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化学产品工程论文

学校代码：

10128

学号：

化学产品工程结课论文

题目：

胰蛋白酶的提取

姓名：

班级：

二零一三年十一月

第1章产品提出1

1.1胰蛋白酶1

1.2作用与用途2

第2章方案3

2.1化胰蛋白酶的提取原理和方法步骤3

2.1.1原理3

2.1.2试剂和器材4

2.1.3方法和步骤5

2.1.3.1胰蛋白酶原的提取5

第3章选择方案6

3.1方案选择6

第4章产品生产8

4.1胰蛋白酶的制备8

4.1.1原理固定培养发酵8

4.1.2液体深层发酵8

第1章产品提出

1.1胰蛋白酶

胰蛋白酶Trypsin（Parenzyme）为蛋白酶的一种，EC3.4.21.4。

在脊椎动物中，作为消化酶而起作用。

在胰脏是作为酶的前体胰蛋白酶原而被合成的。

作为胰液的成分而分泌，受肠激酶，或胰蛋白酶的限制分解成为活化胰蛋白酶，是肽链内切酶，它能把多肽链中赖氨酸和精氨酸残基中的羧基侧切断。

它不仅起消化酶的作用，而且还能限制分解糜蛋白酶原、羧肽酶原、磷脂酶原等其它酶的前体，起活化作用。

是特异性最强的蛋白酶，在决定蛋白质的氨基酸排列中，它成为不可缺少的工具。

牛的胰蛋白酶氨基酸残基223个，分子量23800[1]，活性部位的丝氨酸残基是不可缺少的丝氨酸蛋白酶。

除存在于脊椎动物外，还存在于蚕、海盘车、蝲姑、放线菌等范围广泛的生物体中。

另外与高等动物的血液凝固和炎胰蛋白酶降解物分析。

症等有关的凝血酶、纤溶酶、舒血管素等蛋白酶在化学结构和特异性等方面与胰蛋白酶具有密切的关系，可以认为这些酶是从共同的祖先酶在进化过程中分化而来的。

胰糜蛋白酶与弹性蛋白酶在结构和催化机制方面也具有密切关系，但其特异性则完全不同。

胰蛋白酶系自牛、羊或猪胰中提取的一种蛋白水解酶。

中国药品标准规定按干燥品计算，每1mg的效价不得少于2500单位。

由牛、羊、猪胰脏提取而得的一种肽链内切酶，只断裂赖氨酸或精氨酸的羧基参与形成的肽键。

白色或米黄色结晶性粉末。

溶于水，不溶于乙醇、甘油、氯仿和乙醚。

分子量24000，pI10.5，最适pH值7.8～8.5左右。

pH>9.0不可逆失活。

Ca2+对酶活性有稳定作用；重金属离子、有机磷化合物、DFP、天然胰蛋白酶抑制剂对其活性有强烈抑制。

临床用于抗炎消肿，工业上用于皮革制造、生丝处理、食品加工等。

1.2作用与用途

本品为蛋白质水解酶，能选择地水解蛋白质中由赖氨酸或精氨酸的羧基所构成的肽链，能消化溶解变性蛋质，对未变性的蛋白质无作用，因此，能使脓、痰液、血凝块等分解、变稀，易于引流排除，加速创面净化，促进肉芽组织新生，此外还有抗炎症作用。

临床上用于脓胸、血胸、外科炎症、溃疡、创伤性损伤、瘘管等所产生的局部水肿、血肿及脓肿等。

喷雾吸入，用于呼吸道疾病。

也可用于治疗毒蛇咬伤。

还常用于动物细胞培养前对组织的处理。

胰蛋白酶的作用是使细胞间的蛋白质水解从而使细胞离散。

不同的组织或者细胞对胰酶的作用反应不一样。

胰酶分散细胞的活性还与其浓度、温度和作用时间有关，在pH为8.0、温度为37℃时，胰酶溶液的作用能力最强。

使用胰酶时，应把握好浓度、温度和时间，以免消化过度造成细胞损伤。

因Ca2+、Mg2+和血清、蛋白质可降低胰酶的活性，所以配制胰酶溶液时应选用不含Ca2+、Mg2+的BSS，如：

D-Hanks液。

终止消化时，可用含有血清培养液或者胰酶抑制剂终止胰酶对细胞的作用。

第2章方案

2.1化胰蛋白酶的提取原理和方法步骤

在动物胰脏中除了存在胰蛋白酶外，还有另外两种与胰蛋白酶性质相似的蛋白水解酶：

胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶。

在胰蛋白酶提取过程中，三者彼此很难分开。

需采用合适的方法进一步分离纯化。

2.1.1原理

在动物胰脏中除了存在胰蛋白酶外，还有另外两种与胰蛋白酶性质相似的蛋白水解酶：

胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶。

在胰蛋白酶提取过程中，三者彼此很难分开。

需采用合适的方法进一步分离纯化。

从动物胰脏中提取胰蛋白酶，一般是用稀酸将胰腺细胞中含有的胰蛋白酶原提取出来，然后根据等电点沉淀的原理将提取液的pH值调至酸性（pH3.0左右），使大量的酸性蛋白沉淀出来。

经硫酸铵分级盐析将胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原和弹性蛋白酶原沉淀。

沉淀物经水溶解并调至pH8.0，用极少量的胰蛋白酶将胰蛋白酶原激活，同时溶液中的胰凝乳蛋白酶原和弹性蛋白酶原也被激活，三种酶原相互作用过程如下：

也可采用从胰脏中提取出胰蛋白酶原，利用合适的提取溶液的pH值促使胰蛋白酶原部分自溶，并通过溶液中Ca2+的环境，使胰蛋白酶原被开始自溶的少量具有活性的胰蛋白酶所激活，转变为具有活性的胰蛋白酶（胰凝乳蛋白酶原及弹性蛋白酶原亦同时被胰蛋白酶激活成有活性的酶）。

激活后的酶溶液再进一步分离纯化。

2.1.2试剂和器材

2.1.2.1试剂

（1）pH2.5～3.0乙酸化的水溶液

（2）10%（体积分数）乙酸

（3）2mol/L硫酸

（4）固体硫酸铵

（5）无水CaCl2

（6）结晶胰蛋白酶

（7）25%乙醇溶液（含0.015mol/ＬHCl、0.05mol/ＬCaCl2）

（8）95%（体积分数）乙醇

（9）5mol/ＬNaOH

（10）丙酮

2.1.2.2器材

（1）胰脏

（2）组织捣碎机

（3）离心机

（4）磁力搅拌器

（5）透析袋、20目筛网、纱布、水浴锅

（6）烧杯、量筒、刻度吸管、试管、玻璃漏斗

（7）布氏漏斗、抽滤瓶、温度计、滴管、玻璃搅棒、纱布、pH试纸等

2.1.3方法和步骤

2.1.3.1胰蛋白酶原的提取

取新鲜胰脏约150g，剥去结缔组织和脂肪，取净重100g，切成碎块，在组织捣碎机中捣碎，并加入2倍体积预冷的pH2.5～3.0乙酸化水溶液，制成匀浆。

浆液倒入500mL烧杯中，用10%（体积分数）乙酸调节pH在2.5～3.0之间，在5～10℃下提取6h以上，并间隙轻轻搅拌。

用4层纱布过滤，尽量挤出滤液。

组织残渣中再加入0.5倍体积（约50mL左右）预冷的pH2.5～3.0乙酸化水溶液再提取一次（放置1～2h），再用4层纱布过滤。

合并两次滤液，用2.5mol/L硫酸调节滤液pH在2.5～3.0之间，4℃放置4h（pH始终保持在2.5～3.0），使提取液中酸性蛋白沉淀析出。

提取液用折叠滤纸于玻璃漏斗中自然过滤，收集滤液，量取体积（约200mL左右）。

滤液中加入粉末状固体硫酸铵，使溶液达0.75饱和度（每升滤液加492g，5℃）。

放置过夜，使胰蛋白酶原完全析出。

次日抽滤，弃滤液，压紧并收集滤饼，即胰蛋白酶原粗品。

2.1.3.2胰蛋白酶原的激活

将胰蛋白酶原粗品称重（湿重），分次加入10倍体积预冷的蒸馏水（按滤饼重量计算），使滤饼完全溶解（一般情况滤饼中硫酸铵含量约占饼重1/4）。

用5mol/LNaOH将溶液调至pH8.0，慢慢地搅拌下加入固体无水CaCl2使溶液的Ca2+终浓度达到0.1mol/L（要减去一部分氯化钙与硫酸铵结合生成硫酸钙的钙离子）。

取出2mL溶液用于测定激活前的蛋白含量及酶活性。

原溶液中加入5mg结晶胰蛋白酶，轻轻搅拌均匀，25℃放置2～4h，或4℃放置12～16h，使胰蛋白酶原活化。

每隔1h取样测定胰蛋白酶活性增长情况，直至酶激活速度变慢或停止增长。

一般比活可达到3500～4000BAEE单位/mg。

留取2mL溶液用于测定激活后的蛋白质含量和酶活性。

激活酶溶液用2mol/L硫酸调pH至2.5～3.0，滤纸过滤，滤去硫酸钙沉淀，收集滤液，4℃保存备用。

称取冷冻猪胰脏100g，在2～5℃下解冻，切成小块，用组织捣碎机中绞碎成胰浆，在5～10℃存放24h以上，使胰酶自身活化。

胰浆中加入25%（质量分数）乙醇溶液250mL（25%乙醇溶液中加0.015mol/LHCl、0.05mol/LCaCl2），捣碎机中捣碎1min。

胰浆倒入500mL烧杯中，间隙搅拌，温度20℃左右，活化5～6h。

每隔1.5h，吸取2mL活化液用于测定激活后的蛋白质含量和酶活性。

活化反应结束后，胰浆3500r/min离心20min，将离心后上清液用二层纱布过滤。

滤液置250mL烧杯中，以过滤清液的体积为准，加入粉末状硫酸铵，搅拌溶解，使溶液硫酸铵饱和度为20%。

放置6h后，3500r/min离心20min，保存上清液待用，取沉淀。

沉淀分别用适量95%乙醇洗涤过滤，再用丙酮洗涤，过滤。

最后将沉淀置于表面皿上自然干燥，即得胰蛋白酶粗品Ⅰ。

在上述离心上清液中，加入粉末状硫酸铵，搅拌溶解，使上清液溶液达到55%硫酸铵饱和度，放置6h后，3500r/min离心30min，取离心沉淀，分别用适量95%乙醇、丙酮洗涤，过滤后将沉淀置于表面皿上自然干燥，即得胰蛋白酶粗品Ⅱ。

第3章选择方案

3.1方案选择

胰蛋白酶的生产工艺介绍了企业制造产品的总体流程的方法,包括工艺过程、工艺参数，工艺配方和工艺设备等。

介绍工艺过程中的化工生产原料及主要化工产品，分析生产过程中常见工艺问题和技术要领，作为提供经济效益的基础保证，分析新工艺和传统工艺的性价比，随着环境优化的愈发明显，生产工艺中的三废处理也凸显重要，报告中会根据不同的污染源进行设计排污流程（如下废气处理方法汇总）。

脱臭方法

脱臭原理

适用范围

优点

缺点

1、掩蔽法

采用更强烈的芳香气味与臭气掺和，以掩蔽臭气，使之能被人接收

适用于需立即地、暂时地消除低浓度恶臭气体影响的场合，恶臭强度2.5左右，无组织排放源

可尽快消除恶臭影响，灵活性大，费用低

恶臭成分并没有被去除

2、稀释扩散法

将有臭味地气体通过烟囱排至大气，或用无臭空气稀释，降低恶臭物质浓度以减少臭味

适用于处理中、低浓度的有组织排放的恶臭气体

费用低

设备简单

易受气象条件限制，恶臭物质依然存在

3、热力燃烧法

在高温下恶臭物质与燃料气充分混和，实现完全燃烧

适用于处理高浓度、小气量的可燃性气体

净化效率高，恶臭物质被彻底氧化分解

设备易腐蚀，消耗燃料，处理成本高，易形成二次污染

4、催化燃烧法

5、水吸收法

利用臭气中某些物质易溶于水的特性，使臭气成分直接与水接触，从而溶解于水达到脱臭目的

水溶性、有组织排放源的恶臭气体

工艺简单，管理方便，设备运转费用低

产生二次污染，需对洗涤液进行处理；净化效率低，应与其他技术联合使用，对硫醇，脂肪酸等处理效果差

6、药液吸收法

利用臭气中某些物质和药液产生化学反应的特性，去除某些臭气成分

适用于处理大气量、高中浓度的臭气

能够有针对性处理某些臭气成分，工艺较成熟

净化效率不高，消耗吸收剂，易形成而二次污染

7、吸附法

利用吸附剂的吸附功能使恶臭物质由气相转移至固相

适用于处理低浓度，高净化要求的恶臭气体

净化效率很高，可以处理多组分恶臭气体

吸附剂费用昂贵，再生较困难，要求待处理的恶臭气体有较低的温度和含尘量

8、生物滤池式脱臭法

恶臭气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后，从滤床底部由下向上穿过由滤料组成的滤床，恶臭气体由气相转移至水—微生物混和相，通过固着于滤料上的微生物代谢作用而被分解掉

目前研究最多，工艺最成熟，在实际中也最常用的生物脱臭方法。

又可细分为土壤脱臭法、堆肥脱臭法、泥炭脱臭法等。

处理费用低

占地面积大，填料需定期更换，脱臭过程不易控制，运行一段时间后容易出现问题，对疏水性和难生物降解物质的处理还存在较大难度。

9、生物滴滤池式

原理同生物滤池式类似，不过使用的滤料是诸如聚胰蛋白酶小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供营养物的惰性材料。

只有针对某些恶臭物质而降解的微生物附着在填料上，而不会出现生物滤池中混和微生物群同时消耗滤料有机质的情况

池内微生物数量大，能承受比生物滤池大的污染负荷，惰性滤料可以不用更换，造成压力损失小，而且操作条件极易控制

需不断投加营养物质，而且操作复杂，使得其应用受到限制

10、洗涤式活性污泥脱臭法

将恶臭物质和含悬浮物泥浆的混和液充分接触，使之在吸收器中从臭气中去除掉，洗涤液再送到反应器中，通过悬浮生长的微生物代谢活动降解溶解的恶臭物质

有较大的适用范围

可以处理大气量的臭气，同时操作条件易于控制，占地面积小

设备费用大，操作复杂而且需要投加营养物质

11、曝气式活性污泥脱臭法

将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混和液中，通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质

适用范围广，目前日本已用于粪便处理场、污水处理厂的臭气处理

活性污泥经过驯化后，对不超过极限负荷量的恶臭成分，去除率可达99.5%以上。

受到曝气强度的限制，该法的应用还有一定局限

12、三相多介质催化氧化工艺

反应塔内装填特制的固态复合填料，填料内部复配多介质催化剂。

当恶臭气体在引风机的作用下穿过填料层，与通过特制喷嘴呈发散雾状喷出的液相复配氧化剂在固相填料表面充分接触，并在多介质催化剂的催化作用下，恶臭气体中的污染因子被充分分解。

适用范围广，尤其适用于处理大气量、中高浓度的废气，对疏水性污染物质有很好的去除率。

占地小，投资低，运行成本低；管理方便，即开即用；耐冲击负荷，不易污染物浓度及温度变化影响。

需消耗一定量的药剂

13、低温等离子体技术

介质阻挡放电过程中，等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。

废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应，最终转化为CO2和H2O等物质，从而达到净化废气的目的。

适用范围广，净化效率高，尤其适用于其它方法难以处理的多组分恶臭气体，如化工、医药等行业。

电子能量高，几乎可以和所有的恶臭气体分子作用；运行费用低；反应快，设备启动、停止十分迅速，随用随开。

一次性投资较高。

第4章产品生产

4.1胰蛋白酶的制备

4.1.1原理固定培养发酵

以麸皮、米糠等为培养基的主要原料，加入其它必需的营养成分而制成的固体或半固体的麦曲，经灭菌、冷却后，接入产酶菌株，在一定条件下，发酵产酶。

特点：

设备简单、操作方便、麦曲中酶浓度较高，特别适用于各种霉菌的培养和发酵产酶。

4.1.2液体深层发酵

采用液体培养基，置于发酵容器分钟，经霉菌，冷却后，接入产酶细胞，在一定条件下发酵产酶。

4.1.3固定化细胞发酵

将活细胞固定于水不溶性载体上，利用细胞的生命活动，进行发酵产酶。