毕业论文--年产5万吨α-淀粉酶 工厂发酵车间设计
南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文） 学 院(部）：生物与化学工程学院专 业： 生 物 工 程 姓 名： 方 帅 指 导 老 师： 肖 连 冬（教 授） 完成日期 2014 年 4 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）年产5万吨-淀粉酶 工厂发酵车间设计The Design for Alpha Amylase Fermentation Workshop with 50000 tons Annual Production总计： 毕业设计（论文） 33页表 格： 5 个插 图 ： 3 幅 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）年产5万吨-淀粉酶 工厂发酵车间设计The Design for Alpha Amylase Fermentation Workshop with 50000 tons Annual Production学 院（部）：生 物 与 化 学 工 程 学 院 专 业： 生 物 工 程 学 生 姓 名： 方 帅 学 号： 1 0 5 0 1 0 5 4 0 0 4 1 指导教师（职称）： 肖连冬（教授） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2014年4月 年产5万吨-淀粉酶 工厂发酵车间设计生物工程专业 方帅摘 要：-淀粉酶 广泛分布于动物、植物和微生物中，能水解淀粉产生糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等，是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。目前，-淀粉酶 已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业。本次设计的淀粉酶发酵工厂年产量为50000吨，以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）BF-7658为生产菌种，以玉米粉为碳源，以豆饼为氮源，采用液体深层发酵法发酵，以此为基础进行设计，确定了生产工艺流程，进行了物料衡算和热量衡算，并计算了主要设备的尺寸。关键词：-淀粉酶 ；生产过程设计；深层发酵法 The Design for alpha Amylase Fermentation Workshop with 50000 tons Annual ProductionBiological engineering FANG ShuaiAbstract: Alpha amylase widely distributed in animals, plants and microbes, hydrolysis can produce dextrin, maltose starch, oligosaccharides and glucose and so on, it is the most widely used in industrial production of one of the enzyme preparation. At present, the alpha amylase has been widely used in modified starch and starch sugar, baking industry, beer brewing, alcohol industry, fermentation and textile and the many industries. The design of the fermentation plant amylase, respectively, with corn flour for carbon sources, to soybean cake as nitrogen source, with BF-7658 Bacillus subtilis strains for production, the deep fermentation, by salting-out extraction technology method, with the annual production capacity of 50000 tons of amylase, 167 tons per day. At the same time make the production process flow diagram, the material balance calculations and heat balance calculations, the design and the size of the cans of fermentation tank seeds.Keywords: alpha amylase; Production process design; Deep fermentationii目录1 绪论11.1 -淀粉酶简述11.2 -淀粉酶结构11.3 -淀粉酶催化机制11.3.1 -淀粉酶催化过程11.3.2 -淀粉酶空间结构特点21.4 -淀粉酶的理化性质31.4.1 底物特异性31.4.2 最适PH和最适温度31.4.3 金属离子对酶稳定性的影响31.5 国内外主要研究机构及其研究方向42 设计说明42.1设计任务42.2设计原则42.3生产菌种选择52.4生产菌种简介52.4.1枯草芽孢杆菌简介52.4.2枯草芽孢杆菌的工业应用53 生产方法的选择53.1 生产方法的选择及结果53.1.1选择生产方法的主要依据14：53.1.2生产方法介绍及确定63.2 工艺流程设计原则63.3.工艺路线选择63.3.1工艺路线简述63.3.2工艺流程简图64 工艺计算74.1 物料流程及说明74.1.2 工艺技术指标及基础数据74.1.3 -淀粉酶 发酵车间的物料衡算84.1.4 年产5万t/a -淀粉酶 工厂发酵车间的物料衡算表94.2 生产车间的热量衡算104.2.1 糊化用水耗热量Q1104.2.2 混合醪煮沸灭菌耗热量Q2114.3 生产车间耗水量124.4耗冷量计算124.4.1发酵热计算124.4.2冷却热计算134.5 无菌空气用量135 主要设备的工艺计算及选型145.1发酵罐的选型145.1.1 发酵罐选型原则145.1.2 发酵罐设计参数的确定145.1.3 发酵罐尺寸的确定155.1.4 发酵罐冷却面积的确定165.1.5 发酵罐搅拌器的设计175.1.6搅拌轴功率的计算185.2 种子罐的选型185.3 发酵罐换热器的选择205.3.1 冷却水耗量205.3.2 冷却面积215.3.3蛇管组数和管径的确定216 车间布置设计226.1 车间设计规范和规定226.2 生产车间布置设计226.2.1 车间布置设计的依据226.2.2 车间布置原则226.3 车间布置结果237 结论23参考文献23鸣 谢24年产5万吨淀粉酶工厂生产车间的设计1 绪论1.1 -淀粉酶简述淀粉酶广泛存在于动物、植物和微生物中1，在食品、发酵、纺织和造纸等工业中均有应用，尤其在淀粉加工业中，微生物淀粉酶更是应用广泛并已成功取代了化学降解法；同时，它们也可以应用于制药和精细化工等行业2。根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同3，可将淀粉酶分为-淀粉酶 、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。其中，-淀粉酶 （-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的-1，4糖苷键4，而生成糊精和还原糖，产物的末端残基碳原子构型为-构型，故称-淀粉酶 5。-淀粉酶 来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中6，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。不同来源的-淀粉酶 的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌-淀粉酶。1.2 -淀粉酶结构从淀粉酶的发现至今-淀粉酶 的种类已经越来越多，按照使用条件可以分为中温型，高温型，耐酸耐碱型。按生产菌不同可以分为细菌、真菌、植物和动物淀粉酶。BF-7568是细菌淀粉酶的代表，米曲酶是真菌淀粉酶的代表。7水解淀粉的酶类主要有-淀粉酶 家族（EC 3.2.1.1），-淀粉酶家族（EC 3.2.1.2）,葡萄糖糖化酶（EC 3.2.1.3），异淀粉酶（EC 3.2.1.68），环式糊精糖化酶（EC 2.4.1.19）等，8其中大部分淀粉水解酶都属于-淀粉酶 家族，需要指出的是，-淀粉酶 与-淀粉酶 家族是两个不同的概念，通常将作用于糖苷键连接的葡萄糖聚糖，并且作用后能保持葡萄糖残基的c1碳原子为淀粉酶家族。-淀粉酶 家族明确的包含两大类酶，即葡萄糖苷水解酶和葡萄糖基转移酶，他们或者水解-1,4键、-1,6键，或者生成-1,4键、-1,6键，极少数还可作用于-1,2键、-1,3键，这取决于各个酶作用的特异性，根据酶的特异性，-淀粉酶 家族可分为将近30种不同专一性特征的酶类。显然-淀粉酶 家族的概念要比-淀粉酶 大很多，只作用于-1,4键，而且仅是水解作用，-淀粉酶 家族则有的作用于-1,4键，有的作用于-1,6键，有的两种糖苷键都能作用，而且既可以是水解作用，也可以是转糖基作用。因此-淀粉酶 只是-淀粉酶 家族中的一个重要成员。91.3 -淀粉酶催化机制1.3.1 -淀粉酶催化过程-淀粉酶 的催化过程包括三步，共发生2次置换反应。第一步，底物某个糖残基要先结合在酶酶活性部位的-1亚结合位点，该糖苷氧原子被充当质子供体的酸性氨基酸（如Glu）所质子化；第二步，-1亚结合位点的另一亲和氨基酸（如Asp）对糖残基的C1碳原子进行亲核攻击，与底物形成共价中间物，同时裂解C1-OR键，置换出底物的糖苷配基部分；第三步，糖苷配基离去之后，水分子被激活（可能正是被刚去质子化的Glu所激活），这个水分子再将Asp的亲和氧与糖残基的C1之间的共价键C1-Asp水解掉，置换出酶分子的Asp残基，水解反应完成。在第二次置换反应中，如果进攻基团不是水分子，而是一个带有游离羟基的糖（寡糖）ROH，那么酶分子的Asp残基被置换出后，就发生了糖基转移反应而非水解反应。1.3.2 -淀粉酶空间结构特点自从DNA重组技术建立以来，许多-淀粉酶 的基因陆续被克隆，-淀粉酶 基因的核苷酸序列的测定和由此推定的氨基酸序列也逐渐被人们越来越深入地认识
