年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计-生物化学毕业论文

广东轻工职业技术学院年提取10吨菠萝蛋白酶工厂初步设计专业：生化091学生姓名：郑贵创指导教师：阳元娥目录1.绪论.........................................................................21.1项目提出的依据...........................................................21.2项目建设的意义...........................................................22.厂址选择.....................................................................22.1投资环境评价.............................................................22.2开发区财政支持及土地政策.................................................32.3厂区平面设计图...........................................................23.生产工艺的研究与设计........................................................33.1工艺对比选择.............................................................43.2工艺要求.................................................................54物料衡算.....................................................................65设备选型.....................................................................76经济计算.....................................................................87致.........................................................................138参考文献...................................................................14年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计1.绪论1.1项目提出的依据菠萝蛋白酶(Bromelain，简称菠萝酶，亦称为凤梨酶或凤梨酵素)是从菠萝果茎、叶、皮提取出来，经精制、提纯、浓缩、酶固定化、冷冻干燥而得到的一种纯天然植物蛋白酶。其外观为浅灰色粉末状，分子量为33000，等电点为9.55。最适pH围：5.0—8.0，最适温度围：40--70℃。品质最佳的菠萝蛋白酶是利用菠萝的中茎加工,采用超滤方法进行过滤浓缩,低温冷冻干燥而得的。产品已被广泛应用于食品、医药等行业。随着酶制剂的发展，菠萝蛋白酶在医药、保健品业和食品加工业中的应用也进一步的扩大。作为药物，适用于各种急性、慢性炎症及水肿，外科创伤或手术后伤口愈合，抑制肿瘤细胞的生长，对心血管疾病的防治，增进药物吸收。而在食品加工业中菠萝蛋白酶的作用更是突出，焙烤糕点时，可用该酶对生面团进行处理，可改善面包风味和口感；菠萝蛋白酶将肉类蛋白质的大分子蛋白质水解为易吸收的小分子氨基酸和蛋白质，因此菠萝蛋白酶可作嫩肉剂；用于干酪素的凝结;其它还有生产脱水豆类、婴儿食品和人造黄油；澄清苹果汁；制造软糖；为病人提供可消化的食品等。这些为人们生活带来了丰富的滋味和巨大的便利。我国菠萝资源丰富，年产菠萝100万吨以上，仅有30%左右用于加工，大多是直接以水果出售，每年都有大量的菠萝皮、茎被浪费掉，如能进行综合利用，不仅可减少环境污染，而且还能生产出高价值的产品，这将带来良好的社会效益和经济效益。同时，我国对菠萝蛋白酶的需求量逐年增多。目前菠萝蛋白酶的市场价约为800元/千克，我国年需菠萝蛋白酶千吨以上，而国生产量不足10%，因此，菠萝蛋白酶的市场前景广阔，有强劲的开发潜力。1.2项目建设的意义项目建成以后，一方面可以为社会提供就业更多的机会，增加居民收入；另一方面，该项目可以将菠萝废弃物变废为宝，适合我国建设节约型社会的理念，能缓解我国菠萝蛋白酶依赖进口的尴尬局面，对种植地区经济有良好的带动作用。本项目投产结构合理，效益高，资金回收期短，发展前景广阔，并符合国家可持续发展战略和三农政策，能达到农业增收、企业增值、国家增税，促进地方经济发展，能带来良好的经济效益和社会效益。2.厂址选择2.1投资环境评价经济技术开发区（简称开发区）是1984年11月29日经国务院批准成立的全国首批14个沿海经济技术开发区之一，是实行类似特区的优惠政策和新型管理体制的经济技术功能区，是市未来发展的中心区域。市具有独特的地缘区位优势：一是中国沿海通往非洲、中东、欧洲、东南亚、大洋洲航程最短的口岸；二是中国大西南经济腹地进出口的重要咽喉；三是中国进军东盟各国市场最佳的“桥头堡”，也是东盟各国进入中国大陆市场最佳的“登陆点”。独特的区位优势使经济技术开发区在泛珠三角经济合作圈、环北部湾经济圈、中国—东盟自由贸易区、亚太经济圈中处于重要的战略地位，成为中国大陆最适宜外来投资者投资经营的地区之一。开发区地势较平坦，开发区成立以来，不断开展大规模基础设施建设。开发区交通、通讯、供水、供电和污水处理等设施完善。先后开通连接赤坎、霞山的人民大道，海滨大道两条南北向主干道，与东西走向的大、龙潮路及新建的绿华路等大型骨干道路纵横交错，构成四通八达的交通网络；区霞海港码头是经国务院批准对外开放的码头，扩建的两个万吨级泊位第一期工程已完成并己投入使用；区现有6.3万千伏安的变电站一座，1988年又将兴建一座11万千伏安的变电站；两个日供水2万吨和5万吨的自来水厂已相继投入使用；1100门微波程控联通世界各地。开发区建立了精简、高效的行政服务体系，投资软环境优越，基础设施完善，生活设施配套，服务功能齐全，为国外客商创造了一流的投资环境。开发区坚持“以工业为主、外资为主、出口为主”的方针，积极发展外向型经济。基本形成以汽车制造、电子电器，通讯器材，生物制品，办公用品、机电产品、包装器材、纺织服装、羽绒制品、首饰加工等工业为支柱的外向型经济格局。2.2开发区财政支持及土地政策经济技术开发区实行类似中国经济特区的优惠政策，执行目前中国最低的企业所得税率；进口设备的审批优惠及关税减免政策；国家还赋予国家级经济技术开发区市一级行政审批权限，比其它一般行政区域在企业审批、项目立项、经营运作方面有特殊优惠。对于酶制剂厂厂址的选择，基本要原料、燃料供应充分，产品流通迅速，交通便利。而开发区为招商引资，往往会出台一系列的优惠政策，有利于企业的成长。因此本着经济、合理、优势的原则，根据本项目的性质和对建厂地区及地址的相关条件进行考察和论证分析，最后厂址选择经济技术开发区。综合看来，在经济技术开发区建设菠萝蛋白酶制剂厂，无论是从地理位置、交通运输、原材料和燃料供应，还是从当地政策、投资环境来看，都是十分理想的。3.生产工艺的研究与设计3.1工艺对比选择三种常用的菠萝蛋白酶提取工艺酶的分离提取一直沿用离子交换吸附，冷丙酮，酒精，无机盐沉淀等方法。国外很早就对菠萝蛋白酶进行研究，从发展过程来看，菠萝蛋白酶的提取方法有高岭土吸附法、单宁沉淀法和超滤有机溶剂提取法，各种方法比较如下：1.高岭土吸附法压榨高岭土吸附洗脱.压滤盐析菠萝下脚料汁液吸附物洗脱液盐析物离心溶解.过滤沉淀干燥湿粗酶饼澄清液湿酶精品高岭土吸附法提取菠萝蛋白酶的主要工艺操作包括：①压榨。将菠萝下脚料洗净，用压榨机压出汁液，加入0.05％苯甲酸钠防腐，迅速过滤除杂质。②吸附。将汁液移入吸附槽中搅拌，同时加入5％的高岭土，搅拌约20min，在10℃吸附30~60min，用虹吸排掉上清液收集高岭土吸附物。③洗脱。用16％的NaOH溶液调节吸附物的pH值至7.0左右，再加入吸附质量为7~9％的食盐，搅拌30min，进行洗脱，然后迅速压滤，收集滤液。④盐析。将压滤液收集在盐析槽中，用1：3的盐酸调节pH值至5.0左右，搅拌加入压滤液质量25％的硫酸铵，待完全溶解后，4℃下存放过夜；然后离心，收集沉淀盐析物，即粗酶。⑤溶解。将粗酶放入溶解罐中，加入10倍水，用NaOH溶液调pH值至7.0~7.5，搅拌使其溶解，过滤除杂，收集滤液。⑥沉淀、干燥。在搅拌下用1:3的盐酸调节上述滤液的pH值至4.0，静置1h使酶析出，用离心机分离出沉淀物，冷冻真空干燥或减压干燥即得菠萝蛋白酶精品。高岭土吸附法生产工艺和操作都比较复杂，原材料消耗多，所需设备也多，酶活总回收率低，但产品质量较好，纯度较高，产品酶活可达4.0×106u/g上2.单宁沉淀压榨去杂质加稳定剂加单宁菠萝下脚料汁液澄清液稳定液洗脱干燥单宁沉淀滤液酶制品单宁沉淀法生产工艺流程图。操作要点:①压榨。将菠萝下脚料洗净，用压榨机压出汁液，加入0.005%苯甲酸钠防腐，迅速过滤除杂质。②去杂质。鲜菠萝汁经过滤去杂。③加稳定剂。将澄清液移入生产罐中，在搅拌条件下，加入澄清液体积0.005%泵送的EDTA-2Na、0.06%的二氧化硫、0.02%的维生素C。④加单宁。立即加入0.1%的单宁，在4℃下静置1h,离心弃去上清液，收集沉淀物。⑤洗脱、干燥。将沉淀物放入溶解罐中，加入2~3倍pH值为4.5的抗坏血酸溶液(或用1:3的盐酸)，调pH值到3，搅拌洗脱40min，然后过滤，收集滤液，减压干燥或冷冻真空干燥即得菠萝蛋白酶精品。单宁沉淀法各操作比高岭土工艺简单，原料消耗少，所需设备少，易于土法上马。但酶回收率低，部分产品能达到食品级，产品酶活力在3.5~4.0×106u/g之间，由于生产中加入单宁，对环境污染大。3.超滤法菠萝下脚料泵送压榨粗过滤一级卧式过滤机湿渣泵送泵送人工淋0.05%苯甲酸钠液体(带细渣)二级卧式过滤机湿渣泵送排走冷水1#3#罐EDTA—Na板框压滤机清夜泵送清液100K超滤膜浓液外卖4#罐泵送精过滤2#罐冷水泵送精过滤10K超滤膜清液外卖浓液5#罐冷水泵送硫酸铵层析罐管式离心机废液排走酶膏超滤脱盐冷冻干燥成品超滤法提取菠萝蛋白酶的主要工艺操作包括：①压榨。将菠萝下脚料洗净，用压榨机压出汁液，加入0.05％苯甲酸钠防腐，迅速过滤除杂质。可采用压滤法或离心法去杂质。②超滤浓缩。将澄清液在管式超滤设备中进行浓缩，使体积浓缩至原体积的1/5。③沉淀。将浓缩液降温至0~4℃，边搅拌边加入-20℃的95％乙醇，直至混合液中乙醇浓度为50％，静置，使酶沉淀，移出上清液，即得湿酶。④干燥。将湿酶在0℃下减压干燥或冷冻真空干燥即得菠萝蛋白酶精品。超滤法生产工艺和操作比较复杂，且设备一次性投资大。超滤浓缩后的浓缩液若再用高岭土吸附法或者单宁沉淀法提取，由于菠萝汁浓缩液仅是菠萝原汁的1/5，可大大节约其他辅助原料的用量，总生产成本减少，且产品质量好，纯度高，酶活力高，酶活总回收率高，对环境造成污染程度减少，环境投资减少，经济效益明显比传统工艺好。超滤浓缩后的浓缩液用有机溶剂沉淀法提取精酶，由于需要低温使生产成本上升，但产品质量、纯度、酶活都优于前者，是菠萝蛋白酶升级换代的新工艺，综合考虑本项目选用超滤法提取菠萝蛋白酶。3.2工艺要求：3.2.1原料的预处理(1)将运来的新鲜菠萝渣搅碎，用锤式粉碎机打碎。(2)将搅碎的菠萝渣进行压榨，直接用连续榨汁机进行原料的再搅碎和榨汁。3.2.2果汁过滤（1）粗过滤：用袋式过滤机过滤。（2）一次过滤：用泵将榨好的果汁泵送到一级卧式过滤机进行过滤。（3）二次过滤：将一级过滤的湿渣泵送到二级过滤