萬噸α-淀粉酶生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)

8萬t/aa淀粉酶生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)80,000t-淀粉酶的工廠設(shè)計(jì)，其通過枯草桿菌液體深層發(fā)酵、沉淀法提取達(dá)到分離純化岀菌體中 貳淀粉酶的目的。本設(shè)計(jì)分別對 a-淀粉酶的性質(zhì)、用途、工藝流程及生產(chǎn)原理都做了相關(guān)的闡述，并對有關(guān)的物料和熱量也作了相應(yīng)的衡算，以及對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型和計(jì)算，還對工藝指標(biāo)、安全問題和環(huán)境保護(hù)都做了詳細(xì)的闡述。 通過設(shè)計(jì)得岀結(jié)論： 年產(chǎn)8萬噸代淀粉酶發(fā)酵工廠，共有18個(gè)500m3發(fā)酵罐，每月均放罐 180罐，發(fā)酵周期為72小時(shí)，總提取率為82%,理論a淀粉酶產(chǎn)量為27.8噸/罐，實(shí)際傳淀粉酶產(chǎn)量為31.03噸/罐。每月應(yīng)投入生產(chǎn)總成本為 3993萬元，根據(jù)目前市場價(jià)格， 年利潤為6195.1萬元。關(guān)鍵詞：a-淀粉酶；工廠設(shè)計(jì)；效益分析；發(fā)酵；發(fā)酵罐PlantDesignofSixtythousandt/aoeAmylaseAbstract:Thisprojectisdesignedbyafactorywhichproduces60,000t o-Amylaseayear.Itachievestheaimoffiltrationandpurificationofthe-Amylasebyusingthedeepfermentofhaybacillusandsettlingmethod.Thedesignnotonlyrespectivelyillustratethequality,use,technologicalprocessandproductionprinciplebutalsomakeamaterialsandheatbalance,thetypeselectionandcalculationofthestandardequipment,furthermore,illustratethetechnicindex,theproblemofsecurityandtheenvironmentalprotectiondetailedly.conclusionmadethroughthedesign:fermentationfactoryof60,000t-Amylaseayear,itcontains35fermentorof500m,Themonthlydischargeofliquidenzymeis175fermentors,Thefermentationtimeis120hours,Therecoveryofliquidenzymeis80%,Thetheoreticoutputis27.8tperfermentor,whilethevirtualoutputis31.03tper fermentor.ltshouldmonthlytakethetotalproductcostas39.93millionyuan,theannualreturnis61.951millionyuan,accordingtothecurrentmarketprice.Keywords:a-Amylase;Plantdesign;Profitanalysis;Ferment;Fermentor1刖言畢業(yè)設(shè)計(jì)是普通高校本科教育的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的重要措施。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 60,000t-淀粉酶的工廠設(shè)計(jì)，其通過枯草桿菌液體深層發(fā)酵、沉淀法提取達(dá)到分離純化岀菌體中 o■淀粉酶的目的。所有的生物體在一定的條件下都能產(chǎn)生多種多樣的酶。因此，人們可以采用適宜的菌種，在人工控制條件的生物反應(yīng)器中生產(chǎn)各種所需的酶。酶的生產(chǎn)方法主要有提取分離法、生物合成法和化學(xué)合成法等。生物合成法是在人工控制條件的生物反應(yīng)器中，通過微生物細(xì)胞的生命活動(dòng)合成所需的酶的方法，是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的方法。淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶類的統(tǒng)稱，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中。淀粉酶 （amylase一般作用于可溶性淀粉、直鏈淀粉、糖元等，根據(jù)作用方式可分為 a淀粉酶與伕淀粉酶。八淀粉酶（aamylase）又稱為液化型淀粉酶，它作用于淀粉時(shí)，隨機(jī)地從淀粉分子內(nèi)部切開 al,4糖苷鍵，使淀粉水解生成糊精和一些還原糖，所生成的產(chǎn)物均為 a型，故稱為a淀粉酶。a-淀粉酶廣泛分布于動(dòng)物（唾液、 胰臟等）、植物（麥芽、山萮菜）及微生物。此酶既作用于直鏈淀粉，亦作用于支鏈淀粉，無差別地切斷 al，4鏈。因此，其特征是引起底物溶液粘度的急劇下降和碘反應(yīng)的消失。最終產(chǎn)物在分解直鏈淀粉時(shí)以麥芽糖為主，此外，還有麥芽三糖及少量葡萄糖。 另一方面在分解支鏈淀粉時(shí)， 除麥芽糖、葡萄糖外，還生成分支部分具有 al，6鍵的a-極限糊精。一般分解限度以葡萄糖為準(zhǔn)是 35-50%，但在細(xì)菌的淀粉酶中， 亦有呈現(xiàn)高達(dá)70%分解限度的（最終游離岀葡萄糖）。淀粉酶最早實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)并且迄今為止是用途最廣、產(chǎn)量最大的一個(gè)酶制劑品種。特別是六十年代以來，由于酶法生產(chǎn)葡萄糖，以及用葡萄糖生產(chǎn)異構(gòu)糖漿的大規(guī)模工業(yè)化，淀粉酶的需要量越來越大，幾乎占整個(gè)酶制劑總產(chǎn)量的 50%以上。在淀粉類食品的加工中 a-淀粉酶得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在國內(nèi)外葡萄糖的生產(chǎn)絕大多數(shù)是采用淀粉酶水解的方法。 酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料， 先經(jīng)a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。淀粉酶也在生活中廣泛應(yīng)用，用于餐廳洗碗機(jī)的洗滌劑，去除難溶的淀粉殘跡等。此外還廣泛應(yīng)用于紡織品的褪漿，其中細(xì)菌淀粉酶能忍受 100?110C的高溫操作條件。由于 a淀粉酶應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量日益增加，本設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行年產(chǎn) 60,000ta淀粉酶的工廠設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)分別對a淀粉酶的性質(zhì)、應(yīng)用、工藝流程及生產(chǎn)原理都做了相關(guān)的闡述，并對有關(guān)的物料和熱量也作了相應(yīng)的衡算，以及對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型和計(jì)算，還對工藝指標(biāo)、安全問題、環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益都做了詳細(xì)的闡述。本設(shè)計(jì)以理論設(shè)計(jì)為依據(jù)，以實(shí)際生產(chǎn)為參考，在設(shè)計(jì)過程中綜合了相關(guān)領(lǐng)域人員的意見，篩選岀最佳設(shè)計(jì)方案，力求接近實(shí)際，切合實(shí)際。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，加上本人水平所限，不當(dāng)之處，誠請導(dǎo)師批評指正。2緒論2.1淀粉酶的發(fā)展歷程淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶類的統(tǒng)稱，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中。它最早實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)并且迄今為止是用途最廣、產(chǎn)量最大的一個(gè)酶制劑品種。特別是六十年代以來，由于酶法生產(chǎn)葡萄糖，以及用葡萄糖生產(chǎn)異構(gòu)糖漿的大規(guī)模工業(yè)化，淀粉酶的需要量越來越大，幾乎占整個(gè)酶制劑總產(chǎn)量的 50%以上。早在數(shù)千年前，人類就已利用淀粉酶的作用，從事釀酒、制飴糖等。詩經(jīng)上記載：“若作酒醴，爾惟曲蘗?！鼻情L霉的谷子，蘗是發(fā)芽的谷粒，二者都含有淀粉酶。就是說釀酒和甜酒，得用曲子和谷芽才能發(fā)酵。埃及人在公元前六千年即已用麥芽釀造啤酒。 但是將酶提取岀來使用，是十九世紀(jì)才開始的。1833年佩恩（Payen和帕索茲（Persoz）從麥芽的水抽提物中用乙醇沉淀得到一種可使淀粉水解生成可溶性糖的物質(zhì)，稱之為淀粉酶（diastase）,并指岀了它的熱不穩(wěn)定性，初步觸及了酶的一些本質(zhì)問題 ⑴。1896年日本人高峰讓吉用麩皮培養(yǎng)米曲霉，用水提取再以酒精沉淀，得到淀粉酶為消化劑。此后，運(yùn)用廣泛的學(xué)識(shí)在美國成立高峰制藥廠仃akamineLaboratory），從事微生物酶的生產(chǎn)與研究。 1920年前后，法國人 Boidin和Effront等又先后發(fā)現(xiàn)枯草桿菌可以分泌耐熱而且活性更強(qiáng)的 a淀粉酶，于1926年在德國設(shè)廠生產(chǎn)，為微生物酶的工業(yè)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。淀粉酶的作用方式是在五十年代闡明了淀粉的分子結(jié)構(gòu)以后才逐漸搞清的。 淀粉是由葡萄糖通過a-1，4糖苷鍵構(gòu)成的直鏈淀粉和a1，6位有分支的支鏈淀粉組成的。糧食淀粉中，直鏈淀粉約占20-30%，而糯性谷物的淀粉，幾乎全部為支鏈淀粉。豆類（豌豆等）淀粉則大部分為直鏈淀粉。直鏈淀粉約含100-6，000個(gè)葡萄糖單位，支鏈淀粉平均含 6，000個(gè)以上的葡萄糖單位，最高可達(dá) 300萬。1970年Gunja-Smith提岀的支鏈淀粉的樹枝狀結(jié)構(gòu)模式，它是由 A、B、C三種鏈所構(gòu)成。A是外鏈，

通過al,6鍵同B鏈相接，B鏈又經(jīng)al,6鍵同C鏈相連接，C鏈?zhǔn)侵麈?，它的一端為非還原性末端， A鏈、B鏈均無還原性末端，因此支鏈淀粉的還原力甚小。按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶可分為四大類： （1）a-淀粉酶：它以糖原或淀粉為底物，從分子內(nèi)部切開a1,4糖苷鍵而使底物水解；（2）仆淀粉酶：從底物非還原性末端順次水解每相隔一個(gè)的 a-1，4糖苷鍵，切下的是麥芽糖單位； （3）葡萄糖淀粉酶：從底物非還原性末端順次水解 a1，4糖苷鍵和分支的al,6鍵，生成葡萄糖；（4）解支酶或異淀粉酶：只水解糖原或支鏈淀粉分枝點(diǎn) al,6糖苷鍵，切下整個(gè)側(cè)枝。此外，還有一些與工業(yè)有關(guān)的淀粉酶是環(huán)式糊精生成酶（這種酶使 6或7個(gè)葡萄糖構(gòu)成環(huán)式糊精），G4、G6生成酶（這類酶從淀粉非還原性末端切下 4或6個(gè)葡萄糖分子構(gòu)成的寡糖），還有a葡萄糖苷酶（a-glucosyidase可將游離葡萄糖轉(zhuǎn)移至其他葡萄糖基的 al,6位上，生成種種含 al,6鍵的寡糖，如潘糖與麥芽糖等。其中 a■葡萄糖苷酶（a-glucosyidase又稱葡萄糖轉(zhuǎn)移酶（a-glucosytransferase），以前曾叫麥芽糖酶（malfase）。工業(yè)生產(chǎn)的微生物淀粉酶制劑類型見表 2.1。表2.1各種微生物所產(chǎn)生淀粉酶的類型淀粉酶類型 切開之鍵 主要生成物枯草桿菌（Bacillussubtilis）淀粉液化芽抱桿a、枯草桿菌（Bacillussubtilis）淀粉液化芽抱桿a、糖化型菌(B.amyloliqefaciena、液化型s)細(xì)巨大芽抱桿菌菌(B.megaterium)Pseudomonasstutzeri產(chǎn)氣氣桿菌(Aerobacteraerogens)異淀粉酶軟化芽抱桿菌環(huán)狀(B.mecerans)德氏根霉(Rhizopus糖化，a-霉菌delemar)黑曲霉糖化，(Aspergillusniger)a葡萄糖苷酶擬內(nèi)抱霉a-酵母(Endomycopsisfibuliger)糖化a卵抱霉a-a1,4a1,4a1,4a1,4a1,4a1,6a1,4a1,4a1,6a1,4a1,6a1,4a1,4a1,6a1,4G1,G2,G3,DG1,G2,DG2,DG4,DGe,D直鏈糊精CDG1G1，寡糖G1，寡糖G1，寡糖G2,寡糖注：G1,G2表示葡萄糖聚合度； D表示糊精；CD表示環(huán)式糊精a淀粉酶的性質(zhì)a1,4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶（a-1,4-glucan-4-glucanohydrolase）a淀粉酶作用于淀粉時(shí)，可從分子內(nèi)部切開 a1,4鍵而生成糊精和還原糖。產(chǎn)物的末端葡萄糖殘基 C1碳原子為碳原子為a構(gòu)型，故稱a淀粉酶。至今已有不少微生物的 a淀粉酶被高度純化我國對a淀粉酶的生產(chǎn)與應(yīng)用做過不少研究。 例如枯草桿菌BF7658漩粉酶，廣泛應(yīng)用于食品、釀造、制藥、紡織以至石油開采等許多方面。此外，也少量生產(chǎn)用作消化劑的米曲霉他卡淀粉酶 ⑵。幾種來源不同的 ％淀粉酶的性質(zhì)見表2.2。2.2.1pH對酶活性的影響 一般代淀粉酶在pH5.5-8穩(wěn)定，pH4以下易失活，酶活性的最適pH5-6。哺乳動(dòng)物的a淀粉酶能被氯離子激活，在氯離子存在下最適 pH7.0。高等植物的代淀粉酶在pH3.6失活，但在霉菌中，黑曲霉分淀粉酶耐酸性較強(qiáng)。黑曲霉 NRRL330a-淀粉酶的最適PH為4.0。在pH2.5，40C處理30分鐘尚不失活。然而在 pH7.0時(shí)，55C處理15分鐘，活性幾乎全部喪失。黑曲霉生產(chǎn)的 a淀粉酶主要是耐酸性的，而米曲霉則相反，其 分淀粉酶經(jīng)過pH7，55C處理15分鐘，幾乎無損失，而在 pH2.5處理則完全失活。曲霉的a-淀粉酶可分為耐酸性和非耐酸性二種，黑曲霉生產(chǎn)的 代淀粉酶主要是耐酸性的，而米曲霉所生產(chǎn)的a-淀粉酶以非耐酸性的為主［3］。表2.2各種a-淀粉酶的性質(zhì)淀粉分解酶來源*限度%淀粉分解酶來源*限度%主要水解產(chǎn)物碘反

應(yīng)消

失點(diǎn)

分解限度%酚基耐熱麥芽麥芽性C糖分糖分(15解力解作分鐘用處理）PH穩(wěn)定性適宜(30°C24hr)PHCa++的保

護(hù)作

用淀粉之吸附性糊精、麥枯草桿芽糖菌（液35(30%)，13--65-804.8-10.65.4-6.0++化型）葡萄糖(6%)葡萄糖枯草桿41%，麥芽菌（糖化型）70糖58%，25++55-704.0-9.04.8-5.2--麥芽二糖，糊精枯草桿菌（耐熱型）35糊精，麥芽糖，葡萄糖13--75-905.04.9-5.2++米曲霉48麥芽糖（50%）16-+55-704.7-9.54.9-5.2+-黑曲霉48麥芽糖（50%）16-+55-704.7-9.54.9-5.2+-黑曲霉（耐酸性）48麥芽糖（50%）16-+55-701.8-6.54.0+-根霉48麥芽糖（50%）16-+50-605.4-7.03.6--擬內(nèi)抱 葡萄糖霉卵抱霉965014++35-5050-706.0-7.56.0-10.35.45.6++++37（96%）糊精、麥芽糖胰臟（人）40麥芽糖14--50-704.8-116.9++唾液40麥芽糖14--50-704.8-116.9++（人）麥芽40麥芽糖葡萄糖、13--50-704.8-8.05.3++綠豆芽70麥芽糖20--50-705.0-8.35.4++注：除唾液、胰臟a■淀粉酶受Cl-激活外，其余都不需Cl-活化。DE值又稱葡萄糖值,系指總糖中含葡萄糖的百分率。耐酸性a淀粉酶在 pH2.0仍保留原始活性 80%以上，但在中性和堿性下極不穩(wěn)定。例如黑曲霉NRRL337a淀粉酶的耐酸性部分的最適 pH為4.0,在pH2.5-6.5穩(wěn)定，非耐酸性部分的最適pH6.5，在pH5.5-9.5穩(wěn)定?？莶輻U菌a淀粉酶作用的最適pH范圍為5-7。嗜堿細(xì)菌中存在著最適 pH為4.0至11.0的a淀粉酶。嗜堿性芽抱桿菌NRRLB3881最適pH9.2-10.5，嗜堿性假單抱桿菌 a淀粉酶最適pH為10。2.2.2溫度對酶活性的影響 純化的a淀粉酶在50C以上容易失活，但在有大量鈣離子存在下，酶的熱穩(wěn)定性增加。芽抱桿菌的 a淀粉酶耐熱性較強(qiáng)?？莶輻U菌 a淀粉酶，在65C穩(wěn)定。嗜熱脂肪芽抱桿菌（B.stearothermophilus）和凝結(jié)芽抱桿菌（B.coagulans的a淀粉酶的熱穩(wěn)定性更強(qiáng)， 前者經(jīng)85C處理20分鐘，尚殘存酶活70%;后者在Ca2+存在下，90C時(shí)的半衰期長達(dá)90分鐘。有的嗜熱芽抱桿菌的 a淀粉酶在110°C仍能液化淀粉。 地衣形芽抱桿菌（B.licheniformis）的a淀粉酶其熱穩(wěn)定性不依賴 Ca2+，可在EDTA存在下測定酶活性，以區(qū)別于非耐熱性 a淀粉酶。霉菌a淀粉酶的耐熱性較低，黑曲霉耐酸性 a淀粉酶的耐熱性比其非耐酸性a淀粉酶為高，在pH4，55C加熱24小時(shí)也不失活。然而擬內(nèi)抱霉 a淀粉酶在40C以下也很不穩(wěn)定。經(jīng)過對各種a淀粉酶粗制劑的水溶液作加熱處理，每分鐘升溫 1.5C,直至80C,發(fā)現(xiàn)各種酶的殘留活性是：真菌來源的為 1%;谷物來源的為25%;細(xì)菌來源的為92%。a淀粉酶的耐熱性還受底物的影響，在高濃度的淀粉漿中，最適溫度原為 70C的枯草桿菌a淀粉酶，以85-90C時(shí)的活性最高。2.2.3淀粉的吸附性與酚基 a麥芽糖苷的水解力 枯草桿菌a淀粉酶（液化型）能被淀粉所吸附。霉菌a淀粉酶不能被淀粉所吸附，然而可切開酚基麥芽糖苷，而枯草桿菌液化型 a淀粉酶則不能，據(jù)此可以區(qū)別二者。2.2.4鈣離子與a淀粉酶活性的關(guān)系 a淀粉酶是一種金屬酶，每分子酶含一克原子 Ca2+。Ca2+使酶分子保持適當(dāng)?shù)臉?gòu)象，從而維持其最大的活性與穩(wěn)定性。嗜熱脂肪芽抱桿菌與枯草桿菌 a淀粉酶在熱穩(wěn)定性上之所以不同，是由于高溫對 Ca2+的親和力不同。鈣和酶的結(jié)合牢固，依次是霉菌 ＞細(xì)菌＞哺乳動(dòng)物＞植物。Ca2+對麥芽糖a淀粉酶的保護(hù)作用最明顯?？莶輻U菌糖化型a-淀粉酶（BSA）同Ca2+的結(jié)合比液化型a淀粉酶（BLA）更緊密。向BSA添加Ca2+對活性幾乎不發(fā)生影響。單用 EDTA處理也不能引起失活，只有在低 pH（pH3.0）下用EDTA處理才能去除Ca2+，但若添加與EDTA當(dāng)量的，并將pH恢復(fù)至中性，則仍然可恢復(fù)它的活性。除Ca2+外，其他二價(jià)堿土金屬 Sr2+、Ba2+、Mg2+等均無Ca2+的a-淀粉酶恢復(fù)活性的能力。枯草桿菌液化型 a淀粉酶（BLA）的耐熱性因Na+、Cl-和底物淀粉的存在而提高。 NaCl與Ca2+共存時(shí)對提高a淀粉酶的耐熱性的作用尤為顯著 。添加Ca2+有助于增加酶的熱穩(wěn)定性，但實(shí)際上淀粉中所含微量 Ca2+已足夠酶的充分活化所需。a淀粉酶的應(yīng)用a淀粉酶是催化淀粉水解生成糊精的一種淀粉水解酶，在食品、輕工和醫(yī)藥領(lǐng)域都有重要應(yīng)用價(jià)值。在疾病治療方面，a-淀粉酶可以治療消化不良、食欲不振。當(dāng)人體消化系統(tǒng)缺少淀粉酶或在短時(shí)內(nèi)進(jìn)食過量淀粉類食物時(shí)，往往引起消化不良、食欲不振的癥狀，服用含有淀粉酶的制劑，就可以達(dá)到幫助消化的效果。常用的有a淀粉酶、麥芽淀粉酶、胰淀粉酶、米曲霉淀粉酶（高峰淀粉酶）等，通常淀粉酶與蛋白酶、脂肪酶組成復(fù)合制劑使用。通常淀粉酶或復(fù)合制劑都是制成片劑，以口服方式給藥。a淀粉酶的氨基酸組成a■淀粉酶是由511個(gè)氨基酸組成的單個(gè)多肽鏈。機(jī)體中胰腺含量最多，由腺泡細(xì)胞合成后通過胰管分泌入小腸，唾液腺也可分泌大量淀粉酶入口腔開始消化多糖化合物，此外還可見于卵巢、肺、睪丸、橫紋肌和脂肪組織中。唾液、豬胰、米曲霉（1954）、枯草桿菌（1956、1959）、嗜熱芽抱桿菌（1961）以及黑曲霉（1969）、谷芽（1967）的a-淀粉酶的氨基酸組成不同（見表 2.3）。其中天冬氨酸和谷氨酸含量較多，含硫氨基酸含量特別低?？莶輻U菌液化型 a淀粉酶缺乏胱氨酸與半胱氨酸，因此它不含 -SH鍵與二硫鍵。酶蛋白的肽鏈?zhǔn)强繗滏I、疏水鍵與其他鍵折疊成為緊密的結(jié)構(gòu)。a■淀粉酶的分子量約50，000左右?？莶輻U菌液化型 a■淀粉酶結(jié)晶的分子量為 96，900，用葡聚糖凝膠過濾，可得到分子量約為 50，000和約為100，000的兩個(gè)成分。分子量50，000的成分是a淀粉酶的單聚體，在有鋅存在下，二個(gè)單體交連而成含一原子鋅的二聚體， EDTA可使二聚體解離為單體。嗜熱脂肪芽抱桿菌a淀粉酶的某些菌株，它的 a■淀粉酶分子量只有15，000，但另一些菌株的分子量也有 50，000左右。嗜熱脂肪芽抱桿菌所產(chǎn) a淀粉酶，用DEAE纖維素可分成兩個(gè)分子量稍有不同的同工酶，a -淀粉酶I分子量為46，000，a-淀粉酶H為43，000。枯草桿菌與脂肪嗜熱芽抱桿菌 a■淀粉酶之間結(jié)構(gòu)相似。霉菌a淀粉酶的一個(gè)特征是含有碳水化物。米曲霉他卡淀粉酶中含 3%糖類，主要是甘露糖、葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖，其分子比是 1:1:2:1.6:0.8:0.5，N-乙酰氨基葡萄糖與酶蛋白中的天冬酰胺相結(jié)合。由于糖類殘基的不同使 a淀粉酶具有不同的性狀。動(dòng)物 a■淀粉酶中也含糖，糖對酶的穩(wěn)定性是有影響的。組氨酸及氨基是a■淀粉酶表現(xiàn)其活性所必需的?？莶輻U菌糖化型a-淀粉酶只含一個(gè)半胱氨酸，其 SH基以掩蔽狀態(tài)存在。天然的酶不受 PCMB（對氯汞苯甲酸）的抑制，米曲霉 a淀粉酶中含幾個(gè)胱氨酸分子，尚有一個(gè)掩蔽的半胱氨酸殘基。酶蛋白中缺乏暴露SH基或二硫鍵，也許這是一些 a淀粉酶耐熱、耐堿性的原因。酪氨酸對米曲霉與枯草桿菌的 a■淀粉酶活性甚為重要，它的酚基中的 0H與酶穩(wěn)定性有關(guān)⑷。表2.3幾種a淀粉酶的氨基酸組成（每 100克蛋白質(zhì)中克數(shù)）氨基酸枯草桿菌液化型MW 糖化型MW脂肪嗜熱芽抱桿菌MW15600米曲霉MW51500黑曲霉耐酸非耐酸麥芽MW4800唾液MW50000豬胰MW450004887541000性性天冬氨酸15.0919.159.3016.5313.415.315.719.314.5蘇氨酸6.366.126.2010.866.88.24.24.53.9絲氨酸6.248.574.246.485.66.83.47.84.1谷氨酸13.4611.6420.366.957.68.19.99.610.5脯氨酸4.142.5816.274.183.24.84.53.63.6甘氨酸5.644.904.246.594.85.57.06.826.7丙氨酸6.026.214.776.804.76.06.64.436.9纈氨酸5.554.658.536.695.65.75.46.897.8蛋氨酸1.261.962.662.201.92.41.42.42.1異亮氨酸3.976.126.055.205.56.06.75.8011.5亮氨酸6.426.187.228.307.97.57.95.77酪氨酸8.316.372.969.559.710.16.05.515.3苯丙氨酸5.854.396.404.253.54.16.27.2010.1組氨酸3.803.194.332.021.72.05.03.243.9賴氨酸7.304.635.225.942.25.15.26.334.9精氨酸6.785.643.362.723.13.45.88.755.8色氨酸6.194.76/3.973.93.9/7.26.7胱氨酸00.343.421.61.00.70.44.42.3注：MW為分子量3工藝流程設(shè)計(jì)原則、范圍和依據(jù)3.1概述工藝流程設(shè)計(jì)和車間布置設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要內(nèi)容，是決定工廠的工藝計(jì)算、車間組成、生產(chǎn)設(shè)備及其布置的關(guān)鍵步驟。生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括兩個(gè)方面：其一是確定由原料到成品的各個(gè)生產(chǎn)過程及順序，即說明生產(chǎn)過程中物料和能量發(fā)生的變化及流向，應(yīng)用了哪些生物反應(yīng)或化工過程及設(shè)備。其二是繪制工藝流程圖。在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，原料往往不是直接變成產(chǎn)品，而是通過一系列的半成品或中間產(chǎn)品再變成成品，同時(shí)還有副產(chǎn)品和廢液、廢渣等生成，“三廢”必須嚴(yán)格治理。因?yàn)楣に嚵鞒淘O(shè)計(jì)最關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)，與其他專業(yè)設(shè)計(jì)息息相關(guān)，所以需要由淺入深，分階段進(jìn)行。同時(shí)必須經(jīng)過反復(fù)推敲，精心安排和計(jì)算，不斷修改和完善，才能完成設(shè)計(jì)任務(wù)。生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)往往經(jīng)歷三個(gè)階段，即：生產(chǎn)工藝流程示意圖-生產(chǎn)工藝流程草圖-生產(chǎn)工藝流程圖。具體地說，生產(chǎn)方法和生產(chǎn)規(guī)模確定后就可以開展設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝流程示意圖。 工藝流程示意圖作岀后,就可以進(jìn)行物料衡算和能量衡算以及部分設(shè)備計(jì)算和選型。待設(shè)備設(shè)計(jì)全部完成后，再修改、充實(shí)工藝流程草圖，根據(jù)流程草圖和設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)。根據(jù)車間布置圖再來修改工藝流程草圖，最后得岀生產(chǎn)工藝流程圖。當(dāng)然上面介紹的示意圖-草圖-流程圖的設(shè)計(jì)程序并非一成不變，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的難度、技術(shù)的成熟程度、設(shè)計(jì)人員水平及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等多方面因素決定 [5]。3.2工藝流程的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)，必須考慮以下幾項(xiàng)原則：⑴保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量需求。⑵盡量采用成熟的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。努力提高原料利用率，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其他能量消耗，降低生產(chǎn)成本，使工廠建成后能迅速投產(chǎn)， 在短期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量要求,并做到生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。⑶盡量減少三廢的排放量，有完善的三廢治理措施，以減少或消除對環(huán)境的污染，并做好三廢的回收和綜合利用。⑷確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全。⑸生產(chǎn)過程盡量采用機(jī)械化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。3.3工藝流程的設(shè)計(jì)范圍6萬t/aa淀粉酶工廠生產(chǎn)車間。3.4工藝流程的設(shè)計(jì)依據(jù)⑴設(shè)計(jì)任務(wù)書(可行性研究報(bào)告) ；⑵項(xiàng)目工程師或項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人下達(dá)的設(shè)計(jì)工作提綱和總工程師作岀的技術(shù)決定；⑶若引進(jìn)新原料品種，新技術(shù)和新設(shè)備時(shí)，必須在技術(shù)上有切實(shí)把握并且依據(jù)了正式的試驗(yàn)研究報(bào)告和設(shè)計(jì)鑒定書，經(jīng)設(shè)計(jì)院領(lǐng)導(dǎo)核準(zhǔn)后方可作為設(shè)計(jì)依據(jù) ⑹。4車間布置設(shè)計(jì)4.1車間布置設(shè)計(jì)的目的和重要性車間布置設(shè)計(jì)的目的是對廠房的配置和設(shè)備的排列作岀合理的安排， 并決定車間、工段的長度、寬度、高度和建筑構(gòu)型式，以及各車間之間與工段之間的相互聯(lián)系。車間布置設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)中的重要組成部分，它關(guān)系著整個(gè)車間的命運(yùn)。即使有了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程及正確的設(shè)備選型和設(shè)計(jì)，而沒有合理的車間布置相配合，生產(chǎn)也難以正常、順利地進(jìn)行，將會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)管理。諸如：對設(shè)備的操作和維修帶來的困難；造成人流、貨流的紊亂；使車間動(dòng)力介質(zhì)造成不正當(dāng)?shù)膿p失；增加輸送物料的能耗；增加建筑和安裝費(fèi)用；對于發(fā)酵工廠，還容易引起成品、半成品的污染損失等。它的牽涉面大，影響到整個(gè)車間甚至于幾個(gè)車間。因此，車間布置設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及面廣，復(fù)雜而細(xì)致、重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。它不僅要求工藝設(shè)計(jì)人員要了解生產(chǎn)操作、設(shè)備維修和具有一定的安裝知識(shí)，而且要具備一定的土建、電力、自控儀表、安全、衛(wèi)生等其他專業(yè)的基本知識(shí)。在布置時(shí)要做到深思熟慮、仔細(xì)推敲，提岀不同方案進(jìn)行比較，以取得一個(gè)最佳方案。車間布置設(shè)計(jì)是以工藝為主導(dǎo)，并在其他專業(yè)，如總圖、土建、設(shè)備、安裝、電力、暖風(fēng)、外管等密切配合下完成的。因此在進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)時(shí)，要集中各個(gè)方面的意見，最后由工藝人員匯總完成 ⑺。4.2車間布置設(shè)計(jì)的依據(jù)車間布置設(shè)計(jì)必須在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，掌握必要的資料作為設(shè)計(jì)的依據(jù)或供參考。這些資料包括：生產(chǎn)工藝流程圖。物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)，包括原料、半成品、成品、副產(chǎn)品的數(shù)量及性質(zhì)；三廢的數(shù)量及處理方法。設(shè)備資料，包括設(shè)備外形尺寸、重量、支撐形式、保溫情況及其操作條件，設(shè)備一覽表等。公用系統(tǒng)耗用量，供排水、供電、供熱、冷凍、壓縮空氣、外管資料等。土建資料和勞動(dòng)安全、防火、防爆資料。車間組織及定員資料。廠區(qū)總平面布置，包括本車間與其他生產(chǎn)車間、輔助車間、生活設(shè)施的相互聯(lián)系，廠內(nèi)人流物流的情況與數(shù)量。有關(guān)布置方面的一些規(guī)范資料。4.3發(fā)酵工廠主要車間組成根據(jù)a淀粉酶生產(chǎn)的工藝要求，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，需要以下建筑或構(gòu)建物。發(fā)酵車間發(fā)酵車間是枯草桿菌的發(fā)酵場地和 a淀粉酶的生產(chǎn)區(qū)。原料經(jīng)殺毒滅菌等初步加工以后，配制成培養(yǎng)基，為優(yōu)良菌種提供營養(yǎng)和能量，菌種經(jīng)種子罐，發(fā)酵罐，產(chǎn)岀 a淀粉酶，過濾，沉淀，干燥，最終得成品。發(fā)酵產(chǎn)酶是生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)，占地面積 13255.2m2。提煉車間緊鄰發(fā)酵車間，對a淀粉酶進(jìn)行精加工、提純。占地面積 5342.4m2。原料倉庫建于發(fā)酵車間內(nèi)，儲(chǔ)存各種原、輔材料，并提供必要的儲(chǔ)存條件。收購的原料如不能及時(shí)進(jìn)行加工生產(chǎn)，就放置于此，且可保證生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，面積 1221.4m2。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和原料銷售市場的情況，決定原、輔材料購進(jìn)量的多寡，這樣可以隨材料市場價(jià)格和生產(chǎn)需要，隨時(shí)調(diào)整儲(chǔ)量，節(jié)約了原料費(fèi)用和運(yùn)輸成本，節(jié)省開支。種子擴(kuò)大培養(yǎng)區(qū)位于發(fā)酵車間內(nèi)，便于管道輸送。為枯草桿菌的大量繁殖提供條件，有利于下一步發(fā)酵的良好進(jìn)行，面積1309.0m2。動(dòng)力設(shè)施圍繞生產(chǎn)車間，包括鍋爐房、空壓站、蓄水池、動(dòng)力室、變配電室等，為生產(chǎn)車間的發(fā)酵生產(chǎn)提供蒸汽、壓力、水、電力等，通過管路，線路等直通車間，總占地面積 3662m2。包裝車間緊鄰提煉車間，設(shè)有包裝材料庫、成品倉庫、檢驗(yàn)室等，包裝完畢后直接入庫。面積約 3915.3m2化驗(yàn)室位于生產(chǎn)辦公區(qū)內(nèi)的第二、三層，用于進(jìn)行原料和產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，總面積 709.3m2。更衣室、衛(wèi)生間位于進(jìn)入各個(gè)車間的必經(jīng)之地，分左右男女更衣室，不同工段的工人可以分別從不同更衣室進(jìn)入不同的車間，避免交叉污染，更衣室、衛(wèi)生間總面積依各車間實(shí)際情況而定。機(jī)修車間緊鄰生產(chǎn)區(qū)，用于對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備維修及定期維護(hù)，占地面積 1047.9m2。污水站建于廠區(qū)西北角，用于對工業(yè)污水及生活污水的集中凈化處理，占地面積 1067.5m2。4.4車間布置設(shè)計(jì)的原則一個(gè)優(yōu)良的車間布置設(shè)計(jì)應(yīng)該是，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)省投資、操作維修方便、設(shè)備排列簡潔、緊湊、整齊、美觀。要達(dá)到這樣的要求，在進(jìn)行具體的車間布置設(shè)計(jì)時(shí)，必須從工藝、操作、安全、維修、施工、經(jīng)濟(jì)、美觀及擴(kuò)建上考慮。 為使車間布置設(shè)計(jì)能符合上述提岀的基本要求， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)工藝的要求車間設(shè)備布置必須按流程的流向順序依次進(jìn)行設(shè)備的排列，以保持物料順暢地向前輸送，按順序進(jìn)行加工處理，保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。不使物料和產(chǎn)品有交叉和往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。盡可能利用工藝位差，對于有壓差的設(shè)備，應(yīng)充分利用高位差布置，以節(jié)省動(dòng)力設(shè)備及費(fèi)用。一般來說，凡計(jì)量設(shè)備、高位槽等布置在最高層，主要設(shè)備如啤酒廠糖化鍋、煮沸鍋，布置在中層，貯槽、發(fā)酵罐等布置在底層。這樣既可利用位差進(jìn)岀物料，又可減少樓面的荷重，降低造價(jià)。車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)操作的要求每一個(gè)設(shè)備都要考慮一定地位，包括設(shè)備本身所占地位，設(shè)備附屬裝置所占地位，操作地位，設(shè)備檢修拆卸地位以及設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與建筑物間的安全距離等。設(shè)備布置應(yīng)考慮為操作工人能管理多臺(tái)設(shè)備或多種設(shè)備創(chuàng)造條件。凡屬相同的幾套設(shè)備或同類型的設(shè)備或操作性質(zhì)相似的有關(guān)設(shè)備，應(yīng)盡可能集中布置，使之彼此靠近，以便統(tǒng)一管理，集中操作，方便維修及部件的互換。設(shè)備布置不宜過擠或過松，應(yīng)盡量對稱緊湊，排列整齊，充分利用空間。設(shè)備間距離充分考慮工廠操作的要求和交通的便利。車間內(nèi)要留有堆放原料、成品及排岀物和包裝材料的空地(能堆放一批或一天的量)以及必要的運(yùn)輸通道。具有運(yùn)動(dòng)機(jī)械的設(shè)備，還要考慮設(shè)備安全防護(hù)裝置的地位。要考慮相同設(shè)備或相似設(shè)備互換使用的可能性和方便性。這樣可充分發(fā)揮設(shè)備的潛在力量。設(shè)備的自動(dòng)測量儀表要集中控制，閥們控制盡量集中，便于工人操作。車間布置應(yīng)符合設(shè)備安裝、檢修的要求根據(jù)設(shè)備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設(shè)備安裝、檢修及拆卸所需要的空間和面積。滿足設(shè)備能順利進(jìn)岀車間的要求。經(jīng)常搬動(dòng)的設(shè)備應(yīng)在設(shè)備附近設(shè)置大門或安裝孔，大門寬度比最大設(shè)備寬0.5m，當(dāng)設(shè)備運(yùn)入廠房后，很少再需整體搬岀時(shí)，則可設(shè)置安裝洞，即在外墻留頂留洞口，待設(shè)備運(yùn)入后，再行砌封。通過樓層的設(shè)備，樓面上要設(shè)置吊裝孔。吊裝孔可設(shè)計(jì)為有蓋板或無蓋板兩種。如無蓋板，在孔周圍應(yīng)設(shè)可拆的欄桿。一般比較固定的設(shè)備，也可在樓層外墻上設(shè)置安裝洞，設(shè)備可在室外吊上，由安裝洞口運(yùn)入。另外，發(fā)酵工廠設(shè)備通過樓層安裝者為數(shù)較多。例如酒精廠蒸餾塔，味精廠、檸檬酸廠、酶制劑廠、酒精廠的發(fā)酵罐，酒精廠糖化設(shè)備，酒母設(shè)備等，都是一半在樓下，一半在樓上。凡屬此種類型設(shè)備安裝時(shí)，也可直接從設(shè)備本身在樓層上的安裝孔中吊上，這樣安裝是比較方便的。必須考慮設(shè)備的檢修和拆卸以及運(yùn)送物料所需要的起重運(yùn)輸設(shè)備。起重運(yùn)輸設(shè)備的形式可根據(jù)使用要求決定。如果不涉及永久起重運(yùn)輸裝置時(shí)， 也應(yīng)該考慮有安裝臨時(shí)起重運(yùn)輸設(shè)備的場地及預(yù)埋吊鉤,以便懸掛起重葫蘆。當(dāng)廠房內(nèi)設(shè)有永久性起重運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，要考慮物料的起吊和運(yùn)輸設(shè)備本身的高度，設(shè)備的起吊運(yùn)輸高度，應(yīng)大于運(yùn)輸途中最高設(shè)備的高度。車間布置應(yīng)符合廠房建筑的要求凡是笨重設(shè)備或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大振動(dòng)的設(shè)備，如壓縮機(jī)、粉碎機(jī)、大型通風(fēng)機(jī)、離心機(jī)等，應(yīng)該盡可能布置在廠房的底層，以減少廠房樓面的荷載和振動(dòng)。有劇烈振動(dòng)的設(shè)備，其操作臺(tái)和基礎(chǔ)不得與建筑物的柱、墻連在一起，以免影響到建筑物的安全。設(shè)備布置時(shí)，要避開建筑的柱子及主梁。如設(shè)備吊裝在柱子或梁上，其荷重及吊裝方式需事先告知土建專業(yè)人員，并與其協(xié)商。廠房內(nèi)所有操作臺(tái)須統(tǒng)一考慮，避免平臺(tái)支柱零亂重復(fù)，影響車間美觀、生產(chǎn)操作及檢修。設(shè)備不應(yīng)該布置在建筑物的沉降縫或伸縮縫處。在廠房的大門或樓梯旁布置設(shè)備時(shí)，要求不影響開門和行人岀入。在不嚴(yán)重影響工藝流程順序的原則下，將較高設(shè)備盡量集中布置，這樣可以簡化廠房體形，節(jié)約廠房體積，另外還可利用建筑上的有利條件，如利用天窗的空間安裝較高設(shè)備。5?車間布置應(yīng)符合節(jié)約建筑投資的要求凡是可以露天或半露布置的設(shè)備，例如發(fā)酵廠、啤酒廠的發(fā)酵罐，無菌空氣設(shè)備，貯槽等?？筛鶕?jù)使用和操作的特點(diǎn)，與設(shè)備設(shè)計(jì)配合采取露天或半露天布置，減少建筑面積，節(jié)約廠房建筑費(fèi)。廠房非高層化是近代工廠的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。啤酒廠現(xiàn)代糖化樓設(shè)計(jì)采用低層建筑，具有設(shè)計(jì)容易，施工和安裝設(shè)備簡單，建筑費(fèi)用較低，動(dòng)力消耗少，操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。除非在場地特別緊張的地方，不得已才用高層建筑。一般以采用低層建筑為好。工藝管道應(yīng)集中布置，要盡可能地縮短設(shè)備間管線，供汽、供無菌空氣、供電的設(shè)備位置應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，使管線最短，熱損量少，減少管線投資和節(jié)約能耗。盡量采用一般的土建結(jié)構(gòu)，非必要時(shí)，盡可能少用或不用特殊的土建結(jié)構(gòu)。（5）設(shè)備的操作面盡可能與通道安排在同一側(cè)。6?車間布置應(yīng)符合安全、衛(wèi)生和防腐蝕的要求（1） 發(fā)酵工廠車間衛(wèi)生是正常生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)。因此，在車間布置設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到車間衛(wèi)生條件，特別是種子培養(yǎng)，發(fā)酵車間要建在上風(fēng)區(qū)，遠(yuǎn)離污染源。車間內(nèi)通風(fēng)、排廢水、廢氣要安排布置，防止雜菌污染和交叉污染。（2） 要為工人操作創(chuàng)造良好的安全衛(wèi)生條件。設(shè)備布置時(shí)盡可能做到工人背光操作，高大設(shè)備避免靠窗布置，以免影響采光。對運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲大或粉塵多、有毒氣、腐蝕氣體的設(shè)備，應(yīng)考慮采取隔斷（離）加強(qiáng)通風(fēng)除塵等措施，以保證操作人員健康。（3） 易燃易爆車間要考慮方便工人疏散和防火滅火措施。（4） 凡產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備，其基礎(chǔ)、設(shè)備周圍地面、墻、柱都要采取防護(hù)措施。7.車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)發(fā)展的要求根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要與可能，考慮留有增加產(chǎn)量、增添設(shè)備的余地，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采用使原有建筑物變動(dòng)量少，不妨礙生產(chǎn)正常進(jìn)行，且施工的工作量少的方案。4.5車間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容車間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般為：廠房的整體布置和輪廓設(shè)計(jì)（1） 廠房邊墻的輪廓、車間建筑的輪廓、跨度、柱距、樓層層高。（2） 門、窗、樓梯位置。（3） 吊裝孔、預(yù)留孔、地坑等位置尺寸。（4） 標(biāo)咼。設(shè)備的排列和布置（1） 設(shè)備外形的幾何輪廓。（2） 設(shè)備的定位尺寸，設(shè)備離墻縱橫間距，定岀設(shè)備中心位置。一般定位標(biāo)準(zhǔn)是以建筑物中心作為定位基準(zhǔn)線的。（3） 操作臺(tái)位置及標(biāo)高。車間附屬工程設(shè)計(jì)車間附屬工程設(shè)計(jì)是指分布在車間總體建筑內(nèi)的非生產(chǎn)性或非直接工藝生產(chǎn)性用房。包括：（1） 輔助生產(chǎn)房間的配置。如變配電室、空壓站、鍋爐房、機(jī)修車間等。（2） 工藝輔助房間的配置。如檢驗(yàn)室、化驗(yàn)室等。（3） 生活用房配置。如設(shè)在車間內(nèi)的辦公室、會(huì)議室、更衣室、衛(wèi)生間（廁所、浴室）等。車間布置設(shè)計(jì)說明說明車間設(shè)備布置的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。車間布置設(shè)計(jì)的圖紙（1） 工廠總平面布置圖（2）主要設(shè)備構(gòu)筑圖（包括正立面圖和側(cè)立面圖） 。（3） 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（4） 主要車間層面布置圖4.6車間布置設(shè)計(jì)的步驟和方法車間布置設(shè)計(jì)一般先從平面布置著手。車間布置圖的設(shè)計(jì)可分為兩個(gè)階段進(jìn)行：布置草圖和布置圖。在布置之前，工藝設(shè)計(jì)人員需對工藝流程，所有設(shè)備的尺寸，結(jié)構(gòu)及其要求，廠房內(nèi)各個(gè)組成和其他有關(guān)資料透徹了解，并要有清晰的立體概念。同時(shí)，必須對建筑知識(shí)有一定程度的熟悉，要多與建筑設(shè)計(jì)人員和其他非工藝設(shè)計(jì)人員取得密切聯(lián)系，完善布置設(shè)計(jì)的構(gòu)思，然后再開始布置草圖設(shè)計(jì)。車間布置草圖（1） 工藝人員根據(jù)生產(chǎn)流程，生產(chǎn)性質(zhì)，各專業(yè)的要求，車間在總平面圖上的位置，初步劃分生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)和生活設(shè)施的分隔及位置，初步選定廠房柱距、跨度及車間面積。（2） 用坐標(biāo)紙按廠房建筑設(shè)計(jì)的要求，繪制廠房建筑平面輪廓草圖。注意做到廠房建筑尺寸既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。（3） 把所有車間設(shè)備按圖紙比例用硬紙（或方格紙、塑料片）剪成設(shè)備外形輪廓的俯視圖模型，然后將其放在畫有建筑平面輪廓草圖的坐標(biāo)紙上，按工藝流程順序和布置原則，進(jìn)行合理的安排和調(diào)整。要特別注意先布置和布置好流程中的主體設(shè)備，再逐一計(jì)算每個(gè)設(shè)備必須的輔助場地和空間，以及其他設(shè)備所需的場地和空間。并要用立體概念試排幾個(gè)可行方案。然后征求協(xié)同配套專業(yè)的意見，從各方面比較優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)集思廣益后，確定一個(gè)較理想的方案。根據(jù)討論意見作必要的調(diào)整、修改后，提交建筑人員設(shè)計(jì)建筑圖。對于技改項(xiàng)目、簡單工程和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員，也可不用坐標(biāo)紙和設(shè)備紙樣，而直接將廠房平面初估尺寸按一定比例繪于草圖上，然后將所有設(shè)備按同樣比例，根據(jù)設(shè)備布置的原則和注意點(diǎn)繪在圖紙上。并至少要考慮二、三個(gè)布置方案供分析討論優(yōu)選。車間布置圖工藝設(shè)計(jì)人員在取得建筑設(shè)計(jì)圖后，即可在布置草圖的基礎(chǔ)上繪制正式的車間平面布置圖。正式的車間布置圖，按照設(shè)計(jì)階段的不同， 可分為初步設(shè)計(jì)階段的車間布置圖和施工圖階段的車間布置圖。它們在表達(dá)的內(nèi)容及深度上有所不同。從工作程序上講，一般為：車間布置草圖-車間布置圖（初步設(shè)計(jì)階段）- 車間布置圖（施工圖階段）叫5工藝流程、相關(guān)特性及其工藝路線的選擇5.1菌種有實(shí)用價(jià)值的 a淀粉酶生產(chǎn)菌列于下表 5.1。芽抱桿菌所產(chǎn) a淀粉酶分為液化型與糖化型二種。目前只有液化型酶有用，由于活性高，發(fā)酵周期短，酶的耐熱性高，尤其是枯草桿菌為大多數(shù)工廠所采用。 地衣芽抱桿菌的酶耐熱性比枯草桿菌高， 但產(chǎn)量較低。芽抱桿菌易于退化和遭受噬菌體感染而降低產(chǎn)酶能力。表5.1有實(shí)用價(jià)值的 a淀粉酶生產(chǎn)菌菌種枯草桿菌（B.subtilis）地衣形芽抱桿菌（B.licheniformis）嗜熱脂肪芽抱桿菌（B.stearothermophilus）淀粉液化芽抱桿菌（B.amyloliquefaciens）凝聚芽抱桿菌（B.coagulans馬鈴薯?xiàng)U菌（B.mesentericus）淀粉糖化芽抱桿菌（ B.amylosaccharogenicu9嗜堿芽抱桿菌（B.Alkalophilicspp.）B.caldlyticusB.ohbensis米曲霉（A.oryzae）黑曲霉（A.niger）金黃曲霉（A.aureus）鏈霉菌（Streptomycesgriseus,St.diastiticus丙酮丁醇梭狀芽抱桿菌(Clostridiumacetobutylicum丙酮丁醇梭狀芽抱桿菌(Clostridiumacetobutylicum)擬內(nèi)抱霉(Endomycopsisfibuliger)由于不斷的選育改良，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上用的菌種產(chǎn)生 a淀粉酶的能力已是原始菌株的數(shù)倍乃至數(shù)十倍，例如淀粉液化芽抱桿菌 ATCC23844的a淀粉酶活性，每毫升已達(dá) 456,000單位。地衣芽抱桿菌ATCC9789，用丫射線，NTG，紫外線單獨(dú)或交叉處理 7次后，其耐熱性a淀粉酶活性增加25倍，結(jié)合培養(yǎng)條件的改進(jìn)而用于工業(yè)生產(chǎn)。 紫外線處理肉桂色曲霉，耐酸性 a淀粉酶活性提高了6倍。我國生產(chǎn)菌株枯草桿菌BF7658-209,是由野生型菌株，經(jīng)物理和化學(xué)方法交叉處理得到的變異株，其產(chǎn)酶活性比母株高5.0%。此外用X射線也曾得到高產(chǎn)突變株。連續(xù)使用同一誘變劑時(shí)，由于發(fā)生平頂效應(yīng)( plateaueffect)，誘變效果會(huì)隨著處理次數(shù)而降低。此時(shí)必須更換誘變手段。在使用紫外線、丫 射線、快中子等為誘變劑處理米曲霉時(shí)，高劑量不一定有利于高產(chǎn)TOC\o"1-5"\h\z變株的生成。近年來，利用轉(zhuǎn)化法改良菌株，在枯草桿菌 a淀粉酶的生產(chǎn)菌上已取得可喜進(jìn)展，例如將 a淀粉酶活性高而耐熱性差的枯草桿菌納豆株( B.subtilisNatto)的DNA轉(zhuǎn)入耐熱性強(qiáng)而酶活性低的枯草桿菌Marburg株中，結(jié)果引起了后者遺傳性狀的改變，其 a淀粉酶活性提高了 14倍，蛋白酶活性提高了 5倍，這個(gè)雜交種所產(chǎn)酶也具有親株性能。但由于酶活性還不及生產(chǎn)菌株而尚未實(shí)用。又將生產(chǎn)菌的 DNA轉(zhuǎn)入枯草桿菌Marburg株，得到酶活性較高的轉(zhuǎn)化株 SP-38,又將SP-38DNA轉(zhuǎn)入Marburg使酶活性有了進(jìn)一步提咼。Kazumasa報(bào)道枯草桿菌6160經(jīng)NTG誘變，得到抗D-絲氨酸高產(chǎn)突變株G。。和抗芐青霉素突變株 A?,它們的a淀粉酶產(chǎn)量分別是母株的 5倍與6倍，將這些菌株的 DNA轉(zhuǎn)化到含有各種調(diào)節(jié)基因的同一菌株所衍生的受體菌株中，在各種基因的協(xié)同作用下，就可得到高產(chǎn)轉(zhuǎn)化體，其中由 CpQNA轉(zhuǎn)入TM23得到的轉(zhuǎn)化體630T2,再用NTG處理，得到超產(chǎn)株T2N26,其a淀粉酶產(chǎn)量是母株的 1500-2000倍。不同生態(tài)環(huán)境下分離的微生物，它的 a淀粉酶性質(zhì)與其生長環(huán)境相適應(yīng)，從溫泉分離的一株耐熱解淀粉假單抱桿菌(Pseud.thermoamylolyticus),它的a淀粉酶最適作用溫度65-80C。在55C培養(yǎng)的嗜熱脂肪芽抱桿菌和凝結(jié)芽抱桿菌，所產(chǎn)的 a淀粉酶在90C下幾乎不失活。分別在 35C與55C下培養(yǎng)凝結(jié)芽抱桿菌，所產(chǎn)a淀粉酶的熱穩(wěn)定性不同，在 90C處理一小時(shí)， 35C培養(yǎng)的失活92%而55C培養(yǎng)者失活只6%。但是在55C與43C下培養(yǎng)嗜熱脂肪芽抱桿菌，其 a淀粉酶的各種理化性質(zhì)幾乎無明顯區(qū)別。此外， 地衣芽抱桿菌雖在30C培養(yǎng)，它的a淀粉酶最適溫度80-85C,耐熱性很強(qiáng)。耐鹽性的a淀粉酶生產(chǎn)菌嗜鹽微球菌( Micrococcushalophilus)需在加有6-18%NaCl或1-3M食鹽的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。在低溫(25C)、低pH下培養(yǎng)黑曲霉，可以生產(chǎn)耐酸性a淀粉酶。而嗜堿性假單抱桿菌，Pseud.alcalophilaAJ3300與枯草桿菌No.135在其培養(yǎng)基中需添加 1%Na2CO3(pH10)，所產(chǎn)a淀粉酶最適pH為10[9]。5.2生產(chǎn)概要霉菌的a淀粉酶大多采用固體曲法生產(chǎn)； 細(xì)菌a淀粉酶則以液體深層發(fā)酵為主 。固體培養(yǎng)法以麩皮為主要原料，酌量添加米糠或豆餅的堿水浸岀液，以補(bǔ)充氮源。在相對濕度 90%以上，芽抱桿菌用 37C，曲霉用32-35C培養(yǎng)36-48小時(shí)后，立即在40C下烘干或風(fēng)干，即成工業(yè)生產(chǎn)用的粗酶。液體培養(yǎng)常以麩皮、玉米粉、豆餅粉、米糠、玉米漿等為原料，并適當(dāng)補(bǔ)充硫酸銨，氯化銨、磷酸銨等無機(jī)氮源，此外還需添加少量鎂鹽、磷酸鹽、鈣鹽等。固形物濃度一般為 5-6%，高者達(dá)15%。為了降低培養(yǎng)液粘度，淀粉原料可用 a淀粉酶液化，氮源可用豆餅堿水浸岀液代替。 以霉菌為生產(chǎn)菌時(shí)，宜采用微酸性，而細(xì)菌宜在中性至微堿性培養(yǎng) ，培養(yǎng)溫度霉菌32C,細(xì)菌37C，通氣攪拌培養(yǎng)時(shí)間 24-48小時(shí)。當(dāng)酶活達(dá)到高峰時(shí)結(jié)束發(fā)酵，離心或以硅藻土作助濾劑去菌體及不溶物。在 Ca2+存在下低溫真空濃縮后，加入防腐劑(松油、麝香草酚、苯甲酸鈉等) 、穩(wěn)定劑(5-15%食鹽和鈣鹽、鋅鹽或山梨醇等)以及緩沖劑后就成為成品。為了提高它的耐熱性，也可在成品中添加少量硼酸鹽。這種液體的細(xì)菌a淀粉酶呈暗褐色、帶有臭味，在室溫下可放置數(shù)月而不失活。為了制備高活性的 a淀粉酶，并使貯運(yùn)方便，可用硫酸銨鹽析或溶劑沉淀制成粉狀酶制劑。在有 Ca2+存在下將濃縮發(fā)酵液調(diào)節(jié) pH到6左右，加入40%左右硫酸銨靜置沉淀，傾去大部上清夜后，加入硅藻土為助濾劑，收集沉淀于 40C以下風(fēng)干，為了加速干燥、減少失活，酶泥中可拌入大量硫酸鈉，磨粉后加入淀粉、乳糖、CaCb等作穩(wěn)定填充劑后即成為成品。麩曲可以用水抽提后進(jìn)行鹽析。為了減少色素的溶岀，麩曲必須先行風(fēng)干。抽提液中如色素較多，可用 CaCb和Na2HPO4形成不溶性沉淀而吸附除去。溶劑（酒精、丙酮等）沉淀時(shí)，為減少酶的變性，宜在低溫下（ 15C左右）操作Ca在有乳糖、糊精等存在下，加入冷卻的溶劑至最終濃度 70%，收集沉淀用無水酒精脫水， 40C以下烘干。有些菌株產(chǎn)生一定比例的蛋白酶，這樣不但妨礙使用效果，還會(huì)引起 a淀粉酶在貯藏過程中失活。培養(yǎng)基中添加檸檬酸鹽可抑制某些菌株產(chǎn)生蛋白酶，枯草桿菌發(fā)酵液中伴生的蛋白酶也可借助加熱 50-65°C處理而清除。此外細(xì)菌 a淀粉酶尚可利用底物淀粉吸附，而同蛋白酶分開。為了提高淀粉的吸附效果，淀粉可經(jīng)膨脹處理。淀粉吸附法的主要步驟如下：調(diào)節(jié)酶液的 pH到6.0,加18%（W/V）硫酸銨攪勻，并以玉米淀粉與硅藻土5:1的混合物分散在18%硫酸銨溶液中，倒于漏斗上形成底層，再將上述酶液通過濾層，姑淀粉酶就被淀粉吸附，而蛋白酶則留于液內(nèi)。吸附 a淀粉酶的淀粉層用15%硫酸銨液洗滌后，用含0.001MCaCl2的0.04M磷酸緩沖液洗脫，經(jīng)DuoliteA-2樹脂脫色，再用40%硫酸銨鹽析或60%丙酮沉淀，這樣可以制備純度極高的產(chǎn)品。5.3影響a淀粉酶生產(chǎn)的因素固體培養(yǎng)以麩皮為主要原料產(chǎn)酶時(shí)， 添加少量豆餅或豆餅的堿水浸岀液等有機(jī)氮源對產(chǎn)酶有益。 原料灑水以1:1.2為宜?？莶輻U菌要求灑水率比霉菌稍高。 固體培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基的碳氮比對產(chǎn)酶的影響不如液體培養(yǎng)時(shí)明顯，培養(yǎng)枯草桿菌時(shí)，培養(yǎng)基的初 pH以殺菌后6.3-6.4為宜。如果適當(dāng)添加米糠，保持初 pH6.0-6.5可使產(chǎn)酶穩(wěn)定。生產(chǎn)a淀粉酶的最適溫度范圍比較小， 在整個(gè)培養(yǎng)過程中，品溫不能有7-8C之差。最適溫度為37C枯草桿菌，品溫達(dá)45C時(shí)，產(chǎn)酶就降低。液體深層培養(yǎng)碳源的誘導(dǎo)及阻遏：微生物生產(chǎn)的a淀粉酶可以說是半組成酶，因?yàn)榇蠖鄶?shù)工業(yè)生產(chǎn)的淀粉酶菌種，例如淀粉液化芽抱桿菌、枯草桿菌 168、地衣形芽抱桿菌以及米曲霉等，即使培養(yǎng)基中不含淀粉或不具有a1,4鍵的多糖或低聚糖，仍然可以生成 a淀粉酶，但是它們的產(chǎn)量也可受到淀粉或其他 a1,4麥芽寡糖的誘導(dǎo)而增加。福本指岀，在液體靜止培養(yǎng)下各種碳源對淀粉液化芽抱桿菌的效果依次是：可溶性淀粉〉麥芽糖＞甘露醇〉阿拉伯糖〉葡萄糖〉蔗糖〉乳糖〉半乳糖〉木糖。 對枯草桿菌BF7658研究，得到類似結(jié)果（表5.2）。豆餅浸出液為氮源時(shí)，淀粉液化芽抱桿菌的最佳碳源依次是乳糖、半乳糖、淀粉、麥芽糖。用在葡萄糖與氨構(gòu)成的合成培養(yǎng)基中，乳糖仍最適合于 a淀粉酶的生成，而葡萄糖只適合于細(xì)胞的呼吸，麥芽糖與淀粉則適合于菌體生長，糊精則完全無效，但琥珀酸、延胡索酸幾乎與可溶性淀粉一樣有效；葡萄糖、果糖、蔗糖等在高濃度時(shí)抑制 a淀粉酶的生成。表5.2枯草桿菌BF7658對各種碳源的利用碳源終pH酶活性（單位/毫升）初糖濃（%）殘?zhí)牵?）糖利用率（%）可溶性淀粉（C.P.）7.5413.881.5659.8糊精（實(shí)驗(yàn)試劑）7.5384.162.3144.5蔗糖（C.P.）7.0113.821.2667.0麥芽糖（C.P.）7.5443.750.9175.7乳糖（C.P.）7.0213.651.3762.4半乳糖（C.P.）7.0193.521.1467.6葡萄糖（C.P.） 7.0 14 3.56 0.97 72.8木糖（C.P.） 7.0 12 4.13 4.0 3.2注：培養(yǎng)基組成：檸檬酸鈉 0.04M、（NH4）2HPO40.12M、CaCb0.001M、KCl0.15M、MgSOq0.02M、酵母膏0.3%，加入各種糖類， pH6.5,121C滅菌后接種。在5C搖瓶培養(yǎng)24小時(shí)。Sekiguchi就枯草桿菌168所作的試驗(yàn)，指岀各種碳源對 a淀粉酶合成的速度的影響依次為：乳酸鹽〉谷氨酸鹽〉麥芽糖〉甘油〉葡萄糖。容易利用的碳源，例如葡萄糖、果糖、蔗糖等只能促進(jìn)細(xì)胞的呼吸與生長，而不利于 a淀粉酶生產(chǎn)，代謝愈快的糖對a-淀粉酶生產(chǎn)的抑制愈嚴(yán)重，但是一些作為能源利用性很差的糖類，像糖原、乳糖、半乳糖、棉子糖等卻能促進(jìn) a-淀粉酶的合成，乳糖對芽抱桿菌 NRRLB3881生產(chǎn)堿性淀粉酶卻不適合。麥芽糖與淀粉、糖原一樣對米曲霉生產(chǎn) a淀粉酶有促進(jìn)作用。 麥芽四糖對嗜熱脂肪芽抱桿菌、地衣形芽抱桿菌，異麥芽糖對米曲霉，麥芽糖對嗜堿芽抱桿菌堿性 a淀粉酶生產(chǎn)的誘導(dǎo)作用最強(qiáng) 。碳源種類與a■淀粉酶及胞內(nèi)核糖核酸的形成有著密切關(guān)系。當(dāng)核糖與淀粉共存時(shí)，a -淀粉酶的產(chǎn)量比單獨(dú)用淀粉時(shí)高1倍。葡萄糖等易利用碳源，在濃度高時(shí)，妨礙 a-淀粉酶的生成，這是一種分解代謝物阻遏。它在 a淀粉酶的生物合成上起著一種調(diào)節(jié)作用。 Schaeffer（1969）認(rèn)為枯草桿菌的 a淀粉酶生產(chǎn)受到分解代謝物阻遏的控制。Mers等（1972）報(bào)道地衣芽抱桿菌 a淀粉酶的生產(chǎn)可受到葡萄糖或其它低分子量可代謝糖的抑制 ，但是Coleman報(bào)道，淀粉液化芽抱桿菌生長培養(yǎng)物中添加葡萄糖，并不引起對淀粉酶合成的分解代謝物阻遏。Meyrath等報(bào)道，葡萄糖等易利用的糖，在濃度高時(shí)，對米曲霉 a淀粉酶的阻遏作用只發(fā)生在生長的早期，糖濃度高時(shí)。為了提高a淀粉酶的產(chǎn)量，避免分解代謝物的阻遏，除選育抗分解代謝的變異菌株外，就是采用代謝緩慢的碳源，例如乳糖、乳清。 但大多數(shù)工廠使用淀粉為碳源，這不僅可避免分解代謝物阻遏，還具有誘導(dǎo)作用。為了降低培養(yǎng)基的粘度，殺菌時(shí)往往添加 a淀粉酶液化，在液化過程中生成的葡萄糖，仍有造成阻遏的可能，因此將碳源采取流加法加入，是促進(jìn)產(chǎn)酶的好辦法 。氮源：福本以淀粉為碳源，培養(yǎng)液化淀粉芽抱桿菌時(shí)，白蛋白、酪蛋白、大豆餅堿水抽提液、聚蛋白胨為較優(yōu)氮源。玉米漿與其他蛋白質(zhì)并用時(shí)也是良好氮源 。以酪蛋白的酸或堿水解物作氮源時(shí)，產(chǎn)酶不及酪蛋白本身。各種氨基酸與酪蛋白的酶水解物有利于 a淀粉酶的生成，谷氨酸促進(jìn)黑曲霉 a淀粉酶的生成。Walter用乳糖為碳源，看岀菌體生長與產(chǎn)酶活性無一致關(guān)系。氮源是細(xì)胞合成a淀粉酶的原料，向淀粉液化芽抱桿菌洗滌細(xì)胞同時(shí)添加碳源與氨基酸時(shí)，一些氨基酸比氨的效果好，一些氨基酸則遜于氨，另一些氨基酸則起抑制作用， 混合氨基酸的效果比單一氨基酸好，天冬酰氨對生產(chǎn)a-淀粉酶有效，而甘氨酸有抑制。甘氨酸的抑制作用能用丙氨酸、蛋氨酸與谷氨酸解除。酪蛋白、豆餅的熱、堿水抽岀物是工業(yè)上最優(yōu)良的氮源 。酒糟廢液是黑曲霉NRRL330a淀粉酶生產(chǎn)的一種最好氮源，以5%玉米粉加7oBrix酒糟水，a-淀粉酶產(chǎn)量最高。硝酸鈉、硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、醋酸銨及尿素等無機(jī)氮均可在不同程度上增加 a淀粉酶的產(chǎn)量，但大多喜用硝酸鈉。黑曲霉 NRRL330以8%的甘薯為碳源，并添加 0.3%NaNO3時(shí)，a-淀粉酶活性可增加10倍。用Minoda培養(yǎng)基（淀粉2%、麩皮4%、（NH4）2SO40.2%、KH2PO40.1%、CaCOs2.0%）培養(yǎng)黑曲霉時(shí)，其耐酸性 a淀粉酶較用其他培養(yǎng)基時(shí)高 2倍。若再添加 NaNO3,則酶活性可增加 3倍。NH 4NO 3與NH4CI對黃曲霉生產(chǎn)a-淀粉酶的效果比有機(jī)氮好， NH4NO3亦是米曲霉的最佳氮源。培養(yǎng)液pH應(yīng)保持在最適pH范圍。用米曲霉生產(chǎn)淀粉酶時(shí)，以硫酸銨為氮源，若同時(shí)添加醋酸鈉，則其濃度雖高達(dá) 1.6%，發(fā)酵液的pH仍能維持在最適狀態(tài)。碳氮比：黑曲霉 NRRL330生物合成a淀粉酶與糖化酶時(shí)，碳氮比與產(chǎn)酶量之間并無一定規(guī)律。且培養(yǎng)液的終pH也同碳氮比無關(guān)。以玉米與豆餅為碳氮源時(shí) ，兩者比例改變，對于枯草桿菌BF7658與TUD127生物合成a淀粉酶有明顯影響，總固形物13-14%以上，玉米與豆餅之比以 8：5-9:5為宜。無機(jī)鹽：a-淀粉酶活性的表現(xiàn)需要 Ca2+，但在工業(yè)原料本身所含有的 Ca2+已能夠滿足生長與產(chǎn)酶的需要，一般不需另外補(bǔ)加。發(fā)酵中途補(bǔ)加 CaCb稍稍有利于枯草桿菌 TUD產(chǎn)酶及殘?zhí)欠值慕档汀?添加檸檬酸鹽可抑制枯草桿菌 BS1968產(chǎn)生蛋白酶而不妨礙 a淀粉酶的生產(chǎn)。磷酸鹽無論對細(xì)菌和霉菌的 a淀粉酶的生產(chǎn)都很重要。 在以甘薯粉8%，硝酸鈉0.3%構(gòu)成的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)黑曲霉NRRL330，添加K2HPO4,a-淀粉酶活性比對照高 3倍（表5.3）。表5.3磷酸鹽對a淀粉酶生產(chǎn)的影響磷酸鹽（%）最終pH傳淀粉酶活性a對照4.2530K2HPO40.25.4590KH2PO40.24.6075注：碘反應(yīng)消失所需時(shí)間以（分）表示福本指岀，添加超過菌體生長需要的磷酸鹽， 能顯著增加枯草桿菌和地衣形芽抱桿菌 a-淀粉酶的產(chǎn)量。磷酸鹽的濃度與細(xì)胞內(nèi) a淀粉酶濃度有關(guān)，在低磷培養(yǎng)基中生長的米曲霉，a -淀粉酶幾乎全存于細(xì)胞內(nèi)，增加培養(yǎng)基中磷酸鹽含量，可延長菌體生長期而促進(jìn) a淀粉酶的生產(chǎn)。Meyrath用米曲霉生產(chǎn)a淀粉酶時(shí)，培養(yǎng)基中磷鹽濃度高達(dá) M/2。山田培養(yǎng)黑曲霉ATCC15475，生產(chǎn)a淀粉酶，磷酸鹽濃度達(dá)4.6-4.7%。高濃度的磷酸鹽，其作用是造成一個(gè)高滲壓的環(huán)境 ，這與添加1%NaCI或2%Na2SO4（或K2SO4）之所以能提高霉菌a淀粉酶的產(chǎn)量，道理相同。金屬微量元素例如Mn2+、Zn2+、Fe2+、Na+有刺激產(chǎn)酶的作用，但工業(yè)原料中這些元素并不缺乏。米曲霉的合成培養(yǎng)基中，加入混合微量元素，可促進(jìn)菌絲體生長，而降低 a-淀粉酶的產(chǎn)量，培養(yǎng)基中缺少 Cu2+時(shí)有利于a淀粉酶的生成。生長期與a淀粉酶的生產(chǎn)：a-淀粉酶的產(chǎn)生與芽抱的形成無直接關(guān)系。發(fā)酵過程中一些菌株的 a淀粉酶活性在菌體生長達(dá)最大值時(shí)最高， 而另一些菌種（枯草桿菌與嗜熱脂肪芽抱桿菌） 在對數(shù)生長期最高。有一些菌株，對分解代謝物阻遏很敏感，在可利用糖未耗盡和達(dá)到生長靜止期之前，不會(huì)大量形成 a淀粉酶。在工業(yè)上，用粗原料生產(chǎn)時(shí)，a -淀粉酶在靜止期內(nèi)大量形成，酶的活性隨菌體自溶而增加?？莶輻U菌BF-7658a淀粉酶的活性，在對數(shù)死亡期最高。溫度對產(chǎn)酶的影響：枯草桿菌一般在 35-37C下培養(yǎng)為合適。芽抱桿菌生產(chǎn) a淀粉酶的最適溫度范圍很小，在35C與37.5C下靜止培養(yǎng)淀粉液化芽抱桿菌時(shí)，a-淀粉酶的產(chǎn)量有明顯的差別， 35C下培養(yǎng)的遠(yuǎn)比37.5C為好。但是在搖瓶培養(yǎng)下，兩種培養(yǎng)溫度對最終產(chǎn)酶活性無明顯區(qū)別。液體深層培養(yǎng)與固體培養(yǎng)對溫度的敏感性不同。 液體培養(yǎng)時(shí)，一旦溫度升到40C以上，對產(chǎn)酶就不利。BF7658靜止培養(yǎng)時(shí)， 37C的-淀粉酶到達(dá)高峰時(shí)間比 35C的要短24小時(shí)，而用30C培養(yǎng)則酶活性僅為前者的一半。霉菌液體深層培養(yǎng)生產(chǎn) 傳淀粉酶的最適溫度較低，一般在 30C左右。降低后期培養(yǎng)溫度，有利于黑曲霉耐酸性a-淀粉酶的生產(chǎn)。pH對產(chǎn)酶的影響：福本報(bào)道，用淀粉、乳酸銨、磷酸鹽培養(yǎng)基培養(yǎng)淀粉液化芽抱桿菌時(shí)，最適 pH范圍在6.8-7.2,而用洗滌細(xì)胞作試驗(yàn)時(shí)，其最適pH在6.2-6.5，pH超過7.0時(shí)，姑淀粉酶生產(chǎn)量明顯降低?？莶輻U菌BF7658以豆餅麩皮培養(yǎng)基發(fā)酵時(shí)，最適 pH5.5-6.5，超岀此范圍，酶活甚低?？莶輻U菌 TUD127以玉米豆餅粉為原料，最適 pH范圍很寬，為5.5-8.0，以6-7.5最佳。（一般是在酸性的環(huán)境下）用米曲霉生產(chǎn) 分淀粉酶時(shí)，培養(yǎng)基原始 pH以中性為佳。但最適pH也因培養(yǎng)基組成與濃度而異，碳源濃度高時(shí)，采用微堿性更佳。培養(yǎng)基 pH愈低，黑曲霉生產(chǎn)的 a淀粉酶抗酸性愈強(qiáng)。山田等指岀黑曲霉生產(chǎn)耐酸性 a淀粉酶的最適pH為4.0,若使培養(yǎng)初期 pH為4.0,后期將pH升至5.5,并將溫度由28C降到20C,可得到最高產(chǎn)量。黑曲霉NRRL337固體培養(yǎng)時(shí)，耐酸性 a淀粉酶在較低的溫度（ 25C）和酸性環(huán)境下形成，搖瓶培養(yǎng)時(shí)，最適 PH4.0。耐酸性a淀粉酶的岀現(xiàn)遲于非耐酸性 a淀粉酶和糖化酶。當(dāng)培養(yǎng)基中添加CaC03時(shí)，則大量生成非耐酸性 a淀粉酶，但降低培養(yǎng)基 pH并不是黑曲霉NRRL330生產(chǎn)耐酸性a淀粉酶所必需的（表5.4）。培養(yǎng)過程的pH也可借培養(yǎng)基成分來調(diào)節(jié)。 Meyrath認(rèn)為用米曲霉生產(chǎn)a淀粉酶時(shí)，如以醋酸銨作氮源，可使培養(yǎng)過程中的pH升高或保持中性，硝酸鹽與蛋白質(zhì)也有類似作用。醋酸鹽、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽等有機(jī)酸的鹽類，具有調(diào)節(jié) pH的功用，其用量視所用的碳氮源而異，在 5-15克/升范圍表5.4初pH對黑曲霉NRRL330生產(chǎn)耐酸性a淀粉酶的影響pHa-淀粉酶活性[對碘反應(yīng)消失所需時(shí)間（分） ]總活性耐酸性（pH2.5,40°C10分鐘處理）2.032352.512.7143.589.54.07.594.58.59.55.09.510.55.57.596.09.510.57.09.511注：培養(yǎng)基:玉米粉6%、NaNO30.3%、MgSO40.05%。內(nèi)。例如初pH為6.8,氮源是1.6%硫酸銨，由于同時(shí)添加了醋酸鈉（或鉀） ，在培養(yǎng)過程中隨著菌體生長，pH逐漸上升，到靜止期、自溶期以后能將 pH保持8.3。培養(yǎng)基的pH也可以通過補(bǔ)充養(yǎng)料來調(diào)節(jié)，枯草桿菌BF7658在產(chǎn)酶期間，多次補(bǔ)加培養(yǎng)基能將 pH保持在6.3-6.6,而促進(jìn)產(chǎn)酶。其他因素：影響 a淀粉酶產(chǎn)量的其它因素還很多，例如深層培養(yǎng)中的通風(fēng)量、攪拌強(qiáng)度、接種量、種齡等。工業(yè)上生產(chǎn)a淀粉酶的微生物都是好氣性菌。 用深層培養(yǎng)時(shí)，在一定培養(yǎng)基中，酶的生成量主要被通風(fēng)攪拌所左右。很早就發(fā)現(xiàn)，用500毫升三角瓶裝不同量培養(yǎng)基，搖瓶培養(yǎng)淀粉液化芽抱桿菌，當(dāng)裝液量為200毫升時(shí)，它的a淀粉酶生成量只為40毫升時(shí)的五分之一。使用玉米、豆餅培養(yǎng)基（總固形物11-12%），搖瓶培養(yǎng)BF7658和TUD127的結(jié)果同樣表明，通風(fēng)量能夠影響 a淀粉酶的合成。用 500升發(fā)酵罐試驗(yàn)，在攪拌185轉(zhuǎn)/分下培養(yǎng)枯草桿菌BF7658，當(dāng)通風(fēng)量由1:0.53降到1:0.34時(shí)，a-淀粉酶活性降低1/2。培養(yǎng)時(shí)降低前期通風(fēng)量，則促進(jìn)米曲霉生長而減少產(chǎn)酶。枯草桿菌在對數(shù)期末，降低通風(fēng)量，卻可促進(jìn) a淀粉酶生產(chǎn)。CO2對細(xì)胞增殖與產(chǎn)酶有影響， 當(dāng)通入的空氣含CO28%時(shí)，枯草桿菌a淀粉酶活性可增加3倍。（搞不懂）在固體培養(yǎng)時(shí)，氣體的交換情況是差的，但 a淀粉酶的產(chǎn)量并不低。芽抱桿菌以使用對數(shù)生長期的種子最合適，接種量為發(fā)酵液量 0.2-1%，對產(chǎn)酶物有影響。培養(yǎng)基的滅菌對產(chǎn)酶有影響。 Meyrath的發(fā)現(xiàn)，糖與其他成分合并滅菌， 由于生成焦糖，有利于霉菌a淀粉酶生產(chǎn)。焦糖具有螯合微量重金屬元素的作用，能除去有礙于產(chǎn)酶的微量金屬 ，特別是銅離子。向培養(yǎng)基添加焦糖（0.2%）可使a淀粉酶增產(chǎn)6-10%o培養(yǎng)基中添加植酸鈣、赤霉素、 單寧酸、乙醇、聚丙烯酸Carbopol以及Tween80、TritonX-100和SDS等等表面活性劑對產(chǎn)酶具有促進(jìn)作用。用乳糖為碳源時(shí)，酶的產(chǎn)量比用淀粉的高 1倍，而擬內(nèi)抱霉的培養(yǎng)基中添加麻油等油脂，可提高產(chǎn)酶活性。5.4固體培養(yǎng)法固體培養(yǎng)法的培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料，加入其他必要的營養(yǎng)成分，制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)過滅菌冷卻后，接種產(chǎn)酶微生物菌株，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵，以獲得所需的酶。固體培養(yǎng)法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶的濃度較高，特別適用于各種霉菌中的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。其缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度較大，原料利用率較低，生產(chǎn)周期較長。固體培養(yǎng)枯草桿菌 JD32生產(chǎn)a淀粉酶菌種移植在豆餅3%、麩皮5%、蛋白胨0.25%、瓊脂2%(pH7.1)斜面，35C培養(yǎng)48小時(shí)，再接種入種子培養(yǎng)基(豆餅粉 1%、酵母膏、蛋白胨各0.4%、NaCI0.05%，pH7.1-7.2)，35C搖瓶培養(yǎng)一定時(shí)間后，用發(fā)酵罐擴(kuò)大培養(yǎng)，然后按接種量 0.5%接種入固體培養(yǎng)基(麩皮70、小米糠20、木薯粉10，燒堿0.5克混合物，加水使含水量60%左右，常壓汽蒸1小時(shí)，冷卻到38-40C),在厚層通風(fēng)制曲箱內(nèi)通風(fēng)保持品溫38-41C下，培養(yǎng)20小時(shí)左右岀曲風(fēng)干。麩曲用1%食鹽水3-4倍浸泡3小時(shí)后過濾，調(diào)節(jié)濾液 pH5.5-6，加10C酒精使終濃度為70%沉淀酶，沉淀經(jīng)離心，濃酒精洗滌脫水后， 25C下風(fēng)干粉碎即為成品。固體培養(yǎng)米曲霉生產(chǎn)他卡淀粉酶我國現(xiàn)用的菌種屬于米曲霉群的曲霉 602與2120，經(jīng)鑒定認(rèn)為不產(chǎn)生黃曲霉素，制法如下：500毫升三角瓶，裝麩皮5、玉米粉1混合物30克，加水1:1及鹽酸三滴，拌均后， 120C滅菌分鐘，冷卻后接種斜面菌種(菌種培養(yǎng)于麥芽汁或曲汁斜面)置 32-34C下培養(yǎng)三天，每24小時(shí)扣瓶一次以防結(jié)塊，待菌絲體大量生長及抱子轉(zhuǎn)為黃綠色，即可作為種子用于制備種曲。種曲培養(yǎng)基配料同上，原料蒸熱后冷卻到30C,接種種子0.5-1%，拌均后盛于曲盤，攤厚 1厘米左右，盤上蓋以濕布，置30C曲房培養(yǎng)。蓋布應(yīng)每隔8-12小時(shí)用水浸濕，以防培養(yǎng)基干結(jié)而影響菌體繁殖，每隔 24小時(shí)扣盤一次，經(jīng)三天后，種曲成熟，布滿黃綠色抱子。厚層通風(fēng)制曲：原料是麩皮、谷殼 100:5,混合，加75-80%稀鹽酸(濃度0.1%),拌均后，常壓汽蒸1小時(shí)，揚(yáng)涼后接入種曲0.5%,置曲箱中保持前期品溫 30C左右，每2小時(shí)通風(fēng)20分鐘，當(dāng)品溫升到36C以上，則連續(xù)通風(fēng)，保持品溫在 36-40C間，約28小時(shí)左右，品溫開始下降，乃通冷風(fēng)使品溫降至 20C左右后岀箱，麩曲用水或稀食鹽水浸岀后，用酒精或 C.P硫酸銨鹽析，酶泥濾岀后低溫烘干，粉碎后加乳糖為填料作為成品。5.5液體深層培養(yǎng)法液體深層培養(yǎng)法是采用液體培養(yǎng)基，置于生物反應(yīng)器中，經(jīng)過滅菌、冷卻后，接種產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下，進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)得到所需的酶。液體深層培養(yǎng)法不僅適合于微生物細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)也可用于植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)。液體深層培養(yǎng)法的機(jī)械化程度較高， 技術(shù)管理較嚴(yán)格，酶的產(chǎn)率較高，質(zhì)量較穩(wěn)定，產(chǎn)品回收率較高，是目前酶發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。(1)液體深層培養(yǎng)枯草桿菌 BF7658生產(chǎn)a淀粉酶，具體工藝流程祥見6.1.1枯草桿菌發(fā)酵工藝流程示意圖。6主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1確粉酶工廠生產(chǎn)車間的物料衡算6.1.1枯草桿菌發(fā)酵工藝流程示意圖 枯草桿菌發(fā)酵采用液體深層發(fā)酵、沉淀法提取的工藝，其工藝流程如下圖6.1所示：

圖6.1工藝流程圖6.1.2工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)⑴主要技術(shù)指標(biāo)如下所示：表6.1 a淀粉酶發(fā)酵工藝技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)指標(biāo)名稱單位指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模t/a60000（a-淀粉酶）發(fā)酵初糖3Kg/m150生產(chǎn)方法深層發(fā)酵，沉淀法提取產(chǎn)品規(guī)格u/g4000年生產(chǎn)天數(shù)d/a300提取總收率%82發(fā)酵周期h72倒罐率%1.0產(chǎn)品日產(chǎn)量t/d266.67麥芽糖化轉(zhuǎn)化率%95罐發(fā)酵單位u/ml600淀粉糖化轉(zhuǎn)化率%95發(fā)酵罐裝料系數(shù)%75接種量%8⑵二級(jí)種子培養(yǎng)基（%）:麥芽糊精4.0（含麥芽80%，水解糖25g/l):玉米漿1.0;(NH4)SO40.3;Na2HPO4：0.2;消泡劑0.2。⑶發(fā)酵培養(yǎng)基（%；＞：玉米淀粉20（含淀粉80%,水解糖150g/l）；豆餅粉6.5;玉米漿1.0;(NH4)SO40.5;Na2HPO40.3;消泡劑0.4補(bǔ)料液：(%)玉米淀粉25;豆餅粉7.0;消泡劑0.3-淀粉酶發(fā)酵車間的物料衡算 首先計(jì)算生產(chǎn)1000kg規(guī)格為4000u/g的a淀粉酶需耗用的原輔材料及其他物料量。⑴放罐成熟發(fā)酵液量3V0=1000kgX4000u/g+(00u/mlX82%X99%)=8.21(m)式中82%——提取總收率99%――除去倒罐率1%后的發(fā)酵成功率⑵放罐發(fā)酵成熟液V0分為以下三部分：3底料：V仁8.21X80%=6.568(m)3種液量：V2=8.21X8%=0.6568(m3)3補(bǔ)料量：V3=8.21X12%=0.9852(m)發(fā)酵液底料配置需水解糖量： G1=150XV1=150X6.568=985.2(kg)種子培養(yǎng)液配置需水解糖量： G2=25XV2=25X0.6568=16.42(kg)補(bǔ)料液配置需水解糖量： G3=150XV3=150X0.6568=147.78(kg)耗用玉米淀粉原料量理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為 111kg，故理論上耗用玉米淀粉量為：G底料淀粉=985.2-(80%X95%X111%)=1167.85(kg)G補(bǔ)料淀粉=147.78-(80%X95%X111%)=175.18(kg)G淀粉=1167.85+175.18=1343.08式中80% 玉米淀粉原料含純淀粉量95%――淀粉糖化轉(zhuǎn)化率豆餅粉耗用量G豆餅粉=1167.85-20%X6.5%+175.18-25%X7%=438.6(kg)麥芽糊精耗用量理論上，100kg麥