《色氨酸發(fā)酵設(shè)計(jì)》word版

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1、江西科技師范學(xué)院發(fā)酵工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書專業(yè)：生物工程班級(jí)：2007級(jí)1班姓名：王斌歐清禮龐勝設(shè)計(jì)題目：色氨酸發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)　指導(dǎo)教師：常軍博士2010年11月22日題目：色氨酸發(fā)酵工藝設(shè)計(jì)　條件：年產(chǎn)量100噸要求：（1）分批發(fā)酵生產(chǎn)；（2）主發(fā)酵罐的尺寸及附件的設(shè)計(jì)；II前言L-色氨酸是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸,為白色或略帶黃色葉片狀結(jié)晶或粉末，在水中溶解度1014g（25℃），溶于稀酸或稀堿，在堿液中較穩(wěn)定，強(qiáng)酸中分解。微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚。它是人體和動(dòng)物生命活動(dòng)中必需氨基酸之一，對(duì)人和動(dòng)物的

2、生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝起著重要作用，被稱為第二必需氨基酸，在生物體內(nèi)，從L-色氨酸出發(fā)可以合成5-羥基色胺的激素以及色素、生物堿、輔酶、植物激素等生理活性物質(zhì)，可以預(yù)防和治療糙皮病，同時(shí)具有消除精神緊張、改善睡眠等功效。另外，由于色氨酸是一些植物蛋白中比較缺乏的氨基酸，用他強(qiáng)化食品和做飼料添加劑對(duì)提高植物蛋白質(zhì)的利用率具有重要的作業(yè)，它是繼蛋氨酸和賴氨酸之后的第三大飼料添加氨基酸。[1]目前世界L-色氨酸的年產(chǎn)約為10000多噸，市場(chǎng)增長(zhǎng)率超過10%，作為飼料添加劑使用的色氨酸有數(shù)百噸，中國(guó)主要是高價(jià)格限制了她

3、的應(yīng)用。世界上主要生產(chǎn)廠家是日本的昭和電工、協(xié)和發(fā)酵和三井化學(xué)公司采用發(fā)酵方法生產(chǎn)色氨酸，贏創(chuàng)德固賽則兼有發(fā)酵法和合成法生產(chǎn)色氨酸。[2]L-色氨酸的最早生產(chǎn)是靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法，隨著對(duì)微生物法生產(chǎn)L-色氨酸研究的不斷深入，這種方法已經(jīng)處于主導(dǎo)地位。微生物法大體上可以分為直接發(fā)酵法、微生物轉(zhuǎn)化法和酶法。II目錄1概述11.1色氨酸發(fā)酵工藝流程11.2色氨酸發(fā)酵菌種11.3發(fā)酵過程中的代謝參數(shù)11.3.1物理參數(shù)11.3.2化學(xué)參數(shù)31.3.3生物參數(shù)41.3.4發(fā)酵終點(diǎn)的判斷51.3.5發(fā)酵過程的自

4、動(dòng)控制51.4培養(yǎng)基配方的確定51.4.1種子罐培養(yǎng)基配方51.4.2發(fā)酵罐培養(yǎng)基配方61.4.3培養(yǎng)基的滅菌62發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備72.1發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)形式72.1.1物料衡算：72.1.2罐的幾何尺寸72.1.3通氣和攪拌92.1.4攪拌器選型和攪拌功率計(jì)算102.1.5擋板數(shù)112.1.6傳熱112.2.1空氣處理系統(tǒng)122.2.1.1空氣的預(yù)處理122.2.2管道及閥門132.2.3蒸汽及空氣用量143部分符號(hào)說明14總結(jié)25參考文獻(xiàn)3II設(shè)計(jì)正文1概述1.1色氨酸發(fā)酵工藝流程色氨酸生產(chǎn)菌的選育一般是

5、以大腸桿菌、黃色短桿菌、谷氨酸桿菌等作為出發(fā)菌株，通過基因操作定向改造生物合成途徑的正常調(diào)節(jié)。表1色氨酸發(fā)酵工藝流程圖發(fā)酵液↓板框過濾濾液↓樹脂吸附與解析解析液↓納濾濃縮濃縮液↓洗滌洗滌液?↓活性炭脫色脫色液↓噴霧干燥精粉1.2色氨酸發(fā)酵菌種本設(shè)計(jì)選用E.coli基因工程菌，其發(fā)酵單位為25g/L1.3發(fā)酵過程中的代謝參數(shù)1.3.1物理參數(shù)1.3.1.1溫度對(duì)發(fā)酵的影響及調(diào)控大腸桿菌的最適生長(zhǎng)溫度為37℃，溫度過高，會(huì)影響產(chǎn)物表達(dá)和乙酸等副產(chǎn)物的生產(chǎn)，同時(shí)，在基因工程菌高密度培養(yǎng)過程中，溫度的變化還與質(zhì)粒拷

6、貝數(shù)的變化有關(guān)。在發(fā)酵前期，色氨酸的濃度隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)而逐漸提高，但進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后，影響色氨酸合成因素除了細(xì)胞生物量外，還有質(zhì)粒的穩(wěn)定性。當(dāng)溫度為32℃12設(shè)計(jì)正文時(shí)，產(chǎn)酸水平達(dá)到最大值，過低或過高的溫度均不利于色氨酸的合成；36℃時(shí)雖然獲得了最高的菌體量，但產(chǎn)酸卻不是最高，質(zhì)粒丟失比較嚴(yán)重；28℃時(shí)，質(zhì)?；静粫?huì)丟失，但過低的溫度使菌體生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)酸下降。因此，在本次設(shè)計(jì)中，色氨酸發(fā)酵過程中溫度控制策略為：0~16h發(fā)酵溫度為30℃，16h后緩慢升溫至36℃，升溫方式為每小時(shí)0.5℃，利用發(fā)酵罐的溫度順

7、控模式進(jìn)行自動(dòng)控制。表2色氨酸發(fā)酵過程中的溫度順序控制表時(shí)間（h）溫度（℃）時(shí)間（h）溫度（℃）時(shí)間（h）溫度（℃）0302232.527351830.523332635.519312433.529362031.52534453621322634.51.3.1.2泡沫對(duì)發(fā)酵的影響及調(diào)控發(fā)酵過程中因通氣攪拌和代謝產(chǎn)生的氣體是產(chǎn)生泡沫的原因。產(chǎn)生少量泡沫是正常的，但是泡沫產(chǎn)生過多時(shí)會(huì)造成大量逃液，發(fā)酵液從排氣管路或軸封逃出而增加染菌機(jī)會(huì)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響通氣攪拌的正常進(jìn)行，從而影響菌的呼吸。調(diào)控方法：使用消泡劑同

8、時(shí)采用機(jī)械強(qiáng)烈震動(dòng)或壓力變化進(jìn)行消泡。1.3.1.3發(fā)酵罐壓力發(fā)酵過程中發(fā)酵罐應(yīng)維持一定的正壓力，這樣可以防止因外界空氣中的雜菌侵入而污染發(fā)酵液。同時(shí)罐壓的高低還與氧和二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解度有關(guān)，間接影響代謝。罐內(nèi)壓力一般維持在2×104～5×104Pa。12設(shè)計(jì)正文表3發(fā)酵過程中物理參數(shù)的測(cè)量方法和意義名稱測(cè)定方法意義及主要作用發(fā)酵溫度/℃或K溫度計(jì)保證生長(zhǎng)，繁殖和產(chǎn)物合成發(fā)酵罐壓力/Pa或㎏·m-2壓力計(jì)