课程设计
题目：年产2000吨L-色氨酸发酵车
间设计
学号：10043105 姓名：胡仲君
指导老师：徐庆阳
第一节 前言
L-色氨酸是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸,为白色或略带黄色叶片状结晶或粉末，在水中溶解度1014 g（25℃），溶于稀酸或稀碱，在碱液中较稳定，强酸中分解。微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚。它是人体和动物生命活动中必需氨基酸之一，对人和动物的生长发育、新陈代谢起着重要作用，被称为第二必需氨基酸，在生物体内，从L-色氨酸出发可以合成5-羟基色胺的激素以及色素、生物碱、辅酶、植物激素等生理活性物质，可以预防和治疗糙皮病，同时具有消除精神紧张、改善睡眠等功效。另外，由于色氨酸是一些植物蛋白中比较缺乏的氨基酸，用他强化食品和做饲料添加剂对提高植物蛋白质的利用率具有重要的作业，它是继蛋氨酸和赖氨酸之后的第三大饲料添加氨基酸。
目前世界L-色氨酸的年产约为10000多吨，市场增长率超过10%，作为饲料添加剂使用的色氨酸有数百吨，中国主要是高价格限制了她的应用。世界上主要生产厂家是日本的昭和电工、协和发酵和三井化学公司采用发酵方法生产色氨酸，赢创德固赛则兼有发酵法和合成法生产色氨酸。
L-色氨酸的最早生产是靠化学合成法和蛋白质水解法，随着对微生物法生产L-色氨酸研究的不断深入，这种方法已经处于主导地位。微生物法大体上可以分为直接发酵法、微生物转化法和酶法。目前微生物直接发酵法成为色氨酸工业化生产的主流方式。
第二节 设计任务
一、设计题目
年产2000吨L-色氨酸发酵车间设计 二、设计条件
年产量为98.5%以上的结晶色氨酸2000吨。采用口服葡萄糖为原料，生产天数为320天。气候条件极端最高温42℃，最低温-23℃，一般温度为10-30℃。
主要风向：冬夏均为北风。 三、设计技术指标
年产色氨酸：2000吨（98.5% 结晶）； 色氨酸产酸率3.5%； 糖酸转化率18%； 色氨酸总提取收率70%； 发酵周期36h； 通风比1：0.5； 染菌几率1%；
第三节 基本依据
以Escherichia coli TRJH（trpEDCBA+tetR）为生产菌株，通过流加葡萄糖进行补料分批发酵。 一、 原料的选择
根据原料来源、利用效率和运输成本等因素综合考虑，最终决定采用口服葡萄糖作为本设计L-色氨酸的发酵原料。 二、 菌种的扩大培养 （一） 斜面菌种的培养
菌种的斜面培养条件必须有利于菌种生长并且不产酸，并要求斜面菌种绝对纯化单一，不得混有任何杂菌或噬菌体。培养条件要菌种繁殖有利，培养基以多含有机氮，少含糖为配置原则[9]。
活化斜面培养基的组成如下：
酵母粉5g，蛋白胨10g，NaCl 5g，盐酸四环素 50μg/mL，琼脂条20g。 灭菌条件：75KPa，蒸汽灭菌20min
培养条件：温度28℃，培养20-24小时。每批斜面菌种培养完成后，要仔细观察菌苔生长情况，菌苔的颜色和边缘等特征是否正常，有无感染杂菌的迹象，如果发现异常状态，则坚决不使用，斜面菌种保存在冰箱中待用。
斜面菌种的培养是生产过程中的重要环节，操作必须严格认真，无菌室要加
强管理，经常打扫和灭菌，防止杂菌和噬菌体的污染。
生产中使用的斜面菌种不宜多次移接，无特殊情况最多只能移接三次，以免由于菌种的自然变异引起菌种不纯，在生产使用中要不断提供新的斜面菌株。 （二） 一级种子培养
一级种子培养的目的大量繁殖活力强的菌体，培养基的组成应少含糖，多含有机氮，培养条件从有利于长菌考虑。
建议采用三角摇瓶培养，而是培养大型斜面作为一级种子使用。一次制备一大批斜面一级种子，储存于冰箱中，供工厂使用一星期左右，这种手法的优点是利用固体培养物比液体培养物好保存的特点，一次制备一批大型斜面，而不是每天制备液体一级种子。
操作要点：先用无菌水冲洗生长相对良好的活化菌种斜面2支，使用玻璃刮刀全部刮下，转入干灭好的三角瓶中，在酒精灯旁接入5L自动控制种子罐中，5L种子罐中装液量2L，温度控制32℃，自动流加氨水控制pH在7.0，通风量200L/h，初始搅拌转速300r/min，通过流加泡敌消泡，种子培养14h[11]。 （三）二级种子培养
为了获得发酵所需的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到发酵罐的二级种子培养。种子罐容积的大小取决于发酵罐的大小和种量的比例。
操作要点：5L种子罐种子以10％接种量(600mL)、火焰接种方式接入10m3自动控制发酵罐中，装液量为60%左右，温度控制36℃，自动流加氨水控制pH在7.0，通过流加泡敌消泡，通风量200L/h，初始搅拌转速300r/min，发酵40h。 三、 影响种子质量的主要因素 （一） 培养基的构成
种子培养基要求含有丰富的氮源，足够的生物素，少量的碳源，以利于菌体生长，如果糖分过多，菌体代谢活动旺盛，生产有机酸，使pH降低，菌体容易衰老。 （二） pH
开始培养时（零时），pH不宜过高；培养结束时，pH不宜过低；pH上升后有所下降时，培养时间已接近结束。总体应保持PH在7.0左右，这样有利于菌
体生长。 （三） 温度
幼龄菌对温度变化敏感，应避免温度过高和波动过大。应控制温度在28℃。 （四） 溶解氧
长菌阶段对氧要求比发酵时高，溶氧水平过低，将抑制长菌。 （五） 接种量
种量过少，菌体增长缓慢，适应期长，培养时间长，影响种子活力。但种量过大，在摇瓶操作中易引起污染，一般种量以10%左右。 （六） 培养时间
培养时间不宜过长，以12-16小时为好，以对数生长期作为种子接入发酵罐。
第四节 发酵工艺流程
一、 发酵罐发酵培养基组成（g/L）及发酵条件
培养基成分 葡萄糖 酵母浸出粉 (NH4)2SO4 柠檬酸 柠檬酸三钠 MgSO4·7H2O KH2PO4 KCl FeSO4·7H2O 四环素 微量元素混合溶液 最终浓度(g/L) 20 1 4 1 1 3.15 1.5 1.9 75.6mg 50mg 4mL 发酵条件：在含碳、氮及无机盐等的培养基中经过灭菌冷却接种后通入无菌空气，温度控制在30-37℃，pH 6.5～7.0经过发酵，培养而得L-色氨酸发酵液。 二、 分过滤器的灭菌