年产5000吨糖化酶发酵车间设计
2 本论
2.1 糖化酶生产中所用黑曲霉的特性
黑曲霉在液体培养基中32℃摇瓶培养96h，粗提酶液经进一步分离提取，得到同时具有液化和糖化两种酶活力的新型酶制剂，最适PH值为4．6。耐酸性α—淀粉酶活性的最适温度为60℃，糖化酶活性的最适温度为50℃。在pH4．6酸性条件下，该液化糖化酶在50℃保温1h，仍具有原酶活性。黑曲霉广泛分布于世界各地的粮食、植物性产品和土壤中。是重要的发酵工业菌种，可生产淀粉酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、柠檬酸、葡糖酸和没食子酸等。有的菌株还可将羟基孕甾酮转化为雄烯。生长适温37℃，最低相对湿度为88%，能引致水分较高的粮食霉变和其他工业器材霉变。
2.2菌种培养工艺
糖化酶发酵罐中必须用纯培养接物种，并且接种量要求相当大，目的是使发酵迅速安全地进行，因此生产上需要有菌种扩大培养的操作。扩大培养可按下述步骤进行：
试管原种→10mL.试管→500 mol三角瓶→1-2L三角瓶→10-20L罐→100-200L罐→1000-2000L罐。 2.2.1 菌种活化
将保存的原菌种先转接到10mL 10°Box麦芽汁的试管中，在34℃下培养24h。这时可以看到培养液混浊，镜检观察有无杂菌污染。此时的检查十分重要。这将是关系到整批发酵成功的关键。可适当转接多次。 2.2.2 一级种子培养
将上述的培养的种子液转移接入一级种子罐中。培养液的的组成为（g/l）： 培养基在100Kpa表压下灭菌30min。在34℃下培养5-6天。
玉米粉60； 玉米浆20； 黄豆粉20； KNO3 3; MgSO4*7H2O 1.2; KH2PO4 2.7; PH自然 2.2.3 二级种子培养
将上述一级种子罐培养出来的种子液接入装有更多培养液的二级种子罐中，在100Kpa表压下灭菌15min,煮沸灭菌后立即冷却至培养温度在34℃左右，培养7-10天。培养时观察到整个表面孢子着色均匀，显出成熟特征的颜色即可。
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后续每一步培养液的量扩大10～15倍，在30～34℃下培养。
一般工厂中，菌种的扩大培养只是生产开始时进行一次，而正常生产中采用连续法接种，即将一部分旺盛的发酵液作为接种物，接入新配好的培养液中进行发酵。只有在发现发酵异常、菌种不纯或退化、影响生产时，才重新开始扩大培养一次。
2.3 工艺计算
2.3.1工艺技术指标及基础数据 （1）.工艺技术指标及基础数据
表2—1 黑曲霉产糖化酶发酵工厂技术指标 指标系数 生产规模 生产方法
单位 t/a
指标数 指标系数 5000
发酵辅助时间 菌种培养时间 菌种培养辅助时间 接种量 发酵罐装料系数 放罐发酵单位 提取总收率
单位 h h h % % u/ml %
指标数 24 24 15 10 80 12000 80
液体深层发酵
300 15625 20000 2 120
年生产天数 d/a 产品日产量 Kg/d 产品质量 倒灌率 发酵周期
u/ml % h
( 2 ) 种子培养基(g/l):玉米粉60；玉米浆20；黄豆粉20；KNO3 3;MgSO4*7H2O 1.2;KH2PO4 2.7;PH自然
（3）发酵初始培养基（g/l）：玉米粉50；玉米浆20；黄豆粉20；麸皮30；料：水=1：7，接种量10% （4）采用间歇发酵培养 2.3.2发酵工艺流程图：
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空气 空气压缩空气过滤系分过滤种子瓶斜面孢子 32℃，3d 种子摇瓶 32℃，24h α─淀粉酶 一级种子罐 34℃，15h 无 菌 空 气 配料 料水=1：7 粉碎 糊化 85—95℃ 液化 二级种子罐 32℃，12h 三级种子罐 32—34℃ 发酵液 120h 成品 浓缩 冷冻干燥 液体糖化酶 压滤 透析除收 回收液
图2.1 糖化酶发酵生产工艺流程图
2.3.3物料衡算
1. 首先计算生产1000kg活度为20000u/ml的糖化酶，产品需要耗用的原材料及其他物料量：
（1）放罐成熟发酵液放罐单位为12000u/ml，生产1000kg产品发酵液量为：
VO=1000*20000*1000/12000*1000*1000*8%*98%=2.13 m3 式中
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80%──糖化酶总提取率
98%──除去倒灌率2%的发酵成功率 （2）房管成熟发酵液量Vo分为三部分组成：
底料 V1=Vo*80%=1.70 m3 种液量 V2=Vo910%=0.213 m3 底料物料用量：发酵培养基配方*V1 种液的物料用量：种子培养基配方*V2 （3）配制发酵液底料所需黄豆粉量
M1=20V1=34.02kg (4)种子培养液所需黄豆粉量
M2=20V2=4.26kg
（5）生产1000kg糖化酶共需黄豆粉量
M=M1+M2=38.28kg
依此类推，可以计算出生产1000kg糖化酶所需要其他无聊的量 （6）玉米粉的用量 M3=50V1+60V2=97.83kg （7）玉米浆的用量
M4=20（V1+V2）=38.28kg （8）KNO3的用量
M5=3V2=0.64kg （9）MgSO4?7H2O的用量
M6=1.2V2=0.26kg (10)KH2PO4的用量
M7=2.7V2=0.58kg （11）麸皮的用量
M8=30V1=51.03kg （12）淀粉酶耗用量
应用酶活度为20000U/g的α—淀粉酶，淀粉酶用量50U/g： M9=（M+M3）*50/20000=0.34kg 2.5000t/a糖化酶发酵车间的物料衡算
由上述生产1000kg活度为20000u/ml的糖化酶产品，需要耗用的原材料
及其他物料衡算结果，可求得5000t/a该糖化酶发酵车间的物料衡算，计算结果具体如下：
表2—2 5000t/a糖化酶发酵车间的物料衡算表
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物料名称 生产1t糖化酶 的物料量
生产5000t/a糖化酶 的物料量 5000000 8500 650 191400 489150 191400 255150 3200 1300 2900 1700
每日物料量
糖化酶/kg 发酵液量/ m
3
1000 1.70 0.213 38.28 97.83 38.28 51.03 0.64
16666.67 28.33 2.17 638 1630.5 638 850.5 10.67 4.33 9.67 5.67
种液量/ m
3
黄豆粉量/kg 玉米粉量/kg 玉米浆/kg 麸皮/kg KNO3/kg
MgSO4?7H2O/kg 0.26 KH2PO4/kg
0.58
α—淀粉酶/kg 0.34
2.3.4热量衡算
现已生产1000kg糖化酶来计算此工艺过程中的热量衡算。 1.用水耗热量So
根据工艺，糊化锅加水量为：M1=（38.28+97.83+51.03）*7=1310kg 38.28──黄豆粉用量 97.83──玉米粉用量 51.03──麸皮用量
故糊化锅用水量为M1=1310kg自来水平均温度取t1=18℃，而配料用水温为50℃，故耗热量:So=CwM1(t2-t1)
=4.18*1310*32 =175000KJ
有糖化工艺流程可知：Q=Q’+Q”+Q”’ 糊化锅内玉米醪由初温to加热至100℃耗热Q’ Q’=M玉米醪C玉米醪（100-to）
（1） 计算玉米醪的比热容C玉米醪，根据经验公式，C谷物=0.0.1[(100-ω)+4.18
ω]进行计算，式中ω为含水量百分率,Co为谷物比热容，取Co=1.55KJ/(kg/k)
C玉米粉=0.01[(100-13)*1.55+4.18*13]=1.89 KJ/(kg*k)
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