终稿年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计实现项目可行性方案.docx

终稿年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计实现项目可行性方案.docx

《终稿年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计实现项目可行性方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《终稿年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计实现项目可行性方案.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

终稿年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计实现项目可行性方案

年产1000T碱性蛋白酶生产车间设计项目可行性方案

摘要：

碱性蛋白酶是一类非常重要的工业用酶，如何在工厂进行有效的生产尤为重要。

本论文就主要介绍了用液态发酵法生产碱性蛋白酶，并采用双水相萃取进行提纯，冷冻干燥法将产品进行干燥的工艺流程；并通过物料衡算、热量衡算、设备选型、等几个步骤初步设计了年产1000T碱性蛋白酶的车间项目；分析了传统工艺所存在的不足和问题；另外也谈到了碱性蛋白酶产业的发展前景以及研究的目的和意义；并且最终设计出带控制点的工艺流程图，设备布置图，发酵罐装配图。

关键词：

碱性蛋白酶；液态发酵；双水相萃取；冷冻干燥；生产车间

Designannualoutputof1000Talkalineproteaseworkshop

Abstract:

Thealkalineproteaseisoneofveryimportantindustrialenzymes,andhowtoproducetheplanteffectivelyisparticularlyimportant.Thispaperintroducestheprocessthatuseliquidfermentationontheproductionofalkalineprotease,usetwo-phaseextractionforpurificationofwater,freeze-dryingprocesstodrytheproduct;andthroughthematerialbalance,heatbalance,equipmentselection,etc.Ipreliminarydesigntheannualoutputofseveralsteps1000Talkalineproteaseworkshopprojects;Ianalysisoftheshortcomingsoftraditionalcraftsandproblemsinthepape;Ihavealsotalkedabouttheprospectsforthedevelopmentofalkalineprotease,andthepurposeandmeaning;andultimatelydesignaprocessflowdiagramwithcontrolpoints,equipmentlayoutdiagram,fermentorassemblediagram.

Keywords:

Alkalineprotease;LiquidAermentation;Aqueoustwo-phaseextraction;AreezeDrying;Workshop

前言

碱性蛋白酶（Alkalineprotease）是指在pH值偏碱性范围内水解蛋白质肽键的酶类，1913年Rohm首先将胰蛋白酶作为洗涤浸泡剂使用，1945年瑞士Dr.Jaag等人在地衣芽孢杆菌（BacilluslicheniAormis）中发现了碱性蛋白酶[1]。

碱性蛋白酶可以在碱性条件下保持良好的活力，并催化蛋白水解，可用于制革、丝绸、医药、食品和生物化学试剂等领域，其最大用途是作为添加剂生产加酶洗涤剂。

1.1选题背景

碱性蛋白酶是一类非常重要的工业用酶，广泛存在于动、植物及微生物中，微生物来源的蛋白酶都是胞外酶，与动、植物来源的碱性蛋白酶相比，除了具有动植物蛋白酶所具有的全部特性外，还具有下游技术处理相对简单、价格低廉、来源广、产量高、菌体易于培养、高产菌株选育简单、快速、适于大规模工业化生产等优点[2]。

碱性蛋白酶主要应用于洗涤行业中，在制革、食品等其它行业也有广泛应用。

目前我国洗涤行业中加酶洗涤剂也占90%以上，且占有率有上升趋势。

我国碱性蛋白酶的研究发展很快。

目前，国外碱性蛋白酶主要应用于洗涤及皮革等行业中，99%以上洗涤剂均添加了碱性蛋白酶，因此市场需求出现了供不应求的现象。

相信随着碱性蛋白酶研究的进一步深入，该现象将会得到有效的缓解。

当前国外碱性蛋白酶高产菌株的选育主要用基因工程技术和蛋白质工程手段进行工业微生物菌种的定向选育，目的性强，而且酶结构研究也比较深入。

TsuyoshiNonaka[3]等人研究了枯草杆菌抗氧化性稳定性并期望能应用于洗涤剂行业。

KunamneniAdinarayana[4]等人研究了枯草芽孢杆菌PE-11的热稳定性。

研究表明，该酶在60℃处理了350min酶仍保持100%活力。

极端碱性蛋白酶和高活力碱性蛋白酶工程菌构建成为国外碱性蛋白酶的热点[5]。

1.2课题来源

本课题来源于三峡大学化生学院毕业设计课题组。

充分考虑了理论与实践的结合，并且关注了目前国内外碱性蛋白酶产业的发展现状和前景。

课题本身也来源于生产实践的需要。

1.3设计目的和意义

碱性蛋白酶可以在碱性条件下保持良好的活力，并催化蛋白水解，可用于制革、丝绸、医药、食品和生物化学试剂等领域，其最大用途是作为添加剂生产加酶洗涤剂。

碱性蛋白酶最早在猪的胰脏中发现。

1913年，Rohm首先将胰蛋白酶作为洗涤浸泡剂使用。

1945年瑞士的Dr.Jaag等发现了微生物碱性蛋白酶，使蛋白酶有可能广泛应用于洗涤剂工业。

1963年，诺和诺德公司（现诺维信公司）发现了更适用于洗涤剂的碱性蛋白酶Alcalase，酶制剂被广泛地应用于洗涤剂产品中，出现了加酶洗衣粉；随后的20年中，细菌类蛋白酶是唯一被应用于洗涤剂中的商品化酶制剂[6]。

目前我国所用的碱性蛋白酶工业生产菌种为地衣芽抱杆菌2709的突变株。

这些菌株所产碱性蛋白酶在pH8-10的范围内活性较好。

经过多年传统方法的菌种选育和工艺优化，碱性蛋白酶的单位产量为10000μ/ml发酵液，己很难有大的突破，其发酵单位与国外先进水平相差甚远。

近几年，国内学者对2709碱性蛋白酶、嗜麦芽假单胞菌以及嗜热脂肪芽抱杆菌耐热碱性蛋白酶等都做了基因克隆和在大肠杆菌中的表达研究。

其中，江南大学的唐雪明构建的整合型工程菌酶活力在实验室水平上最高可达24480μ/ml。

但未见这些高产基因工程菌株应用于工业化生产的报道，有关它们的研究仍停留在实验室水平。

在国外，如世界著名公司NovoNordisk和Geneneor，碱性蛋白酶生产菌株均为基因工程菌株，据这些公司销售网站报道，其发酵单位产量在25000-30000μ/ml[7]。

1.4前景分析

1.4.1国外生产碱性蛋白酶的发展前景

自20世纪中叶以来，工业用酶制剂市场得到了蓬勃发展。

据统计数据表明，1981年工业酶制剂生产量约65，000吨，产值4亿美元；1985年工业酶制剂约生产75，000吨，产值约6亿美元；1998年全世界工业酶制剂销售额高达16亿美元。

进入20世纪90年代后，市场对酶制剂的需求进一步增强，以世界上最大的酶制剂生产商丹麦的NovoNordisk公司为例，1993年的酶制剂销售额为9亿美元；1998年产业用酶的销售额为巧18亿美元。

从总体来看，世界酶制剂的生产量正以每年8%左右的速度递增，酶制剂的生产品种已由原来的十多个发展为数十个。

1994年以来，酶制剂市场量最大的是洗涤剂用酶，第二位是淀粉加工用酶，以后依次为乳制品加工、制酒工业、纤维工业和饮料业等。

酶作为生物催化剂，在许多化学反应中具有不可低估的作用。

酶催化剂作为生物进化的高级形式，与一般的化学催化剂相比，它可以在非常温和的条件下高效、专一地催化底物转变为产物。

酶工程技术已成为生物工程技术的重要组成部分，无论是基因工程、蛋白质工程、细胞工程和发酵工程都需要酶分子的参与。

酶催化的高效性、特异性及产品的高效回收、简单的反应体系等优点使酶工程技术成为现代生物技术的主要支柱之一。

1.4.2我国生产碱性蛋白酶的发展前景

此产品高活力高碱性蛋白酶是从嗜碱芽孢杆菌中筛选的新型碱性蛋白酶菌种产生的，是继传统2709碱性蛋白酶之后又一可工业化生产的碱性蛋白酶品种。

国内碱性蛋白酶目前的产品形式主要为粉状和颗粒碱性蛋白酶，有明显的不良气味。

诺奥科技开发的碱性蛋白酶为精制酶，发酵活力高，耐碱性强（PH9-11），无不良气味，可用于酵母水解、制备硫酸软骨素、咸味香精等食品加工行业，填补了国内酶制剂行业在此酶品种上的市场空白。

通过对此酶酶学性质的进一步分析研究，可为国内应用行业的科研人员提供一种新的蛋白酶品种，推动酶制剂应用技术的快速发展。

近十年来，酶制剂产业已经成为生物工程的重要组成部分，它的发展非常迅速，仅1998年全世界工业酶制剂销售额高达16亿美元，预计到2012年，销售额将达到40亿美元。

酶制剂对我国的国民经济发展起着非常重要的作用，是我国化学工业“十五”和“十一五”规划中加快发展的精细化工产品，酶制剂工业作为高技术产业，是21世纪最有希望的新兴产业之一。

酶制剂是一类具有生物催化能力的蛋白质，它以用量少、催化效率高、专一性强的特点，在生物技术应用领域备受瞩目。

目前，在世界范围内蛋白分解酶是工业酶种中应用得最多的一种酶，约占酶总量的60％，其中碱性蛋白酶就占25％。

碱性蛋白酶广泛存在于细菌、放线菌和真菌中，其中以芽孢杆菌碱性蛋白酶的研究最为广泛和深入。

碱性蛋白酶在改善人民生活质量、降低劳动强度、节约原料和能源、保护环境等方面发挥着重要作用，并产生巨大的经济效益和社会效益。

在高技术日新月异的今天，碱性蛋白酶在日用化工、食品、环保、医药及一些新兴产业中更是具有巨大的市场潜力，发展前景极其广阔，大力开发碱性蛋白酶的应用基础研究及生产研究势在必行。

2碱性蛋白酶的基本性质和生产工艺的选择

2.1碱性蛋白酶的基本性质

2.1.1碱性蛋白酶的概念

碱性蛋白酶是经细菌原生质体诱变方法造育的2709枯草杆微生物通过深层发酵、提取及精制而成的一种蛋白水解酶，属于一种丝氨酸脆外高碱性蛋白酶，它能水解蛋白质分子肽链生成多肽或氨基酸，具有较强的分解蛋白质的能力。

生产工艺是采用微滤超滤膜分离、喷雾干燥或真空冷冻干燥等先进技术，广泛应用于食品、医疗、酿造、丝绸、制革等行业。

2.1.2碱性蛋白酶的特点

碱性蛋白酶是由芽孢杆菌发酵而得，主要成分为枯草杆菌蛋白酶，是一种内切酶，催化部位为丝氨酸，分子量约为27300。

碱性蛋白酶是目前市场上流行的洗涤添加剂，能大幅度提高洗涤去污能力，特别对血渍、汗渍、奶渍、油渍等蛋白类污垢，具有独特的洗涤效果。

碱性蛋白酶在技术上采用细菌原生质体诱变处理方法，从国内碱性蛋白菌生产菌2709枯草杆菌中研究选育出若干稳定高性能菌株，在后处理上，采用去渣盐析沉淀法，减少了蛋白酶的杂质含量和产品特有的气味，提高了溶解速度，与洗涤剂有更好的配伍性，延长了保质期。

碱性蛋白酶作为水解大豆分离蛋白的酶源，确定水解条件及制备多肽的工艺用于碱性蛋白酶制备多肽，从而达到理想的效果[8]。

大豆从古至今被认为是“营养的宝库”，在日本关于大豆的研究已经十分深入。

从脱脂大豆到原油，从医用到食用所涉及的领域十分广泛，产品品种繁多，其中大豆多肽的研究成为了近年来的热点。

多肽是由蛋白质中20种天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的，从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称，其中可调节生物生理功能的多肽称为功能肽。

2.2培养基主要成分和生产方法

2.2.1培养基主要成分是淀粉2%（M/V），麸皮5%（M/V），玉米浆3%（M/V），接种量5%（V/V），溶氧0.03-0.04MPa，吐温-800.02%（M/V），MgSO40.02%。

2.2.2碱性蛋白酶的主要生产方法

1.直接提取法：

从动物器官中提取碱性蛋白酶，