黑曲霉生產(chǎn)纖維素酶工藝設(shè)計(jì)

黑曲霉生產(chǎn)纖維素酶工藝設(shè)計(jì)1。維素酶1.1纖維素酶的組分纖維素酶是水解纖維素及其衍生物生成葡萄糖的一組酶的總稱，是由多個(gè)水解酶構(gòu)成的一種復(fù)雜酶系。纖維素酶是起協(xié)同作用的多組分酶系，國(guó)內(nèi)外多數(shù)根據(jù)纖維素酶的底物及作用的位點(diǎn)和釋放的產(chǎn)物將其分為三類：（1）葡聚糖內(nèi)切酶（endo-l,4-D-glueanase，EC3。2。1。4）來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱EG，又稱CMC一Na酶；來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱Lne）.這類酶不能水解結(jié)晶纖維素如棉花和微晶纖維素等，重要作用于纖維素內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)和某些可溶性的底物如羧甲基纖維素和羥乙基纖維素,隨機(jī)降解β-1，4糖苷鍵，將長(zhǎng)鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生大量帶非還原性末端的小分子纖維素、纖維二糖和葡萄糖,其分子量大小約23—146KD。（2）葡聚糖外切酶(exo-1,4-β—D-glucanase，來(lái)自真菌簡(jiǎn)稱CBH；來(lái)自細(xì)菌簡(jiǎn)稱Cex）。作用于纖維素線狀分子末端，分解1，4—β-D糖苷鍵，每次從底物的非還原端切下一種纖維二糖分子，故又稱纖維二糖水解酶，能夠水解無(wú)定形纖維素和微晶纖維素,對(duì)棉花有微弱的作用分子量約38—118KD。(3）β-葡萄糖苷酶(β-D一glucosidase，簡(jiǎn)稱BG)纖維素大分子首先在GE酶和CBH酶的作用下降解為纖維二糖，再由BG酶水解成二個(gè)葡萄糖分子。其分子量約為76KD.1.2纖維素酶的作用機(jī)制現(xiàn)在對(duì)纖維素酶的分子機(jī)制大致有3種假說(shuō):改善的Cl一Cx假說(shuō)、次序作用假說(shuō)和競(jìng)爭(zhēng)吸取模型。它們都認(rèn)為，纖維素酶降解纖維素時(shí)，先吸附到纖維素表面,然后其中的內(nèi)切酶在葡聚糖鏈的隨機(jī)位點(diǎn)水解底物產(chǎn)生寡聚糖,外切酶從葡聚糖鏈的還原或非還原端進(jìn)行水解產(chǎn)生纖維二糖，β—葡萄糖苷酶水解纖維素二糖為葡萄糖。在纖維素溶解糖化過(guò)程中內(nèi)切酶和外切酶的比值會(huì)明顯地影響纖維素溶解活力，并且在纖維素糖化過(guò)程中β—葡萄糖普酶組分的加入會(huì)使這種協(xié)同作用大大加強(qiáng)[1］，應(yīng)當(dāng)注意的是，這種協(xié)同作用不僅作用次序不是絕對(duì)的，并且各酶的功效也不是簡(jiǎn)樸、固定的.研究表明，GE和CHB都能引發(fā)纖維素的分散和脫纖維化（沿纖維素的經(jīng)度軸方向分層，形成更薄更細(xì)的亞纖維)，這樣纖維素的結(jié)晶構(gòu)造被打亂，造成變形，使纖維素酶能進(jìn)一步纖維素分子界面之間,從而使纖維素孔壁、腔壁和微裂隙縫的壓力增大，水分子的介入又使纖維素分子之間的氫鍵被破壞,產(chǎn)生部分可溶性的微結(jié)晶，利于進(jìn)一步被降解。1。3纖維素酶在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計(jì),1995年，世界工業(yè)酶的銷售量不小于10億美元;而1999年實(shí)際達(dá)成16億美元。工業(yè)酶總供應(yīng)量的60%來(lái)自于歐洲，其它40%來(lái)自于美國(guó)和日本,并且大概75％的工業(yè)酶是水解酶，其中糖營(yíng)水解酶居第二位［17］?，F(xiàn)在纖維素酶的應(yīng)用還重要集中在微生物纖維素酶的應(yīng)用上?，F(xiàn)在纖維素酶已被廣泛地應(yīng)用于食品、釀酒、飼料加工、紡織、洗衣、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域中.1.3。1纖維素酶在食品加工行業(yè)的應(yīng)用纖維素酶在食品加工行業(yè)應(yīng)用極為廣泛。在果蔬加工行業(yè)中，纖維素酶用來(lái)軟化植物組織。和普通的加熱蒸煮、酸堿解決等辦法相比，采用纖維素酶解決能夠避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特變是維生素的流逝。采用纖維素酶水解法對(duì)海藻粉進(jìn)行前解決能夠提高海藻脂質(zhì)的抽提率，充足獲取海藻中的脂質(zhì)資源,同時(shí)減少生產(chǎn)成本.在油料作物加工中，傳統(tǒng)的壓榨法和有機(jī)溶劑法生產(chǎn)的油制品存在質(zhì)量差產(chǎn)量點(diǎn)的缺點(diǎn)。用纖維素酶替代有機(jī)溶劑進(jìn)行加工，能夠避免有機(jī)溶劑的殘留，因而能提高產(chǎn)品質(zhì)量；另外酶反映條件溫和,能夠避免激烈條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，同時(shí)也減少了生產(chǎn)成本。在釀酒行業(yè)中，原材料中纖維素含量很高，加入纖維素酶，使纖維素能轉(zhuǎn)換為糖，原料運(yùn)用率大大提高，且殘?jiān)鄬?duì)銳減，不僅提高了產(chǎn)量，同時(shí)使殘?jiān)鉀Q的工作量減少，極大的提高了經(jīng)濟(jì)效益.1。3。2纖維素酶在飼料工業(yè)中的應(yīng)用由于家禽家畜普通難消化運(yùn)用纖維素和半纖維素。而在飼料中加入纖維素酶制劑后，使纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為易吸取運(yùn)用的糖類，使飼料得以充足的運(yùn)用，同時(shí)也避免纖維素和半纖維素在動(dòng)物體內(nèi)累積,增進(jìn)動(dòng)物的消化吸取。1.3。3纖維素酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用近年來(lái)，人們通過(guò)微生物工程技術(shù),運(yùn)用纖維素酶對(duì)紡織品進(jìn)行后解決。由于纖維素酶能使麻、棉這類富含纖維素的物質(zhì)表面剝離和縱向復(fù)合細(xì)胞間層侵蝕，使纖維梢絲束化或者脫落，因此，經(jīng)纖維素酶解決過(guò)的織物比較蓬松、豐滿、柔軟、滑爽，且懸垂性好，吸濕性強(qiáng)，含有一定的絲光效果。有效地提高了棉麻織物的服用性能及產(chǎn)品的檔次.1。3。4環(huán)保和纖維素廢料解決自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都有大量含纖維素的廢物，如木屑、廢紙等纖維濾渣，這些廢料經(jīng)理化辦法解決后易于酶解[17]，就能夠用纖維素酶將其水解.如運(yùn)用纖維素酶解決秸桿、蔗渣等農(nóng)業(yè)廢料生產(chǎn)葡萄糖，再通過(guò)發(fā)酵可生產(chǎn)甲醇、乙醇等工業(yè)物質(zhì)，這些不僅是重要的化工原料，還能夠替代汽油等作為燃料解決日益緊張的能源問題。1。3.5在醫(yī)藥中的應(yīng)用中草藥所含成分十分復(fù)雜,現(xiàn)有有效成分，又有無(wú)效成分和有毒成分。為了提高中草藥的治療效果,就要盡最大程度提取有效成分，去除無(wú)效成分及有毒成分。因此，中草藥提取對(duì)于提高中藥制劑的內(nèi)在質(zhì)量和臨床療效最為重要.但慣用的提取辦法(如煎煮法、回流法、浸漬法、滲流法等)在保存有效成分,去除無(wú)效成分方面，存在著有效成分損失大、周期長(zhǎng)、工序多等缺點(diǎn).近年來(lái),用于中藥提取方面研究較多的是纖維素酶,該辦法的應(yīng)用，使得中草藥提取既符合傳統(tǒng)的中醫(yī)理論，又能達(dá)成提高有效成分的收率和純度的目的。大部分的中藥材的細(xì)胞壁是由纖維素構(gòu)成，植物的有效成分往往包裹在細(xì)胞壁內(nèi),用纖維素酶酶解能夠使植物細(xì)胞壁破壞，有助于有效成分的提取.1。4纖維素酶的分離純化基本用于分離蛋白質(zhì)的辦法都能夠用來(lái)分離纖維素酶.纖維素酶慣用的分離純化辦法有：有機(jī)試劑沉法、鹽析法、電泳法、離子交換層析法、分子篩層析法等。無(wú)水乙醇和丙酮是最慣用來(lái)沉淀的有機(jī)溶劑，沉淀再經(jīng)離心分離、風(fēng)干，即得到較純的酶制劑。鹽析慣用的試劑為硫酸按，操作簡(jiǎn)樸，缺點(diǎn)是存在酶活的損失，且除鹽困難［15］。電泳法和離子交換法都是根據(jù)物質(zhì)的酸堿性、極差的差別，通過(guò)離子間的交換吸附實(shí)現(xiàn)組分分離的辦法，缺點(diǎn)是當(dāng)雜質(zhì)與所要分離的物質(zhì)含有相類似的極差時(shí)，難以分離出雜質(zhì)。分子篩層析是運(yùn)用品有一定孔徑的分子篩對(duì)物質(zhì)按分子大小進(jìn)行分離,辦法簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是當(dāng)雜質(zhì)和所分離物質(zhì)分子大小靠近時(shí),達(dá)不到分離的目的。除了以上慣用的分離辦法外,雙水相萃取技術(shù)、色譜技術(shù)也應(yīng)用于纖維素酶的分離。雙相萃取技術(shù)又稱水溶液兩相分派技術(shù)，分離過(guò)程溫和，酶不易被破壞，且不需要苛刻的條件［16]。纖維素酶本身就是一種多組分的酶系統(tǒng)，實(shí)際生產(chǎn)中又不可避免得引入某些雜質(zhì)，因此，要得到純組分的纖維素酶,往往需要多個(gè)分離手段聯(lián)合應(yīng)用才干實(shí)現(xiàn).2。產(chǎn)生纖維素酶的微生物纖維素酶的來(lái)源很廣泛，真菌，細(xì)菌，放線菌等都有能產(chǎn)生纖維素酶。細(xì)菌有纖維粘菌(CytoPHaga）和纖維桿菌(Cellulomonas)等.放線菌重要有玫瑰色放線菌(A.Roseus)和纖維放線菌(A。Cellulase），鏈霉屬放線菌等。不同微生物合成的纖維素酶在構(gòu)成上有明顯的差別,對(duì)纖維素的酶解能力也不大相似。放線菌的纖維素酶產(chǎn)量極低，研究極少。細(xì)菌的產(chǎn)量也不高,重要是葡聚糖內(nèi)切酶,且大多數(shù)對(duì)結(jié)晶纖維素沒有活性，所產(chǎn)生酶是胞內(nèi)酶或吸附在菌壁上，極少能分泌到細(xì)胞外，增加提取純化難度,在工業(yè)上極少應(yīng)用?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外最重要的還是運(yùn)用真菌來(lái)發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶。真菌含有產(chǎn)酶的諸多優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)生纖維素酶為胞外酶，便于酶的分離和提取；產(chǎn)酶效率高，且產(chǎn)生纖維素酶的酶系構(gòu)造較為合理；同時(shí)可產(chǎn)生許多半纖維素酶、果膠酶、淀粉酶等。真菌纖維素酶重要有木霉（Trichoderm）青霉（penicillium）、曲霉(Aspergillus)以及腐質(zhì)霉(Humicola）等。其中研究得比較深和透徹的是木霉屬（Trichoderma)和曲霉（Aspergillus），綠色木霉和黑曲霉被公認(rèn)是產(chǎn)纖維素酶最穩(wěn)定和無(wú)毒安全的菌種，且其產(chǎn)生的是胞外酶對(duì)研究纖維素酶的性質(zhì)以及分離純化等都比較方便。2.1綠色木酶介紹綠色木霉（Trichodermaviride）為腐生菌，重要存在于朽木、枯枝、落葉、土壤、有機(jī)肥、植物殘?bào)w和空氣中.其分生抱子通過(guò)空氣傳輸。菌株在馬鈴薯一葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上廣鋪，最初為白色致密的基質(zhì)菌絲，而后出現(xiàn)棉絮狀氣生菌絲，并形成密實(shí)產(chǎn)抱叢束區(qū),常排成同心輪紋。深黃綠色至深藍(lán)綠色的產(chǎn)抱區(qū)，菌落背面無(wú)色，老的培養(yǎng)基散發(fā)一股椰子氣味，菌絲透明，壁光滑，有隔，分枝繁復(fù)，直徑1.5~12μm,透明。厚垣抱子間生于菌絲中頂生于短側(cè)枝上,多數(shù)為球形，極少為橢圓形，透明，壁光滑，直徑可達(dá)14μm，普通在基底菌絲中產(chǎn)生。分生抱子梗的特性同屬的特性。小梗瓶形或錐形，基部稍窄，中部較寬,從中部以上變窄成長(zhǎng)頸，近于直或中部彎曲，8～14×2。5～4。5μm，分生抱子大多為球形，直徑25~4。5μm，少數(shù)抱子為短倒卵形，4~5×3.5～4μm,抱壁具明顯的小擾狀突起，在顯微鏡下單個(gè)抱子淡綠色.在分生抱子梗分枝上聚成的孢子頭8~9林μm。綠色木霉生產(chǎn)纖維素酶產(chǎn)量比較高，能夠通過(guò)物理或化學(xué)誘變獲得高產(chǎn)菌株，能夠穩(wěn)定地用于生產(chǎn)；該霉菌規(guī)定的生長(zhǎng)環(huán)境粗放，適應(yīng)性較強(qiáng)，易于控制,便于管理；綠色木霉產(chǎn)生的纖維素酶穩(wěn)定性比較好,培養(yǎng)和控制比較容易；該霉菌分泌的纖維素酶是胞外酶，易于分離純化；另外,綠色木霉及其代謝物安全無(wú)毒，不會(huì)對(duì)操作人員和環(huán)境造成不良的影響。因此，綠色木霉是現(xiàn)在用于纖維素酶生產(chǎn)的最普遍的菌種之一。2。2黑曲霉介紹黑曲霉是半知菌亞門,絲孢綱，絲孢目，叢梗孢科,曲霉屬的一種常見真菌(曹澍澤等，1992）。廣泛分布于植物性產(chǎn)品、籽實(shí)和土壤中，可生產(chǎn)淀粉酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、單寧酶、葡萄糖氧化酶、檸檬酸、葡糖酸和沒食子酸等,是一種重要的發(fā)酵工業(yè)菌種.現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維素酶的研究多集中于木霉。但是木霉毒性嫌疑大,在食品發(fā)酵工業(yè)和飼料工業(yè)中的應(yīng)用受到限制,而黑曲霉被認(rèn)為是不會(huì)產(chǎn)生毒素的纖維素酶產(chǎn)生菌。現(xiàn)已被許多國(guó)家同意作為食品用酶制劑生產(chǎn)菌，國(guó)外已實(shí)現(xiàn)黑曲霉酶制劑商品的工業(yè)化生產(chǎn)[3］3.生產(chǎn)纖維素酶的工藝介紹纖維素酶的生產(chǎn)重要有固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種辦法，生產(chǎn)原料有麩皮、秸稈粉、廢紙、玉米粉和無(wú)機(jī)鹽等。3.1纖維素酶的發(fā)酵工藝3.1.1隨著固體發(fā)酵生產(chǎn)線的相繼建成投產(chǎn),以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)低成本高產(chǎn)出的迫切需求，固體發(fā)酵已日益受到注目。固態(tài)發(fā)酵是指運(yùn)用不溶性原料作為固體支持物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),體系無(wú)自由流動(dòng)液體,在其上進(jìn)行的任何發(fā)酵過(guò)程[4]。固態(tài)發(fā)酵歷史悠久，應(yīng)用廣泛，是人類運(yùn)用微生物生產(chǎn)產(chǎn)品歷史最悠久的技術(shù)之一.自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，人們重新開始審視固體發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)，并不停在原料、工藝和設(shè)備等方面進(jìn)行大量進(jìn)一步的研究，使固態(tài)發(fā)酵在酶制劑領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展［5］.其工藝流程以下斜面試管→小三角瓶培養(yǎng)→大三角瓶培養(yǎng)→種子罐培養(yǎng)↓原料→粉碎→配料→混合—蒸煮滅菌→冷卻接種(稻草等)(麩皮、營(yíng)養(yǎng)鹽等）↓成品←包裝←干燥←過(guò)濾←鹽析←濃縮←過(guò)濾←浸提←固體發(fā)酵3.1。2液體發(fā)酵法是將玉米秸桿粉碎至20目下列進(jìn)行滅菌解決,送入發(fā)酵釜內(nèi)發(fā)酵,同時(shí)加入纖維素酶菌種，發(fā)酵時(shí)間約70h，溫度低于60℃。采用無(wú)菌空氣從釜底通入進(jìn)行通氣攪拌，發(fā)酵完的物料經(jīng)壓濾機(jī)壓濾，超濾濃縮和噴霧干燥后制得纖維素酶產(chǎn)品.其生產(chǎn)工藝流程下圖所示。斜面試管→小三角瓶培養(yǎng)→大三角瓶培養(yǎng)→種子罐培養(yǎng)↓原料→粉碎→配料→混合→蒸煮滅菌→冷卻接種（稻草等)(麩皮、營(yíng)養(yǎng)鹽等）↓成品←包裝←噴霧干燥←超濾濃縮←壓濾←液體深層發(fā)酵此法含有原料運(yùn)用率高、生產(chǎn)條件易控制、勞動(dòng)強(qiáng)度小、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、不易染菌、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大、設(shè)備規(guī)定高.現(xiàn)在，應(yīng)用于生產(chǎn)纖維素酶的菌種重要是木霉、黑曲霉和變異青霉等,其中木霉應(yīng)用最廣泛.纖維素酶的生產(chǎn)和其它酶制劑同樣，可采用液體培養(yǎng)(涉及液體淺盤培養(yǎng)和深層通氣培養(yǎng))和固體培養(yǎng)（涉及固體淺盤培養(yǎng)和厚層通風(fēng)培養(yǎng)）兩種。美國(guó)在原有的液體培養(yǎng)辦法的基礎(chǔ)上發(fā)展出了流加培養(yǎng)法、分批發(fā)酵法、持續(xù)發(fā)酵法、二次發(fā)酵法以及細(xì)胞循環(huán)法等等［6］。從現(xiàn)有的研究成果來(lái)看，纖維素酶的生產(chǎn)以固態(tài)發(fā)酵居多,并且較為經(jīng)濟(jì)合理。其因素重要有下列幾個(gè)方面：(1）固態(tài)發(fā)酵能耗低,普通不需攪拌，只需通入少量低壓無(wú)菌空氣。液態(tài)發(fā)酵的通氣量比固態(tài)發(fā)酵大得多，并且進(jìn)氣壓力也較高。另外培養(yǎng)液粘度大,氧的傳質(zhì)困難,需要消耗大量的動(dòng)力做攪拌功;(2）固態(tài)發(fā)酵原料及培養(yǎng)條件比較粗放，成本較低；(3）固態(tài)發(fā)酵設(shè)備投資少，后解決簡(jiǎn)樸，基本無(wú)污染.液態(tài)發(fā)酵設(shè)備投資大，技術(shù)規(guī)定高，需要排放大量污水。(4）大量的實(shí)驗(yàn)表明，由于絲狀真菌的菌絲體在固態(tài)發(fā)酵中能夠較好地與纖維質(zhì)原料結(jié)合，因此，固態(tài)發(fā)酵的酶活要比液態(tài)發(fā)酵高.固然，固態(tài)發(fā)酵也存在著某些局限性:機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，重復(fù)性差等。3.2工藝條件對(duì)纖維素酶活性的影響3。2.1微生物生長(zhǎng)需要從外界獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)涉及碳源，氮源,無(wú)機(jī)鹽，生長(zhǎng)因子和水分。作為發(fā)酵培養(yǎng)基的原料必須提供微生物生長(zhǎng)所需的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),才干確保生長(zhǎng)發(fā)酵過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。慣用的碳源有玉米芯,鼓皮，秸稈，稻草粉，可溶性淀粉等;慣用的氮源有硝酸按,硫酸按，酵母膏，尿素,蛋白陳等。楊盛等分別以玉米芯鼓皮比例為2：1-6:1，采用綠色木酶與黑曲霉混合發(fā)酵，實(shí)驗(yàn)成果表明在玉米芯與鼓皮比例為4：1時(shí)酶活最高，并且鼓皮比例越高酶活越低，以此推斷出鼓皮只能作為添加碳源，加入過(guò)多會(huì)對(duì)纖維素酶的形成產(chǎn)生克制，加入越多，克制越強(qiáng)。以鼓皮和玉米芯為碳源，酵母膏為氮源，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳氮比為5:1時(shí),酶活最高[7]。原料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的構(gòu)造對(duì)微生物生長(zhǎng)同樣存在影響，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的構(gòu)造進(jìn)行有效的改造往往能提高整個(gè)微生物生長(zhǎng)發(fā)酵過(guò)程的效率。普通的預(yù)解決辦法涉及物理法、化學(xué)法、生物法及上述辦法的綜合運(yùn)用［8］。預(yù)解決提高發(fā)酵效率的同時(shí)也引入了新的工序，因此應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選擇合理的預(yù)解決辦法。許憲松等研究發(fā)現(xiàn),將稻殼通過(guò)300W的微波解決7min候發(fā)酵，能夠得到最高的酶活。但以單位能耗產(chǎn)生的德酶活增加量記，以解決5min時(shí)產(chǎn)生的酶活增加量為最高［9].3.2。2多個(gè)菌種都有其相適應(yīng)的生長(zhǎng)溫度。大多數(shù)霉菌生長(zhǎng)最適宜的溫度為25一30℃，在0℃下列,生長(zhǎng)緩慢甚至處在休眠狀態(tài)，而溫度過(guò)高時(shí)會(huì)使其生長(zhǎng)繁殖受克制甚至死亡。王儀明等在不同的溫度下運(yùn)用綠色木霉固態(tài)發(fā)酵，成果顯示在35℃時(shí)酶活最高,產(chǎn)Cl酶活力最大為2。38U/mg,產(chǎn)CMC酶活力最大為1.97U/mg，F(xiàn)PA酶活力最大為0。47U/mg，產(chǎn)β—葡萄糖營(yíng)酶活力最大為0.32u/mg［10］?；炀l(fā)酵中存在多個(gè)菌種，其生長(zhǎng)產(chǎn)酶的適宜溫度又不盡相似。因此必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇適宜的溫度,使各菌種之間得以協(xié)調(diào)，達(dá)成互相補(bǔ)充互相增進(jìn)的目的。有的菌種在不同的生長(zhǎng)階段所需的事宜溫度也不同,以至于需要采用變溫培養(yǎng)。劉薇等采用串珠霉與鏈霉菌混合發(fā)酵，通過(guò)4種方案考察溫度對(duì)混菌發(fā)酵的影響：第1組:始終28℃;第2組：始終37℃；第3組：先37℃發(fā)酵緒論4d,再28℃發(fā)酵Zd；第4組:先28℃發(fā)酵4d，再37℃發(fā)酵2d.均在發(fā)酵第6d測(cè)酶活。成果顯示第3組方案的酶活最高:CMC酶、FPA酶和pG酶酶活分別為3162IU/mL、1151IU/mL、2148lU/mL[11］。3。2。3p和溫度同樣,微生物生長(zhǎng)有其適宜的酸堿環(huán)境.細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境的pH值為6。5—7.5，放線菌適宜生長(zhǎng)的pH值為7。5-8.0，酵母菌和霉菌的適宜pH值大概為6.0-6。5。pH過(guò)高過(guò)低都會(huì)克制微生物的生長(zhǎng)繁殖，超出一定范疇甚至能造成微生物死亡。鄺哲師等運(yùn)用玉米秸稈和玉米芯為原料,采用里氏木霉固態(tài)發(fā)酵的辦法考察其發(fā)酵條件，成果表明,在自然pH值(pH=5。5—6.0）和弱酸的環(huán)境下（pH=4.5-5。5)時(shí)，產(chǎn)纖維素酶濾紙酶活較高，達(dá)成3200~3500U/mL的水平；而在偏堿（pH=7。0-7。5)的環(huán)境下，產(chǎn)纖維素酶濾紙酶活較低，為2500~2800U/ml[12］。林捷等以木薯渣為原料，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)考察初始pH值，培養(yǎng)溫度，培養(yǎng)基裝量，接種量對(duì)纖維素分解菌混合發(fā)酵產(chǎn)酶的影響,通過(guò)極差分析顯示，初始pH對(duì)產(chǎn)酶的影響最大［13］.3。2。4水分是微生物生長(zhǎng)不可或缺的物質(zhì).而在固態(tài)發(fā)酵中，水分的量是有限的。選擇適宜的水分比例,在固態(tài)發(fā)酵中顯得尤為重要。由于固體發(fā)酵是好氧發(fā)酵，水分過(guò)多，會(huì)影響透氣性，使培養(yǎng)基內(nèi)部散熱難，且易造成雜菌污染，制曲發(fā)酵困難，產(chǎn)品酶活力下降。水分過(guò)小，則可能會(huì)滿足不了菌種生長(zhǎng)的需要，造成產(chǎn)酶活力低下。劉海德等通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)纖維素酶菌與蛋白酶菌混合培養(yǎng)的條件進(jìn)行優(yōu)化，成果顯示在培養(yǎng)基含水量為40％-50％時(shí)，酶活較低，纖維素酶活為4930U/g，木聚糖酶活為4013U/g；在培養(yǎng)基含水量為51%—55%時(shí)，酶活力大幅度提高，纖維素酶活為7946U/g，木聚糖酶活為4054U/g；而當(dāng)培養(yǎng)基含水量上升到60％時(shí)，酶活力略有下降，纖維素酶活為7761U/g，木聚糖酶活為3896U/g。培養(yǎng)基含水量的選用和原料纖維素的含水量有關(guān)。張冬艷等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)以麥秸為原料時(shí)，料水比1：1。5的條件下產(chǎn)酶活力最高，而玉米秸產(chǎn)最高酶活的料水比為1:2，酒糟產(chǎn)最高酶活的料水比為1:1[14］。4。存在問題纖維素酶的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)在我國(guó)尚屬起步階段，市售產(chǎn)品均為粗制酶,而精制酶基本上依靠進(jìn)口。造成這一現(xiàn)象重要是由于纖維素酶發(fā)酵菌種活力不高,發(fā)酵后解決技術(shù)不夠成熟。纖維素酶生產(chǎn)過(guò)程中濃縮工藝前承浸提工藝，后接溶劑提取工藝，是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié).如果生產(chǎn)產(chǎn)品為液體酶，則生產(chǎn)工藝將直接至濃縮環(huán)節(jié)結(jié)束.因此，濃縮技術(shù)已成為影響我國(guó)纖維素酶精制的因素之一。5.改善方法5。1濃縮方式的選擇在濃縮工藝設(shè)計(jì)中,下列2個(gè)基本問題值得我們重視：（1)由于酶浸提液中纖維素酶的摩爾分?jǐn)?shù)僅為8‰～9‰，而要從如此低濃度的混合物中分離出純纖維素酶,則需要消耗較大的能量。因此,必須尋找一種操作可行且能耗較低的濃縮方式來(lái)濃縮纖維素酶浸提液,以減少濃縮過(guò)程的能耗。（2）由于酶是一種含有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)，在濃縮操作中,還必須嚴(yán)格避免酶的變性失活，以最大程度地提高產(chǎn)品收率.現(xiàn)在，酶液的濃縮辦法重要有3種:試劑濃縮、減壓濃縮法和超濾濃縮法.試劑濃縮工藝可用聚乙二醇（PEG)吸取酶液中的水分,該法簡(jiǎn)便、效率高，但試劑價(jià)格較貴,作為工業(yè)化生產(chǎn)因成本問題則不予考慮；減壓蒸發(fā)濃縮法采用減壓裝置使待濃縮酶液在一定的真空度和溫度下進(jìn)行，對(duì)酶液等熱敏性物質(zhì),減壓裝置多采用離心薄膜蒸發(fā)器和刮板式蒸發(fā)器；超濾濃縮法是在常溫、無(wú)相變時(shí)的濃縮過(guò)程，在加壓條件下,將濃縮液通過(guò)一層只允許水分子等小分子選擇性透過(guò)的微孔超濾膜,而酶大分子被滯留,從而達(dá)成酶液濃縮的目的。5。2超濾工藝5.2.1超濾濃縮原理及影響因素超濾膜含有不對(duì)稱構(gòu)造(稱為不對(duì)稱膜）.表面為活性層,起過(guò)濾作用,孔隙直徑約為100nm，厚度為012～015Lm;底部為支撐層,起支持活性層的作用,孔隙直徑為011~110Lm,厚度為50～100Lm.由于活性層很薄,流體阻力較小且不易使孔道阻塞,因而，顆粒就被截留在膜的表面。膜分離實(shí)質(zhì)是由于物質(zhì)通過(guò)膜的傳遞速度的不同而得到分離.超濾過(guò)程是一種以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù),溶質(zhì)或懸浮物料按粒徑大小不同進(jìn)行分離，比膜孔小的物質(zhì)和溶劑(水)一起透過(guò)膜，而較大的物質(zhì)則被截留。能否采用超濾濃縮工藝，與膜的特性(空隙度、圓柱形孔道直徑、厚度）、操作條件（膜兩側(cè)壓力差、溫度)、溶液性質(zhì)(濃度、黏度、pH)等都有直接關(guān)系.另外，對(duì)于生物高分子酶,會(huì)因強(qiáng)力攪拌或高速?zèng)_刷而使酶活力損失［3—4]，故只能根據(jù)酶的特性適宜控制流速。5.2.2工業(yè)化生產(chǎn)纖維素酶使用超濾濃縮的可行性超濾濃縮在常溫或略偏低溫且無(wú)相變的狀況下進(jìn)行，操作壓力為低壓（約0125MPa），對(duì)熱敏性物質(zhì)的影響很小，可確保酶不易失活.影響超濾濃縮的壓力、溫度、pH、流體剪力等均能夠通過(guò)適宜的工藝流程設(shè)計(jì)和操作控制來(lái)滿足生產(chǎn)規(guī)定，避免對(duì)酶活力的影響。而就溶質(zhì)分子大小來(lái)看，纖維素酶中的C1、Cx酶的相對(duì)分子質(zhì)量為45000～75000，相稱于球形直徑為350～760nm,而超濾合用阻截溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為500～300000,溶質(zhì)直徑相稱于100~4800nm,纖維素酶分子恰在超濾膜的切割范疇之內(nèi)。就工業(yè)化生產(chǎn)而言，超濾含有能耗低、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn),適合于生產(chǎn)酶制劑。因此，只要選擇適宜的膜及其膜組件，采用超濾法濃縮纖維素酶浸提液應(yīng)當(dāng)是完全可行的。5.2。3超濾組件的選用現(xiàn)在應(yīng)用在酶制劑濃縮工藝上的超濾組件重要有外壓管式、卷式和中空纖維式3種。通過(guò)對(duì)過(guò)濾膜表面積、操作難易程度和價(jià)格等方面的比較，設(shè)計(jì)選用中空纖維式超濾組件。中空纖維超濾裝置的特點(diǎn)是運(yùn)用成束(千根以上）堅(jiān)實(shí)的中空纖維，每根纖維內(nèi)腔直徑為012mm.這些纖維是由惰性的非離子聚合物制成，含有獨(dú)特的多向異性的構(gòu)造,故有非常高的流率和抗阻塞性能,當(dāng)介質(zhì)以軸流形式通過(guò)管腔時(shí),將會(huì)在超濾膜面上形成剪切力。因此,在截留溶質(zhì)分子的同時(shí)，能夠?qū)獠顦O化降到最低程度?，F(xiàn)在用于超濾過(guò)程的膜材料重要有:醋酸纖維（CA）、聚砜（PS）、聚氯乙烯（PVC)、聚丙烯腈（PAN）和聚砜酰胺（PSA）等。從膜的耐溫、純水透過(guò)量、酶液透過(guò)量、使用壽命以及強(qiáng)度等多方面綜合考慮,宜選用聚砜酰胺膜.5.2.4工藝流程設(shè)計(jì)超濾膜及其組件擬定后,根據(jù)超濾膜濃縮的原理、影響因素以及酶的生物特性，為確保酶活力的前提下最大程度地提高堿性纖維素酶的收率,在工藝流程設(shè)計(jì)中從下列方面采用了一定方法：(1）采用低溫超濾以減少酶失活,選用品有冷卻裝置的循環(huán)罐;（2)將料液預(yù)過(guò)濾以除去較大的粒子，減少膜的負(fù)荷及減輕污染，同時(shí)設(shè)立清洗設(shè)施;（3）為避免通過(guò)泵的剪切力使酶失活，選用剪切力低的泵替代離心泵,如采用工業(yè)軟管泵等；(4）配備稀堿和醋酸罐，方便調(diào)節(jié)酶液pH，避免pH對(duì)酶的阻流率和活性的影響；（5)在管道配備方面，酶液循環(huán)管口需由上部向下插入循環(huán)罐液面,避免產(chǎn)生泡沫而引發(fā)酶的界面失活。2.產(chǎn)品方案及工藝流程2。1產(chǎn)品與產(chǎn)量的擬定產(chǎn)品方案明細(xì)表產(chǎn)品名稱年產(chǎn)量/t日產(chǎn)量/t全年生產(chǎn)天數(shù)/d酒精工業(yè)用酶2500.758330飼料添加酶2500.7583302。2工藝流程2。2。1原輔料及菌種(1）原料：玉米秸稈、麥麩（2）輔料：酵母膏、木質(zhì)纖維、蛋白胨、（NH4）2SO4、泡敵、CaCl2·2H2O、Tween-80、KH2PO4（3）菌種:黑曲霉2.2.2工藝流程圖原料原料餅粕等原料原料淀粉質(zhì)原料按不同原料做不同解決凈化、粉碎水解配制培養(yǎng)基（滅菌）原始菌種試管斜面培養(yǎng)（活化）搖瓶等分級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐（液體發(fā)酵）麩皮等原料配制培養(yǎng)基（滅菌）發(fā)酵池（固體發(fā)酵）成品曲發(fā)酵液培養(yǎng)（發(fā)酵）防腐劑、助濾劑（或凝聚劑）除菌體（傾析、過(guò)濾、離心）用水抽提棄去濾渣酶液添加澄清增進(jìn)劑過(guò)濾、離心濃縮后加溶劑鹽析加Na2SO4或硫酸銨沉淀酶粒狀酶制劑加粘合劑干燥粉碎、過(guò)篩、加填料精制酶粉添加穩(wěn)定劑防腐劑稀釋酶液真空濃縮液體酶制劑噴粉（添加充料）粉碎、過(guò)篩粗制酶粉固體粗酶制劑2.2。3操作要點(diǎn)（一）菌種培養(yǎng)（1）菌種及菌種保存普通選用的菌種為黑曲霉，發(fā)酵周期為90h左右，纖維素酶產(chǎn)量高且穩(wěn)定性好，產(chǎn)生的纖維素酶為胞外產(chǎn)物，容易分離純化。普通黑曲霉菌種用馬鈴薯瓊脂（PDA）培養(yǎng)基保藏。（2)菌種活化［5]馬鈴薯瓊脂（PDA）培養(yǎng)基滅菌冷卻至30℃左右時(shí)，在無(wú)菌條件下將保藏的原菌接種到培養(yǎng)基中，在28～30℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72h，取出后于0~4℃保存?zhèn)溆?（3）種子培養(yǎng)基及種子罐培養(yǎng)玉米秸稈粉（20目篩）1%、酵母膏0。05％、木質(zhì)纖維1%、蛋白胨0.3％、MgSO4·7H2O0.03％、KH2PO40.4％、CaCl2·2H2O0。03%、（NH4）2SO40。2%、Tween-800。02％（體積比），121℃下滅菌30min后使用。菌種活化后按7%的接種量接種到一級(jí)種子罐中通氣培養(yǎng)，培養(yǎng)48h后再接種至二級(jí)種子罐中，培養(yǎng)48h后按7％的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵[6］。(二）發(fā)酵過(guò)程（1）發(fā)酵培養(yǎng)基的配制=1\*GB3①發(fā)酵培養(yǎng)基的構(gòu)成[5］玉米秸稈粉19。5%、麥麩5％、酵母膏0。05％、蛋白胨0.3%、MgSO4·7H2O0。03%、KH2PO40.4%、CaCl2·2H2O0.03％、（NH4）2SO41.5%、Tween-800.8％（體積比)，121℃下滅菌30min后使用。=2\*GB3②配制培養(yǎng)基的注意事項(xiàng)[1］I．碳源纖維素酶發(fā)酵大多采用含有纖維素的原料作為碳源。普通是將玉米秸稈粉碎至20目下列后與麥麩等其它輔料混合。麥麩對(duì)菌種產(chǎn)酶的影響是雙面的：它首先為產(chǎn)酶提供必要的生長(zhǎng)因子；另首先，其含量增加又會(huì)減少培養(yǎng)基的蓬松程度，使通氣量減少，從而影響產(chǎn)酶.對(duì)于黑曲霉，當(dāng)玉米秸稈與麥麩之比為4:1時(shí)纖維素酶的產(chǎn)量最高[7］。II．氮源可用無(wú)機(jī)氮，也可用有機(jī)氮，兩者差別不大。黑曲霉的最適氮源為硫酸銨和谷氨酸鈉，硫酸銨價(jià)格較便宜,因此選用硫酸銨，用1.5%濃度效果較佳。=3\*ROMANIII。細(xì)胞通透性增加細(xì)胞通透性對(duì)提高纖維素酶活性有一定的作用.普通認(rèn)為Tween-80能夠提高黑曲霉的纖維素酶的產(chǎn)量，添加量為0。8％。培養(yǎng)基的配制是在拌料罐中進(jìn)行的。預(yù)先在拌料罐中添加所需質(zhì)量的多個(gè)成分，然后加入培養(yǎng)基中全部用水量的60％左右，使最后兩個(gè)發(fā)酵罐中的裝料量為14.26m3。用攪拌槳攪勻后用往復(fù)泵泵入(2）發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌［8］由于發(fā)酵罐的體積較小，因此可采用實(shí)罐滅菌的方式進(jìn)行滅菌.滅菌過(guò)程采用蒸汽壓為196kPa(表壓）的蒸汽通入發(fā)酵罐中，運(yùn)用蒸汽冷凝釋放的熱量加熱培養(yǎng)基，以達(dá)成滅菌的目的。實(shí)罐滅菌過(guò)程共分為三個(gè)階段：=1\*GB3①升溫階段采用直接將活蒸汽通入發(fā)酵罐中的方式把培養(yǎng)基由室溫加熱到滅菌溫度。此過(guò)程中通入的蒸汽冷凝形成的水可直接補(bǔ)充配制培養(yǎng)基時(shí)未加足的水。=2\*GB3②保溫階段蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)進(jìn)入,從不與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)排出。維持一定的滅菌時(shí)間,以達(dá)成滅菌的目的。=3\*GB3③冷卻階段完畢保溫時(shí)間后，關(guān)一路排汽，再關(guān)一路進(jìn)汽（次序不能顛倒)，最后排汽與進(jìn)汽全部關(guān)閉.然后引入無(wú)菌空氣,再打開蛇管的冷卻水，使培養(yǎng)基的溫度減少到適宜的溫度，以進(jìn)行接種.（3)發(fā)酵過(guò)程中的條件控制=1\*GB3①溫度發(fā)酵前期,培養(yǎng)溫度應(yīng)稍高些，以有助于菌體的生長(zhǎng),黑曲霉普通控制前期培養(yǎng)溫度為30℃（即最適生長(zhǎng)溫度），大概保持12h；進(jìn)入產(chǎn)酶期后，應(yīng)適宜減少培養(yǎng)溫度,黑曲霉產(chǎn)酶期培養(yǎng)溫度普通為28℃,較低的溫度有助于提高酶的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)細(xì)胞產(chǎn)酶時(shí)間［9］。=2\＊GB3②pH黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的最適pH為4。6~5。在實(shí)際的發(fā)酵過(guò)程中,隨著微生物的代謝活動(dòng)，發(fā)酵液的pH值在不停變化，要根據(jù)其變化嚴(yán)格控制pH值［1]。=3\*GB3③通風(fēng)量發(fā)酵早期,菌體剛剛萌發(fā),數(shù)量較少，呼吸強(qiáng)度較弱,耗氧速度較低，應(yīng)控制通氣量為1:0.2～0。3；進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)久后來(lái)，菌體代謝旺盛，呼吸強(qiáng)度提高,細(xì)胞大量分裂，細(xì)胞濃度快速增加，因此耗氧速度較快，應(yīng)控制通氣量為1：1；產(chǎn)酶時(shí)期，細(xì)胞分裂完全,細(xì)胞濃度最大，形成大量的酶蛋白，也消耗大量的氧氣，應(yīng)控制通氣量為1:1［1］。=4\*GB3④攪拌纖維素酶液體深層發(fā)酵中還需要攪拌，以利于熱交換、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌體均勻接觸，減少細(xì)胞周邊的代謝產(chǎn)物，從而有助于酶的合成。因此,應(yīng)控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的攪拌速度為100～150rpm.=5\＊GB3⑤泡沫控制發(fā)酵中往往產(chǎn)生較多的泡沫，其存在妨礙CO2排出，影響溶解氧量。生產(chǎn)上普通采用聚氧丙烯甘油醚或泡敵（聚環(huán)氧丙環(huán)氧乙烷甘油醚)消泡。=6\＊GB3⑥產(chǎn)酶量的測(cè)定發(fā)酵過(guò)程中要定時(shí)取樣測(cè)定產(chǎn)酶量，一旦發(fā)現(xiàn)達(dá)成最大酶活產(chǎn)量時(shí)要及時(shí)停止發(fā)酵。（4)發(fā)酵終點(diǎn)的判斷普通運(yùn)用黑曲霉進(jìn)行纖維素酶發(fā)酵的周期為70h左右。當(dāng)發(fā)酵液的pH上升至5左右，鏡檢觀察到菌絲自溶、斷裂，80%以上的菌絲染色著色淺或染不上色時(shí),能夠放罐[6］。普通發(fā)酵的產(chǎn)酶率為6.5%。（二）纖維素酶的分離與提取（1）發(fā)酵液的預(yù)解決發(fā)酵結(jié)束后要向冷卻蛇管內(nèi)通入蒸汽，使發(fā)酵液溫度升高至90℃維持10min,滅活菌體并有助于后續(xù)的過(guò)濾過(guò)程。加熱結(jié)束后將發(fā)酵液轉(zhuǎn)移至發(fā)酵液儲(chǔ)罐中。同時(shí)準(zhǔn)備使用板框過(guò)濾機(jī)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾，以除去菌體和未發(fā)酵的培養(yǎng)基原料。（2）發(fā)酵液過(guò)濾在黑曲霉生產(chǎn)纖維素酶的過(guò)程中,在常壓下濾餅形成后，普通采用加壓至0。3~0.4MPa來(lái)過(guò)濾。濾液儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐中，分四批進(jìn)行后續(xù)的提取過(guò)程.生產(chǎn)中常采用以壓力泵或壓縮空氣為過(guò)濾推動(dòng)力的壓濾機(jī)來(lái)進(jìn)行過(guò)濾。通過(guò)濾后濾液中的纖維素酶的收率為95％。（3）濃縮將板框過(guò)濾后的濾液調(diào)到pH4。5，在40℃、2。0kPa的條件下運(yùn)用三效真空蒸發(fā)儀將濾液濃縮至原體積的30～40％[1］,此過(guò)程的酶的收率約為95％。（4）沉淀與酶泥的重新溶解在酶制劑的生產(chǎn)過(guò)程中，普通采用鹽析法進(jìn)行纖維素酶的分離.首先向濃縮酶液中加0。2飽和度的硫酸銨，靜置1小時(shí)后運(yùn)用板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，棄去沉淀.然后向收集的清液中加入0。6飽和度的硫酸銨，再靜置1小時(shí)后過(guò)濾棄去清液，得到纖維素酶的粗品。對(duì)于應(yīng)用于飼料工業(yè)中的酶制劑，由于硫酸銨沉淀法析出的酶沉淀，含有大量的無(wú)機(jī)鹽，不合用于食品行業(yè)。因此在其生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采用有機(jī)溶劑法進(jìn)行纖維素酶的分離。慣用纖維素酶沉淀分離的有機(jī)溶劑為乙醇。乙醇的最適濃度為70％。提取酶制劑過(guò)程中容易引發(fā)酶的變性失活，因此必須在4℃左右的低溫下進(jìn)行操作,沉淀析出后要立刻分離.有機(jī)溶劑用量普通為酶液體積的2倍左右，并且，要將酶液的pH值調(diào)至纖維素酶的等電點(diǎn)附近，再用0。02～0。05mol/L的磷酸緩沖液溶液溶解后進(jìn)行進(jìn)一步的純化。沉淀過(guò)程的酶的收率為94%，過(guò)濾過(guò)程的收率為95%[1］(5）纖維素酶的純化單寧是纖維素酶的天然克制劑，用單寧結(jié)合活化的瓊脂糖做成親和層析柱，用蒸餾水平衡，再將上一步得到的酶液過(guò)柱，使單寧專一性結(jié)合纖維素酶，蒸餾水平衡后，用0。02～0。05mol/L的磷酸緩沖液洗脫出來(lái)，就可得到純化的液態(tài)纖維素酶[1］。酶的親和層析普通控制在較低的溫度下進(jìn)行，以避免由于溫度的升高而使酶在純化過(guò)程中變性失活。通過(guò)該過(guò)程后酶的損失率為7％。（6）洗脫液的濃縮由于黑曲霉生產(chǎn)的纖維素酶在60℃以上活性快速下降,因此在真空蒸發(fā)濃縮時(shí)，應(yīng)控制濃縮系統(tǒng)的真空度,使蒸發(fā)溫度在60℃下列。在纖維素酶的生產(chǎn)中普通采用真空蒸發(fā)器，在50℃進(jìn)行真空濃縮，除去約2/3的水分。濃縮后的收率為90％。（三）酶的成品與包裝[10］（1）液體酶的混合與包裝向經(jīng)濃縮后的液體酶加入1,2—丙二醇,以維持酶制劑的活性。最后產(chǎn)品的顏色為棕色，密度為1。05～1.1g/cm3，粘度為50Pa·s，裝于有環(huán)氧樹脂涂覆的容量為200k（2）固體酶的造粒與包裝將濃縮后的酶液用噴霧干燥法干燥，形成粉狀的酶。固體酶制劑的包裝外要刷明標(biāo)記，涉及成品名稱、生產(chǎn)廠家名稱、廠址、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期、使用辦法、成品原則編號(hào)等。（四)成品的儲(chǔ)存包裝后的成品通過(guò)水平皮帶輸送機(jī)運(yùn)到成品庫(kù)中,再由叉車搬運(yùn)到寄存的位置。成品庫(kù)規(guī)定低溫干燥通風(fēng)，庫(kù)內(nèi)溫度在0～25℃范疇內(nèi),保質(zhì)期為六個(gè)月.避免在30℃以上長(zhǎng)久儲(chǔ)存，避免日光暴曬和雨淋.（五）成品質(zhì)量檢測(cè)［11］酶制劑的成品各項(xiàng)指標(biāo)要符合《工業(yè)酶制劑通用檢測(cè)規(guī)定和標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存》QB/T1804-93的規(guī)定。并按照下述的測(cè)定纖維素酶活力的辦法測(cè)定其CMC酶、FPA（濾紙?zhí)牵┟负虰G酶活性，并用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳法來(lái)測(cè)定該酶制劑的純度與分子量.I．CMC酶活的測(cè)定5％CMC溶液（pH4.5、0.025mol/L檸檬酸，0。05mol/L磷酸氫二鈉)1。0mL,適宜稀釋后的酶液1。0mL，40℃恒溫水浴60min，用3，5—二硝基水楊酸法測(cè)定還原糖；II．FPA酶活的測(cè)定取適宜稀釋后的酶液0。1mL，再加入0。2mL磷酸緩沖液（pH6。0）和0。5×0.5濾紙條1張,其它同CMC測(cè)定.III．BG（β-1,3-葡萄糖苷酶）酶活的測(cè)定取適宜稀釋酶液0.5mL,加入0。5ml1%水楊酸溶液（溶于pH4。8、0。1mol/LHAc和NaAc緩沖液），50℃反映30min，加入3mLDNS試劑測(cè)糖。3。物料衡算黑曲霉的發(fā)酵時(shí)間為90h左右，考慮到裝料、實(shí)消、放料、清洗需要一部分時(shí)間，因此擬定整個(gè)發(fā)酵周期為5d，在330d的工作日內(nèi)，共有66個(gè)生產(chǎn)周期。由設(shè)備計(jì)算（3。4.1）可得,生產(chǎn)中共需要30m3的發(fā)酵罐8個(gè)。發(fā)酵罐的裝料系數(shù)為70%，發(fā)酵產(chǎn)率為6.5%，提取率為70%,種子罐的裝料系數(shù)為75％，發(fā)酵液密度約為1020kg/m3.重要技術(shù)參數(shù)：發(fā)酵時(shí)間：90h生產(chǎn)周期：5d生產(chǎn)天數(shù):330d年產(chǎn)量：500t預(yù)設(shè)發(fā)酵罐個(gè)數(shù)：8個(gè)發(fā)酵罐裝料系數(shù)：70%發(fā)酵產(chǎn)率：6。5％酶提取率：70％FPA酶活：4626～4781IU/g3.1原料計(jì)算（1)玉米秸稈玉米秸稈需通過(guò)粉碎后才干用于發(fā)酵。在粉碎過(guò)程中隨著運(yùn)輸、粉塵等會(huì)有原料損失，按10%的損失率及3t/t（原酶）的投料比計(jì)算，可得每次發(fā)酵周期需要的原料玉米秸稈量為：m1=發(fā)酵液總質(zhì)量×產(chǎn)酶率×玉米秸稈投料比÷(1﹣損失率）=［8×30×70%﹢5×3×75%]×1020×6。5%×3÷（1﹣10%）=39.61t則年用量:M1=39.61×66=2614.26t（2）麥麩碳源中玉米秸稈與麥麩的比例為4：1時(shí)纖維素酶的產(chǎn)量最高。由此麥麩的用量為:m2=玉米秸稈投料量÷4=39.61÷4=9.90t年用量:M2=9。90×66=653.4t（3）酵母膏一種發(fā)酵周期中的培養(yǎng)基的總質(zhì)量為：[8×30×70％﹢5×3×75%]×1020=182.835t酵母膏的用量為0.05％，則一種發(fā)酵周期中酵母膏的用量為：m3=182.835×0.05％=91。42Kg年用量：M3=91。42×66=6.03t（4）木質(zhì)纖維木質(zhì)纖維在種子培養(yǎng)基中充當(dāng)碳源，在發(fā)酵培養(yǎng)基中作為產(chǎn)酶誘導(dǎo)劑，其用量為1％。一種發(fā)酵周期中木質(zhì)纖維的用量為：m4=182。835×1％=1。828t年用量：M4=1.828×66=120。65t（5）蛋白胨蛋白胨在培養(yǎng)基中的用量為0.3％，一種發(fā)酵周期中蛋白胨的用量為：m5=182.835×0.3％=0。549t年用量：M5=0。549×66=36。20t（6）MgSO4·7H2OMgSO4·7H2O的用量為0.03%，一種發(fā)酵周期中MgSO4·7H2O的用量為：m6=182。835×0.03%=0。055t年用量：M6=0.055×66=3.63t（7）KH2PO4KH2PO4的用量為0.4％,一種發(fā)酵周期中KH2PO4的用量為：m7=182.835×0。4％=0.731t年用量：M7=0.731×66=48。27t（8)CaCl2·2H2OCaCl2·2H2O的用量為0。03%，一種發(fā)酵周期中CaCl2·2H2O的用量為：m8=182.835×0。03%=0.054t年用量：M8=0。054×66=3.564t(9）Tween—80發(fā)酵培養(yǎng)基中添加量為0。8％(體積比），種子培養(yǎng)基中添加量為0。02%。一種發(fā)酵周期中的使用量為m9=8×30×70％×0。8%﹢5×3×75％×0.02%=1。3463m3年用量：M9=1。3463×66=88。85m33.2輔料計(jì)算（1）硫酸銨在整個(gè)生產(chǎn)工藝中硫酸銨有兩種用途:一種是作為氮源;另一用途是在纖維素酶的沉淀粗提中作為沉淀劑。作為氮源的添加量為1.5%，作為沉淀劑的用量為20％的飽和度和60％的飽和度.由此進(jìn)行計(jì)算：=1\*GB3①氮源用量:（NH4)2SO4在發(fā)酵培養(yǎng)基中的用量為1.5%，在種子培養(yǎng)基中的用量為0。2％。一種發(fā)酵周期中(NH4）2SO4的用量為：M10=8×30×70％×1020×1.5%﹢5×3×75％×1020×0.2%=2.593t=2。6t年用量：M10=2。6×66=171.6t=2\＊GB3②沉淀劑用量:在燃料乙醇工業(yè)用酶制劑的生產(chǎn)過(guò)程中使用的沉淀劑為硫酸銨,一種發(fā)酵周期中共有4個(gè)發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn).在提取過(guò)程中，發(fā)酵液通過(guò)過(guò)濾后會(huì)有部分體積損失，且過(guò)濾后的濾液通過(guò)真空濃縮.因此可預(yù)計(jì)過(guò)濾后的濾液體積為30×70％×4×80％×40%=26。88m3。在用鹽析法分離纖維素酶的過(guò)程中，解決液的(NH4）2SO4初始飽和度為0，欲達(dá)成20％的飽和度，在25℃條件下，需向1m3溶液中加入114kg的（NH4）2SO4。經(jīng)靜置、過(guò)濾解決后，再向?yàn)V液中加入(NH4）2SO4，使（NH4）2SO4的飽和度由20%上升至60%，此過(guò)程應(yīng)向?yàn)V液中加入262kg的(NH4）2SO4［12]。則提取過(guò)程中（NH4)2SOm11=26。88×114﹢26.88×90%×262=9403kg=9。41t年用量:M11=9.41×66=621.06t（NH4）2SO4的總用量為171。6﹢621。06=792。66t（2）乙醇乙醇作為飼料添加用酶的沉淀劑，一種發(fā)酵周期中共有4個(gè)發(fā)酵罐用于該酶的生產(chǎn)?？深A(yù)計(jì)過(guò)濾后的濾液體積也為26.88m3。沉淀過(guò)程中用的為70％的乙醇，用量為解決液體積的兩倍。因此乙醇用量為：m12=26。88×2×70％×789=29.7t年用量：M12=29.7×66=1960.2t（3）泡敵發(fā)酵培養(yǎng)基中泡敵的添加量為0。03％，一種發(fā)酵周期中的使用量為：m13=8×30×70%×0.03%=0。0504m3年用量:M13=0.039×66=3。4m33。3計(jì)算成果生產(chǎn)物料衡算表項(xiàng)目名稱指標(biāo)每次發(fā)酵周期實(shí)際量年用量原料玉米秸稈3t/t(原酶)39.61t2614。26t麥麩0。75t/t（原酶）9.90t653.4t酵母膏0。05％91.42Kg6.03t木質(zhì)纖維1%1。828t120。65t蛋白胨0.3％0。549t36。20tMgSO4·7H2O0。03%0.055t3。63tKH2PO40.4%0。731t48。27tCaCl2·2H2O0。03％0。054t3。564tTween-800.02%/0.8%1。3463m388。85m3輔料硫酸銨114/262kg/m39.41t792。66乙醇1.4m329.7t1960。2t泡敵0.03％0.0504m33.4m3包裝材料纖維板圓筒40Kg/桶70個(gè)6127個(gè)環(huán)氧樹脂涂覆的圓桶25Kg/桶120個(gè)9840個(gè)4.生產(chǎn)設(shè)備選型4.1重要生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)能力計(jì)算由物料衡算表可知:為提高后解決過(guò)程中使用的設(shè)備的運(yùn)用率,四組發(fā)酵罐（每?jī)膳_(tái)發(fā)酵罐為一組,生產(chǎn)同一種酶)采用循環(huán)式投料生產(chǎn)。（1）玉米秸稈粉碎機(jī)及20目振動(dòng)篩分器年用量÷解決時(shí)間=2620×1000÷300÷8=1091.6kg/h（2）拌料槽拌料槽的構(gòu)造由圓柱形槽身和圓錐形底部構(gòu)成，設(shè)計(jì)體積應(yīng)為：發(fā)酵培養(yǎng)基體積/裝料率=14.62×2÷85％=34。4m3（取35m設(shè)圓柱形槽身的高為h1,圓錐形底部的高為h2,且h1=3h2,直徑d為3m。則由V=1/4×3。14×d2×h1+（1/3)×(1/4)×3.14×d2×h2=35m得：h1=4。46m；h2=1.48m拌料罐的實(shí)際體積為：V=5/18×3。14×32×4.46=35.011m（3）發(fā)酵罐設(shè)發(fā)酵罐的體積為V,則由年產(chǎn)酶量=發(fā)酵罐體積×發(fā)酵液密度×發(fā)酵罐個(gè)數(shù)×發(fā)酵周期數(shù)×發(fā)酵罐裝液量×產(chǎn)酶率×酶提取率可得：發(fā)酵罐的體積=500000÷1020÷66÷0。7÷0。065÷8÷0。7=29。15m3由此可擬定發(fā)酵罐的有效體積為30m3。發(fā)酵罐主體構(gòu)造計(jì)算[13］：封頭采用原則橢圓封頭K=1H/Di=2。5Di/hi=4橢圓容積Va=л/6×Di×hi=×Di3V≈×Di2×hi＋Va=×Di2×hi＋×Di3=2/3×л×Di3Di=2.43m解決后內(nèi)徑為2。5m即2500mmH=2.5Di=2.5×2.5=6.25m=62500mmhi=0。25Di=0.625mH>4m因此ha=50mm查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表5罐體總高H=6。25＋2×hi＋2×ha=7.60m=7600mm罐體壁厚S=PD/(2[б］?﹣P）+C其中：?=0.8，P=0。5,C=3mm,［б］=130MPa,Di=2500解之得：S=8。5mm取整9.0mm封頭按原則橢圓計(jì)算［7］hi=0。575mha=0。05m封頭壁厚：S=PD/(2[б］?﹣P）+C其中:?=0.8P=0.5Di=2300［б］=130MPaC=4.2解之得：S=9。74mm取整10。00mm(4)種子罐=1\＊GB3①二級(jí)種子罐二級(jí)種子罐體積=發(fā)酵罐體積×裝料系數(shù)×接種量÷種子罐裝料系數(shù)=30×0.7×0。07÷0。75×2=3.92m3（取=2\*GB3②一級(jí)種子罐一級(jí)種子罐體積=二級(jí)種子罐體積×裝料系數(shù)×接種量÷一級(jí)種子罐裝料系數(shù)=4×0。75×10%÷0.75=0。(5）空氣壓縮系統(tǒng)無(wú)菌空氣制備流程［14］以下：吸風(fēng)塔→粗濾器→空氣壓縮機(jī)→空氣冷卻器→除水設(shè)備→空氣總過(guò)濾器→發(fā)酵車間空氣總管→分過(guò)濾器→發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中的最大通氣量為1：1，因此發(fā)酵車間需要最大壓縮空氣的用量可按下列公式計(jì)算：V=單個(gè)發(fā)酵罐的體積×發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)×通氣比+單個(gè)種子罐的體積×種子罐的個(gè)數(shù)×通氣比=30×8×1+3×4×1=252m3/min（按=1\＊GB3①吸風(fēng)塔［14]吸風(fēng)塔設(shè)計(jì)高度應(yīng)在10~12m左右。進(jìn)管至空氣壓縮機(jī)一段的管路，規(guī)定直管連接，避免彎管或多彎管。本次設(shè)計(jì)中將吸風(fēng)塔的高度定為11m,空氣在吸風(fēng)塔內(nèi)的截面流速設(shè)計(jì)為6m/s。則吸風(fēng)塔的截面半徑為：R=（V/ν·π)1/2=(260÷60÷6÷3.14)1/2=0。4空氣的實(shí)際流速ν=V/πR2=260÷60÷0.422÷3.14=7.82m/s=2\＊GB3②前置預(yù)過(guò)濾器［8］選擇高效前置過(guò)濾器，其外形像一只大型的集裝箱。內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩道過(guò)濾介質(zhì)層:前層稱粗過(guò)濾層，采用絨布作為過(guò)濾介質(zhì)；后道稱亞高效過(guò)濾層，采用滌晴—無(wú)紡布作為過(guò)濾介質(zhì)。設(shè)計(jì)流速為0。5m/s。設(shè)備外型半徑為：R=(V/ν·π）1/2=(260÷60÷0.5÷3。14)1/2=2.48m(取2實(shí)際流速:ν=V/πR2=260÷60÷2。52÷3.14=0.20m/s=3\＊GB3③空壓機(jī)由計(jì)算可得發(fā)酵工藝所需的最大空氣流量為260m3/min。因此選擇日本壽力公司生產(chǎn)的TRX系列離心式空壓機(jī)。其輸出功率為900kW到1800kW，容量范疇為175~360m3/min，排氣壓力為2~16Pa。20℃的空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，其出口壓強(qiáng)表壓為0。2MPa.則壓縮后的空氣溫度為：T2=T1（P2/P1)K-1/K=（273+20）×［(0。2+0。101)/0.101]1。3—1/1.3=293×30.23=377。5K=104。5℃其中：P1=0。101MPa，K=1.3.=4\*GB3④冷卻器壓縮空氣由管道經(jīng)沿程冷卻輸送到空氣冷卻器，此時(shí)空氣的溫度已大大低于空氣壓縮機(jī)出口的溫度?？諝饫鋮s器的作用是使壓縮空氣除水減濕。冷卻器選用列管式換熱器，冷卻水走管程，壓縮空氣走殼程。規(guī)定壓縮空氣由104℃被冷卻至25℃，冷卻介質(zhì)為20℃的循環(huán)水,冷卻水的出口溫度為28℃。由條件可得：空氣的定性溫度：(104+25)/2=64.5℃水的定型溫度:（20+28）/2=24℃計(jì)算過(guò)程［15］為:查得空氣在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：ρ=1.0445kg/m3；Cp=1.007kJ/（kg·℃k=2。931W/（m2·℃）；μ=2。035×10—3Pa·s查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：ρ=995。7kg/m3；Cp=4。174kJ/(kg·℃k=0。618W/（m2·℃)；μ=0。80×10-3Pa·s=1\*ROMANI．熱負(fù)荷計(jì)算Q=Wh·Cp·h（T2﹣T1)=260÷60×1.0445×1.007×103×（104﹣25）=3。6×105W冷卻水耗量Wc=Q/Cp·c（t2﹣t1）=3.6×105÷4。174÷103÷(28﹣20)=10.78=38。8t/h=2\*ROMANII．計(jì)算平均溫差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差空氣：104→25冷卻水：28←20△t：765△tm′=（76﹣5）÷ln（76/5)=19.52℃計(jì)算R和P：R=（T2﹣T1）÷（t2﹣t1）=（104﹣25)÷(28﹣20）=9.875P=（t2﹣t1)÷（T2﹣t1）=（28﹣20)÷(104﹣20）=0。095由R、P值，查表可得：ф△t=0.98，因ф△t＞0。8,選用三殼程.△tm=ф△t·△tm′=0。98×19.52=19.13℃=3\＊ROMANIII．選k值，預(yù)計(jì)傳熱面積由資料,可取k=100w/(m2·℃）S=(Q/k·△tm）×1.15=（3。6×105÷100÷19。13)×1。15=216。41=4\*ROMANIV．初選換熱器型號(hào)由于兩流體溫差不小于50℃，可選用浮頭式換熱器FB500。由計(jì)算成果擬定換熱器為三殼程，因此選用3臺(tái)相似的換熱器串聯(lián)使用。換熱器的重要數(shù)據(jù)以下:外殼直徑：500mm公稱壓力:4.0MPa公稱面積：65m2管長(zhǎng)：6m管子尺寸：ф25×2.5管子總數(shù):124管程數(shù):2管子排列辦法：正方形斜轉(zhuǎn)45°排列S。=n·π·d·（L－0。1）·N=124×3.14×0。025×（6﹣0。1）×3=172.3m采用此換熱面積的換熱器，則規(guī)定過(guò)程的總傳熱系數(shù)為：k。=Q×1。15÷（S。·△tm）=3.6×105×1.15÷（172。3×19。13）=125。6W/(m2·℃)=5\＊GB3⑤除水設(shè)備空氣經(jīng)冷卻后即有水分析出，為此，冷卻的空氣需要除水并安裝必要的除水設(shè)備。絲網(wǎng)除濾器是一種立式圓筒型設(shè)備，它含有壓降阻力小，除水除沫效率高，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。普通絲網(wǎng)除濾器的設(shè)計(jì)流速取1～3m/s。設(shè)計(jì)時(shí)取流速為2m/s,則除濾器的直徑為D=(4V/ν·π)1/2=（4×260÷60÷3.14÷2）1/2=1.661m(取除濾器的填料為不銹鋼絲網(wǎng),不銹鋼絲的直徑為0.25mm，多層重疊,絲網(wǎng)層厚度為100mm，絲網(wǎng)型號(hào)：140—400型[14］.=6\＊GB3⑥總空氣過(guò)濾器總空氣過(guò)濾器是圓筒狀設(shè)備,空氣在過(guò)濾器內(nèi)底篩板一下切線方向進(jìn)入，在器身下方設(shè)立人孔。YUD型空氣總過(guò)濾器，過(guò)濾介質(zhì)采用涂層式過(guò)濾材料組裝的濾芯,常采用的濾芯是DMF（聚四氟乙烯聚合膜）。根據(jù)發(fā)酵車間的空氣用量,可選用YUD-Z—4型號(hào)的總過(guò)濾器1200×3035mm，配濾芯DMF，總過(guò)濾器內(nèi)有DMF濾芯350×1000，4個(gè)［8].=7\＊GB3⑦分過(guò)濾器分過(guò)濾器是單臺(tái)發(fā)酵罐的單獨(dú)空氣過(guò)濾器.23m3發(fā)酵罐的空氣過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備的計(jì)算及設(shè)計(jì)以下：根據(jù)發(fā)酵工藝，每個(gè)30m3發(fā)酵罐最大空氣用量為Vf=30×1=30m由于30m3發(fā)酵罐的工作容積在70％左右，因此空氣的用量已經(jīng)含有安全系數(shù)。查資料后選擇JPF-20型空氣膜過(guò)濾器，ф230×1196mm，配濾芯JPF—C(聚四氟乙烯微孔膜）,濾芯長(zhǎng)20英尺，共5個(gè)[8]。=8\＊GB3⑧蒸汽過(guò)濾器根據(jù)已選JPF-20型空氣膜過(guò)濾器，查閱JLS—F蒸汽過(guò)濾器的規(guī)格型號(hào)，可選JLS-F-080蒸汽過(guò)濾器，ф114×530mm一臺(tái)，配備濾芯JLS-F，ф22×260，共7個(gè)[8］。（6）發(fā)酵液儲(chǔ)罐發(fā)酵液儲(chǔ)罐體積=兩個(gè)發(fā)酵罐中的發(fā)酵液體積÷裝液系數(shù)=30×0.7×2÷0。85=49.4m3(取發(fā)酵液儲(chǔ)罐主體構(gòu)造為圓柱體，高度與直徑的比例為2.5。則由V=3.14(D/2）2H=50mD=2.94m；H=（7）板框過(guò)濾機(jī)發(fā)酵結(jié)束后需過(guò)濾的發(fā)酵液的體積VF為32。2m3，含固量i約為25％。若選用BMY70/800—300型號(hào)的板框過(guò)濾機(jī)，則其過(guò)濾面積A=70m3,濾框容量VP=1056L=1。056m3，板框裝填系數(shù)k為0。75，過(guò)濾速度為v=0。018m3/m2h[8］。則需要的板框過(guò)濾機(jī)的臺(tái)數(shù)為：N=VF·i/（k·VP）=32.2×0。25÷0.75÷1.056=10臺(tái)過(guò)濾時(shí)間為：T=VF（1﹣i）/v·N·A=32。2×（1﹣0。25）÷0。018÷10÷70=2h考慮到設(shè)備的循環(huán)運(yùn)用，一種生產(chǎn)車間中選用5臺(tái)板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行發(fā)酵液的過(guò)濾。共用4h將發(fā)酵液過(guò)濾完畢。(8）濾液儲(chǔ)罐過(guò)濾完畢后獲得的濾液要儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中。濾液儲(chǔ)罐的主體構(gòu)造為圓柱型，其體積規(guī)定為：32.2×0.8×0.75÷0.85=22.73m3（取設(shè)儲(chǔ)罐的高度與直徑的比例為3。則由V=3。14（D/2)2H=23m3D=2.14m；H=6.42m（9）真空蒸發(fā)器：生產(chǎn)工藝中規(guī)定在低于60℃的條件下將濾液中2/3的水分蒸發(fā)掉.解決液量為32。2×0。8×0。75=19。32m3，加熱方式采用并流加料[8］的方式。規(guī)定通過(guò)真空蒸發(fā)濃縮后目的產(chǎn)物的濃度由0.065上升至0.1625，解決時(shí)間為12h。則真空蒸發(fā)器生的蒸發(fā)能力規(guī)定為： W=F(1﹣0。065/0.1625)=19。32÷12×（1－0.065÷0。1625)=0.966m=966kg/h（10）沉淀罐和粗酶溶解槽通過(guò)真空蒸發(fā)濃縮的解決液分四批進(jìn)行后續(xù)的提取過(guò)程，則每次解決液的體積為：（19.32－0.966×12）÷12=1。932m3沉淀罐的裝液率為0.8,則規(guī)定沉淀罐的體積為1。932÷0.8=2。415m3,設(shè)沉淀罐的高度與直徑的比例為2.則由V=3.14（D/2）2H=2.415m3D=1。2m;H=2。4m通過(guò)鹽析或乙醇沉淀法沉淀出的粗酶通過(guò)過(guò)濾后要用磷酸重新溶解后過(guò)丹寧親和層析柱進(jìn)行純化?？紤]到過(guò)濾前后解決液的體積較為相似，因此可將粗酶溶解罐和沉淀罐設(shè)計(jì)成相似的樣式。(11）板框過(guò)濾機(jī)二沉淀析出的酶要用板框過(guò)濾機(jī)分離出來(lái)，以進(jìn)行純化。此時(shí)解決液的含固量i=0。065×各單元操作中酶的提取率÷體積濃縮比=0。065×0.95×0.95×0.94÷0。4=13。8%解決液的體積為1。932m3。選用BMY30/800-300型號(hào)的板框過(guò)濾機(jī),則其過(guò)濾面積A=30m3，濾框容量VP=460L=0。460m3，板框裝填系數(shù)k為0.7，過(guò)濾速度為v=0。018m3/m2h[8］。則需要的板框過(guò)濾機(jī)的臺(tái)數(shù)為:N=VF·i/(k·VP）=1.932×0。138÷0.7÷0。460=0。83臺(tái)(取1臺(tái))過(guò)濾時(shí)間為：T=VF(1—i)/vNA=1.932×（1-0.138)÷0.018÷1÷30=3。08h（12）真空蒸發(fā)器二通過(guò)層析后的酶液需進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮以進(jìn)行下一步的干燥。在生產(chǎn)工藝中，規(guī)定在4h內(nèi)在低于50℃的條件下將濾液中產(chǎn)物的濃度由0.025上升至0。40。解決液量為4m3,加熱方式同樣采用并流加料的方式，解決時(shí)間為3h。則真空蒸發(fā)器生的蒸發(fā)能力規(guī)定為： W=F（1－0。025/0。40)=4÷3×(1－0。025÷0。40）=1。25m=1250kg/h(13)真空干燥器對(duì)于固體酶制劑來(lái)說(shuō),規(guī)定含水率很低.規(guī)定真空干燥機(jī)在2h內(nèi)將蒸發(fā)后剩余的水分蒸發(fā)掉。則真空蒸發(fā)的解決量為:4－1.25×3=0。25m3。則真空干燥器的生產(chǎn)能力計(jì)算為：W=F/t=0.25÷2=125Kg/h4。2重要生產(chǎn)設(shè)備選型表重要設(shè)備選型表序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量生產(chǎn)能力1秸稈粉碎機(jī)1950kg/h2配料槽1V=35。011m3一級(jí)種子罐4V=0.3m4二級(jí)種子罐4V=3m5發(fā)酵罐8V=23m6前置預(yù)過(guò)濾器1R=1。5m7離心式空壓機(jī)TRX-2001額定供氣175~360m3/min8空氣冷卻器浮頭式FB5003換熱面積1723m39絲網(wǎng)除濾器1D=1。5m，設(shè)計(jì)流速2m/s10總空氣過(guò)濾器YUD-Z-41ф1200×3035mm11分過(guò)濾器JPF-208ф230×1196mm12蒸汽過(guò)濾器JLS-F-0808ф114×530mm13發(fā)酵液儲(chǔ)罐2V=38m14板框壓濾機(jī)1BMY70/800—30010過(guò)濾面積A=70m315濾液儲(chǔ)罐2V=23m16真空蒸發(fā)器1WZI-10002蒸發(fā)量966kg/h17沉淀罐/混合罐4V=2.415m18板框過(guò)濾機(jī)2BMY30/800—3002過(guò)濾面積A=30m319真空干燥器1蒸發(fā)量125kg/h20燃煤蒸汽鍋爐DZH2—1.21T=184℃V=2t/h21真空蒸發(fā)器2WZI-15001蒸發(fā)量1500-1700Kg/h水5.水電汽平衡5。1全年用水量計(jì)算=1\*GB2⑴生產(chǎn)用水空氣預(yù)解決冷卻用水設(shè)備計(jì)算中獲得的數(shù)據(jù)中冷卻水的耗量為30t/h,考慮到冷卻水可循環(huán)運(yùn)用,因此可按2%的耗用率計(jì)算：G1=39×24×330×2%=6178t培養(yǎng)基用水每個(gè)發(fā)酵罐裝液量為30/m3,共8個(gè)發(fā)酵罐，每年共有66個(gè)發(fā)酵周期，則用水量為：G2={［30×70％×8﹢3×70％×4﹢0.3×80％×4］×1。02﹣[30。25×(1﹢0。25)﹢0。07﹢1。406﹢0.422﹢0.042﹢0。562﹢0。042﹢2]}×66=8082t=3\＊GB3③發(fā)酵罐滅菌冷卻用水發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌過(guò)程中,在完畢保溫時(shí)間后，關(guān)一路排汽，再關(guān)一路進(jìn)汽（次序不能顛倒）,最后排汽與進(jìn)汽全部關(guān)閉。然后引入無(wú)菌空氣，再打開蛇管的冷卻水.冷卻過(guò)程中所需的冷卻水的量計(jì)算過(guò)程[8］以下：A=eKFWc=(t1﹣t2s）/（t2﹣t1）=(80﹣10）÷（80﹣30)=1.4蛇管換熱面積F=Q發(fā)V發(fā)/K△tm=16000×16。1÷1674÷5=30.78m由此可得冷卻水用量W=KF/ln（Ac2)=1674×30.78÷ln（1.4×4.184)=29147.8Kg/h=29。14t/h冷卻時(shí)間T3=(Gc1/wc2)[A/（A﹣1）]ln［(t1s﹣t2s)÷(t1f﹣t2s）=16410.2×1.4÷29147.8÷(1.4﹣1）×ln[(120﹣10)÷（30﹣10）=3。36h其中：t1s為培養(yǎng)基開始冷卻時(shí)的溫度，120℃；t1f為培養(yǎng)基冷卻結(jié)束時(shí)的溫度，30℃；t2s為冷卻水進(jìn)口溫度，10℃；t1為培養(yǎng)基冷卻過(guò)程中某時(shí)刻的溫度,80℃；t2為對(duì)應(yīng)t1時(shí)冷卻水出口溫度，30℃?？紤]到冷卻水可循環(huán)運(yùn)用，因此可按2％的耗用率計(jì)算，則冷卻水的總用量為:G3=29.14×3.36×8×66×2%=1285t=4\＊GB3④發(fā)酵罐冷卻用水發(fā)酵罐放出的熱量為Q=Q1﹣Q2﹣Q3[14]其中:發(fā)酵產(chǎn)熱Q1=每罐發(fā)酵醪液量×酶制劑發(fā)酵液的發(fā)酵熱[2]=23×70%×1。88×104=302700kJ/h代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量Q2=25%Q1，射散熱量Q3=3％Q1。則Q=Q1﹣Q2﹣Q3=302700×（1﹣25％﹣3%）=218000kJ/h冷卻水用量W=Q/cp(T2﹣T1)=218000÷4。174÷(25﹣20）=10.4t/h其中冷卻水的進(jìn)、出溫度為20℃、25℃。考慮到冷卻水可循環(huán)運(yùn)用，因此可按2%的耗用率計(jì)算，則全年冷卻水用量G4=10.4×發(fā)酵時(shí)間×發(fā)酵周期數(shù)×發(fā)酵罐數(shù)×2%=10.4×70×66×8×2％=9600t=5\*GB3⑤發(fā)酵罐清洗用水每次清洗用水為4t，發(fā)酵罐的清洗普通是在放料結(jié)束后進(jìn)行，清洗用水量為：G5=每次清洗用水量×發(fā)酵罐數(shù)×發(fā)酵周期數(shù)=4×8×66=2112t=6\*GB3⑥過(guò)濾機(jī)清洗用水過(guò)濾機(jī)為16臺(tái)，每臺(tái)每天沖刷一次，每次用水1t，總用水量為：G6=每次清洗用水量×16×330=5280t=7\*GB3⑦其它用水涉及沖洗地面、管道沖刷、洗濾布及其它設(shè)備的定時(shí)清洗。按每天用水20t算，則總用水量為：G7=每天用水量×330=20×330=6600t生產(chǎn)總用水量：G=G1﹢G2﹢G3﹢G4﹢G5﹢G6﹢G7=4723﹢8082﹢1285﹢9600﹢2624﹢5284﹢6600=3.82×104t(2)鍋爐用水=1\*GB3①培養(yǎng)基滅菌升溫階段發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌時(shí)升溫階段選用直接加熱方式,預(yù)先在發(fā)酵罐中加入14.26m3的發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)基原始溫度為25℃，最后加熱至90℃。蒸汽用量計(jì)算公式［8]為：s1=[G·cs·(t2﹣t1)]÷(i﹣cst2）]×（1+μ)=［1020×14.26×4。18×(90﹣25）］÷(2728﹣4。18×95)×(1+0。1)=1865其中：c為培養(yǎng)基比熱容，可取4。18kJ/(kg·℃）；I為蒸汽的熱焓，為2728kJ/kg;cs為冷凝水的蒸汽比熱容，取4.18kJ/(kg·℃）;μ為加熱過(guò)程中散失的熱量，普通取10%。=2\*GB3②培養(yǎng)基滅菌保溫階段蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)進(jìn)入，從不與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)排出.保溫階段持續(xù)30min，該過(guò)程中蒸汽的消耗量為［8］：s2=1.19F·t2(P/V)1/2=1.19×3。925×10×30×［(105+101)×103÷0.613］1/2=8.12×10蒸汽總用水量為s=（1865+81）×8×82÷1000=5。34×105t鍋爐總用水為S=1.15×1.25×5。34×105=7.68×105t（3）生活用水：w=2.5×50×（0。0015+0。0025)×12×328=1968t全廠年用水量=生產(chǎn)用水+鍋爐用水+生活用水=3.82×104+7.68×105+1968=8.082×105t5.2全年用電量計(jì)算=1\*GB2⑴生產(chǎn)用電①玉米秸稈粉碎機(jī)每日工作8個(gè)小時(shí)，功率為7。5kW,機(jī)電機(jī)功率0.37kW，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率1。1kW,總用電量為：（7.5+0。37+1。1）×8×300=2。15×106kW②電機(jī)發(fā)酵罐、配料罐、混合槽等都有電機(jī)帶動(dòng)的攪拌軸，電機(jī)的功率為120W.發(fā)酵罐上的電機(jī)每個(gè)發(fā)酵周期工作70h,其它的電機(jī)每天工作1h。總用電量為：120×70×82×8+120×4×1×328=5.67×106kW③運(yùn)輸設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中用到的運(yùn)輸設(shè)備有帶式輸送機(jī)（4臺(tái)，每天平均工作1h，功率為50kW/h）、離心泵(30臺(tái)，每天平均工作2h，功率為22kW/h)、往復(fù)泵（11臺(tái)，每天平均工作1h,功率為30kW/h）。則運(yùn)輸設(shè)備年用電量為：（50×4×1+22×30×2+30×11×1）×300=555000kW④空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)額定功率為900kW,則空氣壓縮機(jī)的用電量為:900×24×328=7.085×106kW年生產(chǎn)總用電量為:2。15×106+5.67×106+5。55×105+7.085×106=1。333×107kW(2）照明用電：車間內(nèi)白天采用自然采光,只有在白天光線局限性或夜班時(shí)用電照明。車間用電按規(guī)定為6W/m2h，故車間照明用電為810m2×6W/m2h×10×300=14580kW（3）生活用電：生活用電量約為kW全廠年用電量：1.333×107kW+14580kW+kW=1.335×107kW=1。335×107度5。3蒸汽用量計(jì)算生產(chǎn)中蒸汽重要用于發(fā)酵罐的實(shí)罐滅菌過(guò)程中，滅菌過(guò)程中重要有兩個(gè)階段用到蒸汽:=1\*GB3①升溫階段發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌時(shí)升溫階段選用直接加熱方式，預(yù)先在發(fā)酵罐中加入14。26m3的發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)基原始溫度為25℃，最后加熱至90℃.蒸汽用量計(jì)算公式為：s1=[Gcs.(t2﹣t1）］÷(i﹣cst2）]×(1+μ）=［1020×14.26×4.18×（90﹣25）]÷（2728﹣4。18×95）×(1+0.1)=1865kg其中：c為培養(yǎng)基比熱容，可取4.18kJ/（kg·℃）；i為蒸汽的熱焓,為2728kJ/kg；cs為冷凝水的蒸汽比熱容，取4.18kJ/（kg·℃）；μ為加熱過(guò)程中散失的熱量，普通取10%。=2\*GB3②保溫階段蒸汽從與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)進(jìn)入,從不與培養(yǎng)基相接觸的管道持續(xù)排出。保溫階段持續(xù)30min,該過(guò)程中蒸汽的消耗量為：s2=1.19Ft2（P/V）1/2=1。19×3.925×10×30×[(105+101）×103÷0.613]1/2=8。12×10蒸汽總用量為s=（1865+81)×8×82÷1000=5.34×105t鍋爐總生產(chǎn)量為S=1。15×1。25×5。34×105=7.68×105t選用鍋爐：規(guī)格型號(hào)DZH2—1。2額定蒸發(fā)量2t/h蒸汽溫度184℃6.環(huán)保本設(shè)計(jì)的污染物重要是來(lái)自生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水和廢渣，動(dòng)力設(shè)備噪音及鍋爐煙塵,排放的二氧化硫和爐渣。廢水的重要是提取酶之后的發(fā)酵液以及設(shè)備清洗用水等，特點(diǎn)是有機(jī)物質(zhì)和懸浮物質(zhì)含量高，并且由于在提取中經(jīng)硫酸銨解決后富含大量硫酸銨.因此可作為農(nóng)業(yè)澆灌用水,也可經(jīng)活性污泥法解決到BOD在200左右后，再經(jīng)沉淀解決后隨沖刷水排放.廢渣為發(fā)酵液過(guò)濾過(guò)程中產(chǎn)生的濾渣。它的重要成