毕业论文-年产2万吨谷氨酸发酵工厂的初步设计(编辑修改稿)

　

【文章内容简介】 外加能源。 （二）水平衡计算 配料用水量：日投淀粉 ，加水比 1: = 液化液冷却用水（使用二次水） 液化液灭酶后，温度达 115℃，用糖化液降至 85℃（糖化液灭酶），然后用水降温，有85℃降至 60℃。冷却水进水温度为 20℃，出水温度为 58℃，需冷却水量： W=（ +） （ 8560）247。（（ 5820） ） = 糖化工序热量衡算 日产 300g/L 糖液 ，即 247。 = 30h，其中糖化时 间为 25h，糖化罐 100m3， 装填系数为 75%，需糖化罐： 247。（ 100 75%）（ 30247。 24） =，取 7台 使用板式换热器，使糖化液（经灭酶后）由 85℃降至 60℃。使用二次水，冷却水进水温度为 20℃，出水温度为 50℃，平均用水量： （ +） （ 8560）247。（（ 5020） ） =要求 2h把 75 m3糖液冷却至 60℃，高峰用水量： 16 247。（ +） 75000 247。 2=每日糖化罐同时运转： 25247。 30= 罐 每日冷却水用量： 2 = 17 第五章 发酵车间 工艺流程： 葡萄糖液 配料罐 定容罐 定容罐 配料罐 液氨 二级种子罐 蒸汽混合器 实消 维持罐 降温 换热器 斜面 一级种子 培养 发酵罐 2. 工艺简述 1）糖化车间制备的糖化液和其他营养成分 ：工业淀粉、 生物素等按要求配制成培养基，定容。经连消系统灭菌，降温至接种温度后进行接种。 2）接种：菌种先经过一级种子扩大培养，再经过二级种子扩大培养后菌种量达到要求后再进入发酵罐进行接种，发酵。 3）发酵时间为 32h，辅助时间为 8h，发酵过程中通过流加液氨控制 pH，通过冷却系统（冷却 塔和冷机）控制温度，流加糖液控制残糖量，通过无菌空气控制通气量 。 4）发酵结束后，经泵进入发酵液贮罐，供提取车间用。残糖量控制在 － 。 3. 空气制备：空气进入压缩机压缩，温度升高，压缩机的润滑油进入压缩空气中形成油雾，需进行冷却，大部分的水，油结成颗粒较大，浓度较高的雾粒，冷却后又会析出大量的冷却水，先用棉花过滤除油雾和冷凝水， 再 用膜过滤器进行除菌，提高空气的无菌程度，制备的压缩空气供发酵和培养种子， 分别进入发酵罐和种子罐。 一般采用以下流程制备无菌空气： 1234567891 0 采用黄色短杆菌 T613菌株，由于该菌株较其他菌株的性能粗放，并能在较高的温度下正常发酵，全国各厂普遍用于生产，是目前生产上使用较广的一种优良菌株。 1）形态： 消泡剂 高浓度糖液 液氨 消泡剂 水 无机盐 糖蜜 玉米浆 纯维生素 消泡剂 水 无机盐 糖蜜 玉米浆 纯维生素 18 T613 菌株细胞典型的短，两端钝圆，大小为（ ~） x（ ~）微米，属革兰氏阳性菌，不形成芽孢而且不运动。 ： ㈠ 普通肉汁琼脂斜面：划线培养 24小时，呈中度生 长，菌苔线状隆起，没黄色，随培养时间而颜色加深，表面湿润光滑，有光泽，不透明，不产生色素扩散。 ㈡ 肉汁琼脂斜面：菌落圆形，黄色，表面光滑，边缘整齐。 ： ⑴温度： 26～ 37℃生长良好，发酵时能耐较高温度，发酵前期温度达 32～ 34℃，发酵后期达 36～ 40℃，产酸理想。 ⑵ PH： PH 6～ 8，生长良好， PH 5较弱， PH 4或 PH 11均可能生长。 ⑶对氧要求：好氧或兼性厌氧。 ⑷其他特征：脲酶活力强，需生物素作为生长因子但不需促进因子，对于氯化铵，硫酸铵，磷酸铵，尿素 均能利用，在 5%NaCL的肉汁培养基中生长良好。在含 2%尿素的普通肉汁琼脂培养基上生长良好，淀粉可水解。过氧化氢酶属于阳性，可产生硫化氢和吲哚， VP 试验呈阳性反应。脲酶反应呈强阳性，液氨浓度 %：能强烈利用醋酸产 L谷氨酸，产率在 5%以上，对醋酸转化率为 50%以上。 c. 菌种选择、分纯，保存 （ 1）选菌： 通过诱变剂进行育种，筛选优良菌种。 （ 2）分离纯化： 分两步操作：第一步进行平板划线分离：第 2步挑选菌落，移接于试管斜面培养基上，分别用三角瓶进行摇瓶发酵试验（初筛，复筛），比较产酸，选择产酸高的菌 株供生产使用。 （ 3）保藏： 菌种移接于斜面后，于 31℃ 下培养 20~24h，待长满黑褐色孢子后，放在 2~4℃冰箱中保藏，此法可保藏 1~2 个月。如果要长期保藏则必须定期进行移种或采用沙土罐等载体吸附法进行菌种长期保藏。 扩培流程：斜面菌种 一级种子摇床培养 二级种子培养 发酵大罐 菌种室 发酵车间 1） 斜面菌种的培养： 斜面培养基必须有利于菌种生长 ,以多含有机氮而不含或少含糖为原则 。 斜面菌种要求绝对纯 ,不得混有任何杂菌和噬菌种 ,培养条件应有利于菌种繁殖 。 (1)斜面培养基组成 葡萄糖 % 蛋白胨 % 牛肉膏 % 氯化钠 % 琼脂 ~% ~（传代和保藏斜面不加葡萄糖） (2)培养条件 谷氨酸斜面菌种一般在 30~32℃ 培养 18～ ，要仔细观察菌苔生长情况、菌苔颜色和边缘等特征，确认正常后存入冰箱备用。 2） 一级种子培养 ： 一级种子接着的目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成应以少含糖 分、多含有机氮为主，培养条件从有利于菌体生长考虑。 (1)培养基组成 葡萄糖 % 尿素 % 硫酸镁 % 磷酸氢二钾 % 玉米浆 ~%（按质增减） 硫酸亚铁，硫酸锰各 2ppm （培养基成分可因菌种不同酌情增减） (2)培养条件 200mL培养基 19 、频率 100次 /min左右的往复式摇床上振荡 32~330C振荡培养 9~10h。 (3)一级种子质量要求 种龄 9~10h； pH净增 OD650值 ；残糖左右；无噬菌体污染；镜检要求菌体生长均匀、粗壮，排列整齐，革兰氏阳性反应。 (4)通常将每批培养好的一级种子液取样倒双层平板进行染菌检查，以便生产跟踪分析，为下批一级种子培养的预防染菌工作提供参考。 3）二级种子培养 (1)培养基组成 玉米浆 ~% 水解糖 % 磷酸氢二钾 % 尿素 % 硫酸镁 % 二价铁离子 2mg/l (2)培养条件 接种量： % 培养温度： 31~330C 搅拌转速：搅拌转速 150r/min，通风量为 ~（ m3/min） 培养时间：培养时间长短根据生产中采用的培养工艺与培养基营养成分及浓度而定。采用流加液氨作为氮源的工艺，只要生物素的浓度和残留的葡萄 糖 浓度足够，可适当延长培养时间，以争取更大菌体浓度，有利于提高二级种子量，目前生产上通常在 10~14小时。 培养 pH ：一般控制 pH ~，初始 pH 左右，在培养过程中通过流加液氨来维持 pH ~，同时供给菌体生长所需的氮源，通常在培养基残糖降低至 ～ %时结束培养。 (3)二级种子的质量要求 种龄：视培养工艺而定，一般在 10h以上； OD值：视培养工艺而定 ，一般净增 pH ： ； 残糖： % ； 噬菌体检查：无； 镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐，革兰氏阳性反应。 1） 培养基： （ 1） 碳源：采用淀粉水解糖液作为碳源，根据发酵初糖要求配制成为适当葡萄糖含量的培养基。由于灭菌过程中蒸汽冷凝水和接种后成熟种子液的加入，会使培养基的各成分浓度降低，所以，在培养基配制时，应充分使培养基在定容后的葡萄糖含量适当并能满足发酵初糖浓度的要求。根据 流加糖液是高浓度的糖液，为了避免淀粉水浓缩出来的糖液不再特意灭菌，对发酵无影响，且可明显减少葡萄糖液的加热损失。 （ 2） 氮源：氮源是合成菌体蛋白质、核酸等含氮物质和合成谷氨酸氨基的来源。谷氨酸的碳氮比为 100：（ 13~30）， 当碳氮比在 100： 11 以上才开始累积谷氨酸。碳氮比对谷氨酸发酵的影响很大，一般情况下，发酵工序生产 1t 谷氨酸耗用液氨量是 260~300kg. 玉米浆 、生物素和液氨是本设计的主要氮源 . （ 3） 无机盐 ： ① 磷酸盐：磷是某些蛋白质和核酸的组成成分，参与一系列的代谢反应， ADP、 ATP 是重要的 能量传递者。微生物对于磷的需要量一般为 ~② 硫酸镁：镁是某些细菌和叶绿素的组成成分，它的离子状态是许多重要的酶的激活剂。 20 如果镁离子含量太少，就会影响基质的氧化。一般革兰氏阳性菌对 Mg2+的最低要求量是25mg/L。 ③ 钾盐 ： 它是许多酶的激活剂。菌体生长需 K+约为 ~，谷氨酸生成需 K+约~。 ④ 微量元素 ： 锰是某些酶的激活剂， 羧化反应必需酶。 （ 4） 生长因子 ： 凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、 维生素等均称为生 长因子。本设计采用纯生物素、玉米浆、糖蜜三者作为谷氨酸发酵用生物素，具体比列要视情况而调整。 为了保证连续灭菌时每批发酵液定容体积准确，将配料水与培养基料液分别单独进行灭菌再混合。 灭菌采用生熟料用交换器互换流程， 可以大大降低蒸汽和冷却水用量。具体料液循环见下： 定 容 罐维 持 罐1 ＃ 交换 器2 ＃ 交换 器蒸 汽冷 却 水 箱冷 却 水 塔去 发 酵 罐 发酵罐发酵条件控制： 1）温度控制：在谷氨酸发酵前期是 长菌期阶段 ， 应满足菌体生长所需的最适温度。若长菌期温度偏高 ,菌体在短时间内生长可能会快 ,但容易衰老 ,表现为发酵前 期短时间内耗糖快 ,且耗糖速度很快就会下降 ,发酵周期要延长 ,谷氨酸生成少 。 在发酵中期 ,即菌体转型阶段 ,应将温度提高到最适产酸温度 ， 即发酵前期温度控制在 33~34℃ ，中后期控制在 36~38℃。 2） PH 控制：在正常情况下 ,为了保证足够的氮源 ,满足菌体生长和谷氨酸合成的需要 ,通常将发酵 pH控制在稍微碱性的状态 。 故前期 ， 8h后 ~， 20~~，通过流加液氨进行调节发酵 pH。本设计提取谷氨酸采用等电点法 ,为了提取工序节省酸的用量 ,放罐时 pH控制在 ~。 3）通风与 OD： 在 菌体生长期 ,希望糖的消耗最大限度的用于合成菌体 ,谷氨酸生成期 ,希望糖的消耗最大限度地用于合成谷氨酸 。 供氧必须满足菌体的需要量 。 一般根据净增 OD来控制通风。发酵前期， OD 长的快，耗糖越快，风量提得越高。发酵开始 3~4h，净增 OD 时升一次风； 发酵 6~7h，净增 OD 二 次风；发酵 6~8h时，净增 OD ~时第三次风升至最大风量，之后控制净增 OD ~ 左右，保持最大风量十几小时，发酵 18~20h， RG降到 3%时，第一次降风； 发酵 22~23h， RG降到 2%以下，第 2次降风； 发酵25~26h， RG降到 1%以下时，第三次降风 ， 到发酵零小时通风量接近，至发酵结束。 4）流加糖的控制 ： 双酶法糖经浓缩后含糖 50%，总糖量为 40~45%作为流加糖量。 T613 菌种，流加液氨与 pH的控制为：第一次流加： pH达高峰后下跌至 ~， 流加量为 %； 第二次流加： pH达高峰后下跌至 ~， 流加量为 %。 21 发酵主期液氨流加：要求 pH 控制在 以下，流加量视残糖量和 pH 量而定，约每 1%残糖流加 %计，后期流加每次不超过 %。 5） 泡沫的控制 ： 发酵过程中，采用化 学消泡为主，机械消泡为辅的消泡方法。化学消泡剂用 BAPE 非离子表面活性剂，消泡能力强，用量少毒性低且使用方便。使用时先用水进行勾兑，比例为 1： 3。 6）残糖的控制 ： 由于移种需要一定的时间，为了预防培养基营养缺乏导致菌体衰老，自溶，培养结束时应保证有一定浓度的残糖，通常，培养结束时的残糖控制在 10~20g/L. 7）种龄与种量：种龄： 9~13h，过长，种子活力减低，代谢产物多。 种量：指培养好的种子液量占接入发酵培养基数量的百分比。取 10%为好。 ： 1）污染菌的检查： 产菌球散开、菌丝变形、产 酸不正常甚至不产酸或“倒酸”、而糖却大量消耗等。 2）防、治染菌措施