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间歇流加L_山梨糖发酵生产2_酮基_L_古龙酸研究

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葡萄糖酸发酵

江西科技师范学院 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称80m3产葡萄糖酸发酵罐的设计 专业班级09生物工程1班 学号20091474 20091480 20091473 学生姓名王俊马志双刘敏 指导教师常军博士 2011 年 10 月 31 日

目录 一、设计方案的确定 (1) 1.1葡萄糖酸的发酵菌种 (1) 1.2 发酵生产工艺及流程 (1) 1.3 发酵罐的总体结构设计 (2) 1.4人孔和视镜的设计 (2) 1.5管道接口设计 (2) 二、计算 (3) 2.1 罐体几何尺寸的计算 (3) 2.2 罐体壁厚的计算 (3) 2.2.1发酵罐圆筒壁厚的计算 (3) 2.2.2 封头壁厚计算 (3) 2.3 搅拌器的计算 (4) 2.3.1搅拌器轴功率的计算 (4) 2.3.2不通气条件下的轴功率P0计算 (4) 2.3.3通气搅拌功率P g的计算 (4) 2.4 发酵热的计算 (5) 2.5 冷却水耗量的计算 (5) 2.6冷却面积的计算 (6) 三、设备选型 (6) 3.1 搅拌器的选择 (6) 3.2仪表接口的选择 (6) 3.3 挡板的选择 (7) 3.4支座的选择 (7) 3.5 冷却装置的选择 (7) 3.6 电机及变速装置选择 (7) 3.7 轴封的选择 (7) 四、附录及图纸 (8) 附录1 (8) 附录2 (9) 附录3 (9) 五、总结 (10) 六、参考文献及资料 (11)

一、设计方案的确定 葡萄糖酸常用作蛋白凝固剂、食品防腐剂和食品酸度调节剂,主要以发酵法生产。本论文设计80m3的发酵罐用于发酵生产葡萄糖酸,针对葡萄糖酸发酵生产过程中最主要的设备发酵罐进行了模拟设计和选型。本论文进行工艺计算、主要设备工作部件(如罐体、罐体壁厚、封头壁厚计算、搅拌器、仪表接口、人孔和视镜、管道接口等)尺寸的设计。 1.1葡萄糖酸的发酵菌种 目前学者在生产葡萄糖酸的菌种方面做了不少研究。其可以通过黑曲霉、醋酸菌、青霉菌(尤其是产黄青霉)、几种假单胞菌以及其他几种菌等发酵生产葡萄糖酸,由于黑曲霉发酵生产产量较高, 且发酵过程容易控制, 是目前国内外葡萄糖酸的主要生产方法,目前在工业生产上用得最多的是黑曲霉。目前用于发酵葡萄糖酸的黑曲霉有多种,而本设计是采用黑曲霉(Aspergillus niger 2109)对葡萄糖发酵生产葡萄糖酸[1]。 1.2葡萄糖酸发酵工艺流程 斜面菌种摇瓶种子发酵罐 种子罐 滤液 脱色液 浓缩液(45%固形物) 葡萄糖酸钠通风 葡萄糖水无机氮源 图1 葡萄糖酸发酵生产工艺流程葡萄糖酸溶液 减压蒸发, 冷却(40-50℃结晶) 过滤 活性炭脱色 减压蒸发 NaOH中和至pH到7.5 冷却结晶干燥 阳树脂 葡萄糖酸

利用黑曲霉发酵生产葡萄糖酸技术 1概况 葡萄糖酸钠全世界

利用黑曲霉发酵生产葡萄糖酸技术 1概况 葡萄糖酸钠全世界需求量在50万吨/年,每年将以3-5%的比例增长,是一种有良好市场前景的产品,特别是在食品行业,随着食品安全卫生的加强,采用发酵法生产葡萄糖酸钠以及酸锌、酸钙将日益取代化学合成法。 国外年需量在40万吨左右,主要分布在美国10万吨/年,欧洲13万吨左右,日本5万吨左右,台湾1万吨,韩国1万吨,南亚地区3万吨,南美及中美洲5万吨左右,澳大利亚2万吨左右,其主要应用在建筑行业和食品行业以及电镀行业,对产品的内在质量要求很严格。在日本主要用来生产葡萄糖酸内酯,来做内酯豆腐。 国内需求量在8~10万吨,主要分布在南方地区以及北方大城市,广东年需求量在1万吨,江苏在8千吨,上海年需求量在1万吨,北京年需求量在1万2千吨,天津年需求量在1万吨左右,山东在1万吨,东北在2万吨左右,其他地区1~2万`吨左右,主要用于生产葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸铁、葡萄糖酸及内酯。 由于化学催化法使用了重金属作催化剂,导致了产品中重金属含量超标,达不到食品安全要求,出口受到限制;而作为发酵法生产却解决了这些问题,成为今后该产品生产的主流。特别在食品行业,这一需求将逐年增加。 葡萄糖酸钠是一种重要的食品添加剂,在营养增补剂、食品保鲜剂、品质改良剂和缓冲剂等方面有广泛的应用,根据在食品中的不同用途可分为如下几类: 1 调整pH功能 葡萄糖酸钠的缓冲pH为3.4,适合做低pH范围的缓冲剂的食品添加剂。饮料pH4以下,一般在65℃下杀菌时间为10min,既能避免杀菌加热对饮料素材的影响,又能节省能源,是饮料生产工程管理的重要性一环,其它有机酸盐难以实现pH4以下杀菌所能达到上述要求,而葡萄糖酸钠能符合上述要求又不影响饮料呈味性,因此葡萄糖酸钠是最优良的食品加工pH缓冲剂。 2 呈味改善剂 葡萄糖酸钠本身呈味性良,有掩盖苦昧、臭味功能,如在掩盖鱼臭、镁离子的苦味等方面,均优予其它有机酸盐。 3 掩盖大豆蛋白臭 大豆蛋白营养价值高,应用于畜肉加工品、鱼肉、鱼糜、冷冻食品等各种食品中,但有固有的大豆蛋白臭,因而使用量有局限性。在香肠制造中,加入5%左右的葡萄糖酸钠,有明显降低大豆蛋白臭的效果。葡萄糖酸钠还有掩盖豆乳、汉堡包等使用大豆蛋白食品特有的大豆蛋自臭味。

葡萄糖酸钠(四)生产工艺

葡萄糖酸钠生产工艺流程 1 范围 本标准适用于采用玉米淀粉经过双酶制糖、深层通风发酵、精制提取等工序生产的葡萄糖酸钠。 2 工艺流程 玉米淀粉调浆→液化→糖化→制糖→发酵→浓缩→蒸发结晶→成品离心→干燥→包装 3 各岗位工艺流程 3.1 制糖岗位主要技术参数 3.1.1 调浆PH值:3.5±0.5PH 3.1.2高温淀粉酶加量:1μ/g(纯淀粉计) 3.1.3喷射液化温度:125.0℃±1.0℃ 3.1.4糖化PH值:6.6±0.5PH 3.1.5糖化酶用量:5~6μ/g 3.1.6糖化温度:80.0±2.0℃ 3.1.2 工艺操作标准 3.1.2.1 调浆 1)投料前必须对所用的设备进行全面检查,确认设备正常后方可加水投料。投料前先向调浆罐内加水7.0~10.0m3,用PH计测水的PH3.5,若低于此范围,用氢氧化钠调整。打开搅拌投料。 2)投料完毕开水定容至14.0~17.0m3,搅拌后,取样准确测PH 3.5,添加高淀酶。搅拌10分钟后开始液化。 3.1.2.2 液化 当蒸汽压力大于0.15Mpa时进行液化,打开调浆罐上回流阀、液化回流阀,关闭进料阀,打开调浆罐罐底阀,打开泵冷却水,开启变频启动调浆泵;待温度上升至110.0℃以上且有明显上升趋势时,开进料阀,调节蒸汽及进料大小,使温度控制在125.0℃,进料流量控制在40~50m3/h进行液化,在维持罐维持20分钟进入糖化罐。同时应注意维持罐液面,防止料液从排空管路中溢出。液化完毕,关闭进料阀、蒸汽阀,停泵停变频器,关闭泵冷却水,用蒸汽将维持罐中的料液压入糖化罐。启动搅拌直至进料结束,料液在糖化罐中125℃保温维持至碘检合格,若碘检不合格,则延长保温维持时间,直至碘检合格。 碘检:用试管取稀碘液2mL,再取液化液,用吸管吸2~3滴液化液滴入稀碘液中,若颜色呈浅红色说明碘检合格。 3.1.2.3 糖化

葡萄糖酸钠的生产方法

葡萄糖酸钠的生产方法 葡萄糖酸钠又称五羟基己酸钠,是一种白色或淡黄色结晶粉末,易溶于水,微溶于醇,不溶于醚。它是一种用途极广的多羟基有机酸盐,由于其无毒,原料来源广泛的特性,在化工、食品、医药、轻工等行业有广泛的用途。此外还可用于电镀、胶卷制造等许多工业领域,应 用前景十分广阔。 目前葡萄糖酸钠的生产方法主要有生物发酵法、均相化学氧化法、电解氧化法以及多相催化氧化法等 (1)生物发酵法。该方法包括真菌发酵和细菌发酵,另外还有固定细胞发酵工艺,其中较普遍采用的是黑曲霉菌发酵制葡萄糖酸钠工艺。该方法是在240- 300 g/L的葡萄糖溶液中加入一定量的营养物质,灭菌,冷却至适宜温度,接种体积分数为10%的黑曲霉种子液,开动搅拌,通气流,调整发酵液PH值维持在 6.0-6.5,温度保持在32-34℃。发酵过程中滴加消泡剂,以消除发酵过程中所产生的泡沫。整个发酵过程约需20 h,当残糖降至1g/L 时可以认为发酵结束。菌体与发酵液分离后,发酵液经真空浓缩、结晶后可得葡萄糖酸钠晶体,或经喷雾干燥后制得葡萄糖酸钠粉状产品。该方法具有发酵速度快、发酵过程易于控制、产品易提取等特点,但同时也有一定的缺陷,如产品色泽不易控制、无菌化要求程度高等。(2)均相化学氧化法。结晶葡萄糖加水溶解后加入催化剂,控制一定的温度,滴加次氯酸钠溶液,同时滴加离子膜液碱来控制反应体系的pH值,使平衡向生成葡萄糖酸钠的方向移动。通过测定残糖量来确定反应终点,然后过滤,将反应液浓缩,利用氯化钠溶解度比葡萄糖酸钠溶解度低的特性,浓缩后先析出氯化钠,后析出葡萄糖酸钠来进行提纯,可得葡萄糖酸钠含量在95%(质量分数)以上的产品。采用次氯酸钠氧化法生产葡萄糖酸钠具有转化率高,工艺过程简单,成本低的优点,但是其中间步骤多,副产物多,产物难于分离,因此在应用上受到了限制。 (3)电解氧化法。该方法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液,再加入适宜的电解质,在一定温度、一定电流密度下恒电流电解。其工业参数的确定因加入电解质的不同而异。例如,以溴化钠为电解质时,葡萄糖浓度为23.5%(质量分数)温度控制在40℃,电流密度为1 A.dm-2,电解质浓度为2%(质量分数),电解过程中碳酸钠可一次性加入。电解结束后电解液经浓缩、结晶,可得葡萄糖酸钠晶体。电解氧化法虽然克服了生物发酵法和均相化学氧化法的某些缺点,但在工业生产中能耗大,不易控制,因此工业化生产中很少采用。 (4)多相催化氧化法。配制一定量的葡萄糖溶液加入于四口烧瓶中,称取适量催化剂加入到此烧瓶中,恒温。向溶液中通入空气,并不断滴加一定浓度的 Na0H溶液来维持一定的pH 值。反应后的溶液经冷却、抽滤(催化剂回收),滤液减压蒸馏浓缩、结晶,风干后得到葡萄糖酸钠晶体。该法工艺简单,反应平稳,易于控制,反应条件温和,其葡萄糖转化率在95%左右。缺点是所用催化剂在循环使用一定次数后,催化效率下降,使葡萄糖转化率降低,反应时间延长甚至基本无催化活性,催化剂必须报废更新,相应提高了单位产品催化剂耗量,也使葡萄糖酸钠产品生产成本较高。由此可见,催化剂性能的好坏是使用此法的关键。催化氧化法还是目前国内葡萄糖酸钠生产的主要方法,其产量占到80%以上。 葡萄糖氧化制各葡萄糖酸钠的4种方法,目前在中国均有广泛研究。在工业化生产上,生物发酵法和多相催化氧化法应用较多。其中多相催化氧化法具有工艺过程简单,反应条件温和(各种气-液-固三相混合的反应器在常压均可采用,反应温度一般控制在60℃以下),反应时间短,转化率高,三废少且易处理的特点,此法的关键是催化剂的性能及循环使用的次数。只要选择合适的催化剂体系,通过催化剂多次使用,克服贵金属价格昂贵和催化剂失活的缺

2_酮基_D_葡萄糖酸发酵生产研究进展_魏转

2-酮基-D-葡萄糖酸发酵生产研究进展 魏 转1,余泗莲2,孙文敬2,3,*,周 强2,李中兵2 (1.河北化工医药职业技术学院制药工程系,河北 石家庄 050026; 2.百勤异VC钠有限公司,江西 德兴 334221;3.江苏大学食品与生物工程学院,江苏 镇江 212013)摘 要:2-酮基-D-葡萄糖酸(2KGA)是合成食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠及D-异抗坏血酸的前体,通常采用细菌发酵的方法由D-葡萄糖转化而来。本文概述了2KGA的生物合成途径、2KGA产生菌的选育、2KGA的发酵条件、2KGA的发酵工艺、2KGA发酵产物的提取、国内2KGA发酵生产中存在的主要问题及改善对策等。关键词:2-酮基-D-葡萄糖酸;发酵;D-异抗坏血酸钠;D-异抗坏血酸 Research Progress on Fermentation Prcduction of 2-Keto-D-gluconic Acid WEI Zhuan1,YU Si-lian2,SUN Wen-jing2,3,*,ZHOU Qiang2,LI Zhong-bing2 (1.Department of Pharmaceutical, Hebei Chemical and Pharmaceutical College, Shijiazhuang 050026, China; 2.Parchn Sodium Isovitamin C Co. Ltd., Dexing 334221, China; 3.College of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China) Abstract :2-Keto-D-gluconic acid (2KGA), usually prepared by fermentative oxidation of D-glucose, is the precursor usedin the manufacture of sodium erythorbate or erythorbic acid as a food antioxidant. The paper summarizes the biosynthesispathway of 2KGA, breeding of 2KGA producing strains, fermentation conditions of the strains producing 2KGA, technologyof 2KGA fermentation, isolation and purification of the fermentation product, the main problems and corresponding solutionsof the domestic 2KGA fermentation production. Key words:2-keto-D-gluconic acid; fermentation; sodium erythorbate; erythorbic acid 中图分类号:O658 文献标识码:A 文章编号:1002-6630(2008)08-0636-04 收稿日期:2008-04-21 基金项目:2007年商务部共性技术研发资助项目(商产函[2007]80号) 作者简介:魏转(1977-),女,讲师,博士,主要从事工业微生物的应用研究。E-mail:weizhuan8856@163.com*通讯作者:孙文敬(1964-),男,研究员,博士,主要从事生物化工研究。E-mail:sunwenjing1919@163.com 2-酮基-D-葡萄糖酸(2-keto-D-gluconic acid,2KGA)是目前工业化大规模生产的有机酸之一,主要用于食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠(sodium erythorbate,EN)及 D-异抗坏血酸(erythorbic acid,EA)的合成[1]。2007年,国内EN及EA的实际产量高达30000吨左右,消耗2KGA约40000吨。 2KGA的生产方法主要有酶法、化学合成法和发酵法等3种:(1)酶法。在吡喃糖-2-氧化酶(pyranose-2-oxidase)、葡萄糖-2-氧化酶(glucose-2-oxidase)和葡萄糖-1-氧化酶(glucose-1-oxidase)中任何一种酶的催化下,用O2将溶液中的D-葡萄糖氧化为D-葡糖醛酮或D-葡萄糖酸-δ-内酯,然后选择吡喃糖-2-氧化酶和葡萄糖-1-氧化酶的一种酶,催化氧化D-葡糖醛酮或D-葡萄糖酸-δ-内酯为过氧化氢和2KGA[2] ;(2)化学合成法。以葡萄 糖为起始原料,在Pt/Pb催化剂存在的条件下,用O2 将葡萄糖氧化为2KGA[3];(3)发酵法。利用细菌直接转化发酵培养基中的葡萄糖为2KGA[4]。由于生产成本方面的原因,目前在工业生产中通常采用细菌发酵的方 法。本文概述2KGA发酵研究进展。1 2KGA的生物合成途径 实地考察发现,国内外2KGA发酵通常采用假单胞菌属(Pseudomonas)的细菌,尤其是荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)。 ED途径似乎是假单胞菌属葡萄糖代谢的主要路径[5-6]。在Ps.aeruginosa[7]、 荧光假单胞菌[8]和恶臭假单胞菌(Ps.putida)[9]中,葡萄糖进入ED途径可能有3条路径:第1条路径包括葡萄糖的吸收和随后的磷酸化、氧化过程,形成6-磷酸葡萄糖酸(6-PG);第2条路径包括葡萄糖的直接氧化形成胞外葡萄糖酸、随后为葡萄糖酸的吸

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