黑曲霉菌株发酵生产糖化酶发酵罐设计解析

黑曲霉产糖化酶液态发酵条件研究孙继祥【摘要】The effects of additives,feeding time and feeding quantity on Saccharifying enzyme production by Aspergillus niger fermentation were investigated throug single factor test with the activity of Saccharifying enzyme as indicator.Then the effects of fermentation conditions on Saccharifying enzyme production were investigated by orthogonal experiments.The results suggested that the addition of（NH4） 2SO4 could enhance 17 % enzyme activity,the optimum feeding time was 48h,the best feeding quantity was 6 mL,feeding could prolong fermenting cycle from previous 96 h to 120 h,and the optimum fermentation conditions were 15 % inoculating quantity,50 mL liquid-filling in 250 mL triangle flask,and initial pH value as 4.5.%以糖化酶活力为指标,通过单因素实验,分别考察了添加物、补料时间和补料量对黑曲霉发酵产糖化酶的影响。

通过正交实验,考察了发酵条件对黑曲霉发酵产酶的影响。

南阳理工学院本科生毕业设计学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生： *******指导教师：***完成日期 2010 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计年产5000吨糖化酶发酵车间设计The design of annual output of 5000 tons of glucoamylasefermentation factory workshop总计：毕业设计（论文）28页表格： 5 个插图： 1 幅南阳理工学院本科毕业设计年产5000吨糖化酶发酵车间设计The design of annual output of 5000 tons of glucoamylasefermentation factory workshop学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名：郭留洋学号：*****指导教师：******评阅教师：完成日期：2010年5月南阳理工学院Nanyang Institute of Technology年产5000吨糖化酶发酵车间的工艺设计生物工程专业郭留洋【摘要】糖化酶是工业生产的主要酶制剂之一，广泛用于酿酒、葡萄糖、果葡糖浆、抗菌素、乳酸、有机酸、味精、棉纺厂等各方面。

本设计以玉米淀粉为主要原料，利用黑曲霉，采用机械搅拌通风罐进行发酵生产，完成生产5000吨糖化酶发酵车间工艺设计，通过工艺流程设计、工艺衡算、设备选型和车间布置设计，设计出生产5000吨糖化酶发酵车间采用3个75m3发酵罐和3个6m3种子罐等，并依据生物工程工厂车间布置原则，对发酵罐车间进行合理布置，绘制了工艺流程图和车间布置图，工艺设计的结果为糖化酶的生产提供一定参考。

【关键字】糖化酶工厂设计深层发酵黑曲霉The Design of Annual Output of 5000 Tons ofGlucoamylase Fermentation FactoryWorkshopAbstract：Glucoamylase is the main enzyme of industrial production which is widely used in wine, glucose, fructose syrup, antibiotics, lactic acid, organic acid, monosodium glutamate, cotton and so on.The design use corn starch as main raw material, using Aspergillums Niger, and apply mechanical ventilation it that can be fermented production. This industrial workshop design can complete the process of industrial design, the accounting, equipment selection facility layout design. This workshop can make production of 5,000 tons of glucoamylase fermentation using three 75 m3 and 3 based fermentation tank 6m3 seed set and so on, The fermentation plant has a reasonable layout which according to thefactory workshop’s layout of bio-engineering principles, With drawing a flow chart and workshop’s layout, the result of industrial design provide a reference to the production of glucoamylase.Keywords：Glucoamylase Plant DesignFermentation Aspergillus Niger目录1前言 (1)1.1糖化酶的简介 (1)1.2糖化酶的应用现状 (1)1.3糖化酶在国内外的研究进展及前景 (1)1.4设计内容及意义 (3)2本论 (5)2.1糖化酶生产中所用黑曲霉的特性 (5)2.2菌种培养工艺 (5)2.2.1菌种活化 (6)2.2.2一级种子培养 (6)2.2.3二级种子培养 (6)2.3工艺计算 (6)2.3.1工艺技术指标及基础数据 (6)2.3.2发酵工艺流程图 (8)2.3.3物料衡算 (8)2.3.4热量衡算 (10)2.3.5水平衡的计算 (13)2.3.6无菌空气用量的计算 (14)2.4设备的设计与选型 (14)2.4.1发酵罐的设计与选型 (14)2.4.2种子罐的设计与选型 (17)2.5 车间布置设计 (18)2.5.1车间布置设计的目的和重要性 (18)2.5.2 车间布置的有关技术要求和参数 (19)2.5.3设备的安全距离 (19)2.5.4设备布置原则 (20)3结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1前言1.1 糖化酶的简介糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一种习惯上的名称,学名为α-1,4-葡萄糖水解酶。

课程设计任务书一、课程设计的内容1、通过查阅机械搅拌通风发酵罐的有关资料，熟悉基本工作原理和特点。

2、进行工艺计算3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据高径比为2.5，南方某地，蛇管冷却，初始水温18℃，出水温度26℃1．应用基因工程菌株发酵生产赖氨酸，此产物是初级代谢产物。

牛顿型流体，二级发酵。

学号末尾数为0 ： 15M3发酵罐；1号：50M3发酵罐；2号： 200 M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，此产物是初级代谢产物。

牛顿型流体，二级发酵。

3号： 60M3发酵罐；4号 75M3发酵罐； 5号 100 M3发酵罐3．应用黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。

非牛顿型流体，三级发酵。

6号： 15M3发酵罐； 7号: 20 M3发酵罐； 8号： 40 M3发酵罐； 9号：200 M3发酵罐(公称体积)三、课程设计应完成的工作1．课程设计说明书（纸质版和电子版）各1份2．设备装配图（A2号图纸420*594mm）1张四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[1]郑裕国. 生物工程设备[M]. 北京：化学工业出版社，2007[2]李功样, 陈兰英, 崔英德. 常用化工单元设备的设计[M]. 广州：华南理工大学出版社，2006[3]陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005[4]王福源主编.现代发酵技术(第二版)［M］. 北京：中国轻工业出版社，2004[5]潘红良，郝俊文主编.过程设备机械设计. 杭州：华东理工大学出版社，2006[6]吴思方主编.发酵工厂工艺设计概论［M］. 北京：中国轻工业出版社，2005[7]郑裕国主编，薛亚平副主编.生物工程设备［M］.北京：化学工业出版社，2007[8] 黄福源主编，生物工艺技术[M] .北京：中国轻工业出版社，2006摘要本文对黑曲霉菌株为原料生产柠檬酸的生产流程和主要反应设备作了设计和计算。

第19卷 第7期 牡丹江大学学报 Vol.19 No.7 2010年7月 Journal of Mudanjiang University Jul. 201092 文章编号：1008-8717（2010）07-0092-03黑曲霉生产糖化酶及酶活测定单 海 艳（牡丹江大学，黑龙江 牡丹江 157000）摘 要：本文对黑曲霉突变株Uv11－48生产糖化酶液体深层发酵进行了全程生产工艺的研究，证实了黑曲霉突变株是一种产孢力强、抗污染能力强、易培养的糖化酶生产菌，经液体深层通风发酵可得出：只要充分利用突变株的有利条件，掌握好菌种特性，合理配制营养，控制好发酵条件，便可获得高酶活力的高产糖化酶。

本实验还运用了几种酶活力测定方法，以资进行优劣探讨。

关键词：黑曲霉；液体通风发酵；糖化酶；酶活力 中图分类号：Q-331 文献标识码：B 一、前言（一）黑曲霉菌种特性 1．黑曲霉的分类地位黑曲霉在分类学上处于：真菌门、半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目、丛梗孢科、曲霉属、黑曲霉群，拉丁学名：Aspergillus niger 。

2．黑曲霉形态、生理、生态特性孢子头呈暗黑色，菌丝体由具横隔的分枝菌丝构成，菌丝黑褐色，顶囊球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙。

一般进行无性生殖，其可育细胞称足细胞。

3．黑曲霉突变株的形态、生理、生态、特征 在查氏培养基上菌落曲型为炭黑色，有辐射沟纹，从菌落边缘向中心，分化为伸长部位，活性部位，成熟部位，老化部位几个区域即孢子萌发最早出现于中心部位是伸展部位，并逐渐形成密生部位，分生孢子部位，最后在中心出现的是成熟部位，菌落背面无色或稍黄。

（二）糖化酶的分类、地位、性质及用途 1．糖化酶在国际酶学委员会，在系统命名法中的地位糖化酶是淀粉酶，在系统命名法中属水解酶类。

2．糖化酶的性质糖化酶（glucamylase ）又名糖化型淀粉酶（glueoamylase ）或淀粉葡萄糖苷酶。

其系统名称为淀粉α1.4-葡萄聚糖水解酶。

题目：黑曲霉AS3.4309产糖化酶培养条件的研究学院：生命科学院专业：生物技术姓名：学号：指导教师：毕业设计（论文）时间：2010年3月1 日～6月25日共17 周中文摘要对黑曲霉AS3.4309产糖化酶的培养条件进行了研究。

采用糖化力较强的黑曲霉进行液态培养，在单因素实验的基础上，采用4因素3水平正交实验对其产糖化酶的培养条件进行优化。

结果表明，该菌株产糖化酶的最优培养基组成为：玉米粉15%，玉米浆7%，麸皮5%，豆粕粉2%，(NH4)2SO40.15%；培养条件为：接种量10%，发酵液起始pH4.5，30℃，200r/min，摇瓶培养4d，最高酶活力达到382.734U/ml。

关键词：黑曲霉；糖化酶；发酵AbstractThe liquid fermentation conditions for the glucoamylase production by Aspergillus niger AS3.4309 were studied. Based on single factor test, the glucoamylase production conditions were optimized by L9(34)orthogonal test. The results indicated that the optimal medium contained 12% corn starch,1%corn steep liquor,3%bran,2%soybean flour and 0.15%(NH4)2SO4.The culture conditions were as follows: inoculum size 10%,initial pH 4.5,temperature 30℃,shaker speed 200 r/min and culture time 4d. Under above conditions ,the highest glucoamylase activity reached382.734U/ml.Key words: Aspergillus niger ;glucoamylase ; fermentation目录中文摘要 (2)ABSTRACT ...................................................................................................... 错误!未定义书签。

诱变黑曲霉提高糖化酶的生物合成摘要现今，筛选黑曲霉主要通过物理和化学突变。

用溴化乙錠和甲基磺酸乙脂（EMS）轮流处理亲代菌株。

这株突变菌株M4能产生更多的糖化酶。

简介糖化酶时淀粉工业中最重要的一种酶。

它能将淀粉水解成葡萄糖。

葡萄糖在各种食品行业中是一种必要的合成原料。

糖化酶广泛地应用于酿造，造纸，食品，制药，纺织行业中。

黑曲霉通过液态或固态发酵生产糖化酶中，食物残渣也能被利用到。

同时，食物残渣也能用于葡萄糖和啤酒行业中。

糖化酶是一种微生物的胞外酶，并且，它典型的性质是水解a-1，4和a-1，6糖苷键，通过其他酶作用于淀粉合成糖类。

糖化酶能水解非还原端的a-1，4葡萄糖苷键。

糖化酶能被成倍的生成，通过引起野生菌株突变。

据报道，黑曲霉的突变菌株能更好地生产糖化酶。

这种黑曲霉菌株能被紫外线照射或者化学的方法诸如N-甲基，N-硝基，N-亚硝基胍，硫酸二甲脂，甲基磺酸乙脂，溴化乙錠和亚硝酸来引诱突变，提高糖化酶产量。

突变菌株产糖化酶的特性能更好地影响对生淀粉的处理。

生产糖化酶的突变菌株在r-射线的处理下，亲代菌株的特性被改善并且产物乙醇的产量也被提高了。

这个突变黑曲霉是用联合诱变处理的，它产的糖化酶能将麦芽糊精转变为葡萄糖。

多重的轮流突变对葡萄糖的生成有着很好的影响。

糖化酶的比活度和它的热稳定性被提高。

并且，结果通常是提高葡萄糖产量。

对比几种黑曲霉突变株的酶产量和它们的特性，相比于野生株，突变株能更高水平地生产糖化酶。

但是，不管使用怎样的菌株，对所有糖化酶来说，酶的组成和特性都是类似的。

Britly进行本研究的目的是为了证明以小颗粒的形式增长有利于糖化酶生产，而大颗粒的形式则降低了糖化酶的生产量，导致结果不匹配。

现今研究这些的目的是为了激发菌株的潜能，通过化学或者无力突变来增加糖化酶的产量。

原料和方法改善菌株：黑曲霉能通过紫外线和诱变剂得以改善。

用溴化乙錠和甲基磺酸乙脂轮流处理亲代菌株。

两种诱变剂同时使用。

糖化酶的生产流程设计方案糖化酶的生产流程设计方案根据题意，某厂期望利用黑曲霉工程菌有氧发酵大量生产糖化酶，年产320吨，一个生产周期约40天，场地可容纳4个发酵罐及其附属设备。

所以，每个发酵罐的工程菌要在每年至少进行9次发酵且每次发酵要达到9吨才能满足题意。

可现有的工程菌TH5只能使每吨发酵液中提取0.04吨糖化酶不能满足生产要求，所以改进现有菌株开始到可销售的产品产出为止的生产流程如下：黑曲霉工程菌TH5改良黑曲霉工程菌TH5筛选优良种子扩大培养发酵罐发酵提炼产品第一步、诱变黑曲霉工程菌，并筛选出优良的、所需黑曲霉工程菌（一）同步培养将黑曲霉菌株接到适合的斜面培养基上，然后在培养基中进行培养。

再将斜面上的菌株进行下列处理。

(二) 黑曲霉菌株悬液制备菌悬液制备取出发菌株转接至缓冲液的三角瓶中(内装玻璃珠，装量以大致铺满瓶底为宜)，30℃～35℃振荡30min，用垫有脱脂棉的灭菌漏斗过滤，制成孢子悬液，在细胞计数板上计数并将其调浓度至106～108个/mL，冷冻保藏备用。

(三) 诱变处理用物理方法或化学方法，所用诱变剂种类及剂量的选择可视具体情况决定，有时还可采用复合处理，可获得更好的结果。

1．紫外线处理打开紫外灯(30W)预热20min。

取5mL 菌悬液放在无菌的培养皿(9cm)中，同时制作5 份。

逐一操作，将培养皿平放在离紫外灯30cm(垂直距离)处的磁力搅拌器上，照射l min 后打开培养皿盖，开始照射，与照射处理开始的同时打开磁力搅拌器进行搅拌，即时计算时间，照射时间分别为l min、3min、5 min。

照射后，诱变菌液在红灯下稀释涂菌进行初筛。

2．稀释菌悬液按10 倍稀释至10-6，从10-5 和10-6 中各取出0.lmL 加入到培养基平板中，然后涂菌并静置，待菌液渗入培养基后倒置，恒温培养2～3d。

记录H/C的数值并观察。

3．优良菌株的筛选选出优良的、所需的黑曲霉工程菌株。

第二步、把筛选好的优良的工程菌株进行扩大培养菌种扩大培养的目的就是为每次发酵罐的投料提供相当数量的、代谢旺盛的种子。

南阳理工学院本科生毕业设计学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生： *******指导教师：李慧星完成日期2010年5月南阳理工学院本科生毕业设计年产 5000 吨糖化酶发酵车间设计The design of annual output of 5000 tons of glucoamylasefermentation factory workshop总计：毕业设计（论文）28 页表格：5个插图：1幅南阳理工学院本科毕业设计年产 5000 吨糖化酶发酵车间设计The design of annual output of 5000 tons of glucoamylasefermentation factory workshop学院（系）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名：郭留洋学号：*****指导教师：******评阅教师：完成日期：2010 年 5 月南阳理工学院Nanyang Institute of Technology年产 5000 吨糖化酶发酵车间的工艺设计生物工程专业郭留洋【摘要】糖化酶是工业生产的主要酶制剂之一，广泛用于酿酒、葡萄糖、果葡糖浆、抗菌素、乳酸、有机酸、味精、棉纺厂等各方面。

本设计以玉米淀粉为主要原料，利用黑曲霉，采用机械搅拌通风罐进行发酵生产，完成生产5000 吨糖化酶发酵车间工艺设计，通过工艺流程设计、工艺衡算、设备选型和车间布置设计，设计出生产 5000 吨糖化酶发酵车间采用 3 个 75 m3发酵罐和 3 个 6m3种子罐等，并依据生物工程工厂车间布置原则，对发酵罐车间进行合理布置，绘制了工艺流程图和车间布置图，工艺设计的结果为糖化酶的生产提供一定参考。

【关键字】糖化酶工厂设计深层发酵黑曲霉The Design of Annual Output of 5000 Tons ofGlucoamylase Fermentation FactoryWorkshopAbstract ：Glucoamylase is the main enzyme of industrial production which is widely used in wine, glucose, fructose syrup, antibiotics, lactic acid, organic acid, monosodium glutamate, cotton and so on. The design use corn starch as main raw material, using Aspergillums Niger, andapply mechanical ventilation it that can be fermented production. This industrial workshop designcan complete the process of industrial design, the accounting, equipment selection facility layoutdesign. This workshop can make production of 5,000 tons of glucoamylase fermentation using three 75 m3 and 3 based fermentation tank 6m3 seed set and so on, The fermentation plant has areasonable layout which according to thefactory workshop ’slayout of bio-engineering principles, With drawing a flow chart and workshop ’s layout, the result of industrial design provide a reference to the production of glucoamylase.Keywords ：Glucoamylase Plant DesignFermentation Aspergillus Niger目录1 前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 ..1.1 糖化的介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (1)1.2 糖化的用状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (1)1.3 糖化在国内外的研究展及前景⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.11.4 内容及意 .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 32 本⋯..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5..2.1 糖化生中所用黑曲霉的特性⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.52.2 菌种培养工⋯⋯⋯ ...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 52.2.1 菌种活化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.2.2 一种子培养⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.2.3 二种子培养⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.3 工算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6 ...2.3.1 工技指及基数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.62.3.2 酵工流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.82.3.3 物料衡算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.82.3.4 量衡算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .102.3.5 水平衡的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132.3.6 无菌空气用量的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142.4 的与型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14...2.4.1 酵罐的与型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .142.4.2 种子罐的与型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯.172.5 布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (18)2.5.1 布置的目的和重要性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.182.5.2 布置的有关技要求和参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 192.5.3 的安全距离⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.192.5.4 布置原⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (20)3⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (21)参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.22 致⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.231 前言1.1 糖化酶的简介糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，糖化酶是一种习惯上的名称,学名为α-1,4- 葡萄糖水解酶。

北京huagong大学生命科学与技术学院生物工程系课程设计题目：黑曲霉深层发酵法生产2000t/a食品工业用糖化酶车间工艺设计说明书30 页图纸 5 张教研室主任指导教师lnc老师学生xxx20xx年6月11日于北京目录目录 (1)设计任务书 (5)1 工艺条件的确定和工艺流程说明 (6)1.1概述 (6)1.1.1糖化酶 (6)1.1.2黑曲霉 (6)1.2 工艺原理 (7)1.2.1 生化分离工程 (7)1.2.2 发酵原理 (7)1.2.3 絮凝原理 (7)1.2.4 过滤原理 (7)1.3 工艺路线的选择 (8)1.3.1 液体深层通气发酵法的选择 (8)1.3.2 间歇式操作的选择 (9)1.4 工艺流程简述 (9)1.5 工艺流程说明 (9)1.5.1 种子制备 (9)1.5.1.1 固体孢子培养 (9)1.5.1.2 种子罐培养 (11)1.5.2 发酵 (11)1.5.3 后提取 (11)1.6 工艺技术指标及基础参数 (11)1.6.1 主要技术指标 (11)1.6.2 种子培养基（%） (11)1.6.3 发酵培养基（%） (12)2 工艺计算 (12)2.1 发酵车间的物料衡算 (12)2.1.1 生产能力计算 (12)2.1.2 发酵培养基配料计算 (13)2.1.3 种子培养基配料的计算 (13)2.1.4 过滤、产生发酵清液过程的物料衡算 (14)2.1.5 液体与固体酶制剂过程的物料衡算 (14)2.1.5.1 液体酶制剂中的物料衡算 (14)2.1.5.2 固体酶制剂中的物料衡算 (15)2.1.6 总物料衡算 (15)2.2 无菌空气用量的计算 (16)2.2.1 单罐发酵无菌空气耗用量 (16)2.2.2 种子培养等其他无菌空气耗量 (16)2.2.3 发酵车间高峰无菌空气消耗量 (16)2.2.4 发酵车间无菌空气年耗量 (16)2.2.5 发酵车间无菌空气单耗 (16)2.2.6 无菌空气总衡算表 (16)3 设备选型计算 (17)3.1 发酵罐 (17)3.1.1 发酵罐的选型 (17)3.1.2 发酵罐生产能力的计算 (17)3.1.3 发酵罐台数的确定 (17)3.1.4 发酵罐容积的确定 (17)3.1.5 校核 (18)3.1.6 主要尺寸的计算 (18)3.1.6.1 罐径 (18)3.1.6.2 搅拌器 (18)3.1.7 搅拌轴功率的计算 (19)3.1.8 冷却面积的计算 (19)3.1.9 设备结构的工艺设计 (19)3.1.9.1 空气分布器 (19)3.1.9.2 挡板 (19)3.1.9.3 密封 (19)3.1.9.4 冷却管布置 (19)3.1.10 设备材料的选择 (20)3.1.11接管设计 (20)3.1.11.1 接管的长度设计 (20)3.1.11.2 接管直径的确定 (20)3.1.11.2.1按排料管的管径计算 (20)3.1.11.2.2按通风管的管径计算 (20)3.1.11.3排料时间的复核 (21)3.1.12支座选择 (21)3.2种子罐 (21)3.2.2 种子罐生产能力的计算 (21)3.2.3 种子罐台数的确定 (21)3.2.4 种子罐容积的确定 (21)3.2.5 校核 (21)3.2.6 主要尺寸的计算 (21)3.2.6.1 种子罐整体尺寸计算 (21)3.2.6.2 搅拌器尺寸计算 (22)3.2.7 搅拌轴功率的计算 (22)3.2.8 冷却面积的计算 (23)3.2.9 设备结构的工艺设计 (23)3.2.9.1 挡板 (23)3.2.9.2 密封 (23)3.2.9.3 冷却水管 (23)3.2.9.4 进风管 (23)3.2.9.5 支座选择 (23)3.3 连续灭菌设备 (23)3.3.1 连消塔 (24)3.3.1.1 连消塔长度的计算 (24)3.3.1.2 进料管直径的计算 (24)3.3.1.3 连消蒸汽耗量 (25)3.3.1.4 进气管直径计算 (25)3.3.1.5 出料管直径计算 (25)3.3.1.6 连消塔外圆尺寸计算 (25)3.3.1.7 外筒有效长度的校核 (25)3.3.1.8 支座选择 (26)3.3.2 维持罐 (26)3.3.2.1 生产能力、数量和容积的确定 (26)3.3.2.2 主要尺寸的确定 (26)3.3.2.3 上部出料管开口位置 (26)3.3.2.4 接管计算 (26)3.3.2.5支座选择 (27)3.3.3 螺旋板式换热器 (27)3.3.3.1换热器1 (27)3.3.3.2换热器2 (27)3.4贮存用的罐和槽 (28)3.4.1 配料罐 (28)3.4.1.1配料罐生产能力、容量、数量的确定 (28)3.4.1.2几何尺寸的确定 (28)3.4.2玉米浆料槽 (28)3.4.2.1 玉米浆料槽生产能力、容量、数量的确定 (28)3.4.2.2 几何尺寸的确定 (28)3.4.3 无机盐槽 (29)3.4.3.1无机盐槽生产能力、容量、数量的确定 (29)3.4.3.2几何尺寸的确定 (29)3.5发酵车间设备一览表 (29)4 附图 (29)5 参考文献 (29)6 主要符号说明 (30)设计任务书请设计一年产2000t 食品工业用糖化酶发酵车间（黑曲霉深层发酵法生产）一、基础数据：生产规模：食品工业用糖化酶2000t ／年其中液体糖化酶1000 m 3／年，固体粉末状糖化酶1000 t ／年产品规格：食品级液体糖化酶8万U ／mL, 食品级固体粉末状糖化酶10万U ／g 生产天数：150天(其他时间生产其他酶)发酵单位：2万U ／mL提取总收率：85%发酵清液得率：90%发酵罐装料系数：80%发酵时间105hr生产周期：120hr培养温度：32℃最大通气量：1VVM发酵热)/(500018.43max h m kJ q ⋅⨯=发酵培养基：玉米淀粉：22%；豆饼粉：4%；玉米浆：1%；(NH 4)2S04：0.4%；Na 2HP04：0.1%；接种量：15%种子培养基：麦芽糊精：4%；玉米浆：1%；(NH 4)2S04：0.2% K 2HP04：0.2%种子罐生产周期：60hr最大通气量：1VVM连消初温t 1=75℃，终温t 2=120℃，加热蒸汽0.42Mpa ，其温度为145℃二、设计内容：1.根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。

10m3糖化酶发酵罐课程设计一、引言糖化酶发酵罐是一种用于生产酒精、乙酸、醋酸等有机物的发酵设备。

本课程设计旨在介绍10m3糖化酶发酵罐的设计原理、工艺流程及操作技巧，以提高学生对该设备的认识和掌握。

二、设计原理1. 糖化过程糖化是将淀粉质转化为可发酵糖的过程。

在糖化过程中，淀粉质先被水解成较小的多糖分子，然后通过糖化酶的作用，将多糖分子转化为单糖分子，如葡萄糖和果糖等。

这些单糖分子可以被微生物利用进行发酵。

2. 发酵过程发酵是将可发酵物质转换成有机物的过程。

在10m3糖化酶发酵罐中，微生物通过代谢作用将单糖分子转换成有机物质，如乙醇、乙酸和丙酮等。

同时产生大量二氧化碳气体。

3. 设计要求10m3糖化酶发酵罐的设计要求如下：（1）具有良好的密封性，以防止细菌和氧气的进入。

（2）具有合适的搅拌设备，以保证淀粉质和糖化酶的均匀分布。

（3）具有合适的通风设备，以控制发酵过程中产生的二氧化碳排放。

（4）具有合适的温度、pH值和营养物质等条件，以促进微生物代谢作用。

三、工艺流程10m3糖化酶发酵罐的工艺流程如下：（1）原料准备：将淀粉质原料加水混合，并加入糖化酶，在恒温搅拌下进行糖化反应。

（2）糖化过程：在恒温条件下，进行淀粉质水解和单糖转化反应，生成可发酵物质。

（3）发酵过程：将可发酵物质加入罐内，在恒温、恒压、恒pH值条件下进行微生物代谢反应，生成有机物质和二氧化碳气体。

（4）分离纯化：通过离心、过滤等方法，将发酵产物中的有机物质和微生物分离纯化。

四、操作技巧1. 糖化过程中，要注意淀粉质和糖化酶的均匀分布，以保证反应效果。

2. 发酵过程中，要注意控制温度、pH值和营养物质等条件，以促进微生物代谢作用。

3. 发酵过程中产生的二氧化碳气体要及时排放，以避免罐内压力过高。

4. 操作人员要穿戴防护服和口罩等个人防护装备，并按照操作规程进行操作。

五、结论10m3糖化酶发酵罐是一种重要的发酵设备，在生产乙醇、乙酸、丙酮等有机物方面具有广泛应用。

诱变黑曲霉提高糖化酶的生物合成摘要现今，筛选黑曲霉主要通过物理和化学突变。

用溴化乙錠和甲基磺酸乙脂（EMS）轮流处理亲代菌株。

这株突变菌株M4能产生更多的糖化酶。

简介糖化酶时淀粉工业中最重要的一种酶。

它能将淀粉水解成葡萄糖。

葡萄糖在各种食品行业中是一种必要的合成原料。

糖化酶广泛地应用于酿造，造纸，食品，制药，纺织行业中。

黑曲霉通过液态或固态发酵生产糖化酶中，食物残渣也能被利用到。

同时，食物残渣也能用于葡萄糖和啤酒行业中。

糖化酶是一种微生物的胞外酶，并且，它典型的性质是水解a-1，4和a-1，6糖苷键，通过其他酶作用于淀粉合成糖类。

糖化酶能水解非还原端的a-1，4葡萄糖苷键。

糖化酶能被成倍的生成，通过引起野生菌株突变。

据报道，黑曲霉的突变菌株能更好地生产糖化酶。

这种黑曲霉菌株能被紫外线照射或者化学的方法诸如N-甲基，N-硝基，N-亚硝基胍，硫酸二甲脂，甲基磺酸乙脂，溴化乙錠和亚硝酸来引诱突变，提高糖化酶产量。

突变菌株产糖化酶的特性能更好地影响对生淀粉的处理。

生产糖化酶的突变菌株在r-射线的处理下，亲代菌株的特性被改善并且产物乙醇的产量也被提高了。

这个突变黑曲霉是用联合诱变处理的，它产的糖化酶能将麦芽糊精转变为葡萄糖。

多重的轮流突变对葡萄糖的生成有着很好的影响。

糖化酶的比活度和它的热稳定性被提高。

并且，结果通常是提高葡萄糖产量。

对比几种黑曲霉突变株的酶产量和它们的特性，相比于野生株，突变株能更高水平地生产糖化酶。

但是，不管使用怎样的菌株，对所有糖化酶来说，酶的组成和特性都是类似的。

Britly进行本研究的目的是为了证明以小颗粒的形式增长有利于糖化酶生产，而大颗粒的形式则降低了糖化酶的生产量，导致结果不匹配。

现今研究这些的目的是为了激发菌株的潜能，通过化学或者无力突变来增加糖化酶的产量。

原料和方法改善菌株：黑曲霉能通过紫外线和诱变剂得以改善。

用溴化乙錠和甲基磺酸乙脂轮流处理亲代菌株。

两种诱变剂同时使用。

黑曲霉发酵生产糖化酶的工艺流程English Answer:Black Aspergillus Fermentation for the Production of Cellulase.Process Flow Diagram:1. Strain Selection and Preparation: Select a suitable strain of Black Aspergillus for cellulase production. Prepare the inoculum by culturing the strain in a suitable growth medium.2. Substrate Preparation: Prepare a substrate containing cellulosic materials, such as agricultural residues (e.g., corn stover, wheat straw), or industrial byproducts (e.g., paper pulp, wood chips).3. Fermentation: Inoculate the prepared substrate with the Black Aspergillus inoculum. Conduct fermentation underoptimal conditions for cellulase production, including temperature, pH, aeration, and agitation.4. Enzymatic Extraction: After fermentation, extract the cellulase enzymes from the fermented substrate using suitable extraction techniques, such as mechanical disruption, solvent extraction, or enzymatic hydrolysis.5. Enzyme Purification: Optionally, purify the extracted cellulases to improve their activity and specificity. This can be achieved through techniques such as chromatography, precipitation, or membrane filtration.6. Formulation and Application: Formulate the cellulase enzymes into a suitable product form for specific applications, such as in the paper and pulp industry, biofuel production, or textile manufacturing.Factors Influencing Cellulase Production:Substrate Composition: The composition and structure of the cellulosic substrate significantly impact cellulaseproduction. Factors such as crystallinity, surface area, and availability of cellulose and hemicellulose influence the enzyme's accessibility and efficiency.Fermentation Parameters: Optimal fermentation conditions, including temperature, pH, aeration, and agitation, are crucial for maximizing cellulase production.Strain Selection: The choice of Black Aspergillus strain plays a significant role in determining the yield and activity of cellulases produced.Nutrient Optimization: Providing essential nutrients, such as nitrogen, phosphorus, and vitamins, during fermentation supports cell growth and enzyme production.Enzyme Induction: The presence of inducers in the fermentation medium can induce higher cellulase production by Black Aspergillus. Inducers can be cellulosic materials themselves or other compounds that stimulate enzyme synthesis.Applications of Cellulases from Black Aspergillus:Pulp and Paper Industry: Cellulases are used in the pulp and paper industry to improve paper quality, brightness, and yield by breaking down cellulose fibers.Biofuel Production: Cellulases play a crucial role in the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass for biofuel production.Textile Manufacturing: Cellulases are used in the textile industry to improve fabric quality, reduce dyeing costs, and enhance the feel and appearance of fabrics.Food Industry: Cellulases are employed in the food industry to improve the nutritional value and digestibility of plant-based foods.中文回答：黑曲霉发酵生产糖化酶的工艺流程。

机械搅拌通风发酵罐的设计生物反应器是生物加工过程的关键设备。

我们将通过一个实际设计的过程来考察同学们对本节的掌握情况。

发酵罐设计基本原则（１）在发酵系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不应直接连通。

（２）尽量减少法兰连接。

（３）尽可能采用全部焊接结构（４）防止死角，裂缝，因为固体物质可在这些地方蓄积，为污染菌提供避开菌的绝热环境。

（５）发酵系统的某些部分能单独灭菌。

（６）与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封。

如采样口的阀门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过。

（７）所用阀门应易于清洗，维修和灭菌。

（８）发酵罐始终保持正压以排除渗漏。

（９）几乎所有的发酵罐都有由玻璃或不钢制成。

（１０）多数发酵罐的底部和顶部都有是碟形或椭圆形。

（１１）由罐顶部进入的轴由于轴较长容易颤抖。

因而往往采用底式搅拌轴，应很好地解决渗漏和污染问题。

（１２）发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为8～10 W/L，中型罐3～5 W/L，大型罐1～3 W/L。

设计要求:1. 几何尺寸的确定2. 罐体壁厚（见P22)3. 冷却面积计算4. 搅拌轴功率的计算并确定轴径（略）5. 选用电机及变速装置（估选）生物工程：高径比为2.5，南方某地，初始水温：18℃1．应用基因工程菌株发酵生产赖氨酸，此产物是初级代谢产物。

牛顿型流体，二级发酵。

1-4号：3000L种子罐；5-8号：50M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产柠檬酸，此产物是初级代谢产物。

牛顿型流体，二级发酵。

9-12号：5000L 种子罐13-16号100 M3发酵罐3．应用黑曲霉菌株发酵生产糖化酶，此产物是初级代谢产物。

非牛顿型流体，三级发酵。

17-20号：500L 种子罐21-24号20 M3发酵罐25-27号：200 M3发酵罐制药一；生技高径比为2，南方某地，初始水温：20℃1．应用基因工程菌株发酵生产庆大霉素产品，此产物是次级代谢产物。

非牛顿型流体，三级发酵。

1-4号：2000L种子罐；5-8号：30M3发酵罐：9-12号：300 M3发酵罐2．应用基因工程菌株发酵生产右旋葡萄糖苷，此产物是初级代谢产物。

目录目录 (1)摘要 (4)关键字 (4)1总论 (5)1.1概述 (5)1.2设计任务的依据 (5)1.3设计规模 (5)1.4原料与产品规格 (5)1.4.1菌种 (5)1.4.2酶活力定义 (6)1.4.3原料和辅料 (6)1.4.4产品规格 (6)1.4.5使用方法和参考用量 (6)2.工厂总平面设计 (6)2.1总平面设计的内容 (6)2.1.1平面布置设计 (6)2.1.2竖向设计 (6)2.1.3运输设计 (7)2.1.4管线综合布置 (7)2.1.5绿化美化布置 (7)2.2总平面设计的原则和要求 (7)2.3总平面设计方法 (7)2.4厂内运输设计 (8)2.5总平面布置图的绘制 (9)3工艺设计与计算 (9)3.1工艺原理 (9)3.1.1生化分离工程 (9)3.1.2发酵原理 (9)3.1.3絮凝原理 (9)3.1.4过滤原理 (10)3.2工艺路线的选择 (10)3.2.1液体深层通气发酵法的选择： (10)3.2.2间歇式操作的选择 (11)3.3工艺流程简述 (11)3.3.1流程简述 (11)3.3.2流程示意图 (11)3.4工艺参数 (13)3.4.1工艺技术指标及基础数据 (13)3.5工艺计算 (14)3.5.1物料衡算 (14)3.5.2热量衡算 (16)3.5.3水平衡计算 (18)3.5.4耗冷计算 (19)3.5.5无菌压缩空气消耗计算 (20)4主要设备的工艺计算和设备选型 (21)4.1选型原则 (21)4.2关键设备的选择 (22)4.2.1发酵罐的选型 (22)4.2.2生产能力、数量和容积的确定 (22)4.2.3种子罐的选择 (27)4.2.4空气分过滤器 (28)4.2.5泵的选型 (30)5车间布置设计 (30)5.1概述 (30)5.1.1车间布置设计的依据 (30)5.1.2生物工程工厂生产车间的组成 (30)5.1.3车间布置设计的内容 (31)5.2车间布置设计原则 (31)5.2.1满足生产工艺的要求 (31)5.2.2满足生产操作的要求 (31)5.2.3满足设备安装检修的要求 (31)5.2.4满足厂房建筑的要求 (31)5.2.5满足节约建筑投资的要求 (32)5.2.6满足安全卫生和防腐的要求 (32)5.2.7满足生产发展的要求 (32)5.3车间布置设计的有关技术 (32)5.3.1厂房的整体布置和轮廓设计 (32)5.3.2设备布置形式 (33)6安全与环境保护 (34)6.1三废产生情况 (34)6.1.1生物工程工厂污染的特点 (34)6.1.2糖化酶生产中的污染 (34)6.2三废处理情况 (34)6.2.1废气处理技术 (34)6.2.2废水处理技术 (35)6.2.3废渣的处理技术 (37)6.3噪音防治 (37)7技术经济与概算 (38)7.1糖化酶工厂生产成本测算 (38)7.2主要设备及固定资产投资 (39)7.3效益分析 (39)附录 (40)参考文献 (41)致谢 (42)年产6万吨糖化酶工厂设计专业：生物工程作者：马世杰指导老师：刘志强摘要：本设计为年产6万吨的糖化酶的工厂设计，利用黑曲霉，结合液体深层发酵法、板框压滤提取得到糖化酶。

糖化酶的生产流程设计方案糖化酶即葡萄糖淀粉酶(1 ,4 - α- 葡聚糖葡聚糖水解酶, EC. 3. 2. 1. 3) ,是淀粉糖化工艺的主要酶类,被广泛地应用于食品、医药、发酵等工业。

目前,糖化酶的生产菌种主要为黑曲霉。

根据使用的生产菌种不同及发酵工艺不同,工业生产中,糖化酶的发酵生产水平在35 000～55 000UPmL 不等。

糖化酶的工业化生产从过去的固体发酵沿革到上世纪90 年代初,液体发酵工艺逐步取代了原固体发酵工艺。

液体发酵工艺的建立与应用极大地改善了发酵产品质量并大幅度提升了糖化酶的发酵生产水平。

但现有糖化酶发酵生产技术共同存在不足之处,其中种子制备周期和发酵生产周期很长是一个较突出的问题,如实验室的种子制备需要15d 以上,发酵周期通常200h 以上。

生产流程图一、试验菌种的分纯1、培养基（1）固体培养基，察氏培养基+1％酵母膏+1％蛋白胨；（2）初筛培养基，玉米粉：麸皮：米糠：硫酸胺=7:3:2:0.16 （3）诱变后培养基，玉米粉：麸皮：米糠：硫酸胺=8：3:1.5:2:0.16，水80ml。

（2）原料：玉米粉、麸皮等（3）菌种分纯将麸皮采集菌种取出一部分，置入装有10mL生理盐水和若干玻璃珠的小三角瓶内，振荡15分钟，将上清液一次稀释成10-1、10-2、10-3，各取0.1mL做平板划线，29℃培养5~6天，分别挑取单个菌落接入斜面，29℃培养一周。

以大连某厂的生产用菌B-11为对照，对分离菌株做摇床发酵试验，96h后测定糖化力，配合镜检，确定诱变的出发菌株。

二、试验菌株的诱变用生理盐水洗下成熟出发株的孢子、倒入5mL麦汁种1％酵母膏的三角瓶中，振荡1.5h，使孢子活化，后3500r/min.离心分离15分钟，用pH7.2磷酸缓冲液洗涤一次，再用缓冲液5ML洗转入小三角瓶内（内有数枚无菌玻璃珠），振荡10分钟，使孢子分散均匀，过滤，制成单孢子悬浮液，将浓度调至106个/ml取10ml孢子悬浮液于9cm平板中，紫外线（UV）照射诱变2分钟（避光操作），紫外线动率15W，室温，搅拌，照射距离30cm。