年产10吨透明质酸生产车间的初步工艺设计.docx

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年产10吨透明质酸生产车间的初步工艺设计

年产10吨透明质酸生产车间的初步工艺设计

本设计为以高产菌为出发菌株年产10吨透明质酸生产车间的初步设计。

主要涉及到的工艺流程分为一级发酵、一次沉淀、溶解、过滤、二次沉淀、脱水、干燥等。

生产菌株采用目前最高产的兽疫链球菌发酵。

发酵时采用兽疫链球菌进行一级好氧发酵，发酵液用乙醇进行沉淀，去离子水进行溶解，丙酮进行脱水,电加热进行干燥。

设计包括物料衡算，设备计算和选型，水、电、汽的估算，工艺流程的设计、主要生产车间（发酵和提取）的设计、车间设备平面布置的设计等内容。

设备计算与选型是根据产量通过计算来确定设备的型号和尺寸。

车间布置是对生产设备和其它设施进行合理布置并确定车间的大小。

关键词透明质酸发酵提取物料衡算设备计算和选型车间布置

毕业设计说明书外文摘要

TitleAnannualoutputof10tonsofhyaluronicacidproductionplantpreliminarydesign

Abstract

Thisisdesignedtohigh-yieldingstrainsofbacteriaasastartingannualoutputof10tonsofhyaluronicacidproductionplantpreliminarydesign.Mainlyrelatedtoprocessdividedintoafermentation,aprecipitate,dissolving,filtering,secondarysedimentation,dehydration,drying.ProducingstrainscurrentlyusedmostproductivefermentationofStreptococcus.FermentationusingStreptococcusconductanaerobicfermentation,Fermentationbrothbyprecipitationwithethanol,dissolvedindeionizedwater,dehydratedinacetone,heatedanddried.Thedesignprocessincludingtechnologyofoxytetracyclineproduction,mainproductionworkshops（fermentationandextraction）,thegroundplanofworkshopandequipmentlayoutdesign,materialaccounting,calculationandselectionofequipment,water,electricity,steam,suchestimatesofthecontent.Equipmentmodelsistodeterminethetypeandsizeofequipmentbycalculatingthevolumeofmaterials.Workshopsetistoreasonablyfurnishtheproductionequipmentandotherfacilitiesandtodetermineareasonablesizeworkshop.

KeyWordsHyaluronicacidfermentationextractionCalculationandselectionofequipmentPlantlayout

1引言

D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位玻尿酸（Hyaluronan），又称糖醛酸、透明质酸，基本结构是由两个双糖单位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的大型多糖类。

与其它粘多糖不同，它不含硫。

它的透明质分子能携带500倍以上的水分，为目前所公认的最佳保湿成分，目前广泛的应用在保养品跟化妆品中。

1.1透明质酸的简介

1.1.1透明质酸的结构

分子式:

C28H44N2O23

分子量:

776.6486

透明质酸是一种酸性粘多糖，1934年美国哥伦比亚大学眼科教授Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。

透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。

尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子（Naturalmoisturizingfactor，NMF，例如：

2%的纯透明质酸水溶液能牢固地保持98%水分。

透明质酸是一种多功能基质，透明质酸（玻尿酸）HA广泛分布于人体各部位。

其中皮肤也含有大量的透明质酸。

人类皮肤成熟和老化过程也随着透明质酸的含量和新陈代谢而变化，它可以改善皮肤营养代谢，使皮肤柔嫩、光滑、去皱、增加弹性、防止衰老，在保湿的同时又是良好的透皮吸收促进剂。

与其他营养成分配合使用，可以起到促进营养吸收的更理想效果。

明质酸另一名称为玻尿酸，玻尿酸为错误译名，RESTIAIDhyaluronicacid的hyal-意思是像玻璃一样的、光亮透明的，而uronicacid指的是糖醛酸，玻尿酸与尿酸没有任何关系。

1.2透明质酸的合成原理及生产方法

随着人们年龄的增长及营养、日照、环境等因素的影响，人体合成透明质酸（玻尿酸）HA的能力逐渐下降，皮肤中透明质酸（玻尿酸）HA的含量会逐渐降低，人在胚胎时期体内透明质酸（玻尿酸）HA含量最高，出生后逐渐减少。

如果把20岁的人体内的透明质酸（玻尿酸）HA相对含量定位100%，则30、50、60岁时分别下降为65%、45%、25%。

当皮肤中的透明质酸（玻尿酸）HA含量低于某一水平时，皮肤表层的含水量会逐渐降低，造成角质层老化，皮肤就显得粗糙，出现皱纹，失去弹性，显得衰老，这一现象一般出现在25岁以后。

这也是中老年人与少年儿童皮肤差距的主要原因之一。

同时人体皮肤中透明质酸（玻尿酸）HA的破坏与紫外线有关，所以长期从事野外作业、高原生活、户外作业的人员较室内工作人员的皮肤显得粗糙。

人体双盲临床试验证明：

口服4小时后，血液中玻尿酸含量开始显著增高，12小时达到峰值，比对照组高出70倍。

连服7天后即可达到稳定的浓度。

百体专家介绍，透明质酸的主要功能有如下三点：

1、改善关节功能

2、天然的保湿润滑剂

3、防止动脉硬化、脉搏紊乱和脑萎缩等病症的发生。

透明质酸本身带有负电荷，在动物体存在于大部分的软结缔组织中。

它的水溶液为粘弹性流体，填充在细胞与胶原纤维空间之中且覆盖在某些表皮组织上。

在动物体，其主要功能乃保护及润滑细胞，调节细胞在此粘弹性基质上的移动，稳定胶原网状结构及保护它免于受到机械性的破坏。

因为透明质酸为天然性润滑以及吸震高分子，在肌腱、肌腱鞘及粘滑膜表面作为润滑剂。

透明质酸（玻尿酸）HA广泛分布于人体的结缔组织中，在牛眼玻璃体、关节腔中几乎以纯态形式存在。

存在于皮肤中的透明质酸（玻尿酸）HA，对人体表皮的新陈代谢起到重要的作用。

人体中透明质酸（玻尿酸）HA的破坏或失调，均可造成疾病。

皮肤中透明质酸（玻尿酸）HA含量的减少及破坏，可造成皮肤失水中，起皱而失去弹性，使人表皮衰老，因而，透明质酸（玻尿酸）HA又被称为抗衰老因子。

透明质酸（玻尿酸）HA是人皮肤表皮及真皮的主要基质成分之一，其生理功能是能使水分进入细胞间隙，并与蛋白质结合而形成蛋白凝胶，将细胞粘在一起，发挥正常的细胞代谢作用，起到保持细胞水分，保护细胞不受病原菌的侵害，加快恢复皮肤组织，提高创口愈合再生能力，减少疤痕，增强免疫力等作用。

同时，透明质酸是增殖细胞和迁移细胞胞外基质的主要成分，尤其在胚胎组织中是如此。

因为透明质酸的自身的特性，能使细胞保持彼此分离，使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化。

在发育过程中，透明质酸的作用似乎是防止细胞在增殖够数或迁移到位之前过早进行分化。

在医药方面，透明质酸（玻尿酸）HA用于非甾体消炎药，关节炎治疗，眼科，心外科手术的辅助药品，在治疗烫伤、烧伤、冻伤、人造皮肤等方面，有着独到的作用

1.2.1透明质酸的合成原理

HA是由相同的二糖单体重复排列而形成的无支链的直链多聚物,其中每个二糖单体由一个N—乙酰氨基葡萄糖（Glc-Nac）以β-1,3糖苷键与葡萄糖醛酸（GIcA）交替连接而成,二糖单位间以β-1,4糖苷键连接。

透明质酸的相对分子量约为106～107分子中含有200～10000个双糖。

由于直链链轴上单糖之间氢键的作用,HA分子在空间呈刚性的螺旋柱型,其半径为200nm,柱内侧因有大量羟基而产生强亲水性。

在溶液中HA结合的水分可达其本身重量的1000倍,且这些水在螺旋柱内固定不动,不易流失。

HA水溶液是一种非牛顿型流体,有着良好的粘弹性和应变性。

一般来说,溶液浓度和分子量的增加会使溶液粘度增加。

低浓度的HA溶液主要表现为粘性,而高浓度溶液则主要显示其弹性。

1.2.2透明质酸的生产方法

（一）动物组织提取法制备透明质酸的常用原料有鸡冠、脐带、眼玻璃体、猪皮等，主要工艺过程包括提取、除杂和分级分离。

从动物组织中提取透明质酸的一般过程如下：

先将组织匀浆，再用水和稀盐溶液提取；提取用氯代十六烷基吡啶或十六烷基三甲基溴化铵沉淀；将所得的沉淀溶解除渣后，用2～3倍乙醇沉淀所得粗品。

纯化可用乙醇或季铵盐进行反复沉淀处理，或采用酶解、超滤、离子交换等技术进一步除杂质及蛋白质。

不同组织透明质酸的提取纯化过程有一定的差别。

鸡冠中脂肪成分少，透明质酸含量高，容易绞碎，经丙酮脱脂后可直接用蒸馏水反复提3次或40～50℃热提，透明质酸含量高达0.47％。

脐带脂肪含量较鸡冠高，可用稀碱溶液（pH8）6O℃热提数次，或用水一氯仿溶液（20：

1）提取并用等体积氯仿洗涤提取液进一步脱脂，脐带透明质酸产量约为0.2％。

眼玻璃体透明质酸的提取多用NaCI溶液（0.1～1M），收率为0.64—2.4％。

猪皮中含脂肪较多，且韧性很大，不易绞碎，一般用NaOH溶液37℃保温使猪皮液化后用50％的乙醇调中性，猪皮透明质酸得率为0.7％。

动物组织提取法是当今生产透明质酸最主要的方法，但存在浓度不高、效率低、成本高、原料来源受限制等缺点。

随着透明质酸应用范围的不断扩大，该方法已不能满足医药和化妆品生产的需求，必将逐渐被发酵法所取代。

（二）微生物发酵法

利用微生物发酵生成透明质酸的含量和数量主要取决于三个方面：

一是菌种的筛选；二是培养基的选配及发酵工艺的优化；三是分离提纯。

生物发酵法具有产品不受原料资源限制、生产成本低、工艺简单等特点，是今后研究开发的方向。

1．菌种的筛选。

目前所用的菌种主要有兽疫链球菌、马疫链球菌和类马疫链球菌等『2J。

为使透明质酸不被酶所分解，提高透明质酸的产量，可在发酵培养基中添加透明质酸酶抑制剂，实际生产中更常用的方法是对原始菌种进行一定的诱变处理，以得到适应性强、生命力旺盛、透明质酸产量高的安全菌株，NTG（N一甲基一N一硝基一N一亚硝基胍）是较有效的化学诱变剂。

2．培养基的选配及发酵工艺的优化。

目前所用培养基氮源为各种肉浸膏、蛋白胨、氨基酸、酵母膏、大豆蛋白水解液、尿素、无机盐等，其中酵母浸膏最常用。

碳源主要是各种单糖、蔗糖和淀粉水解物，最常用的是葡萄糖，还有磷酸盐、硫酸盐等无机盐。

此外，为了获得高分子