L-絲氨酸酶法生產(chǎn)工藝放大試驗(yàn)培訓(xùn)課件[通用]

1、L-絲氨酸酶法生產(chǎn)工藝放大試驗(yàn)培訓(xùn)課件2022/7/6目錄概述制藥工藝路線及研究階段原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)流程簡述發(fā)酵工藝放大優(yōu)化分離純化放大與優(yōu)化產(chǎn)品的檢驗(yàn)與分析主要設(shè)備的計(jì)算種子罐發(fā)酵罐離子交換罐研究內(nèi)容：L-絲氨酸概述L-絲氨酸是一種脂肪族極性氨基酸。L-絲氨酸是組成蛋白質(zhì)的常見20種氨基酸中的一種，是哺乳動(dòng)物的非必需氨基酸，也是生酮氨基酸。在自然界中也有D-絲氨酸，如絲原蛋白中。在一些抗生素中也有D-絲氨酸。符號(hào)：S。學(xué)名：2-氨基-3羥基丙酸。英文名：L-Serine，縮寫：L-Ser，分子式：C3H7NO3，結(jié)構(gòu)式：CH2OHCH(NH2)COOH，分子量：105.09。結(jié)

2、構(gòu)式：藥理作用：磷脂酰絲氨酸補(bǔ)充劑能增加大腦皮層中的神經(jīng)傳遞質(zhì)乙酰膽堿的產(chǎn)量，乙酰膽堿與思維、推理和注意力集中有關(guān)聯(lián)。磷脂酰絲氨酸也能刺激多巴胺的合成和釋放。磷脂酰絲氨酸似乎和大腦對(duì)壓力的反應(yīng)有關(guān)聯(lián)。一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，在針對(duì)健康人施加壓力的實(shí)驗(yàn)中，服用磷脂酰絲氨酸的人群對(duì)于壓力的反應(yīng)要比其他人群低。壓力反應(yīng)是通過衡量血液中促腎上腺皮質(zhì)激素水平得出的，促腎上腺皮質(zhì)激素是由腦下垂體分泌的一種激素，它隨之促進(jìn)腎上腺分泌應(yīng)激激素皮質(zhì)醇。磷脂酰絲氨酸主要用于治療癡呆癥（包括阿茲海默癥和非阿茲海默癥的癡呆）和正常的老年記憶損失。國內(nèi)外的生產(chǎn)情況L-絲氨酸的主要生產(chǎn)方法有以下四種。蛋白質(zhì)水解法：L-絲氨酸在

3、絲膠蛋白中的含量豐富，蠶繭衣中含量為13.64%，因此，可用水解蠶繭衣制取。添加前體發(fā)酵法：L-絲氨酸在生物體內(nèi)代謝運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快，直接發(fā)酵法生產(chǎn)困難。一般采用添加前體的發(fā)酵法。添加的前體主要有甘氨酸、甘氨酸三甲內(nèi)鹽或甘油酸，其中以甘氨酸為前體的已工業(yè)化。產(chǎn)生菌可分為兩類：異養(yǎng)型和甲基營養(yǎng)型細(xì)菌?；瘜W(xué)合成法：DL-絲氨酸可有以羥基乙醛為原料的合成法等，然后再拆分得L-絲氨酸。酶法：利用絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶催化甲醛和甘氨酸（Gly）可逆的合成L-Ser，反應(yīng)過程中SHMT需PLP和四氫葉酸（THFA）作為其輔因子，由于主要原料來源廣泛、價(jià)格低廉，并可合成高濃度的產(chǎn)物，因此該法是目前最有應(yīng)用前景的L-

4、Ser生產(chǎn)方法。鑒于化學(xué)合成法和酶法各自的優(yōu)勢,可將二者結(jié)合起來,即先用化學(xué)合成法制備出DL-絲氨酸,將其氨基乙?；?再用固定化酶法進(jìn)行拆分?，F(xiàn)用于氨基酸拆分的酶主要是氨基酰化酶,通常將酶固定在DEAE-葡聚糖凝膠A-25、碘乙酰纖維素或聚丙烯胺凝膠上。將固定化酶均心地裝入柱內(nèi),底物(乙?；被?溶液在合適的柱溫、pH條件下以一定的速度通過酶柱即可。過程如下：用途與發(fā)展前景L-絲氨酸雖屬于非必需氨基酸但具有許多重要的生理功能和作用,因此,在醫(yī)藥、食品、化妝品中均有較為廣泛的應(yīng)用。絲氨酸是重要的自然保濕因子(NMF)之一,皮膚角質(zhì)層保持水分的主要角色,因此是很多高級(jí)化妝品中的關(guān)鍵添加劑,只是因

5、其價(jià)格限制了它在化妝品中的應(yīng)用。L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和營養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、愛滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等?？顾ダ献饔?。食品：L-絲氨酸用于運(yùn)動(dòng)飲料、氨基酸減肥飲料等。飼料：L-絲氨酸用于動(dòng)物飼料，可促進(jìn)動(dòng)物生長發(fā)育；7制備工藝路線發(fā)酵過程原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格培養(yǎng)基：LB培養(yǎng)基 蛋白胨 10g 酵母浸出液 5 g 氯化鈉 5g 水 1L發(fā)酵流程1.將LB培養(yǎng)基共0.25m3放入0.3m3的種子罐配料罐中，待攪拌均勻后，用泵打入種子罐中，種子罐用138水蒸氣進(jìn)行夾套加熱滅菌（使培養(yǎng)基從25升至121），再用冷卻水使之冷卻到37，

6、接入菌種后培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期待用。2022/7/62在12 m3的發(fā)酵罐配料罐中加入8.35m3的LB培養(yǎng)基，開啟攪拌待混勻后，用泵打入發(fā)酵罐中，進(jìn)行滅菌，用138水蒸氣先進(jìn)行間接加熱（使培養(yǎng)基從25升至90），再用蒸汽直接加熱（使培養(yǎng)基從90升至121），然后用冷卻水使之冷卻到37，待用。3.將種子罐中的料液放入發(fā)酵罐中發(fā)酵14h，再用離心機(jī)進(jìn)行離心分離，收集菌體，廢液放入貯罐中。2022/7/6發(fā)酵放大主要過程示意圖2022/7/6生產(chǎn)原料氫氧化鈉溶液用量66040L 濃度1M鹽酸用量66040L pH=2 無水乙醇用量2080L去離子水用量99060L717型離子交換樹脂用量49530L產(chǎn)品的

7、主要技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)規(guī)模：80 噸/年生產(chǎn)方法：717型離子交換樹脂離子交換層析后，進(jìn)行濃縮，之后添加乙醇結(jié)晶，離心分離生產(chǎn)天數(shù)：300天生產(chǎn)周期：1天生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)分離純化所需原材料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格生產(chǎn)流程簡述:本設(shè)計(jì)采用離子交換層析對(duì)兩種氨基酸（L-絲氨酸和L-甘氨酸）進(jìn)行分離。基本流程：反應(yīng)液離子交換層析濃縮結(jié)晶過濾干燥產(chǎn)品反應(yīng)過程:發(fā)酵結(jié)束后收集菌體，菌體沉淀中加入蒸餾水制成菌懸液，細(xì)胞破碎后加入5-磷酸吡哆醛（PLP，終濃度為2mmol/L），37溫育24h。然后加入四氫葉酸（終濃度為25mmol/L）、甘氨酸（終濃度為2mol/L）、37的甲醛溶液（終濃度為50mmol/L）進(jìn)

8、行酶反應(yīng)72h2022/7/6離子交換層析過程采用717型離子交換樹脂，將其裝入離子交換罐，保證其密實(shí)。然后用氫氧化鈉水溶液處理（溶液濃度為1M，體積為66040L）使離子交換柱呈堿性，處理完之后上樣。上樣后，L-絲氨酸和L-甘氨酸吸附在交換樹脂上，可用酸性溶液洗脫，本設(shè)計(jì)采用pH=2的Hcl溶液洗脫，用量為66040L，洗脫前需要用去離子水洗滌，最終可得氨基酸溶液為16510L，其中L-絲氨酸為6934L。結(jié)晶過程離子交換層析完畢后，對(duì)料液進(jìn)行濃縮。采用蒸汽加熱，可將料液濃縮至原體積的1/10。濃縮過程：待濃縮液冷卻后，加入208L無水乙醇，使L-絲氨酸結(jié)晶，最后離心烘干可得產(chǎn)品267kg/

9、天。年操作日為300天。簡述: 717型離子交換樹脂裝入離子交換罐用氫氧化鈉溶液處理上樣用去離子水洗滌用Hcl溶液洗脫濃縮冷卻加入無水乙醇結(jié)晶離心過濾烘干產(chǎn)品2022/7/6工藝分離生產(chǎn)條件:已知L-絲氨酸的小試純化工藝為：717型離子交換樹脂用1M的NaOH溶液處理成OH-型，水洗至中性后裝柱（三根25500mm的柱子）。對(duì)第一根柱子上樣，上樣結(jié)束后水洗。然后連接另2根柱子，用pH=2的Hcl洗脫，分別收集只含L-絲氨酸、L-甘氨酸，以及同時(shí)含這兩種氨基酸的洗脫液。假設(shè)一個(gè)柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲

10、氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天，生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)。水蒸氣138，冷卻水由27進(jìn)，37出。物料衡算已知柱子25500mm，一個(gè)柱子的體積為V，已知NaOH溶液用量為4V，洗滌水用量為2V，洗滌液用量為4V，其中含氨基酸的洗脫液體積為1V，含L-絲氨酸的洗脫液體積為0.42V。將含L-絲氨酸的洗脫液濃縮液濃縮至原體積的1/10，加入3倍體積的無水乙醇，將晶體（濕含量15%）離心烘干，L-絲氨酸的分離得率為77%。年操作日300天。2022/7/

11、6離子交換罐小試生產(chǎn)時(shí)：放大后：2022/7/6濃縮罐：離心機(jī)：能量衡算： 查表得：濃縮罐采用間接蒸汽加熱至沸騰（加熱蒸汽為138）根據(jù)能量守恒定律得：其中：代入公式：求得: =5%10%，取10%即:水蒸氣的估計(jì)用量為7341Kg.冷卻器假定物料冷卻至37根據(jù)能量守恒定律得：其中=5%10%，取10% 主要設(shè)備的計(jì)算離子交換罐的計(jì)算選擇反吸附離子交換罐已知離子交換樹脂總體積：離子交換罐高徑比（H/D）為3，即樹脂層高度占圓筒高度的50%,即圓整得濃縮罐設(shè)計(jì)進(jìn)料體積 ：6934T 選擇搪玻璃蒸發(fā)器10m3 HG5-38-79冷卻器假設(shè)冷卻時(shí)間為0.5h,即t=0.5h查表得換熱系數(shù)：K=830

12、1250kJ/(m2h)取K=1000kJ/(m2h)對(duì)數(shù)平均溫度 根據(jù)換熱面積選型得列管式石墨換熱器HG5-1320-80換熱面積為20.7m2有效管長為4000mm根數(shù)為61筒徑為400mm離心機(jī)已知離心機(jī)分離物料為固液混合，所以采用過濾離心機(jī).其中 所以離心機(jī)所需容積假設(shè)離心分5次進(jìn)行，則每次進(jìn)料量為554.7L其中絲氨酸濃縮液每次進(jìn)料138.7，乙醇進(jìn)料416L。選用SS1800過濾離心機(jī)其轉(zhuǎn)速為510r/min有效容積為660L過濾面積為2.7m2外形尺寸為 儲(chǔ)罐：高位槽NaOH總體積為66040L，分3個(gè)高位槽安放。選型為F25000 HG/T 2374-98公稱容積為25000L

13、實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mmHCl總體積為66040L，分3個(gè)高位槽安放。選型為F25000 HG/T 2374-98公稱容積為25000L實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mm洗脫水體積為99060，分4個(gè)高位槽安放選型為F25000 HG/T 2374-98實(shí)際容積為27790L直徑D為2800mm高度H為5379mm液位計(jì)直徑為65/50mm無水乙醇體積2080L選型為F3000 HG/T 2374-88公稱容積為3000L實(shí)際容積為3337L直徑D為1450mm高度H為2933

14、mm液位計(jì)直徑為65/50mm廢液儲(chǔ)罐已知此液總體積為16510L選用搪玻璃臥式儲(chǔ)罐型號(hào)為HG/T2375 94公稱容積為20000L實(shí)際容積為22332L直徑D為2400mm長度L為5374mm液位計(jì)直徑為65/50mm產(chǎn)品的檢驗(yàn)與分析檢驗(yàn)原理：紙層析法是利用各物質(zhì)不同的分配系數(shù)，使混合物隨流動(dòng)相時(shí)而得到分離的方法。紙層析法是以濾紙作為惰性支持物的。濾紙纖維與水親和力較強(qiáng)，而與有機(jī)溶劑親和力弱，所以紙層析以濾紙纖維和結(jié)合水為固定相，以有機(jī)溶劑為流動(dòng)相。當(dāng)有機(jī)相沿濾紙流動(dòng)經(jīng)過樣品點(diǎn)時(shí)，樣品點(diǎn)上的溶液在水相和有機(jī)相之間進(jìn)行分配，樣品移動(dòng)速率與樣品的極性及水親和力有關(guān)，因此，極性氨基酸移動(dòng)較慢，而

15、非極性氨基酸移動(dòng)較快。2022/7/6在一定的條件下某種物質(zhì)的Rf值是常數(shù)。Rf值的大小與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、溶劑系統(tǒng)、層析濾紙的質(zhì)量和層析溫度等因素有關(guān)。2022/7/6產(chǎn)品的檢驗(yàn)與分析實(shí)驗(yàn)器材與試劑（1）實(shí)驗(yàn)器材：硅膠板，層析缸，毛細(xì)管，鉛筆，展開劑，顯色劑（2）實(shí)驗(yàn)試劑展開劑:正丁醇：丙酮：氨水：水（10：10：2：1）100ml指示劑:茚三酮丙酮（150）20ml（3）待測溶液：L-絲氨酸反應(yīng)液實(shí)訓(xùn)步驟：1.試劑準(zhǔn)備:展開劑以及茚三酮顯色劑配制。2.劃線:用鉛筆在硅膠板上距末端一厘米出輕輕畫一橫線。2022/7/63.點(diǎn)樣用毛細(xì)管分別吸取待測樣品溶液，在橫線上輕輕點(diǎn)樣，分別點(diǎn)三次。注：點(diǎn)

16、完一次之后等到殘余溶劑滲入之后再點(diǎn)樣，點(diǎn)樣不宜太多，否則會(huì)降低Rf值，斑點(diǎn)直徑控制在2毫米，不宜超過5毫米。同時(shí)點(diǎn)樣點(diǎn)之間距離在一厘米左右，防止邊緣效應(yīng)。硅膠板在空氣中放置時(shí)間要盡量短，否則會(huì)因吸潮而降低活性。4.展層將點(diǎn)了樣的硅膠板放在盛有展開劑（約05cm）的展開槽中。距離硅膠板上端二厘米處取出硅膠板。注：展開劑不能超過一厘米出畫的線。由于毛細(xì)管作用，展開劑在硅膠板上緩慢前進(jìn)，樣品由于與展開劑的親和力不同而分離。5.顯色展開好后，取出，晾干，用裝有茚三酮的噴霧器進(jìn)行噴霧顯色，多數(shù)在日光下可找到色點(diǎn)。用鉛筆將各斑點(diǎn)框出，并找出斑點(diǎn)中心，用小尺量出各斑點(diǎn)到原點(diǎn)的距離和溶劑前沿到起始線的距離，然

17、后計(jì)算出樣品的比移值2022/7/6“三廢”治理及綜合利用廢水處理各類廢水將經(jīng)廠區(qū)污水站預(yù)處理達(dá)標(biāo)后，可納入污水管網(wǎng)，進(jìn)污水處理廠集中處理，達(dá)標(biāo)排放。廠區(qū)生產(chǎn)廢水預(yù)處理工藝圖：2022/7/6噪聲、固廢污染防治（1）噪聲對(duì)高噪聲設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行消聲、隔聲處理，污水提升泵站在泵房內(nèi)隔音。（2）固廢應(yīng)按照固體廢物的性質(zhì)進(jìn)行分類收集和暫存。本項(xiàng)目所有廢物都必須儲(chǔ)存于加蓋密閉容器中。各種腳料及母液用鋼質(zhì)容器儲(chǔ)存，脫水渣也采用聚氯乙烯容器儲(chǔ)存。發(fā)酵液板框壓濾廢渣干燥后可做生物復(fù)合肥原料綜合利用；粗品溶解濾渣主要成分為硅藻土，干燥后也可做生物復(fù)合肥原料綜合利用。2022/7/6對(duì)蒸餾殘液以及廢活性炭

18、等危險(xiǎn)固廢，對(duì)其進(jìn)行焚燒處理。煙氣高空排放。項(xiàng)目燃煤鍋爐煤渣可外賣綜合利用，由磚瓦廠制磚或用于鋪路等。廠區(qū)職工產(chǎn)生的生活垃圾，可由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)填埋處理。具有刺激性、惡臭物料的包裝材料儲(chǔ)存于容器中并加蓋密閉。廢包裝箱、捆綁材料等則應(yīng)及時(shí)收集，室內(nèi)分類存放，可回收綜合利用的盡量回用，少量不能回用的，應(yīng)進(jìn)行去毒或無害處理后一并由環(huán)衛(wèi)部門外運(yùn)填埋處理。2022/7/6主要設(shè)備：種子罐不銹鋼種子罐廣泛用于微生物生長的一種反應(yīng)設(shè)備。在種子罐（發(fā)酵罐）中各種微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中生長,新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。種子罐廣義的理解為存儲(chǔ)或產(chǎn)生種子的容器，發(fā)酵設(shè)備目前已廣泛地用于制藥、味精、酶制劑、食品等行業(yè)。適用于酸奶及乳酸菌飲料母液發(fā)酵、釀造、佐料、制藥、化工及真菌培植，其作用可加熱、保溫及冷卻，為全封閉衛(wèi)生型發(fā)酵專用設(shè)備。2022/7/62022/7/6主要設(shè)備：發(fā)酵罐發(fā)酵罐，指工業(yè)上用來進(jìn)行微生物發(fā)酵的裝置。其主體一般為用不銹鋼板制成的主式圓筒，其容積在1m3至數(shù)百m3。在設(shè)計(jì)和加工中應(yīng)注意結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，合理。能耐受蒸汽滅菌、有一定操作彈性、內(nèi)部附件盡量減少（避免死角）、物料與能量傳遞性能強(qiáng)，并可進(jìn)行一定調(diào)節(jié)以便于清洗、減少污染，適合于多