年產(chǎn)100噸L-賴氨酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、目錄1 概述. 2賴氨酸的物理性質(zhì) . 2賴氨酸的用途及功能 . 31.3 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況、需求情況和發(fā)展情況. 4國(guó)外賴氨酸的生產(chǎn) . 4國(guó)內(nèi)賴氨酸的生產(chǎn) . 4國(guó)內(nèi)市場(chǎng)展望7 . 5賴氨酸的生產(chǎn)方法 . 62 生產(chǎn)工藝 . 6菌種的選擇 . 6賴氨酸的代謝控制育種911 . 62.2 l- 賴氨酸發(fā)酵條件的優(yōu)化. 102.3 工藝流程的選擇 . 10培養(yǎng)基的配制 (%). 10具體操作 . 113 物料衡算和能量衡算 . 11發(fā)酵車間的物料衡算 . 11發(fā)酵液量 . 123.1.2 發(fā)酵液配制需糖量 . 123.1.3 二級(jí)種子液量 . 123.1.4 二級(jí)種子培養(yǎng)液所需糖量. 12生產(chǎn)一

2、周期 l-賴氨酸需總糖量 . 123.1.6 耗用淀粉的原料量 . 123.1.7 發(fā)酵培養(yǎng)基硫酸銨耗用量. 133.1.8 二級(jí)種子硫酸銨耗用量 . 133.1.9 玉米漿耗用量 . 133.1.10 磷酸二氫鉀耗用量 . 133.1.11 硫酸鎂耗用量 . 133.1.12 碳酸鈣用量 . 13蘇氨酸鈉耗用量 . 13物料衡算總量 . 133.2 l-賴氨酸發(fā)酵車間的能量衡算. 14蒸汽消耗量計(jì)算 : . 14冷卻水消耗量計(jì)算 . 154 設(shè)備選型 . 164.1 發(fā)酵罐的選擇 . 16種子罐的選擇 . 17攪拌器軸功率的計(jì)算 . 18發(fā)酵罐攪拌器 . 18種子罐攪拌器 . 19貯罐計(jì)算

3、. 19配料罐的計(jì)算 . 19發(fā)酵罐配料罐 . 19種子罐配料罐 . 19離心機(jī)計(jì)算 . 19主要設(shè)備一覽表 . 20年產(chǎn) 100 噸 l- 賴氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1 概述為白色或近白色自由流動(dòng)的結(jié)晶性粉末；幾乎無(wú)臭。易溶于水和甲酸，難溶于乙醇和乙醚。 溶解度（ g/100ml 水） ： 40 （ 0 度） ， 63 （ 20 度） ，96 （ 40 度） ， 131 （ 60 度） 。分子式： c6h14n2o2 分子量：cas 號(hào)：56-87-1 性質(zhì)：熔點(diǎn) 215 c (dec.)。的用途及功能賴氨酸分 d 型和 l 型，具有生物活性的是l-賴氨酸。 l-賴氨酸是組成蛋白質(zhì)所必須的八大

4、氨基酸中最重要的一種氨基酸，是人和動(dòng)物體內(nèi)不能自身合成，必須由體外供給的第一缺乏和限制性氨基酸，在人和動(dòng)物的生長(zhǎng)過(guò)程中和新陳代謝中起著無(wú)可替代的作用。賴氨酸在體內(nèi)的功能有： 參與體蛋白如骨骼肌、 酶和多肽激素的合成； 是生酮氨基酸之一， 當(dāng)缺乏可利用的碳水化合物時(shí)， 它參與酮體和葡萄糖的代謝 （在禁食情況下， 它是重要的能量來(lái)源之一），維持體內(nèi)酸堿平衡；作為合成肉毒堿的的前體物，參與脂肪代謝;另外賴氨酸還可以提高機(jī)體抵抗應(yīng)激的能力。1l-賴氨酸不能參加轉(zhuǎn)氨基作用，它對(duì)調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝平衡， 提高體內(nèi)對(duì)谷類蛋白質(zhì)的吸收， 改善人類膳食營(yíng)養(yǎng)和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育均有重要作用。l-賴氨酸主要用于醫(yī)藥、

5、食品和飼料工業(yè)，全球約90的賴氨酸用作飼料添加劑，約 5用作食品添加劑，其余5用作醫(yī)藥中間體。賴氨酸是人體第一限制性氨基酸，被列為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。在醫(yī)藥上：賴氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，是合成人體激素、 酶及抗體的原料，參與人體新陳代謝和各種生理活動(dòng)，賴氨酸是人體必需氨基酸，在各種氨基酸輸液配方中基本上都有。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)， 賴氨酸與亞鐵化合物一起治療貧血效果顯著。 賴氨酸還可作為利尿藥的輔助治療劑，治療因血中氯化物減少所致的鋁中毒；可與酸(如水揚(yáng)酸 )作用生成鹽，以減輕不良反應(yīng)；與蛋氨酸合用能抑制重高血壓病； 同時(shí)賴氨酸也是優(yōu)良的血栓預(yù)防劑。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，賴氨酸對(duì)營(yíng)養(yǎng)不良、乙型肝炎、支氣管炎病

6、有一定療效；據(jù)國(guó)外報(bào)道，將賴氨酸加入四環(huán)素中，可以消除四環(huán)素在治療中的副作用。23在食品上：賴氨酸是人體第一限制性氨基酸，即人類食品中最為缺乏的一種氨基酸，它是合成大腦神經(jīng)再生性細(xì)胞和其它核蛋白以及血紅蛋白等重要蛋白質(zhì)所需的氨基酸， 當(dāng)食物中賴氨酸含量不足時(shí)， 就會(huì)限制其它氨基酸的利用。營(yíng)養(yǎng)專家認(rèn)為，若在食物中添加1g 賴氨酸，就相當(dāng)于增加10g 可利用的蛋白質(zhì)，兒童食用添加了賴氨酸的食物，其智力發(fā)育、體格發(fā)育、血漿蛋白的含量以及對(duì)疾病的免疫力等均比較高。年老體弱者的食物中添加少量賴氨酸，可明顯增加胃蛋白酶的分泌，使食欲增加。 目前世界上許多國(guó)家普遍將賴氨酸加人大米、面條、罐頭、啤酒、餅干及營(yíng)

7、養(yǎng)型軟飲料中，深受消費(fèi)者歡迎。4此外賴氨酸還是一種環(huán)保物質(zhì)， 它在飼料中的使用可以減少畜禽飼料的總用量，以減少畜禽糞便。 食品加工貯藏過(guò)程中產(chǎn)生的異臭大多是由羥基化合物引起的。 賴氨酸的氨基能與羰基化合物的羰基反應(yīng)，可以消除異臭， 并能改善食品的色、香、味及質(zhì)地，因此它是很好的食品除臭劑。1.3 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況、需求情況和發(fā)展情況1.3.1國(guó)外賴氨酸的生產(chǎn)荷蘭 dsm（dutch staate mijinen）法：以尼龍 -66 的原料己內(nèi)酰胺為原料。化學(xué)合成的 dl- 賴氨酸經(jīng)過(guò)酶法拆分得到l-賴氨酸。日本東麗法：以環(huán)己烷經(jīng)光化消化過(guò)程生成的副產(chǎn)物環(huán)己烯為原料，經(jīng)化學(xué)合成生成 dl-氨基-己

8、內(nèi)酰胺（ dl-acl ） 。用勞倫隱球酵母（cryplococcus laurentii）產(chǎn)生的水解酶將 l-acl 水解生成 l-賴氨酸，同時(shí)用無(wú)色短桿菌（ achromobact-er obae ）產(chǎn)生的消旋酶使殘留的d-acl 轉(zhuǎn)化為 l-acl 通過(guò)兩種酶協(xié)同作用， 在適合的條件（，溫度 39，底物濃度, ）經(jīng)過(guò) 25h 反應(yīng)，使 dc-acl100% 轉(zhuǎn)化為 l-賴氨酸。日本旭化成公司采用固定化二氨基庚二酸脫羧酶，將二氨基庚二酸轉(zhuǎn)化成賴氨酸。51.3.2國(guó)內(nèi)賴氨酸的生產(chǎn)1.3.2.1賴氨酸的生產(chǎn)國(guó)內(nèi)賴氨酸工業(yè)近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，早期的企業(yè)只有大泉賴氨酸廠、廣西賴氨酸廠和川化賴氨

9、酸廠。隨著牲畜和家禽飼養(yǎng)業(yè)的大發(fā)展，作為飼料添 加劑的賴氨酸需求量急劇增長(zhǎng)，市場(chǎng)需求的缺口每年要靠大量的進(jìn)口來(lái)補(bǔ)充。市場(chǎng)巨大的發(fā)展空間吸引了眾多的企業(yè)進(jìn)入賴氨酸行業(yè)。近兩年先后有吉林大成集團(tuán)、 安徽豐原集團(tuán)、 黑龍江牡丹江綠津生物公司等投資建廠。國(guó)內(nèi)主要賴氨酸廠產(chǎn)能情況如下表：6表 1-1 2005國(guó)內(nèi)主要賴氨酸廠產(chǎn)能情況生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)能力（萬(wàn) t/a）四川川化味之素1 廣西桂元賴氨酸廠1 福建大泉賴氨酸1 大成生化工程開(kāi)發(fā)安徽豐原南通江口生物華蒙金河實(shí)業(yè)合計(jì)1.3.2.2醫(yī)藥賴氨酸方面的生產(chǎn)情況目前，我國(guó)藥用氨基酸原料生產(chǎn)廠已發(fā)展到40多家，產(chǎn)量由 1994 年的600多噸增長(zhǎng)至 4000多噸

10、，18種必需氨基酸中已有17種實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。 氨基酸類藥物最大的應(yīng)用領(lǐng)域是氨基酸輸液。1.3.3國(guó)內(nèi)市場(chǎng)展望7隨著飼料工業(yè)、 食品工業(yè)、 醫(yī)藥工業(yè)的不斷發(fā)展， 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)賴氨酸的需求不斷擴(kuò)大， 2001年國(guó)內(nèi)賴氨酸的消耗量為8.2 萬(wàn) t，僅次于美國(guó)，居世界第二，且以每年約16%的速度迅速增長(zhǎng)，市場(chǎng)潛力巨大，前景看好。1331 飼料工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)賴氨酸行業(yè)發(fā)展我國(guó)是世界第二飼料生產(chǎn)大國(guó)。2001 年生產(chǎn)配合料 301 萬(wàn) t，年增長(zhǎng)速度為 19%；添加劑預(yù)混料、濃縮飼料、配合飼料的比例接近1:5:19，飼料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化； 配合飼料產(chǎn)品總體合格率保持在90%以上，飼料產(chǎn)品質(zhì)量連年遞增。我國(guó)

11、飼料業(yè)的發(fā)展，勢(shì)必帶動(dòng)賴氨酸行業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展。1.3.3.2食品添加劑工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)賴氨酸行業(yè)的發(fā)展我國(guó)是 13 億人口的大國(guó)， 13億人口每天消耗量最大的是食品。 2001年食品工業(yè)產(chǎn)值已達(dá)9 千多億元，在全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值中占第一位。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 人民生活水平的不斷提高， 人民對(duì)食品有了新的要求， 營(yíng)養(yǎng)食品、功能食品、保健食品、綠色食品等已成為食品消費(fèi)的新熱點(diǎn)，而作為食品添加劑重要組成部分的賴氨酸，對(duì)生產(chǎn)這些產(chǎn)品的品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。隨著食品添加劑行業(yè)的發(fā)展，賴氨酸行業(yè)也會(huì)不斷的發(fā)展1.3.3.3醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)賴氨酸行業(yè)的發(fā)展對(duì)于一個(gè) 13 億人口的大國(guó)，每天的藥品消耗也是巨大的，

12、2001 年，藥用氨基酸原料產(chǎn)量達(dá)到5000 多噸，為 1994年的 8倍，復(fù)方氨基酸注射液產(chǎn)量約為 1 億多瓶，每年以 15%20%的速度遞增。醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，必將對(duì)賴氨酸行業(yè)的發(fā)展起到一定推動(dòng)作用。賴氨酸的生產(chǎn)方法主要有抽提法，化學(xué)合成法， 酶法與發(fā)酵法 （添加前體發(fā)酵法和直接發(fā)酵法） 。其中發(fā)酵法是生產(chǎn)賴氨酸的主要方法，存在兩種不同途徑，即二氨基庚二酸途徑即前體發(fā)酵法（存在于細(xì)菌、綠藻、原生蟲(chóng)和高等植物中） 與-氨基己二酸途徑即直接發(fā)酵法 （存在于酵母， 霉菌中） 。自 1960 年，日本用谷氨酸棒桿菌的高絲氨酸缺陷型突變菌株發(fā)酵生產(chǎn)賴氨酸獲得成功后，直接發(fā)酵法生產(chǎn)賴氨酸就成了主要方

13、法。目前，世界約2/3的賴氨酸企業(yè)采用發(fā)酵法生產(chǎn)，其產(chǎn)酸率約為 8%10%，純度 99%以上，生產(chǎn)工藝已基本成熟。82 生產(chǎn)工藝賴氨酸產(chǎn)生菌有：細(xì)菌中包括棒狀桿菌、短桿菌、諾卡氏菌、念球菌、假單孢菌、埃希氏菌、芽孢桿菌等；真菌中主要有酵母、加斯酵母、隱球酵母等。目前國(guó)內(nèi)外用于選育賴氨酸生產(chǎn)菌的出發(fā)菌株多為谷氨酸棒桿菌(corynebacterium glutamicum)、黃色短桿菌 (brevibacterium favum)、乳酸發(fā)酵桿菌 (brevibacterium lactofermentus )及大腸桿菌（ e-coli）等。2.1.1l-賴氨酸的代謝控制育種9112.1.1.1l

14、 賴氨酸的生物合成調(diào)節(jié)機(jī)制以黃色短桿菌為出發(fā)菌株，天冬氨酸激酶(ak) 是變構(gòu)酶，具有兩個(gè)變構(gòu)部位，可以與終產(chǎn)物結(jié)合，受終產(chǎn)物影響，當(dāng)只有一種終產(chǎn)物(賴氨酸或蘇氨酸 )與酶變構(gòu)部位結(jié)合時(shí)，酶活性不受影響，當(dāng)兩種終產(chǎn)物(賴氨酸和蘇氨酸)同時(shí)過(guò)量存在，即兩種終產(chǎn)物同時(shí)與酶兩個(gè)變構(gòu)部位結(jié)合時(shí)，酶的活性受到抑制，這種終產(chǎn)物的反饋抑制稱為協(xié)同反饋抑制。在圖 1-1，在代謝途徑第一個(gè)分支點(diǎn)，由于高絲氨酸脫氫酶活性比ddp合成酶約高 15 倍，所以代謝優(yōu)先向合成高絲氨酸方向進(jìn)行；在第二個(gè)分支點(diǎn)，由于琥珀酰高絲氨酸合成酶活性比高絲氨酸激酶高，代謝優(yōu)先向合成甲硫氨酸方向進(jìn)行。當(dāng)甲硫氨酸過(guò)剩時(shí)，阻遏琥珀酰高絲氨酸

15、合成酶的合成，代謝流轉(zhuǎn)向合成蘇氨酸方向進(jìn)行。當(dāng)異亮氨酸過(guò)剩時(shí)， 反饋抑制蘇氨酸脫氫酶，就積累蘇氨酸。由于蘇氨酸過(guò)剩，反饋抑制高絲氨酸脫氫酶，使代謝流轉(zhuǎn)向合成賴氨酸。 賴氨酸和蘇氨酸同時(shí)過(guò)剩， 協(xié)同反饋抑制天冬氨酸， 使整個(gè)途徑停止進(jìn)行。賴氨酸生物合成分支途徑第一個(gè)酶(ddp 合成酶 )和第二個(gè)酶 (ddp 還原酶)均 不受賴氨酸反饋抑制和阻遏。 磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活性受天冬氨酸抑制，這種抑制作用因-酮戊二酸存在而增強(qiáng)，為乙酰coa 所逆轉(zhuǎn)，如圖 1-2 所示。2.1.1.2賴氨酸的育種途徑以黃色短桿菌為出發(fā)菌株， 根據(jù)菌株的特性， 可以從以下幾個(gè)方面來(lái)選圖 1-1 黃色短桿菌賴氨酸生物合成

16、調(diào)節(jié)機(jī)制圖 1-2 黃色短桿菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成調(diào)節(jié)機(jī)制育賴氨酸產(chǎn)(1)優(yōu)先合成的轉(zhuǎn)換滲漏缺陷型的選育在野生型中，賴氨酸生物合成途徑第一分支處，由于高絲氨酸脫氫酶的活性比 ddp 合成酶高 15 倍，代謝流優(yōu)先向合成蘇氨酸方向進(jìn)行。如果降低高絲氨酸脫氫酶活性， 代謝流就會(huì)轉(zhuǎn)向優(yōu)先合成賴氨酸。當(dāng)高絲氨酸脫氫酶活性很低， 所合成的蘇氨酸少， 不足以與賴氨酸共同對(duì)天冬氨酸激酶活性的協(xié)同反饋抑制作用，就可以過(guò)量積累賴氨酸。日本椎尾等將黃色短桿菌no.2247 經(jīng)亞硝基胍處理， 獲得一批蘇氨酸或蛋氨酸敏感突變株，能積累賴氨酸25 gl。此突變株的高絲氨酸脫氫酶活性僅為野生株的 130。即為高絲氨

17、酸脫氫酶滲漏缺陷型，當(dāng)培養(yǎng)液中蘇氨酸或蛋氨酸濃度超過(guò)100g/ml 時(shí)，生 長(zhǎng)就被抑制。這是因?yàn)榛钚院艿偷母呓z氨酸脫氫酶容易受蘇氨酸抑制或蛋氨酸阻遏，相應(yīng)地造成蘇氨酸或蛋氨酸缺乏，而抑制生長(zhǎng)。(2)切斷支路代謝營(yíng)養(yǎng)缺陷型的選育賴氨酸合成途徑是具有分支途徑的， 對(duì)于賴氨酸單獨(dú)對(duì)自身合成途徑中的酶沒(méi)有調(diào)節(jié)作用的細(xì)菌， 如黃色短桿菌和谷氨酸棒桿菌，對(duì)天冬氨酸激酶的反饋抑制是賴氨酸 +蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制作用。于是通過(guò)誘變使高絲氨酸脫氫酶缺失， 切斷通向蘇氨酸、 蛋氨酸的代謝流。 控制培養(yǎng)液中高絲氨酸(或蘇氨酸 +蛋氨酸 )量，降低蘇氨酸濃度，解除賴氮酸+蘇氦酸對(duì)天冬氨酸激酶的協(xié)同反饋抑制作用，因而能

18、夠過(guò)量積累賴氨酸。(3)抗結(jié)構(gòu)類似物突變株的選育選育抗結(jié)構(gòu)類似物突變株是賴氨酸發(fā)酵育種的重要手段，這種突變株遺傳性地解除終產(chǎn)物對(duì)自身合成途徑的酶的調(diào)節(jié)控制，不受培養(yǎng)基中所要求的物質(zhì)濃度影響， 生產(chǎn)比較穩(wěn)定。 賴氨酸發(fā)酵育種已使用的結(jié)構(gòu)類似物，其中以 s-(2-氨基乙基 )-l- 半胱氨酸 (aec) 的效果最佳，應(yīng)用最廣。賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物的作用機(jī)制是起假反饋抑制作用。因?yàn)橘嚢彼峤Y(jié)構(gòu)類似物的結(jié)構(gòu)與賴氨酸相似， 為天冬氨酸激酶所誤認(rèn)， 與蘇氨酸一起在天冬氨酸檄酶的變構(gòu)部位上結(jié)合，協(xié)同抑制酶的活性。但aec 單獨(dú)存在時(shí)對(duì)酶活性沒(méi)有抑制作用。如果通過(guò)誘變使天冬氨酸激酶編碼的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變，使天冬氨酸

19、激酸對(duì)賴氨酸及結(jié)構(gòu)類似物不敏感，即使在過(guò)量蘇氨酸存在時(shí)，該酶也不與賴氨酸或結(jié)構(gòu)類似物結(jié)合，但酶的活性中心不變。 具有這一特點(diǎn)的菌株叫做抗結(jié)構(gòu)類似物突變株或代謝調(diào)節(jié)突變株。但是，只有抗性的菌株其賴氨酸產(chǎn)量不高， 而具有抗性兼有營(yíng)養(yǎng)缺陷型的菌株，賴氨酸產(chǎn)量大為提高。(4)增加前體物的合成和阻塞副產(chǎn)物生成丙酮酸、 草酰乙酸和天冬氨酸是賴氨酸合成的前體物，特別是天冬氨酸。關(guān)鍵酶一天冬氨酸激酶的反應(yīng)速度與底物天冬氨酸濃度之間呈s 形曲線關(guān)系，隨著天冬氨酸濃度增加， 酶與底物的親加力協(xié)同性增大。一方面增加天冬氨酸濃度， 能夠抵消變構(gòu)抑制劑的影響； 同時(shí)使基質(zhì)充分地用于合成這些前體物，使前體物充分地用于合成

20、賴氮酸。也就是說(shuō)， 賴氨酸的產(chǎn)量很大程度上取定于菌體的碳代謝。天冬氨酸對(duì)磷酸烯醇丙酮酸羧化酶有反饋抑制作用，這種抑制作用由于-酮戊二酸存在而增強(qiáng)。為了解除天冬氨酸對(duì)自身合成途徑中酶的反饋抑制，可選育抗天冬氨酸結(jié)構(gòu)類似物突變株。l- 賴氨酸發(fā)酵條件的優(yōu)化培養(yǎng)條件的優(yōu)化與否直接影響到代謝方式及代謝流量的變化,從而影響到目的產(chǎn)物的產(chǎn)量。 保證菌體生長(zhǎng)和發(fā)酵生成產(chǎn)物所必須的各種最佳條件可以使目的產(chǎn)物產(chǎn)量大幅度的提高。對(duì)于基因工程菌而言,培養(yǎng)條件對(duì)目的基因的高效表達(dá),質(zhì)粒穩(wěn)定性等具有重要影響。張偉國(guó)、陳銀芳12等關(guān)于 l-賴氨酸高產(chǎn)菌的選育及發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化的研究結(jié)果表明菌株lxq-89 搖瓶發(fā)酵 72h

21、 賴氨酸產(chǎn)量達(dá)到 79g/l，經(jīng)發(fā)酵條件優(yōu)化后得到的最佳的種子培養(yǎng)基(g/l)：葡萄糖 25、(nh4)2so4 5、玉米漿35、kh2po4 1.0、mgso47h2o 0.5、caco3 15。種子最佳培養(yǎng)條件： ph7.0，裝液量 25 ml250 ml 三角瓶。最佳發(fā)酵培養(yǎng)基(g/l)：葡萄糖 170、(nh4)2so4 55、玉米漿 18.6、kh2po41.2、mgso47h2o 0.6、caco3 45，l-蘇氨酸 40 工藝流程的選擇草酰乙酸是天冬氨酸合成的重要前體， 根據(jù)黃色短桿菌 (brebvibacterium flavum)草酰乙酸生成方式的不同，賴氨酸的合成有以下兩條

22、途徑。通過(guò) tca 循環(huán)：通過(guò)磷酸烯醇丙酮酸羧化反應(yīng)：2.4培養(yǎng)基的配制 (%) 種子培養(yǎng)基（ g/l）配方表葡萄糖25 硫酸銨5 玉米漿35 磷酸二氫鉀1 七硫酸鎂0.5 碳酸鈣15 發(fā)酵培養(yǎng)基 (g/l)配方表葡萄糖170 硫酸銨55 玉米漿1 磷酸二氫鉀1.2 七硫酸鎂0.6 l-蘇氨酸40 碳酸鈣45 接種量 2% 2.5具體操作斜面培養(yǎng)種子培養(yǎng)發(fā)酵罐（1）斜面培養(yǎng)l-賴氨酸斜面菌種培養(yǎng)基(g/l):葡萄糖 5 ,牛肉膏 10 ,蛋白胨 10 ,nacl 5 ,瓊脂 25 ,ph 7.0 （2）種子培養(yǎng)基 :葡萄糖 25 , (nh4)2so45 ,玉米漿 35 , kh2po4 1

23、, mgso47h2o ，caco315，ph （3）發(fā)酵培養(yǎng)基 :葡萄糖 170 , (nh4)2so4 55,玉米漿 , kh2po4 1 .2，mgso47h2o 0.6 ，l-蘇氨酸 40，caco3 45 , 3 物料衡算和能量衡算l-賴氨酸生產(chǎn)工藝指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下表所示: 淀粉原料中含淀粉量80，含水 14指標(biāo)名稱指標(biāo)數(shù)指標(biāo)名稱指標(biāo)數(shù)生產(chǎn)規(guī)模100t/a 糖濃度170kg/m3 生產(chǎn)方法中糖發(fā)酵淀粉糖化轉(zhuǎn)化率95% 生產(chǎn)天數(shù)300 糖酸轉(zhuǎn)化率% 倒罐率0.1% l-賴氨酸含量% 發(fā)酵時(shí)間72h 一周期產(chǎn)量1333kg 質(zhì)量純度99% 提取率80% 發(fā)酵周期、周期數(shù)t=發(fā)酵時(shí)間 +

24、間歇時(shí)間 =72+24=96(h)=4(d) 周期數(shù) =300/4=75(個(gè)) 以下以一周期為例，計(jì)算生產(chǎn)l-賴氨酸耗用的原料及其他物料的量。發(fā)酵液量v1=1333 （170 80% 99）m3式中： 170發(fā)酵培養(yǎng)基糖濃度kg/m3 糖酸轉(zhuǎn)化率80%提取率99除去倒罐率后發(fā)酵成功率發(fā)酵液配制需糖量純糖汁 m1= v1 170=kg 二級(jí)種子液量v2=2% v1= m3二級(jí)種子培養(yǎng)液所需糖量m2=25 v2=kg 式中:25二級(jí)種液含糖量 (kg/ m3) 生產(chǎn)一周期 l-賴氨酸需總糖量m= m1+ m2=kg 耗用淀粉的原料量理論上 100kg 淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg 故理論上耗用

25、淀粉量為 : m 淀粉=/(80% 95% 111%) =kg 式中: 80%淀粉原料含純淀粉量95%淀粉轉(zhuǎn)化率發(fā)酵培養(yǎng)基硫酸銨耗用量發(fā)酵培養(yǎng)基耗硫酸銨量為55 v1=55 =1139.05kg 二級(jí)種子硫酸銨耗用量二級(jí)種子液耗硫酸銨量為5 v2=kg 玉米漿耗用量二級(jí)種子液耗玉米漿量為35 v2=kg 發(fā)酵培養(yǎng)基耗玉米漿量為 v1=kg 共耗 +=kg 磷酸二氫鉀耗用量二級(jí)種子液耗磷酸二氫鉀量為1 v2=kg 發(fā)酵培養(yǎng)基耗磷酸二氫鉀量為1.2 v1=kg 共耗+=kg 硫酸鎂耗用量m 硫酸鎂 =0.5 v2+ v1=kg 碳酸鈣用量二級(jí)種子液耗碳酸鈣量為15 v2=kg 發(fā)酵培養(yǎng)基耗碳酸鈣量

26、為45 v1=kg 共耗 +=kg l-蘇氨酸鈉耗用量m l-蘇氨酸 =40 v1=kg 物料衡算總量(1) 發(fā)酵液量m1 % 99.9%=1681.21kg (2) 實(shí)際生產(chǎn)的量 80%=kg 物料衡算結(jié)果列表總計(jì) : 物料名稱生產(chǎn)一周期 l-賴氨酸物生產(chǎn)一年 l-賴氨酸料量/kg 物料量 /kg 發(fā)酵液量m3m3二級(jí)種子液量0.414 m3m3發(fā)酵用糖2.64 105二級(jí)種子液用糖糖液總量26.5 105淀粉3.14 105種子硫酸銨發(fā)酵硫酸銨11 8.54 104玉米漿 104磷酸二氫鉀硫酸鎂碳酸鈣7.03 104l-蘇氨酸6.21 104l-賴氨酸1.0 105l-賴氨酸發(fā)酵車間的能量

27、衡算蒸汽消耗量計(jì)算 : (1) 按直接蒸汽混合加熱估計(jì)升溫過(guò)程所需的蒸汽量d1: d1=g c (t2-t1) (1+)/ (i-t2 c) 式中: g培養(yǎng)基液體量 ,千克c培養(yǎng)基料液比熱容 ,千焦/(千克 攝氏度) t2加熱到的料液溫度 ,攝氏度t1加熱開(kāi)始的料液溫度 ,攝氏度i蒸汽熱焓 ,千焦/千克 加熱過(guò)程中熱損失而增加的蒸汽消耗量5%10%,這里取 10% d1升溫過(guò)程中所需蒸汽量,千克d1周期= g c (t2-t1) (1+ )/ (i-t2 c) = 1000 (121-30) (1+10%)/ (8) =3.86(t) d1年= d1周期 75= (t) (2) 發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌

28、保溫時(shí)的蒸汽量d2保溫時(shí)蒸汽消耗量 d2與操作有很大關(guān)系 ,比較難計(jì)算 .一般按直接蒸汽加熱時(shí)消耗量的 30%-50%來(lái)估算 , d2=（30%-50%）d1d2周期=50% d1周期= (t) d2年= d2周期 75=(t) (3) 發(fā)酵罐實(shí)罐滅菌過(guò)程的蒸汽消耗量d d= d1周期+ d2周期d周期=3.86+ =(t) d年= d1年+ d2年=+= (t) (4) 種子罐實(shí)罐滅菌蒸汽消耗量d0所以根據(jù)種子罐的接種量為2% 估算蒸汽消耗量為 d0周期=2% d周期= (kg) d0年=2% d年= (t) (5)發(fā)酵車間總消耗蒸汽量d 總d周期總=d周期+d0周期=(t) d年總=d年+

29、 d0年= (t) (6)全廠消耗蒸汽量 d 全d周期全周期總=(t) d年全年總=(t) 3.2.2冷卻水消耗量計(jì)算已知發(fā)酵培養(yǎng)基需要從121降到 30所需放出的熱量為q=cm (t1-t2)=1000(121-30) =106(kj) c比熱容m培養(yǎng)基的質(zhì)量t1,t2培養(yǎng)基冷卻前后的溫度則冷卻水需吸收的熱量也為q，冷卻水的用量為m=q/c（t2-t1）=8106(10-5) =106 (kg) =103 (t) m冷卻水的質(zhì)量能量衡算結(jié)果列表總計(jì) : 能量名稱生產(chǎn)一周期 l-賴氨酸所需能量生產(chǎn)一年 l-賴氨酸所需能量蒸汽/(t) 冷卻水 /(t) 1031054 設(shè)備選型4.1 發(fā)酵罐的選

30、擇每個(gè)生產(chǎn)周期：發(fā)酵液體積為m3，種子液體積為 0.414 m3料液總體積為m3，裝料系數(shù)為 80% m3所以我們選用兩個(gè) 14 m3的發(fā)酵罐，另選一個(gè)作為備用罐。h/d=1.73，取 h/d32015.04dhdv33015.02ddv=14 d=m, 圓整 d=2m, h=2d=4m 已知3121dd取 dd= 已知12181dw,取 w=101d= 已知0.18.0db，取 bd=0.72m 圓整 b已知5.25.1ds, 取 s=2dm 3213.04dhdvbb（bh 取 25mm）12.1213.0025.02432bvm3 發(fā)酵液的圓柱體積 v柱=/21.12= m3 發(fā)酵液的柱

31、體高 h=md0. 3)2(44.92假設(shè)用 2 層攪拌器，所以 s1=m 檢驗(yàn)： s1/d.8=1.75在 12范圍內(nèi)每個(gè)周期的種子液為0.414 m3，裝料系數(shù)為 80% 0.414/80%= m3選擇公稱體積為 m3的種子罐兩個(gè)h/d=1.73，取 h/d32015.04dhdv33015.02ddvd=0.66m, 圓整 d=0.7m, h=2d已知3121dd取 dd=0.28m 圓整 d已知12181dw,取 w=101d=0.07m 圓整 w已知0.18.0db，取 bd=0.3m 已知5.25.1ds, 取 s=2d=m 3213.04dhdvbb（bh 取 25mm）0542

32、.07 .013.0025.07.0432bvm3 發(fā)酵液的圓柱體積 v柱= m3 發(fā)酵液的柱體高 h=mdv94. 05.304.133598.0)2(22圓整 h=1m 假設(shè)用兩層攪拌器，所以s1=1=m 檢驗(yàn)： s1/d/0.3=在 12范圍內(nèi)假定生產(chǎn)條件：發(fā)酵罐的攪拌轉(zhuǎn)速為180rpm，通氣量為 0.8vvm ，發(fā)酵液密度為 1000kg/m3s。已知 d=0.8m , d=2m 液位高 hl=bh=3.0+0.8=3.8m n=180rpm=3r/s =1000kg/ m3 ?s mre =4221092.11. 010008.03nd104 （屬湍流狀態(tài)）p=kn3d5=4.8 334210008.05.5kw 校正系數(shù) f=)/)(/(31dhddl=15.1)8 .0/8 .3)(8 .0/2(31實(shí)際 p*=f p59 .485 .42kw 因?yàn)橛袃蓪訑嚢杵鱬2= p*kw 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量q0=vlvvm=/2= m3/min gq = 0q (273273t)lthgp?61021)1013.0(1013.0= (27325273)1.31081.9105021)05.01013.0(1013.06m3/min na=035.0061