黑曲霉发酵产性蛋白酶

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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

题目名称黑曲霉发酵生产酸性蛋白酶

专业班级 09级生物工程1班

学号

学生姓名钟鑫鑫张溧王涛

指导教师常军博士

2011 年10 月31 日

前言

蛋白酶做为一种重要的工业酶制剂，作为一种较早被人们了解的酶类现在正在人类的生活中发挥巨大的作用，特别是酸性蛋白酶以其作用的广泛性、高效率越来越多的受到了人们的关注。在酸性环境下（pH 2.5-5.0）催化蛋白酶水解的酶制剂，适用于酸性介质中水解动植物蛋白质。该酶主要用于酒精发酵、啤酒酿造、毛皮软化、果酒酱油造、饲料等。其使用于酒精、白酒、果酒、啤酒、黄油以可澄清发酵醪液和成熟醪液。

酶作为一种新兴的物质以其高效，清洁的催化效果充斥着当今人类的思想，但是较高的技术要求和特殊菌株获得，使人们在酶这一产业发展中步履蹒跚，特别是发展中国家由于落后的科学技术，使他们在此项技术中发展更加困难，以中国为例在20世纪90年代就已经有酶企业投入生产，但是我的酶制剂销售额在世界市场只占4%，我国企业所用的酶制剂大多数是由丹麦的NOVO所提供的。就目前情况看，世界各国都投入了大量资金用于酶事业的研究和生产。相信在不久的将来酶一定会更加广泛的在生活中应用。

设计条件

题目:1000L发酵罐，发酵生产酸性蛋白酶。

1发酵工艺

1.1菌种的选择

本实验选用黑曲霉作为菌种，发酵生产酸性蛋白酶，该霉菌株在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为3．350。

1.3菌种培养基的配制

查氏培养基

NaNO3 2g

K2HPO41g

K Cl 0.5g

MgSO4 0.5g

FeSO40.01g

蔗糖30g

琼脂15g

水1000mL

pH 自然

121℃灭菌20min

1.2发酵罐培养基的配制

一般产酸性蛋白酶的微生物，它们的发酵培养基都基本选择麸皮、米糠、玉米粉、淀粉、饲料鱼粉、豆饼粉、玉米浆等各种碳氮源，按各种不同比例混合，添加无机盐配成各种培养基。在黑曲霉生产蛋白酶时，培养基中除需要高浓度的有机氮外，还得添加1%～3%的无机氮。蛋白胨对黑曲霉生产酸性蛋白酶有很强的诱导作用。就黑曲霉3.350研究表明只有几种有机氮可以将它代替，其中已豆饼、蚕蛹、鱼粉的石灰水解物为最好。以下的培养基适合大多数。黑曲霉生产酸性蛋白酶，其组成是豆饼粉、玉米粉、和鱼粉比为6 ：1：1混合物5%，豆饼石灰水解物10%，NH4Cl 1%，CaCl20.5%，Na2HPO40.2%，pH5.5～6.0。

本实验选择黑曲霉3．350发酵培养基的配方：

黑曲霉3．350发酵培养基的配方：

豆饼粉3.75％玉米粉0.625％

鱼粉0.625％氯化铵1.0％

氯化钙0.5％磷酸二氢钠0.2％

豆饼石灰水解液10％pH 5.5

1.3酸性蛋白酶的提取

用粗制酶采用盐析法提取，将培养物滤去菌体用盐酸调节pH4.0以下，加入硫酸铵至浓度55%，静止过夜，倾去上清液，沉淀压滤去母液，于40℃烘干后磨粉。盐析工艺受率94%以上，干燥后收率60%以上，每克酶活性为20万U左右。

甲法：发酵液→离心除去菌体→粗酶→加水浸泡（pH3）→过滤→然后把两者滤液→盐（硫55％铵）→压滤→酶泥→溶于pH2.5，0.005mol/L乳酸缓冲液→离子交换树脂脱色→脱色液（收率93%）→40℃→真空薄刮板蒸发器浓缩2倍以上（收率90%）→离子交换树脱盐（收率90%）→喷雾干燥或冷冻干燥→磨粉（淡黄至乳白色粉末，酶活40～60万U/g）。

1.4发酵罐接种量

适当控制接种量对菌株产酸性蛋白酶的活力关系很大。本实验采用6ml/100g，即6％.

1.5氧载体

在发酵过程中，在发酵培养基中加入正十二烷、全氟化碳，液态烷烃(为12—16碳直链烷烃混合物)等氧载体，使培养基中氧传递速度加快，产生气泡少，剪切力小，能明显提高菌株产酸性蛋白酶的量。

1.6发酵工艺流程图

图1 酸性蛋白酶生产总工艺流程图

1.2发酵罐尺寸及整体设计

本实验采用菌种为好氧菌所以选用机械搅拌通风发酵罐，可采用分批时发酵。 a 、公称容积，指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数。 b 、罐的全容积，指罐的圆柱部分和两封头容积之和

工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；设定高径比H/D=2，则H=2D 设定全体积V0 =1000L=13m h a=0.25D

公称体积 V －－罐的筒身（圆柱）体积和底封头体积之和 全 体 积V0－－罐的筒身（圆柱）体积和上下封头体积之和 圆柱体积V C

上封头体积=下封头体积=V b V 0 = V C +2 V b V C = (π/4) D 2 H V b =

a 2

b 2h D 6

h D 4

π

π

+

可近似V b =(π/24) D 3

V 0 = (π/4) D 2 H + 2(π/24)D 3 =(7π/12)D 3 代入V 0 =1 即可求得D ≈0.82m

发酵罐实际体积V 0 =(7π/12)D 3=1010L ② 发酵罐圆筒壁厚的计算

该发酵罐采用双面对焊GB 150-89钢制焊接压力容器，许用应力标准为：[a]t ＝137Mpa

a 计算发酵设备圆筒壁厚的一些参数如下：

计算壁厚：δ=PD/ (230[a]t φ-P ) + C

式中：δ---计算壁厚mm ；

P ---计算压力,本实验压力在7.6×103 pa=760Mpa D i ---内径，82mm ； [a]t ---设计温下的许用应力；

φ--- 焊封系数(与焊接方法及无损探伤有关)，取0.8； 设计壁厚δ设＝壁厚+腐蚀量C C--腐蚀量(每年腐蚀的量)。C 取3mm

δ=PD/ (230[a]t φ-P ) + C =(760×82)/(230×0.8×137-760) + 3 =5.55≈6mm