月產(chǎn)1噸9%納他霉素提取純化工藝設(shè)計(jì)

TOC\o"1-5"\h\z目錄 I\o"CurrentDocument"第一章項(xiàng)目總論 0\o"CurrentDocument"納他霉素的介紹 0\o"CurrentDocument"納他霉素的應(yīng)用 2納他霉素的提取工藝 3\o"CurrentDocument"納他霉素的純化工藝 3\o"CurrentDocument"第二章方案設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"產(chǎn)品方案 4\o"CurrentDocument"生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì) 4工藝流程說(shuō)明 5工藝流程論證闡述以及工藝參數(shù) 6\o"CurrentDocument"物料衡算 7技術(shù)參數(shù) 7計(jì)算 7\o"CurrentDocument"第三章設(shè)備選型 9\o"CurrentDocument"發(fā)酵罐 9\o"CurrentDocument"濃縮裝置 10\o"CurrentDocument"過(guò)濾設(shè)備 11\o"CurrentDocument"結(jié)晶裝置 11\o"CurrentDocument"干燥器 12\o"CurrentDocument"第四章防污措施 14\o"CurrentDocument"總述 14\o"CurrentDocument"設(shè)備和管道的清洗與殺菌 14\o"CurrentDocument"廢氣的處理 15\o"CurrentDocument"廢水的處理 15\o"CurrentDocument"廢渣的處理 15\o"CurrentDocument"第五章結(jié)語(yǔ) 15\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 16第一章項(xiàng)目總論納他霉素(Natamycin)也稱(chēng)游鏈霉素、匹馬霉素(Pimaricin)或海松素，是一種天然的多烯大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素，呈白色或乳白色,幾乎無(wú)嗅無(wú)味，該抗生素是一種很強(qiáng)的抗真菌試劑，能有效的抑制酵母菌等真菌的生長(zhǎng)。目前,納他霉素主要用于乳酪制品、果醬、肉類(lèi)制品(肉湯、西式火腿)、廣式月餅、糕點(diǎn)表面、易發(fā)酵食品加工器皿表面等食品行業(yè)以及醫(yī)療上用于治療真菌引起的眼科疾病。不僅可以有效防止食品腐敗，還能減少真菌毒素對(duì)人類(lèi)的毒害。隨著對(duì)產(chǎn)納他霉素菌種及發(fā)酵生產(chǎn)工藝研究的不斷深入，完善納他霉素提取工藝就顯得尤為重要。納他霉素的介紹納他霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)他霉素是近白色至奶油色的晶體粉末，無(wú)臭無(wú)味，相對(duì)分子量為665.75,結(jié)構(gòu)式為圖1-1所示。分子中有一個(gè)酸性基團(tuán)和一個(gè)堿性基團(tuán)，因此納他霉素是一種兩性物質(zhì)，等電點(diǎn)為6.5，熔點(diǎn)為280℃。

圖1.1納他霉素的分子結(jié)構(gòu)納他霉素也稱(chēng)游鏈霉素(Pimaricin),是一種重要的多烯類(lèi)抗菌素，可以由Streptomycesnatalensis和Streptomyceschatanoogensis等鏈霉菌發(fā)酵生成的。該抗菌素是一種很強(qiáng)的抗真菌試劑，能有效地抑制酵母菌和霉菌的生長(zhǎng)，阻止絲狀真菌中黃曲霉毒素的形成。與其它抗菌成分相比，納他霉素對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的毒性極低，可以廣泛應(yīng)用于由真菌引起的疾病。除此之外，由于納他霉素的溶解度低，可用其對(duì)食品表面進(jìn)行處理以增加食品的保質(zhì)期，卻不影響食品的風(fēng)味和口感。目前，納他霉素作為一種天然的食品防腐劑已被批準(zhǔn)應(yīng)用于某些乳制品、肉類(lèi)、水果、飲料等許多食品工業(yè)中。[6]納他霉素的紫外吸收光譜如圖1-2顯示，在290、303、318nm處有尖銳的吸收峰，在280nm處有肩，320nm處有寬峰。由于納他霉素含有四烯環(huán)，因此在280nm?320nm間出現(xiàn)吸收峰，而在220nm的最大吸收是由于納他霉素含有發(fā)色團(tuán)。230波艮hmi圖1.2納他霉素的紫外吸收光譜納他霉素的特點(diǎn)(1)無(wú)特殊感觀形狀納他霉素是白色或奶油色，無(wú)氣味、無(wú)味道的結(jié)晶粉末。它對(duì)產(chǎn)品的口感特性無(wú)任何影響，當(dāng)用于食品表面時(shí)，只停留在表面上，抑制容易生長(zhǎng)在表面的霉菌和酵母。而山梨酸鹽具有強(qiáng)烈的苦味和一種柴油味，因受pH值的制約其添加量一般大于500mg/kg從而影響制品的口感和風(fēng)味。另外，山梨酸鹽使用時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)移到食品內(nèi)部，這樣就降低了其在表面的濃度，使已受到抑制的酵母菌和霉菌重新生長(zhǎng)。(2)適用的pH范圍廣納他霉素在pH3-9范圍內(nèi)具有活性，與常用的山梨酸鉀等防腐劑相比，適用pH范圍更寬。山梨酸鉀屬于酸性防腐劑，適宜在pH5?6范圍內(nèi)使用，其防腐效果隨著pH的升高而降低。(3)低劑量，高效率納他霉素對(duì)真菌有極強(qiáng)的抗性，使用微量即可起到作用。納他霉素對(duì)付霉菌和酵母菌的功效比山梨酸強(qiáng)50倍以上。(4)抑制有害真菌而不作用于有益菌群由于納他霉素對(duì)細(xì)菌沒(méi)有作用，可直接添加到酸奶等發(fā)酵制品中，只抑制其中的霉菌和酵母菌，卻不作用于酸奶中的細(xì)菌(如雙歧桿菌)。另外，納他霉素可以抑制真菌毒素的產(chǎn)生，其它的防腐劑則不具有這些功能。⑹納他霉素的應(yīng)用納他霉素在食品中應(yīng)用納他霉素由于溶解度很低，被用作食品表面防腐劑以延長(zhǎng)貨架期，主要在奶酪、肉制品、茶飲料及果汁中添加，它不會(huì)干擾其它食品組分也不會(huì)帶來(lái)異味。它在食品中的抗真菌作用是雙效的：既可防止真菌引起的食品腐敗，減少經(jīng)濟(jì)損失；又可防止真菌毒素給人類(lèi)造成的毒素型食物中毒。與傳統(tǒng)的抗真菌劑比較，納他霉素有其獨(dú)特性質(zhì)，它在很低的濃度下仍具有活性，例如：在奶酪中納他霉素比山梨酸鉀活性高400倍。在葡萄酒中，納他霉素能取代山梨醇和其它抗真菌劑，它允許減少所使用的SO2量。目前，全世界已有三十多個(gè)國(guó)家采用納他霉素作為食品防腐劑。[1]納他霉素在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用納他霉素除了用作食品防腐劑，還可藥用。近幾年，報(bào)道納他霉素用于醫(yī)療的文獻(xiàn)越來(lái)越多，它的臨床應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。納他霉素以幾種制劑形/懸浮劑、乳劑、軟膏和鞘狀藥片等)被典型地用于抗皮膚和粘液膜的真菌感染，既可以單獨(dú)使用又可以與新霉素、氫化可的松及其它類(lèi)固醇共同使用。納他霉素還可用于陰道和肺部真菌感染的治療。納他霉素的提取工藝納他霉素的分離提取方法有很多：甲醇提取法從發(fā)酵液中用混合性極性溶劑如甲醇、丁醇和丙酮,采用萃取法提取納他霉素。體積濃縮法體積濃縮法是從過(guò)濾液中用丁醇回收納他霉素，從而獲得了一種抗真菌混合物原液，從中可分離納他霉素。堿性提取法在低pH下用甲醇溶解納他霉素，然后除去固形物，提高pH以沉淀出納他霉素。納他霉素的純化工藝對(duì)于納他霉素的純化，運(yùn)用現(xiàn)代生物工程技術(shù)已經(jīng)得到很好解決，如柱層析法，離子交換樹(shù)脂法，結(jié)晶法等。具體如下：柱層析法得到的物質(zhì)較純，但是工作量小，且慢，設(shè)備貴，操作復(fù)雜等。一般用于實(shí)驗(yàn)室制備。離子交換樹(shù)脂法產(chǎn)量大，分離純度高，使用者多。設(shè)備貴，再生能力差，以及不能連續(xù)工作。結(jié)晶結(jié)晶是工業(yè)化生產(chǎn)的首選。其兼具產(chǎn)品純凈，生產(chǎn)量大并且能夠連續(xù)工作。一般為工廠化生產(chǎn)所選擇。⑻第二章方案設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案進(jìn)行產(chǎn)品方案選擇納他霉素的高產(chǎn)菌株，經(jīng)發(fā)酵工藝獲得發(fā)酵液。通過(guò)對(duì)發(fā)酵液的甲醇法獲得粗品納他霉素，再經(jīng)過(guò)大空樹(shù)脂脫色、洗滌、干燥獲得精制的納他霉素。簡(jiǎn)要論述選定方案根據(jù)文獻(xiàn)，甲醇作為提取劑時(shí)納他霉素保存時(shí)間最長(zhǎng)，損失最小，因而本試驗(yàn)選擇甲醇作為提取劑。甲醇與納他霉素易發(fā)生酯化反應(yīng)，提取過(guò)程必須盡量減少和避免酯化反應(yīng)的發(fā)生。酯化反應(yīng)主要取決于納他霉素與甲醇接觸時(shí)間的長(zhǎng)短、pH和溫度。⑺生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)工程流程示意圖 ［發(fā)酵］ ［濃縮］ 種子液發(fā)酵液濃縮發(fā)酵液種子液發(fā)酵液28℃,120?132h［溶解］無(wú)水甲醇［濃縮］［結(jié)晶］［甲醇］?［解吸］［溶解］無(wú)水甲醇［濃縮］［結(jié)晶］［甲醇］?［解吸］精制液粗提取液納他霉素粗產(chǎn)品［洗滌、干燥］［離心］［過(guò)濾］［加入樹(shù)脂］［吸附］納他霉素成品取上層清液吸附液圖2.1納他霉素生產(chǎn)流程圖工藝流程說(shuō)明(1)濃縮發(fā)酵液將成熟發(fā)酵液煮沸5min,80。C恒溫?cái)嚢枰粋€(gè)小時(shí)，達(dá)到濃縮的目的，因納他霉素在高溫下不穩(wěn)定，故用低溫蒸發(fā)法，便完成了發(fā)酵液的預(yù)處理階段。(2)溶解，提取納他霉素粗產(chǎn)品納他霉素在純水和異丙醇、甲醇溶液中的溶解度均隨溫度升高而增大，以甲醇溶劑中效應(yīng)最明顯。同一溫度下，納他霉素在純水中的溶解度最低，而在甲醇的溶解效果最好，表明甲醇最適合作納他霉素提取劑。甲醇與納他霉素易發(fā)生酯化反應(yīng)，提取過(guò)程必須盡量減少和避免酯化反應(yīng)的發(fā)生。酯化反應(yīng)主要取決于納他霉素與甲醇接觸時(shí)間的長(zhǎng)短、pH和溫度。因此在提取過(guò)程中必須嚴(yán)格控制。pH4.0時(shí)酯化更慢，所以甲醇浸提過(guò)程控制pH4.0~4.5o(3)過(guò)濾，取上層清夜由于發(fā)酵液中顆粒的可壓縮性及非牛頓性流體，通常很難維持恒壓或恒速過(guò)濾，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，壓差不斷升高濾速會(huì)迅速減少，因此，本課題采用IEP型自動(dòng)板框壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾操作，它是以板框壓緊、卸餅、清洗等自動(dòng)化機(jī)械完成的。勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。(4)濃縮結(jié)晶，得粗產(chǎn)品當(dāng)用甲醇處理，PH調(diào)到納他霉素的等電點(diǎn)(PI6.5)時(shí)，納他霉素只有很少部分沉淀下來(lái)。為促進(jìn)納他霉素從混合液中結(jié)晶，以及更大可能的回收那他霉素，因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去甲醇，降低混合液的溶解度，并且發(fā)酵液量：甲醇量=4:1時(shí)，結(jié)晶的速率以及回收率最大。蒸發(fā)后納他霉素在容積中的晶形為針狀，由于針狀晶體較小不宜離心分離，因此通過(guò)旋轉(zhuǎn)真空蒸發(fā)濃縮，促進(jìn)晶體凝集成簇。⑸吸附本課題采用大孔樹(shù)脂吸附。大孔樹(shù)脂吸附法收率穩(wěn)定，設(shè)備投資少，適于工業(yè)化生產(chǎn)。，HPD200A大孔吸附樹(shù)脂納他霉素吸附率和解吸率高，可以作為純化納他霉素的樹(shù)脂。最佳純化條件為:吸附時(shí)間為8h、洗脫液pH值為8.0、樣液pH值6.0、吸附流速為1.0BV/h。所得納他霉素純度較高，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的納他霉素純化方法。樹(shù)脂的處理：干樹(shù)脂用100g/L的NaCl溶液浸泡24h,然后用蒸餾水反洗和正洗,洗至出水清亮;再以樹(shù)脂體積2?3倍的lmol/L的HCI液和lmol/L的NaOH溶液交替浸泡4小時(shí),在酸堿處理之間以蒸餾水淋洗，洗至出水呈中性;交替處理以酸一水一堿一水為一個(gè)循環(huán)，至少處理三個(gè)循環(huán)，預(yù)處理后經(jīng)再生即可使用。⑵(6)樹(shù)脂解吸乙醇和甲醇具有較好的解吸能力。由于乙醇毒性低于甲醇，因而選用乙醇作為解吸劑。以pH為11的80%的乙醇溶液作為洗脫液，洗脫流速為0.5BV/h,解吸時(shí)間為3h,收率最高。⑺洗滌，干燥對(duì)解吸得到的納他霉素的精制產(chǎn)品進(jìn)行洗滌、干燥、烘干得到最終產(chǎn)品。T藝流程論證闡述以及工藝參數(shù)首先根據(jù)納他霉素的特性，確定發(fā)酵液中納他霉素的定性、定量分析方法。然后確立了甲醇提取法分離提取的工藝條件。最后進(jìn)行產(chǎn)品和純度鑒定,證明提取產(chǎn)物是納他霉素。大孔樹(shù)脂分離提取發(fā)酵液中檸檬酸的工藝條件，根據(jù)王海燕的《大孔樹(shù)脂法分離純化那他霉素的工藝研究》得到以下的工藝參數(shù)：(1)發(fā)酵液的預(yù)處理由于那他霉素主要存在于菌絲體內(nèi)，且發(fā)酵液中雜質(zhì)較多，不利于直接進(jìn)行樹(shù)脂吸附。首先在發(fā)酵液中加入7%的珍珠巖，攪拌30min后，然后進(jìn)行濃縮。(2)洗脫液的選擇選用甲醇、乙醇、丙酮等3種溶劑，采用靜態(tài)吸附解吸的方法進(jìn)行篩選。結(jié)果表明，乙醇和甲醇具有較好的解吸能力。由于乙醇毒性低于甲醇，因而選用乙醇作為解吸劑。為了提高解吸收率，使洗脫高峰集中，將飽和樹(shù)脂用水、80%乙醇凈化后，再用氫氧化鈉溶液和乙醇的混合液解吸，洗脫流速為0.5BV/h。[3]物料衡算技術(shù)參數(shù)(1)發(fā)酵液預(yù)處理:將發(fā)酵液煮沸,80℃下恒溫?cái)嚢枰粋€(gè)小時(shí)；⑵離交:發(fā)酵液預(yù)處理后上柱離交,50mL濕樹(shù)脂裝柱，上柱流速為1.0BV/h;(3)洗脫:pH為11的80%的乙醇溶液為洗脫劑,洗脫流速為0.5BV/h;⑷濃縮、結(jié)晶:溶液在55℃?60℃80MPa下進(jìn)行減壓濃縮,當(dāng)濃縮液的體積為原體積的20%時(shí)停止。然后逐漸降溫結(jié)晶，即自然冷卻至40℃自來(lái)水冷卻至室溫一冷凍水冷卻至晶體析出，并以慢攪拌使熱交換均勻，攪拌速度為8r/min。計(jì)算(1)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)①產(chǎn)品名稱(chēng)：納他霉素②生產(chǎn)規(guī)模：1000m3納他霉素③生產(chǎn)方法：甲醇提取，大孔樹(shù)脂純化法④生產(chǎn)時(shí)間：30天⑤日生產(chǎn)量：34m3⑥納他霉素的相對(duì)分子質(zhì)量：665.73⑦納他霉素的提取率：4.46%⑧納他霉素的純化率：95%(2)物料衡算①發(fā)酵液量：納他霉素日生產(chǎn)量：1000?30°34m3發(fā)酵液日用量：34?95%+4.46%°802m3發(fā)酵液月用量：802義30°24060m3②提取液甲醇量：發(fā)酵液月用量：802義30°24060m3發(fā)酵液量：甲醇量=4:1甲醇量=24060?4=6015m3③初濾衡算：濾渣棄率：10%濾渣量：24060*10%=2406kg濾液量：24060-2406=21654m3④初提納他霉素量：納他霉素的提取率為4.46%粗納他霉素量：21654*4.46%=966kg⑤第二次過(guò)濾衡算：濾渣：21654*4.46%=966kg濾液：21654-966=20688m3⑥樹(shù)脂衡算：樹(shù)脂的最大吸附量1.5g/100mg10907.6_0.1x1.5x=163614gx164g納他霉素含量=966*95%=917.7kg——式中95%為目標(biāo)純化率表2.1月產(chǎn)1噸95%納他霉素的物料衡算表序號(hào)原料名稱(chēng)規(guī)格消耗量每天每月每年1發(fā)酵液量（kg）802240602887202甲醇（m3）80%200.56015721803初濾濾液體積（m3）721.8216542598484初濾濾渣質(zhì)量（kg）80.22406288725第二次濾液體積（m3）689.6206882482566第二次濾渣質(zhì)量（kg）32.2966115927樹(shù)脂質(zhì)量（kg）5.51641968第三章設(shè)備選型發(fā)酵罐由于種子液通過(guò)發(fā)酵得到發(fā)酵液，所以需要發(fā)酵罐儲(chǔ)存發(fā)酵液，通過(guò)上節(jié)物料衡算可知發(fā)酵液體積為1000m3,添罐系數(shù)取80%，所以可以去10個(gè)125m3的發(fā)酵罐。濃縮裝置(1)濃縮罐的型號(hào)選用多功能濃縮罐(2)濃縮罐體積及數(shù)量的確定每月所需要濃縮的納他霉素的量為966kg根據(jù)要求我們選用的THL-8M的容量為1500L,且選用一臺(tái)就可以滿(mǎn)足要求。圖3.2濃縮裝置示意圖過(guò)濾設(shè)備(1)過(guò)濾面積V—VV—V -純二V純24060—240624060=0.9[5]即得過(guò)濾面積即得過(guò)濾面積160m2⑵濾餅厚度h=X0V=0.45mA(3)IFP壓濾機(jī)規(guī)格：選用1250X選用1250X1500型，取濾框厚度為30mm,每側(cè)過(guò)濾面積1.74m2,則45塊濾框過(guò)濾面積為：45X2X1.74=156.6m3濾框總體積為：1.74X0.03X45=2.349m3圖3.3過(guò)濾設(shè)備示意圖結(jié)晶裝置本課題采用總?cè)莘e為1m3的立式結(jié)晶箱。結(jié)晶總體積V=Gt—=1.41Lp^3p-濃液的密度。-結(jié)晶設(shè)備最終時(shí)填充系數(shù)3-結(jié)晶溶液中晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比t-操作總時(shí)間其中結(jié)晶鍋的充填系數(shù)取0.5。因此結(jié)晶罐總個(gè)數(shù)為：N=1.01個(gè)，取兩個(gè)，一個(gè)備用上電機(jī)2型速器3上電機(jī)2型速器3媒族4,疏滌費(fèi)進(jìn)口motordifferfinriAispiralmjxirlsqFwjiphmcjquid5.進(jìn)科□ tniel6出料口 discharge port7亞母 sland8潤(rùn)滑S跳jjfiriCTtionSysiern軌部亮sbeSI10.冷卻度c-Dders圖3.4結(jié)晶裝置示意圖干燥器(1)干燥管的長(zhǎng)度l=(v-V0)[4]式中v---空氣在干燥管內(nèi)流速T---干燥時(shí)間即得l=(v-V0)=15X35=525m(2)干燥管的直徑D=:—4L—[4]

\3607tVp式中D---干燥管直徑

4L- 4x525即得D= =' =0.11=110mm3600K叩\3600x3.14x15x1.01所以選擇長(zhǎng)度為525m,直徑為110mm的長(zhǎng)管氣流干燥器圖3.5干燥設(shè)備示意圖表3.1月產(chǎn)1噸95%納他霉素設(shè)備一覽表第四章防污措施總述商業(yè)化的那他霉素Delvocid(DSM)，其制劑通常采用50%那他霉素和50%孚L糖及氯化鈉、葡萄糖混合而成。外觀米黃色至奶黃色粉末。也有各種經(jīng)過(guò)改造的那他霉素產(chǎn)品適用于特別的用途，由于檸檬酸發(fā)酵和提取技術(shù)水平的提高和節(jié)設(shè)備型號(hào)數(shù)量產(chǎn)量或規(guī)格發(fā)酵罐自行設(shè)計(jì)10125m3多功能濃縮罐10-500型11500LIFP壓濾機(jī)1250X15001156.6m2立式結(jié)晶箱101—3型21m3自動(dòng)部分收集器BSZ—100型2200L/(m2.h)干燥管5251102525m能減排措施有力，行業(yè)的污染排放量逐年減少。行業(yè)環(huán)保核查以及歐盟以犧牲環(huán)保為借口的反傾銷(xiāo)調(diào)查，極大地推動(dòng)檸檬酸行業(yè)的三廢處理，經(jīng)過(guò)幾年的努力，三廢處理成效顯著。設(shè)備和管道的清洗與殺菌管路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少死角，若不可避免有死角,應(yīng)使其長(zhǎng)度不得超過(guò)管道的直角的2~3倍,我們用CIP清洗系統(tǒng)來(lái)清洗罐，對(duì)罐體進(jìn)行定期的滅菌處理，避免對(duì)納他霉素菌體的污染。廢氣的處理工廠廢氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮以及除塵處理，除菌處理變?yōu)闊o(wú)菌空氣后再排放到大氣中去。廢水的處理排出的廢水經(jīng)過(guò)初沉淀，去除濾泥等懸浮物，然后在調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，使污水水質(zhì)均勻，然后在生化池中進(jìn)行除污處理，再進(jìn)行二沉淀，最后進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽的投加。經(jīng)過(guò)處理的污水即可回收再利用。廢渣的處理常見(jiàn)的廢渣包括蒸餾殘?jiān)Щ畹拇呋瘎?，廢活性炭，膠體廢渣，反應(yīng)殘?jiān)取２缓细竦闹虚g產(chǎn)品，以及用沉淀，混凝，生物處理等方法產(chǎn)生的污泥殘?jiān)?。一般處理方法：①?gòu)U發(fā)酵液經(jīng)回收后