年产100吨普鲁兰多糖生产车间设计

4摘要普鲁兰多糖是一种新型的微生物多糖、目前已广泛的应用于医药、食品、轻工、化工等行业中、本设计的题目为年产100吨普鲁兰多糖生产车间工厂设计。为满足生产任务的要求，通过查阅相关的书刊文献，收集普鲁兰多糖发酵生产、提取资料，进而设计出经济合理的普鲁兰多糖发酵生产路线。随后对工艺流程中所涉及的物料和水电汽等进行了衡算，同时完成对主要生产设备和辅助设备的合理选型以及对公用系统和三废处理提出正确可行的设计方案。此外，本设计还绘制出了厂区总平面布置图、发酵车间的平面布置图、全厂的工艺流程图、发酵罐的结构图和精馏塔的结构图，本项目以玉米淀粉为原料，采用出芽短梗霉发酵法，运用乙醇沉淀、超滤、流化床干燥等技术可使普鲁兰糖转化率达65%。关键词：普鲁兰多糖；发酵；车间设计AbstactPullulanpolysaccharidesisanewkindofmicrobialpolysaccharidewhichhasbeenwidelyusedinmedicine,food,lightindustry,chemicalindustry,etc,thetopicofthisgraduationprojectisanannualoutputof100tonsofpullulanpolysaccharidesfermentationplantdesign.Tomeettherequirementsoftheproductiontasks.byconsultingrelatedbooksanddocuments,afterfermentationproduction,extractionofpullulanpolysaccharidesinformationcollection,andthendesignaeconomicandreasonablepullulanpolysaccharidefermentationproductionline.Involvedinthesubsequentprocessofthematerialandwatervaportothebalance,andcompletedtherationalselectionmainproductionequipmentandauxiliaryequipmentaswellastotheutilitysystemandthreewastestreatmentfeasibledesignschemeisputforward.Inaddition,thisdesignalsodrawoutofthefactorygenerallayout,thefermentationworkshopflat65%Keywords:pululanpolysaccharides；fermentantion；plantdesign第1章绪论1.1设计内容与要求1.1.1课题来源本设计为齐鲁工业大学大学生工学院下达的任务，年产100吨普鲁兰糖生产车间的设计。1.1.2设计内容收集资料，进行建厂的可行性论证，对产品进行工艺设计和论证，确定生产工艺流程及参数。5进行物料衡算，确定原辅材料和包装材料的用量进行设备选型和计算，对车间的水、电、汽进行计算，对公用系统和污水处理提出设计方案。绘制全厂总平面布置图，工艺流程图,说明书一份。1.2普鲁兰多糖简介普鲁兰多糖是一种以玉米淀粉为原料发酵而成的胞外水溶性粘质多糖，又名短梗霉多糖、茁霉多糖，英文名Pulullan，它是1938年由R．Bauer发现的一种特殊的微生物多糖。该多糖主要是由麦芽三糖通过α-1，6糖苷键连接而成。由于该多糖独特的结构和性质，在医药、食品、石油、化工等行业具有广泛的应用前景。因其在自然界可被微生物降解利用，不会引起环境污染，故被誉为无公害塑料。2006年5月19日．国家卫生部发布了第8号公告，普鲁兰多糖为新增四种食品添加剂产品之一，可在糖果、巧克力包衣、膜片、复合调味科和果蔬汁饮料中用作被膜剂和增稠剂。CAS号9057-2-7分子式(C37H62O30)n1.2.1普鲁兰多糖的性质普鲁兰多糖是无色、无味、无臭的高分子物质，非晶体的白色粉末，是非离子性、非还原性多糖，性质可以表现于以下几个方面。1.2.1.1无毒性、安全性根据普鲁兰多糖的急性、亚急性和慢性毒性试验、变异源性试验结果，即使普鲁兰多糖的投用量达到LD50(半致死剂量)的界限量15g／kg，普鲁兰多糖都不会引起任何生物学毒性和异常状态的产生，所以用于食品和医药工业十分安全。1.2.1.2溶解性普鲁兰多糖能够迅速溶解于冷水或温水，溶解速度比羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯醇、聚乙烯醇等快二倍以上，溶液中性，不离子化、不凝胶化、不结晶。可与水溶性高分子如羧甲基纤维素、海藻酸钠和淀粉等互溶，不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂。但其酯化或醚化后，其理化性质将随之改变。根据置换度不同，可分别溶于水和丙酮、氯仿、乙醇及乙酸乙酯等有机溶剂。1.2.1.3稳定性普鲁兰多糖的分子呈线状结构，因此与其他多糖类相比，普鲁兰多糖水溶液粘性较低，不会形成胶体，是粘附性强的中性溶液。不易受pH值或各种盐类影响，尤其对食盐维持稳定的粘度。此外，pH值在3以下时若长时间加热，会与其他多糖一样，部分分解，从而导致溶液粘度下降。1.2.1.4润滑性普鲁兰多糖是一种牛顿流体，尽管粘度低，但是具有优良的润滑性。用于食品时具有勾芡作用(做汤做菜时加上芡粉使汁变稠)，最适合用于佐料汁、调味剂等产品中。1.2.1.5粘合性、凝固性普鲁兰多糖具有非常强的粘合力，在喷涂后风干，稳定粘合食品(特别是干6燥食品)。同时，也具有较强的凝固力，在制成药片或制成颗粒时最适合作为粘合剂使用。1.2.1.6覆膜性普鲁兰多糖具有优良的覆膜性，容易在食品、金属等表面涂层。同时，可由普鲁兰多糖水溶液形成易溶水性、五色透明、强韧的薄膜。它具有阻气性、保持芳香性、耐油性、电绝缘性等特性，用于食品可在食品表面增添光泽并保鲜。1.2.1.7分解性据体内酶的消化试验或白鼠的成长试验结果证实，普鲁兰多糖与纤维素、琼脂等相同，是一种难消化的多糖类。普鲁兰多糖在动物消化器宫内的消化酶作用下，几小时之内接近不分解，利用普鲁兰多糖的这种低消化性，可制造低热量的特殊食品和饮料。另一方面，普鲁兰与淀粉相同，在达到250℃左右时开始分解，其后被碳化，燃烧时不产生有毒气体和高热。1.2.1.8改善物性，保持水分添加少量普鲁兰多糖，对于改善物性、保持水分等发挥效果。可用于改良食感、改善质量、防止老化以及提高成品率。1.2.1.9成型性、纺纱性只需在普鲁兰多糖中添加一定量的水，进行加热加压成型和纺纱处理，即可加工出具有可食性和溶水性的成型物或纤维1.3普鲁兰多糖的生产制备1.3.1菌种普鲁兰多糖是由出芽短梗霉作为主要发酵菌种在生长繁殖过程中利用蔗糖或可溶性淀粉等多糖物质为碳源转化而来。Bauer在1938年首次报道，但化学组成成分不详。Benier在1959年也发现了这种粘性多糖，并证实为右旋葡萄糖聚合物。Wallenfens在benier发现的基础上确认该多糖是一种由2个α—1,4—糖苷键连接的麦芽三糖经α-1,6-糖苷键聚合而成的直链多糖。普鲁兰多糖为无定型多糖，分子量取决于聚合度的，聚合度受菌株类型、培养时间、碳源种类及浓度等因子制约，普鲁兰多糖相对分子质量的大小及分子质量分布决定普鲁兰多糖的生物活性及免疫调节活性。目前普鲁兰多糖的研究主要集中在高产、低色素优良菌株的选育、培养及后提取工艺条件的优化、普鲁兰多糖合成机理探究等方面。1.3.2培养基出芽短梗霉发酵法生产普鲁兰多糖常用的培养基：以葡萄糖或蔗糖为碳源、精制氮源提供氮素来源和包括磷酸二氢钾、硫酸铵、硫酸镁等在内的无机盐及微量元素1.3.3工艺流程可大致分为三个阶段:1.原料预处理及淀粉水解糖的制备2.种子的扩大培养7和普鲁兰多糖的发酵3.普鲁兰多糖的后序工艺提取与这三个工艺阶段相对应普鲁兰多糖生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位普鲁兰多糖发酵生产的总工艺流程见下图发酵液的预处理发酵液澄清活性炭脱色过氧化氢处理蛋白质去除乙醇沉淀碱性蛋白酶处理超滤流化床干燥发酵液控制操作条件接种菌种生长菌种选取流化床干燥流化床干燥1.3.3.1原料预处理及淀粉水解糖制备1.3.3.1.1原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时除掉固体杂质，以防机器损坏。用于除杂的装置为筛选机，常用的是转筒筛和振动筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除锤式粉碎机之外，还有盘磨机和辊式粉碎机。盘磨机主要应用于磨碎玉米、大米、豆类等物料，而锤式粉碎机广泛应用于薯干等脆性原料的细碎及中碎作用，辊式粉碎机常常用于粒状物料的细碎及中碎。1.3.3.1.2淀粉水解糖制备在工业生产上将淀粉转化为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所得到的糖液称为淀粉水解糖。由于普鲁兰多糖生产菌即出芽短梗霉不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。1.3.3.2种子扩大培养及普鲁兰多糖发酵种子扩大培养为保证普鲁兰多糖发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级、二级种子罐培养，最终为发酵罐提供足够数量的健壮的液体生8产菌种。普鲁兰多糖发酵伊始，须先配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的主要工艺除采用喷射加热器—维持管—真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统外，还可采用连消塔—维持罐一喷淋冷却系统。但是由于溶液粘度较大，流动性较差，易使维持管发生堵塞，同时薄板加热器和真空冷却器的加工制造成本昂贵，因而实际应用并不广泛。至于主要发酵设备，国外如日本林原公司普鲁兰多糖生产厂家采用的是机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在15m^3到50m^3两者之间。对于发酵过程往往采用人工把控，检测仪器不能及时反映发酵罐内参数实时的变化，因而发酵的整个过程表现出明显的波动性，产糖率极不稳定。由于普鲁兰多糖发酵为通风发酵过程，需要给予一定量的无菌空气，所以发酵车间还配备有一套完整的空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔搜集足够多的高空新鲜空气，通过空气压缩机压缩后排入冷凝器，再由油水分离器作两级处理，然后导入贮气罐中，进而经瓷环填充、焦炭的纤维分过滤器以及主过滤器除菌后，输送至生产所需部位。在北方地区由于空气温度低、湿度小、较干燥，还可使用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却装置。1.3.3.3普鲁兰多糖的后提取普鲁兰多糖的提取一般采用沉淀法和直接干燥法，沉淀法中最成熟的当属醇沉淀和盐沉淀，其中醇沉淀常用的醇沉淀剂有甲醇、异丙醇、乙醇等，而盐沉淀中最常见的盐沉剂主要有氯化铝、氢氧化钙、氯化钙等，在碱性条件下，高价阳离子或有机阳离子如季铵盐等可与多聚阴离子多糖结合形成沉淀，盐沉淀多适用于多聚阴离子多糖，盐沉淀的优点表现为用醇量少于醇沉淀的2至3倍，但其得到的产品质量略差，直接干燥法是将发酵液的水分蒸发而直接干燥获得固体产品。在实验室中冷冻干燥室达到这一目的的最理想方法，工业上常见的由喷雾干燥、鼓风干燥、转筒烘烤等方法得到的产品都是粗制品，其中含有大量的菌体、小分子无机盐、类黑色素以及其他有机余物等杂质，因此产品的水溶性差、色泽深、流变性也不好，应用范围受到限制。微生物多糖主要提取步骤有预处理、脱色、脱蛋白和脱盐等。多糖的脱色方法主要有活性炭吸附法、氧化脱色、金属络合物法、离子交换法。而多糖出蛋白的方法主要有savage法、三氯乙酸法、鞣酸法、蛋白酶法等，经过脱色素、去蛋白等工艺处理的多糖可采用乙醇分级沉淀分离再通过膜分离技术除去溶液中带有的无机盐和其他小分子第二章生产工艺基本计算2.1设计依据：产品：普