8年产1000吨葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计

《生物工程设备及机械设计原理》课程设计化学与生物工程学院生物工程专业09—02班题目《年产1000吨葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计》任务起止日期：2012年5月28日～2012年6月10日学生姓名学号指导教师教研室主任年月日审查院长年月日批准课程设计内容项目名称：年产1000吨葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计介绍国内外葡萄糖氧化酶提取车间工艺概况与本课题采用葡萄糖氧化酶提取车间工艺的特点有何特色之处。葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计方案确定。葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计采用数据统计、分析。葡萄糖氧化酶提取车间工艺流程图..(CAD及手工图都可，一号图纸)5.工艺计算(物料、热量衡算、主要发酵设备一览表等)设计要求：符合国家工艺及产品标准采用国际国内成熟的先进生产工艺课题任务要求1、查阅相关文献及资料，进行技术分析,2.按要求写出完整的设计说明书;3.确定先进合理的葡萄糖氧化酶提取车间工艺设计方案;4.所画图纸按规范要求;5.做出完整的工艺计算.6.按学校课程设计的相关要求完成设计.课程设计完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）1、葡萄糖氧化酶提取车间工艺带控制点流程图一张（1号）设计计算说明书一份设计心得一份本组成员名单曹辉王薇徐一奇刘凯徐一奇朱平蔡亮山目录葡萄糖氧化酶（GOD）的简介GOD的概述与应用GOD的概述GOD的应用GOD的市场情况本课题研究的内容及意义本课题研究的内容本课题研究的意义GOD的提取工艺流程设计提取方案的选择提取工艺流程的设计2.3提取设备流程设计工艺计算物料衡算盐析的硫酸铵用量计算过滤机的选型板框压滤机的选型设备一览表5设计总结参考文献辞谢1葡萄糖氧化酶（GOD）的简介1.1GOD的概述与应用GOD的概述葡萄糖氧化酶(GlucoseOxidase,简称GOD)系统名为β-D葡萄糖:氧化还原酶(EC1.1.3.4)。它能专一地将β-D-葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢。是一种典型的氧化还原酶。它是一个分子量约160000道尔顿的蛋白质，有二个（或四个）多肽链构成，酶反应的最适pH5—7,最适温度是30—40℃,催化时需要黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为辅酶参与作用。采用葡萄糖氧化酶可以除去食品和容器中的氧，从而有效地防止食物的变质，因此可以应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、啤酒、果酒及其他饮料制品的包装中。葡萄糖氧化酶是从特异青霉（Penicilliumnotatum）等霉菌和蜂蜜中发现的酶。它能催化D-葡萄糖+O2D-葡糖酸（的δ-内酯）+H2O2的反应。EC1．1．3．4．特异青霉（P．notatum）的酶以其显有抗菌性而引入注意。因此，也有葡糖氧化酶（notatin）的称呼，现已清楚，抗菌性是由于反应生成的H2O2具灭菌作用。提纯物含有2分子的FAD，作为电子受体，除O2外，也能与2，6，二氯酚、靛酚反应。该酶对葡萄糖具有特异性。米氏常数Km也低（10-3M程度），由于能定量地生成H2O2，因此作为D-葡萄糖的定量试剂而广泛被应用于生物化学领域和临床检查。GOD的应用葡萄糖氧化酶在食品、医药及生物等领域有着广泛的应用。在食品工业中,用于去除食品中的葡萄糖,防止褐变及海鲜变质;还可用于食品脱氧,改善食品和饮料的品质;同时还用于面粉的改良工艺等方面。在医药工业中,用于血糖的测定及尿糖、尿酮体的检测,可制成糖尿试纸或试剂盒用于临床诊断;还可防止口腔疾病和牙病的发生。在生物方面,可制成传感器,用于发酵过程中葡萄糖浓度的在线检测,是生物传感器领域最主要的工具酶。另外葡萄糖氧化酶的发酵产物葡萄糖酸还可用于生产葡萄糖酸钙、酸锌口服液等。GOD的市场情况随着人民生活质量的提高，对食品添加剂的要求祁向于生物制品制备的用途会越来越高，除了蛋白质和啤酒以外，目前已新开发到果酒、果汁、果酱、面粉、面包、葡萄糖转化为葡萄糖酸等，随着人们生活水平的提高，对食品质量要求在提高，化学添加剂用量逐渐减少，天然食品添加剂需求在增加，经对葡萄糖氧化酶需求市场调查，2010年达500吨。葡萄糖氧化酶是一种很重要的酶，中国葡萄糖氧化酶的年产量是500吨，而全国所需的葡萄糖氧化酶大概是1000吨，中国所需本土的葡萄糖氧化酶很大部分靠从国外进口，因此葡萄糖氧化酶在我国市场广阔，前景诱人。但是，我国的葡萄糖氧化酶的产率并不高，低于发达国家，近年来，我国的葡萄糖氧化酶生产技术得到了飞速的发展。本课题研究的内容及意义本课题研究的内容这次所做的课程设计，主要是年产1000t/a的葡萄糖氧化酶发酵工艺流程的设计以及设备的工艺计算及选型。本课题研究的意义由于葡萄糖氧化酶的广泛应用，使得葡萄糖氧化酶的用量很大。但是，我国的葡萄糖氧化酶的技术普遍落后与发达国家，产量还不能满足国内需求，几乎有一半是从国外进口。因此，大量生产葡萄糖氧化酶对我国意义重大。这次课程设计让我熟悉了工业酶的生产，深刻体会了工业生产与课本知识的联系与区别，更增加了我的动手动脑能力。GOD的提取工艺流程设计提取方案的选择目前，国际上常采用的GOD提取方法有盐析法、沉淀法、吸附法、离子交换法、凝胶过滤和亲和色谱等方法。蛋白质在水溶液中的溶解度取决于蛋白质分子表面离子周围的水分子数目，亦即主要是由蛋白质分子外周亲水基团与水形成水化膜的程度以及蛋白质分子带有电荷的情况决定的。蛋白质溶液中加入中性盐后，由于中性盐与水分子的亲和力大于蛋白质，致使蛋白质分子周围的水化层减弱乃至消失。同时，中性盐加入蛋白质溶液后由于离子强度发生改变，蛋白质表面的电荷大量被中和，更加导致蛋白质溶解度降低，之蛋白质分子之间聚集而沉淀。由于各种蛋白质在不同盐浓度中的溶解度不同，不同饱和度的盐溶液沉淀的蛋白质不同，从而使之从其他蛋白中分离出来。简单的说就是将硫酸铵、硫化钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。由于盐析操作简单方便，可重复操作，故工业上一般采用此法。提取工艺流程的设计过滤过滤发酵液热处理浓缩盐析压滤干燥湿菌丝体2.3提取设备流程设计工艺计算物料衡算查资料可查的生产葡萄糖氧化酶其总转化率为30.28%，损失率为4.54%，发酵液处理收率93%，过滤86%，浓缩95%，盐析99%，干燥93%。生产GOD的总转化率为：30.28%*（1-4.54%）=28.9%首先计算生产1000KgGOD需耗用的原辅材料及其他物料量。实际应生产的GOD量为：1000/（0.93*0.86*0.95*0.99*0.93）=1429.5Kg进入发酵罐的干基质原料量为：1429.5/28.9%=4946.4Kg发酵液中固形物浓度一般为5%-6%，所以发酵液的量为：4946.4/6%=82440Kg3.2盐析的硫酸铵用量计算每日需要过滤的发酵液的量为350.6m³，其浓缩后的体积取原来发酵液量的1%，则其用量为：3.5m³。由资料查得1L发酵液需加70%浓度的硫酸铵为474g，故每日需要的硫酸铵质量为：3.5*10³*474/10³=1659Kg3.3过滤机的选型每日需要过滤的发酵液的量为350.6m³，假设在6小时内处理完，每小时的处理量为：350.6/6=58.43m³/h选择生产能力为16m³/h的过滤机，则过滤机的台数为：50.43/16=3.65台则取过滤机为4台3.4板框压滤机的选型盐析后的溶液通入到板框压滤机中进行压滤，获得滤饼，每日需压滤的溶液量为91.34t，其固形物浓度为30%，压滤后的滤饼量为11.21t，其含水量为30%，湿滤渣的体积为：11.21/1.356=8.27m³式中：1.356——浓度为70%的相对密度选择过滤面积为80㎡的板框压滤机，其滤室容积为1200L，滤板厚度为60㎜，虑室80个，功率1.5Kw。板框压滤机的台数：n=VE/KVF p式中：V——发酵液的体积，m³FE——湿滤渣体积与发酵液体积之比K——虑箱的填充系数，取K=0.8V——板框压滤机的虑箱体积，m³故所需滤机数为：n=8.27/（0.8*1.2）=8.61取板框压滤机数n=9设备一览表设计设计单位工程名称课程设计设备一览表编制朱平2012年六月七日图号设计项目GOD提取工艺设计校核蔡亮山2012年六月七日设计阶段初步设计审核刘凯2012年六月七日工程号序号流程图位号设备名称型号规格操作条件面积(m2)数量（台）单价元图纸图号备注主要介质温度（℃）压力（Mpa）11硅藻土过滤机XSK500_A硅藻土常温<0.35.945600122中空超滤机膜常温>0.15.9496000133板框压滤机XAY30/830U-常温>0.6309460001设计总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一整套的工艺流程，我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个机器与机型的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多机器的详细功能，并且对于其在车间中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些罐的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个部分印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个学期的课程设计对我们的作用是非常大的。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。6参考文献【1】王志新李宁韩军于宏伟贾英民；黑曲霉A9葡萄糖氧化酶的提取纯化；中国食品学报；2007，7（1）；【2】刘超袁建国王元秀李峰孙高艳华韩省；葡萄糖氧化酶的研究进展；食品与药品；2010，12（7）；【3】杨惠英李弘毅刘建忠鲁统部计亮年；黑曲霉中提取葡萄糖氧化酶的探索；中山大学学报，1998；37（5）；【4】康辉李红飞郝晓霞；葡萄糖氧化酶简介及其应用；农业工程技术·农产品加工；2008(1)；【5】鲁统部；葡萄糖氧化酶提纯方法；中国医药工业杂志；1996，27（4）；【6】王志新于宏伟；黑曲霉A9葡萄糖氧化酶的酶学性质研究；河北农业大学学报；2006，29（4）；【7】吴思方；生物工程工厂设计概论[M]中国轻工业出版社，2008.6；【8】梅乐岑沛霖；现代酶工程[M]化学工业出版社；【9】曹学君.现代生物分离工程.上海:华东理工大学出版社,2007.【10】王晓利主编.生物制药技术.北京:科学出版社,2006.【11】熊宗贵.生物技术制药.北京:高等教育出版社,1999.【12】于文国.微生物制药工艺及反应器.北京:化学工业出版社,2005.【13】陈洪章等.生物过程工程与设备,北京:化学工业出版社,2004、【14】王妥主编.生物制药技术.北京:化学工业出版社,2003,1.【15】宫锡坤主编,生物制药设备.北京:中国医药科技出版社,2005【16】[29]陈文华,郭丽梅主编.制药技术.北京:化学工业出版社,2003.【17】李津,俞泳霆,董德样主编.生物制药设备和分离纯化技术.北京:化学工业出版社,2003,【18】庞志强.多功能提取罐的构造及在中药生产中的应用.木薯精细化工,2002,3.【19】俞子行等编.制药化工过程及设备.北京:中国医药科技出版社,1998.【20】凌沛学,荣晓花,张天民、中国生化制药的回顾和展望、中国医药工业杂志,2000,31(2)吴梧桐主编.生物制药工艺学.北京:化学工业出版社,2004.【21】郭勇,崔堂兵,谢秀帧编著.植物细胞培养技术与应用.北京:化学工业出版社,2003.【22】张天民,姚世文,唐永业.中国生化制药工业协会关于生化药物的定义和范围的建议[J].中国生化药物杂志,1995,6(5):240.【23】袁勤生.生化药物的研究现状及发展思路.