蛋白酶的工厂设计

1年产1500m³蛋白酶的工厂设计摘要蛋白酶是催化肽键水解的一类酶，它可迅速水解蛋白质为胨、肽类，广泛存在于动物内脏、植物茎叶、果实和微生物中。同时大多数微生物蛋白酶都是胞外酶。微生物蛋白酶按其作用的最适pH可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶三类。酸性蛋白酶是一种羧基蛋白酶，它的分子质量为30-40kD，等电点（pH3.0-5.0）酸性蛋白酶现已广泛应用于食品、饲料、酿造、毛皮与皮革、医药、胶原纤维等各个行业之中。本设计采用豆饼粉、玉米粉、淀粉为主要的培养基原料，并选用黑曲霉（Aspergillusniger）3.350菌种发酵。其中豆饼粉3.75%，玉米粉0.625%，鱼粉0.625%，氯化铵1%，氯化钙0.5%，磷酸氢二钠0.2%。本设计利用通风搅拌式发酵罐进行发酵，同时利用离子交换树脂对母液进行提取，提高了酸性蛋白酶的生产效率，减少了生产成本。设计还包括发酵罐，全厂平面图，车间平面布置图，工艺流程图。关键词：酸性蛋白酶发酵工厂设计2TheProcessDesignoftheProteaseusedforSectionwiththeCapacityof1500m³AnnuallyAbstractproteaseisakindofPeptoneandpeptide.Ithasbeendiscoveracrossinanimalgiblets,thestemofplant,fruit,microbialandsoon.MostoftheMicrobialproteaseareectoenzyme.AccordingtoitsbestOptimumpHfunction,MicrobialproteaseCanbedividedintoAcidprotease,Neutralproteaseandalkalineprotease.AcidproteaseisakindofCarboxylprotease,Itsmolecularweightis30-40kd,lowerisoelectricpoint(pH3.0-5.0)Acidproteaseinfood,medicine,textile,leather,feed,cosmetics,washingindustrieshaveapplications,naturalhealth,avirulentandharmless,quitesafe.Sointhispaperthebasiccontentofmoreacidprotease,productionprocessandapplicationdevelopmentwereintroduced.ThisdesignUSESthebeancakepowder,cornflour,starchasthemainmediumofrawmaterials,andselectstheAspergillusNiger,AspergillusNiger)3.350bacterialfermentation.Withbeancakepowder3.75%,cornflour3.75%,0.625%fishmeal,1%ammoniumchloride,calciumchloride0.5%,disodiumhydrogenphosphate0.2%.Thisdesignusingtheventilationagitatorinfermentor,usingionexchangeresininmotherliquidwasextractedatthesametime,improvetheefficiencyoftheacidproteaseproduction,reducetheproductioncost.ThedesignalsoincludesFermentor,Thefactoryplan,Shopfloorplan,FlowChart.KeyWords:Acidprotease;fermentation;plant-design;3前言酸性蛋白酶是一类最适pH值为2.5〜5.0的天冬氨酸蛋白酶，相对分子质量为KD4030。酸性蛋白酶是一种羧基蛋白酶，在其活性中心有两个天冬氨酸残基，其代表性特征是能够在酸性或中性环境条件下水解动植物蛋白质，将两个疏水氨基酸打断，通过内切和外切作用将蛋白质水解为小肽和氨基酸。因此，通常将天冬氨酸蛋白酶称为酸性蛋白酶。酸性蛋白酶主要来源于动物的脏器和微生物分泌物,包括胃蛋白酶、凝乳酶和一些微生物蛋白酶。根据其产生菌的不同，微生物酸性蛋白酶可分为霉菌酸性蛋白酶、酵母菌酸性蛋白酶和担子菌酸性蛋白酶.根据作用方式可分为两类：一类是与胃蛋白酶相似，主要产酶微生物是曲霉、青霉和根霉等；另一类是与凝乳酶相似，主要产酶微生物是毛霉和栗疫霉等。细菌中尚未发现产酸性蛋白酶的菌株.由于酸性蛋白酶具有较好的耐酸性，因此被广泛地应用于食品、医药、轻工、皮革工艺以及饲料加工工业中。国外关于酸性蛋白酶的生产研究从20世纪初就开始了。1908年，德国科学家从动物的胰脏中提取出胰蛋白酶，并将其用于皮革的鞣质。1911年美国科学家从木瓜中提取木瓜蛋白酶（在酸性，碱性和中性的条件下都能分解蛋白质的酶）并将木瓜蛋白酶用于除去啤酒中的蛋白质浑浊物。自1954年吉田首次发现黑曲霉可产生酸性蛋白酶以来，国内外对微生物发酵生产酸性蛋白酶进行了广泛的研究。1964年外国科学家首次发现大孢子黑曲霉突变体能产生两种不同的酸性蛋白酶，即酸性蛋白酶和酸性蛋白酶。1965年又从血红色陀螺孔菌，中分离出了一种酸性蛋白酶，并对该酶进行了纯化和结晶。1968年从微小毛霉中筛选出了一种酸性蛋白酶，并对其进行了纯化和酶学性质分析。1995年外国科学家对烟曲霉酸性蛋白酶的基因进行了克隆和测序。2001年又从假丝酵母中筛选出了一种酸性蛋白酶菌株，并对该酶进行了核苷酸序列分析和功能分析。国外学者对曲霉酸性蛋白酶的结构和功能等己经研究的较为透彻。与国外相比，我国对酸性蛋白酶的研究相对较晚些。1970年上海工业微生物研究所首先从黑曲霉中筛选出一株产酸性蛋白酶菌株，并和上海酒精厂协作进行中试生产，填补了我国酸性蛋白酶制剂的空白.近年来国内在酸性蛋白酶上的研究大都致力于选育产酶活力高、抗逆性好的菌种，并获得了一些很有应用前途的产酶菌株。目前用于酸性蛋白酶生产的高产菌株主要有黑曲霉、宇佐美曲霉和青霉及它们的突变株。李永泉等，对宇佐美曲霉所产的酸性蛋白酶进行了发酵过程动力学研究.戚淑威等对青霉产酸性蛋白酶的适宜条件和酶学性质进行了分析。谢必峰等，采用硫酸铵盐析法和离子交换层析法分离纯化了黑曲霉产酸性蛋白酶，并对其氨基酸组分进行了分析。2008年王云等，通过质谱指纹法对黑曲霉发酵液中所产蛋白进行了分析比对和鉴定酸性蛋白酶分子生物学方面的研究，国内仅仅集中于凝乳酶和胃蛋白酶方面，有关真菌酸性蛋白酶的分子生物学研究报道很少。4此设计面临的主要问题是食品级液体酸性蛋白酶的生产，对蛋白酶的产量、蛋白酶的浓度有一定的要求，对发酵罐以及全套设备的要求较高。本设计的重点解决问题有：1.设计酸性蛋白酶的生产工艺流程图；2.整个流程的物料衡算及工艺计算；3.设计重点设备为发酵罐；4.画工艺流程图，重点车间布置，重点设备，全厂平面布置图。5第一章总论1.1产品概述1.1.1产品名称：中文名：酸性蛋白酶英文名：acidprotease1.1.2化学结构酸性蛋白酶的分子质量为30—40kD，等电点低（pH3.0—5.0），酸性蛋白酶是一种羧基蛋白酶，在其活性中心有两个天冬氨酸残基，其代表性特征是能够在酸性或中性环境条件下水解动植物蛋白质，将两个疏水氨基酸打断，通过内切和外切作用将蛋白质水解为小肽和氨基酸。因此，通常将天冬氨酸蛋白酶称为酸性蛋白酶。化学性质、物理性质酸性蛋白酶在pH2.0—6.0之间均是稳定的，但不同微生物所产酶的最适作用稍有不同。曲霉属酸性蛋白酶最适作用pH值为2.5—4.0，稳定pH值为1.5—6.0。斋藤曲霉所产酸性蛋白酶最适作用pH值为2.0—3.0，稳定pH值为1.5—6.0。米曲霉所产酸性蛋白酶最适作用pH值为3.0—4.0，稳定pH值为3.0—6.0。宇佐美曲霉所产酸性蛋白酶最适作用pH值为2.5，稳定pH值为2.0—3.5。青霉属所产酸性蛋白酶最适用pH值为2.0—3.0，稳定pH值为1.5—6.5。酸性蛋白酶对pH值的这种要求，与其酶活性中心的羧基有关。酸性蛋白酶一般在50℃以下较为稳定，但也随产酶微生物的不同而有所差异。如斋藤曲霉产生的酸性蛋白酶在50℃稳定，55℃处理10min就会失活。黑曲霉HU53菌株产生的酸性蛋白酶，其最适作用温度为50℃，低于45℃或高于60℃时酶活会急剧下降，70℃时酶活完全丧失。酵母菌所产酸性蛋白酶经60℃处理后还剩少许酶活力，经70℃处理后酶活则完全丧失。但黑曲霉Vs，V315菌株所产酸性蛋白酶在80℃保温2h后仍有90%的酶活力存在。部分酸性蛋白酶不能耐受低温，会随温度的降低而丧失活性，如根霉属所产酸性蛋白酶在30℃下只能保持30min。5%—10%的多糖对许多酸性蛋白酶有稳定作用。1.2主要用途1.2.1在毛皮与皮革工业中的应用：酸性蛋白酶主要用于皮革软化、羊毛细化及预处理羊毛低温染色等方面。软化是制革生产中唯一不能被化学过程代替的操作。软化对成革的丰满性、柔软性、弹性、粒面光滑性和手感等方面都有十分重要的作用。软化的作用就是清除毛发、浸灰后皮内残留的纤维间质、类脂物、表皮分解物、毛球、毛根、小毛、色素、脏污等，以利于后面的鞣制、染色和修饰；使胶原纤维适度分离，利于鞣剂的渗透和结合；并适度破坏弹性纤维、竖毛肌，使6成革具有柔软、丰满弹性、粒面光滑等优点。酸性蛋白酶用于软化过程，使皮革更加丰满、柔软。1.2.2在酿造上的应用在啤酒酿造糖化阶段，由于温度下降，在贮酒期间，酒液中的各种悬浮物逐渐沉淀下来，这些沉淀物质主要为蛋白质冷凝固物、酵母细胞，造成啤酒的冷浑浊。酸性蛋白酶是非常有效的啤酒澄清剂，因为其作用环境与啤酒糖化阶段的条件相近，酸性蛋白酶可以降解部分蛋白质，使酒体澄清利于啤酒的过滤。而在白酒酿造和酒精生产中，酸性蛋白酶起着促进原料溶解、增值微生物、提高原料出酒率的作用，并提供白酒生香前体物质和风味物质等重要的作用。1.2.3其他用途通过在饲料中添加酸性蛋白酶来使蛋白酶降解成利于幼年动物消化吸收的氨基酸和多肽，从而有利于动物的生长发育，缩短育肥时间。蛋白酶在医学上不但是一种有效的消化剂，也是良好的消炎剂。可治疗慢性支气管炎、矽肺炎以及促消化作用，酸性蛋白酶能有效分解致炎性多肽——舒缓激肽，从而达到消炎作用。酸性蛋白酶能使废胶卷脱胶，回收银粒和片基。酸性蛋白酶也可以在中兴条件下处理解冻鱼类以脱除腥臭。用于面包制造，添加于面粉，使面团柔软，揉捏省力，烘焙品质提高。另外还可用于肉类嫩化，改变腐乳质量等方面。1.3生产规模及产品方案1.3.1生产规模年产量为1500m³的酸性蛋白酶，全年工作300天（60天检修），1.3.2产品方案1、产品名称：食品级液体酸性蛋白酶2、产品规格：50000U/mL3、厂址：广西南宁市4、生产原料：豆饼粉、玉米粉、鱼粉5、年生产天数：300天6、生产规模：1500m³7、罐发酵单位：2500U/mL8、总收率：76.95%1.4设计概述1.4.1设计依据所下达的设计任务书1.4.2设计原则（一）总平面设计的原则总平面设计的基本原则是：既要结合厂址自然条件因地制宜，又要注重技术经济性、节约用地、节省投资和留有发展余地。为此，总平面设计的基本要求：71、总平面设计必须符合生产流程的要求。原料、半成品、成品的生产作业线应顺直、短捷，避免作业线的交叉和返回。2、总平面设计应当将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门配合其服务。3、总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以此合理布置各建、构筑厂房及厂区位置。4、总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉。5、总平面设计应遵从城市规划的要求。