300吨淀粉酶工厂的初步设计开题报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！毕业设计开题报告一、文献综述11、研究的目的和意义原料组成，能源消耗情况；在进行淀粉酶工厂发酵装置设计时根据工厂的实际生产工艺和产能采取的最有效的发酵工艺，合理布局设计，使生产操作可靠性、方便性达到生产要求，降低成本，最终使生产效益最大化。淀粉酶广泛存在于动物、植物和微生物中，在食品、发酵、纺织和造纸等工业中[1]均有应用，尤其在淀粉加工业中，微生物淀粉酶更是应用广泛并已成功取代了化学降解应求。因此，通过合理的设计淀粉酶生产工艺可以降低淀粉酶生产成本，对淀粉酶生产普及应用及现代社会的可持续发展具有重大的意义。2、淀粉酶的理化性质根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同，可将其分为淀粉酶、β淀粉酶、葡萄糖淀α4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的，4糖苷键，而生成糊精和还原糖，[4]产物的末端残基碳原子构型为构型，故称-淀粉酶。淀粉酶来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀[5]粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备，也真菌和细菌－淀粉酶。目前，淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业，是一种重要工业用酶。如在淀粉加工业中，微生物淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。其应用于各种工业中对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节3、淀粉酶的研究现状我们利用基因工程技术构建了耐酸性淀粉酶和糖化酶的融合基因,并获得了多拷贝此融合基因的白曲霉菌TR12pH3.0的AP培养基或2在pH4.0的酸性酒精废糟液中,培养液均表现出较高的耐酸性淀粉酶和糖化酶活性[8,9]。用于固态制曲及酿酒发酵,高使其优越性能得到更加广泛的[10]利用,同时也为了探讨通过一次发酵过程,前，除开展大量常规诱变育种T作外，国外已初步搞清产-淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽孢杆菌重组体的基因引入生产菌株，使淀粉酶产量提高7～10淀粉酶菌株开创了新的途径。[11]早在1967年，Jones和Varner就对小麦中淀粉酶的活性进行了研究。不同来源的响也较大，在工业生产中要根据需要使用合适来源的酶，因此对淀粉酶性质的研究也显得比较重要。淀粉酶和其它酶类一样，具有反应底物特异性，不同来源的淀粉酶反应底物也各括支链淀粉、直链淀粉、环糊精、糖原质和麦芽三糖等。4.2最适pH和最适温度通常情况下淀粉酶的最适作用pH一般在2到12之间变化。真菌和细菌类淀粉酶的最适pH在酸性和中性范围内，如芽孢杆菌淀粉酶的最适pH为3，碱性-淀粉酶的最适pH在9～12。另外，温度和钙离子对一些淀粉酶的最适pH有一定的影响，会改变其最适作用范围。不同微生物来源的仅一淀粉酶的最适作用温度存在着较大差异，其中最适作用温度最低的只有25℃～30℃，而最高的能达到100℃～130℃。另淀粉酶是金属酶，很多金属离子，特别是重金属离子对其有抑制作用；另外，巯基，溴琥珀酸亚胺，p-羟基汞苯甲酸，碘乙酸，，EDTA和EGTA等对仅一淀粉酶也有抑制作用。4.4电场强度3实验结果表明，不同强度电场导致酶活性增加的效应不同，并且呈非单调性变化。我们认为，不同强度电场对酶蛋白分子的构象产生了不同影响，处理酶所用的电场能量用不同强度[14]电场处理淀粉酶5min1天与第1O天测定电场对淀粉酶活性的影响。第1天测定结果表明，电场对酶产生明显影响，而且不同强度电场对淀粉酶活性的影响程度不同，在0.5～6.0kV/cm范围内，酶活性随场强增加呈非单调性变化，与对5.5%～26.2%1O0.2％～16.3%之间，表明电场对酶产生的影响经过一定时间后趋于消失。5、淀粉酶的工业应用淀粉酶是淀粉及以淀粉为材料的工业生产中最重要的一种水解酶，其最早的商业化应用在1984年，作为治疗消化紊乱的药物辅助剂。现在，淀粉酶已广泛应用于食品、清洁剂、啤酒酿造、酒精工业、纺织退浆和造纸工业。5.1在焙烤工业中的应用淀粉酶广泛地应用于焙烤工业中焙烤工业中使用的酶制剂有很多，如蛋白酶、脂肪酶、普鲁兰酶、木聚糖酶、纤维素酶、糖化酶等，但没有一种酶能取代淀粉酶用于面包加工中可以使面包体积增大，纹理疏松；提高面团的发酵速度；改善面包心的组织结构，增加内部组织的柔软度；产生良好而稳定的面包外表色泽；提高入炉的急胀性；抗老化，改善面包心的弹性和口感；延长面包心储存过程中的保鲜期。面包等焙烤食品储存一定时间后逐渐变干变硬，易碎，风味变差，这些都是由于面包的陈化造成的，每年由于面包老化造成巨大的损失。在使用淀粉酶时，对其加入量要求比较严格，稍微过量就会导致面包等焙烤食品粘度的增加。因此，最近人们逐渐使用中温淀粉酶，由于其最适作用温度在50℃～70℃左右，所以其在淀粉糊化时具有活性，而在焙烤过程中则会逐渐失活，最终在焙烤完成时活性丧失。而且，在加工过程中淀粉酶会水解淀粉生成聚合度在4～9的糊精，这些糊精也具有抗老化性。但是，现在中温淀粉酶仅能从极少的一些微生物中提取[15,16]5.2在啤酒酿造中的应用淀粉酶使其较快液化以取代一部分麦芽，使辅料增加，成本降低，特别在麦芽糖化力低，辅助原料使用比例较大的4淀粉酶和β含量，提高麦汁率，麦汁色泽降低，过滤速度加快，提高了浸出物得率，同时又缩短20世纪70年代主要用BF7658α-淀粉酶；80年代用食品级枯草杆菌淀粉酶；80年代末，我国无锡酶制剂厂首先生产出耐高温淀粉酶，可使副原料比例从原来的30％增加到40％以上，实现了无麦芽糊5.3在酒精工业上的应用在玉米为原料生产酒精中添加淀粉酶低温蒸煮的新工艺，每生产1t酒精可节煤224.42kg。又可减少冷却用水，提高出酒率8.8%，酒精成品质量也有显著提高。酒精生产应用耐高温淀粉酶。采用中温95℃～105℃蒸煮，既可有效地杀死原料中带来的杂菌，降低入池酸度和染菌机率，又可保护原材料中的淀粉组织不被破坏，形成焦糖或其它物质而损失，从而提高原料利用率。[18]6、淀粉酶的分离提纯目前酶的分离提纯技术日益成熟，酶的分离纯化一般包括三个基本步骤：即抽提、纯化、结晶或制剂。首先将所需的酶从原料中引入溶液，此时不可避免地夹带着一些杂质，然后再将此酶从溶液中选择性地分离出来，或者从此溶液中选择性地除去杂质，然后制成纯化的酶制剂。以下是一些概括：细胞破碎：机械破碎法(捣碎、研磨、匀浆等)、物理破碎法(温度差、压力差、超声波等)(多用于微生物)、化学破碎法(使用甲苯、丙酮、氯仿等有机溶剂以及特里顿、吐温等表面活性剂)和酶促破碎法等等。沉淀分离：盐析沉淀、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、复合沉淀、选择性变性沉淀。层析分离：吸附、分配、离子交换、凝胶、亲和、层析聚焦等。电泳分离：纸电泳、薄层电泳、薄膜电泳、凝胶电泳、自由电泳、等电聚焦等。萃取分离：有机溶剂、双水相、超临界、反胶束等。浓缩结晶：盐析、有机溶剂、透析、等电点、温度差、金属离子等。57.1固定化淀粉酶固定化酶在食品技术，生物技术，生物化学和分析化学中的技术日渐重要。他们比游离酶的优点包括反应物分离容易，产品和反应介质易回收，重复或连续使用。酶可以固定化到多种不同的载体。通过吸附，离子和共价键结合等形式。共价结合法是非常有效的保留酶活性的方法，可以实现固定化。随着科技的发展，淀粉酶的固定化使用越[20]综上所述，各种淀粉酶作为一种重要的工业用酶，已经广泛应用于淀粉及淀粉基工提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用。但由于不同来源淀粉酶的性质上的差异，导致了其应用受到一定的局限，如耐高温淀粉酶在高温条件下才能发挥最大活力，在低温和中温时其利用效率很低，从而限制了其应用范围。另外，不同淀粉酶应用于食品中，其安全性有的尚未完全肯定。因此，在以后的研究中，可以通过化学方法或生物方法对淀粉酶进行改性，扩展其使用的范围，提高使用效率。无论如何，随着科技的发展、研究的深入，淀粉酶将会得到更加广泛的应用。．．．a，．6.[J].．．．．．a28,,:7二、设计内容1、设计的指导思想和主要设计内容1.1设计的指导思想⑴生物学原则：根据不同微生物的营养和反应需求，设计培养基。营养物质组成较丰富，浓度适当，满足菌体生长和合成产物的需求。各种成分之间比例恰当，特别是有机氮和无机氮源，C/N比。一定条件下，各种原材料之间不能产生化学反应。具有适宜的pH和渗透压。⑵工艺原则：不影响通气，又不影响产物的分离精制和废物处理，过程容易控制。保证产品的质量符合国家标准。⑶低成本原则：原材料要因地制宜，来源方便，丰富，质量稳定，质优价廉，成本低。⑷高效经济原则：生产安全，环境保护，高质量，最高得率，最小副产物。⑸安全环保原则：确保人身和设备的安全，减少三废排放，合理处理三废。2、设计拟采取的工艺原理技术路线菌和放线菌居多，由于枯草芽孢杆菌生活在中性的环境中，可以采集中性的土壤。采集后可用平板划线法进行菌种分离。由于野生型菌株生产性能较差，可进行诱变育种，利用物理、化学因素诱导遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求如高产的个体。2.2培养基的配制培养基的种类很多，可以根据组成、状态和用途等进行分类，按照用途可以分成孢,种子和发酵培养基这三种类型。培养基的要求：①营养不要太丰富；②所用无机盐的浓度要适量；③注意培养基的pH和湿度。2.3种子扩大培养孢子→锥形瓶→种子罐→发酵罐此课题为好氧发酵，以空气作为氧源。根据国家药品质量管理规范的要求，生物制8化学灭菌、加热灭菌、静电除菌、过滤介质除菌等。过滤介质除菌是目前发酵工业中空气除菌的主要手段，其介质有棉花过滤器、超细玻璃纤维纸、石棉滤板、金属烧结管等。2.5发酵过程的工艺控制各种微生物需要在一定的pH环境中方能正常生长繁殖。在发酵过程中，可通过添加适量的尿素或碳酸钙等来调节pH温度对微生物的生长、产物的合成和代谢调节有重要作用。温度变化一方面影响各种酶反应的速率和蛋白的性质，另一方面影响发酵液的物理性质。不同的菌种有着不同的最适温度。枯草杆菌发酵温度控制在35℃～37℃最适宜。(4)淀粉酶发酵是需氧发酵，无论是基质的氧化，菌体的生长还是产物的合成均需大量的氧气。若发酵液中氧气不足，可通过加大通气量，适当降低温度，提高罐压，补水，提高搅拌速度来控制。(5)在工业发酵中，染菌轻则影响产品的质和量、重则倒罐或停产、影响工厂效益。因此要严格无菌操作，种子灭菌要彻底，净化空气设备，操作要慎重，设备灭菌要彻底。若在前期染菌，应重新灭菌；中期染菌，应偏离杂菌生长条件；后期染菌，可提前或及时放罐。2.6下游加工下游加工过程是生物工程的一个组成部分，是生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，以上述发酵、反应液或培养液分离、精制有关产品的过程。预处理就是除去高价离子和蛋白质，对高价离子的去除可以采用草酸或磷酸，草酸它与钙离子生成的草酸钙，还能促使蛋白质沉淀，加磷酸既能降低钙离子也能降低镁离子。对于蛋白质的沉淀可以加入絮凝剂，调节pH值或加热。过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温。具体方法：发酵液经热处理，冷却到40℃，加入硅藻土为助滤剂过滤。滤饼加2.5倍水洗涤，洗液同发酵液合并后，在45(NH4)SO至40%饱和度。盐2440收率为70%。9成品固体酶制剂的干燥方法有烘房、气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥、振动干燥和淀粉酶的纯化方法可采用凝胶过滤法，就是以特定的凝胶物质为分子筛装入层析绕道通过；小于该孔径的分子，由于可以自由出入胶粒内外，因此将沿着胶粒缝隙而直接流出。通过一段程度的凝胶层析