǎng)，以致番茄紅素的產(chǎn)量降低；若添加時(shí)間過(guò)晚，發(fā)酵已進(jìn)入后期，阻斷不充分，菌體中β-胡蘿卜素含量較多，而番茄紅素的產(chǎn)量就會(huì)相應(yīng)減少，故選擇60

77、h為阻斷劑的最優(yōu)添加時(shí)間。</p><p>　　2.3.7 發(fā)酵周期的確定</p><p>　　發(fā)酵終點(diǎn)的判斷需綜合多方面的因素統(tǒng)籌考慮。不過(guò)，一般都是以提高生產(chǎn)率為首要的目標(biāo)，主要從兩方面來(lái)確立發(fā)酵時(shí)間：一方面是菌體的生長(zhǎng)指標(biāo)，即細(xì)胞質(zhì)量濃度；另一方面則是菌體的代謝指標(biāo)，即番茄紅素的產(chǎn)量。經(jīng)試驗(yàn)[22]確定細(xì)胞中的番茄紅素在第五天達(dá)到最大，在第7天后開(kāi)始逐漸減少，我們確定培養(yǎng)工藝的發(fā)酵培

78、養(yǎng)時(shí)間為5天，即120 h。</p><p>　　2.4 培養(yǎng)方法的確定</p><p>　　以往發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素的過(guò)程中，其種子培養(yǎng)階段采用的是將PDA培養(yǎng)基中的菌絲體連同培養(yǎng)基一起挑塊兒直接加入種子培養(yǎng)基中進(jìn)行液態(tài)培養(yǎng)。但是，由于菌種退化，其生長(zhǎng)活力降低，現(xiàn)在采用相同的接種方式，在培養(yǎng)到所需時(shí)間后菌體容易集結(jié)成團(tuán)(一般是負(fù)菌)，而不是需要的米粒大小的菌球[23]，為后續(xù)的發(fā)酵培養(yǎng)帶來(lái)

79、很大的困難。根據(jù)三孢布拉氏霉菌的生長(zhǎng)特性，試驗(yàn)確定采用孢子懸液的接種方式，菌體在種子培養(yǎng)基中均可生長(zhǎng)為極小的菌球或絲狀，沒(méi)有成團(tuán)現(xiàn)象發(fā)生。一般而言，絲狀形態(tài)或極小的菌球形態(tài)均有利于其在液體發(fā)酵培養(yǎng)基中氧氣運(yùn)輸和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，因此，在以后的培養(yǎng)工藝中均考慮采用孢子懸液的接種方式[22]。</p><p>　　2.4.1 種子擴(kuò)大培養(yǎng)</p><p>　　將三孢布拉氏霉菌（+）、（－）原菌經(jīng)

80、活化后，分別接種于PDA斜面培養(yǎng)基上，可在28℃條件下，培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h，然后在有氧的環(huán)境下種子罐液體培養(yǎng)基中，于18℃再繼續(xù)培養(yǎng)28 h可得生長(zhǎng)良好的（+）、（－）菌孢子。</p><p>　　2.4.2 發(fā)酵培養(yǎng)</p><p>　　將培養(yǎng)良好的（+）、（－）菌孢子懸浮液在無(wú)菌條件下按1:10的體積比混合制成種子液。在發(fā)酵罐中加入發(fā)酵罐體積比1/6的發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)121℃、30 m

81、in滅菌后，在無(wú)菌條件下接入種子液，在25℃條件下進(jìn)行發(fā)酵。</p><p>　　2.5 發(fā)酵條件結(jié)論</p><p>　　綜上所述，在25℃、攪拌速度270 r/min、pH 6.5，接種量10％(體積比)，正負(fù)菌接種比例1:10，裝液量40 ml/250 ml條件下，三孢布拉氏霉菌的生長(zhǎng)與代謝達(dá)到最優(yōu)。在發(fā)酵過(guò)程中流加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（糖），可增加發(fā)酵液中菌體的數(shù)量和發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量，其最適流加

82、時(shí)間為發(fā)酵后48 h，添加阻斷物最佳時(shí)間為發(fā)酵后第60h,添加量為1 g/L，最佳發(fā)酵周期為120 h。</p><p>　　2.6 發(fā)酵后期發(fā)酵液處理方法</p><p>　　分離純化工藝一般包括：培養(yǎng)液的預(yù)處理和固液分離；初步提取；高度純化和成品加工四個(gè)部分。發(fā)酵法生產(chǎn)番茄紅素的過(guò)程中，番茄紅素在胞內(nèi)大量積累，因此必須從細(xì)胞中抽提出番茄紅素。發(fā)酵液經(jīng)固液分離后，收集菌體并將菌體破碎；初

83、步純化采取萃取技術(shù)，得到富含番茄紅素的萃取液；精致工藝采用真空濃縮、結(jié)晶技術(shù)后干燥可達(dá)到含量95%番茄紅素晶體。</p><p>　　2.6.1 固液分離</p><p>　　番茄紅素是三孢布拉氏霉菌的胞內(nèi)產(chǎn)物，在發(fā)酵過(guò)程中并沒(méi)有分泌到胞外，經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾得到深紅色菌體；再將菌體真空干燥24 h，菌體基本恒重可以稱(chēng)量菌體干重。再將菌體經(jīng)過(guò)細(xì)胞破碎儀粉碎成菌粉。</p><

84、;p><b>　　2.6.2 萃取</b></p><p>　　番茄紅素是脂溶性類(lèi)胡蘿卜素，在萃取過(guò)程中選用極性溶劑乙酸乙酯為萃取劑，利用超聲波萃取機(jī)進(jìn)行萃取。萃取溫度為60℃-70℃之間，萃取劑用量20 ml/g，添加5%抗氧化劑TBHQ，萃取直至無(wú)色為止。此時(shí)番茄紅素溶在乙酸乙酯中，為油相；細(xì)胞壁等雜物在下水相中。</p><p>　　萃取過(guò)程中番茄紅素的損

85、失主要在于番茄紅素的降解，因而在萃取過(guò)程中添加抗氧化劑TBHQ（叔丁基對(duì)苯二酚，是一種安全食品添加劑），可使萃取率提高近20%，而且萃取損失率只有5%左右。</p><p><b>　　2.6.3 皂化</b></p><p>　　在萃取過(guò)程中，萃取劑會(huì)將菌體細(xì)胞壁中的脂肪酸和其他脂類(lèi)物質(zhì)萃取到萃取液中，而且菌體合成的少量水溶性類(lèi)胡蘿卜素也會(huì)被萃取到萃取液中，采用皂化

86、法將上述雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到水相中，而脂溶性類(lèi)胡蘿卜素繼續(xù)留在油相中。皂化時(shí)，溫度控制在50℃-60℃之間，皂化時(shí)間為30 min。皂化液為氫氧化鉀甲醇溶液，氫氧化鉀的量為0.1 g/g菌粉，甲醇溶液為80%的水溶液，其配比為400 g/L，皂化收率為75%。</p><p>　　2.6.4 精制階段</p><p>　　皂化后，將下相水相處理后溶劑回收利用。上相（油相）真空濃縮，在40℃下，真空度

87、0.1 MPa條件下濃縮直至有部分晶體析出為止；番茄紅素不溶于無(wú)水乙醇，則選用無(wú)水乙醇作為結(jié)晶溶劑。無(wú)水乙醇的用量為濃縮液的10倍時(shí)利于結(jié)晶，溫度控制在0℃-5℃，結(jié)晶時(shí)間12 h；精制階段的收率為98%。結(jié)晶物經(jīng)過(guò)洗滌干燥后得到含有95%番茄紅素純品，真空、低溫、避光保存。</p><p>　　2.7 工藝技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　?。?）發(fā)酵工藝比較簡(jiǎn)單，設(shè)備要求不高，產(chǎn)量高。<

88、;/p><p>　?。?）本技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程中的廢水通過(guò)活性污泥法處理；提取的廢渣（菌體蛋白）可做飼料；廢氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾排放，基本上無(wú)三廢污染。</p><p>　?。?）本技術(shù)全年均可進(jìn)行，不受季節(jié)和地理影響。</p><p>　?。?）本技術(shù)生產(chǎn)的番茄紅素屬于天然型產(chǎn)品，其活性與天然植物提取的活性成分一致，且與合成法生產(chǎn)的相比較易于人體吸收。</p><

89、p><b>　　2.8 工藝流程圖</b></p><p>　　60h 48h</p><p><b>　　120h</b></p><p><b>　　真空干燥</b></p><p><b>　　下相</b>

90、</p><p><b>　　乙醇</b></p><p><b>　　干燥 洗滌</b></p><p><b>　　2.9 工藝說(shuō)明</b></p><p>　　（1）PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)菌種：將三孢布拉氏霉菌（+）、（－）原菌經(jīng)活化后，分別接種于PDA斜面培養(yǎng)基上，在28℃

91、條件下，培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h。</p><p>　　（2）種子擴(kuò)培：有氧的環(huán)境中，接種量為2%，于18℃下種子罐中繼續(xù)培養(yǎng)28 h可得生長(zhǎng)良好的（+）、（－）菌孢子。</p><p>　?。?）發(fā)酵：將培養(yǎng)良好的（+）、（－）菌孢子懸浮液在無(wú)菌條件下按1:10的體積比混合制成種子液，在無(wú)菌條件下接入種子液，在25℃條件下進(jìn)行發(fā)酵。在發(fā)酵的48 h的時(shí)候加入流加糖液，在發(fā)酵的第60 h加入阻

92、斷劑，發(fā)酵120 h停止。</p><p>　　（4）過(guò)濾：將發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾，將菌體和發(fā)酵液分開(kāi)而得到深紅色濕菌體。</p><p>　　（5）真空干燥：將濕菌體真空干燥（45℃，0.1 MPa真空下），真空干燥24 h。</p><p>　?。?）細(xì)胞破碎：將干菌體細(xì)胞研磨破碎，粉碎成60-80目的菌粉。</p><p>　　（7）萃?。狠?/p>

93、取溫度為60℃-70℃之間，萃取劑用量20 ml/g，添加5%抗氧化劑TBHQ，萃取直至無(wú)色為止。</p><p>　?。?）皂化：溫度控制在50℃-60℃之間，皂化時(shí)間為30 min。</p><p>　?。?）真空濃縮：溫度在40℃下，真空度0.1 MPa條件下濃縮直至有部分晶體（含水10%）析出為止。</p><p>　?。?0）低溫結(jié)晶：無(wú)水乙醇的用量為濃縮

94、液體積的10倍，溫度控制在0℃-5℃，結(jié)晶12 h。</p><p>　　（11）純品：結(jié)晶物經(jīng)過(guò)洗滌干燥后得到含有95%番茄紅素純品，低溫避光保存。</p><p><b>　　3. 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1 物料衡算</b></p><p>　　3.1.1 工藝技術(shù)

95、指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p>　?、偕a(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)量20 t；</p><p>　?、谏a(chǎn)天數(shù)：除去節(jié)假日，機(jī)器維修時(shí)間，每年按工作300天計(jì)算；</p><p>　　③日生產(chǎn)量：20÷300=0.0667 t/d；</p><p>　　④發(fā)酵水平：番茄紅素產(chǎn)量400 mg/L；</p><p>　?、莘?/p>

96、紅素萃取收率為95%；皂化收率為75%；精制階段的收率為98%；產(chǎn)品純度95%。</p><p>　?、薏僮鲄?shù)：發(fā)酵周期120 h，發(fā)酵溫度25℃，攪拌速速270 r/min。</p><p>　　3.1.2 原料消耗計(jì)算(以一噸成品番茄紅素為基準(zhǔn))</p><p>　　1.根據(jù)產(chǎn)品純度95%可得：番茄紅素純品量：1000 kg÷95%=1052.64

97、kg</p><p>　　2.根據(jù)精制階段的收率98%可得：皂化后番茄紅素量：1000 kg÷95%÷98%=1074.12 kg</p><p>　　根據(jù)皂化收率75%可得：萃取后的番茄紅素量：1000 kg÷95%÷98%÷75%=1432.16 kg</p><p>　　根據(jù)番茄紅素萃取收率95%可得：<

98、/p><p>　　發(fā)酵后含的番茄紅素量：1000 kg÷95%÷98%÷75%÷95%=1507.53 kg</p><p>　　根據(jù)發(fā)酵水平番茄紅素產(chǎn)量400 mg/L可得：</p><p>　　發(fā)酵液需求量：1000 kg÷95%÷98%÷75%÷95%×106÷40

99、0 mg/L=3768820.55 L</p><p>　　根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)基各成分比例可得：</p><p>　　已知發(fā)酵液需求量為3768820.55 L，則</p><p>　　玉米淀粉量：3768820.55 L×40 g/L=150752822 g=150.753 t</p><p>　　玉米漿量：3768820.55 L&#

100、215;40 g/L=150752822 g=150.753 t</p><p>　　棉籽油量：3768820.55 L×50 ml/L=188441027.38 ml=188441.1 L</p><p>　　磷酸二氫鉀量：3768820.55 L×1 g/L=3768820.55 g=3.769 t</p><p>　　硫酸鎂量：376882

101、0.55 L×0.25 g/L=942205.14 g=0.943 t</p><p>　　VB1量：3768820.55 L×0.5 mg/L=1884410.275 mg=1.885 kg</p><p>　　根據(jù)流加糖液300 g/L可得：</p><p>　　已知發(fā)酵液需求量為3768820.55 L，流加糖液量為發(fā)酵培養(yǎng)基的10%，則&

102、lt;/p><p>　　葡萄糖量：3768820.55 L×10%×300 g/L=113064600 g</p><p>　　13064600 g=113.1 t</p><p>　　根據(jù)添加阻斷劑1 g/L可得：</p><p>　　已知發(fā)酵液需求量為3768820.55 L，則</p><p>　

103、　煙草廢棄物量：3768820.55L×1 g/L=3768820.55 g</p><p>　　3768820.55 g=3.769 t</p><p>　　根據(jù)接種比例10%可得：</p><p>　　已知發(fā)酵液需求量為3768820.55 L，則</p><p>　　接種量：3768820.55 L×10%=3768

104、82.06 L</p><p>　　根據(jù)萃取劑用量20 ml/g菌粉可得：</p><p>　　干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，已知發(fā)酵后的番茄紅素量1507.53 kg，則</p><p>　　乙酸乙酯量：1507.53 kg×103×20=30150600 mL</p><p>　　30150600 mL=301

105、50.6 L</p><p>　　根據(jù)添加抗氧化劑TBHQ5%可得：</p><p>　　已知萃取劑用量30150.6 L，則</p><p>　　TBHQ量：30150.6 L×5%=1507.53 L</p><p>　　12.根據(jù)皂化過(guò)程中皂化液氫氧化鉀的量為0.1 g/g菌粉，甲醇溶液為80%的水溶液其配比為400 g/L，

106、可得：</p><p>　　干燥的菌粉約等于發(fā)酵后的番茄紅素的量，已知發(fā)酵后的番茄紅素量1507.53kg，則</p><p>　　氫氧化鉀的量：1507.53 kg×103×0.1 g/g菌粉=150753 g</p><p>　　150753 g=150.76 kg</p><p>　　甲醇水溶液的量：150753 g

107、÷400 g/L=376.89 L</p><p>　　甲醇溶液的量：376.89 L×80%=301.52 L</p><p>　　13.根據(jù)無(wú)水乙醇的用量為濃縮液的10倍可得：</p><p>　　已知皂化后番茄紅素量：1074.12 kg，其濃縮后的番茄紅素含水量為10%，濃縮液密度按水的密度計(jì)算，則有濃縮液體積為：1074.12 kg&#

108、247;1 kg/L÷(1-10%)=1141.25 L</p><p>　　無(wú)水乙醇的量：1141.25×10=11412.5 L</p><p>　　3.1.3 原料日消耗量和年總消耗量</p><p>　　已知番茄紅素日生產(chǎn)量：0.0667 t/d；年產(chǎn)量20 t可得：</p><p>　　1.VB1 日需量1.88

109、5 kg×10-3×0.0667=1.25×10-4 t；年需量1.885 kg×10-3×20=0.0377 t</p><p>　　2.棉籽油：日需量188441.1 L×0.0667=12569.1 L；年需量188441.1 L×20=3768822 L</p><p>　　=3768822 L×0.9

110、25 kg/L=3486160.35 kg=3486.16 t</p><p>　　3.玉米漿：日需量150.753 t×0.0667=10.06 t；年需量150.753 t×20=3015.06 t</p><p>　　4.硫酸鎂：日需量0.943 t×0.0667=0.0629 t；年需量0.943 t×20=18.86 t</p>

111、<p>　　5.葡萄糖：日需量113.1 t×0.0667=7.55 t；年需量113.1 t×20=2262 t</p><p>　　6.接種量：日需量376882.06 L×0.0667=25138.04 L；年需量376882.06 L×20=7537641.2 L</p><p>　　7.玉米淀粉：日需量150.753 t

112、15;0.0667=10.056 t；年需量150.753 t×20=3015.06 t</p><p>　　8.氫氧化鉀：日需量150.76 kg×10-3×0.0667=10.06×10-3 t；</p><p>　　年需量150.76 kg×10-3×20=3.02 t</p><p>　　9.甲醇溶

113、液：日需量301.52 L×0.0667=20.12 L；年需量301.521 L×20=6030.4 L</p><p>　　=6030.4L×0.792kg/L=4776.1kg=4.78t</p><p>　　10.無(wú)水乙醇：日需量11412.5 L×0.0667=761.214 L；年需量11412.5 L×20=228250 L&

114、lt;/p><p>　　=228250 L×0.789 kg/L=180089.25 kg=180.1 t</p><p>　　11.乙酸乙酯：日需量30150.6 L×0.0667=2011.05 L；年需量30150.6 L×20=603012 L</p><p>　　=603012×0.902 kg/L=543916.83=

115、544 t</p><p>　　12.煙草廢棄物：日需量3.769 t×0.0667=0.252 t；年需量3.769 t×20=75.38t</p><p>　　13.磷酸二氫鉀：日需量3.769 t×0.0667=0.252 t；年需量3.769 t×20=75.38 t </p><p>　　14.TBHQ（叔丁基對(duì)二苯