产万吨L赖氨酸的设计方案

年产2万吨L-赖氨酸生产线的

工艺设计

学院：化学与生物工程学院

专业：生物工程

班级：生物工程091

学生：高荣霞

学号：200907214

指导教师：康小虎

二〇一二年七月十七日

目录

1前言 (1)

1.1赖氨酸的产品特性 (4)

1.2赖氨酸的研究现状 (6)

2产品开发的意义 (7)

2.1赖氨酸的作用及研究的意义 (9)

2.2赖氨酸研究中存在的问题 (10)

3工艺流程图 (11)

3.1原料预处

理 (12)

3.2种子培养 (13)

3.3微生物发酵 (16)

4工艺计算 (29)

5主要设备及流程图 (31)

1 前言

1.1赖氨酸的产品特性

赖氨酸

赖氨酸盐酸通常较稳定，高温下易结块，相对湿度60%以下稳定，60%以上则生成二水合物，与维生素C和维生素K并存则着色。碱性条件及直接在还原糖存在加热则分解，易溶于水，水溶液呈中性至微酸性，与磷酸、盐酸、氢氧化钠、离子交换树脂等一起加热，能起到外消旋作用。

赖氨酸是人和动物自身不能合成的一种氨基酸，必须从外界摄取，而植物中所含的各种赖氨酸很少，被称为植物中的第一限制性氨基酸。1960年日本的木下祝郎等用紫外线照射谷氨酸柞杆菌得到一株营养缺陷型变异株，从此开始了发酵法工业生产商品赖氨酸。世界上生产的主要方法有微生物发酵法、化学酶法、提取法和合成

法四种。其中最重要的是化学酶法和微生物发酵法。

其具体操作过程如下：

<1）二步发酵法<又称前体添加法）:50年代初开发的二步发酵法以赖氨酸的前体二氨基庚二酸为原料，借助微生物生产的酶<二氨基庚二酸脱羧酶），使其脱羧后转变为赖氨酸。由于二氨基庚二酸也是用发酵法生产的，所以称二步发酵法。70年代后，日本采用固定化二氨基庚二酸脱羧酶或含此酶的菌体,使内消旋2，6-二氨基庚二酸脱羧连续生产赖氨酸，改进了这一工艺。尽管这样，该工艺仍较复杂，现已被直接发酵法取代。

<2）直接发酵法：广泛采用的赖氨酸生产法。常用的原料为甘蔗或甜菜制糖后的废糖蜜、淀粉水解液等廉价糖质原料。此外，醋酸、乙醇等也是可供选用的原料。直接发酵法生产赖氨酸的主要微生物有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌的突变株等3种。这种方法是在50年代后期开发的。70年代以来，由于育种技术的进展，选育出一些具有多重遗传标记的突变株，使工艺日趋成熟，赖氨酸的产量也得到成倍增长。工业生产中最高产酸率已提高到每升发酵液100～120g,提取率达到80～90%左右。

<3）酶法:主要用生产尼龙原料己内酰胺时生成的大量副产物环己烯为起始原料，用化学方法合成DL-氨基己内酰胺，然后以此作为酶反应的底物，经罗伦氏隐球酵母生产的L-氨基己内酰胺水解酶，和从奥巴无色杆菌菌体中分离到的α-氨基己内酰胺外消旋酶共同作用，转变为L-赖氨酸。该工艺由于反应速度快，原料便宜，产

酸率高，已投入工业生产。

其中饲料中添加的赖氨酸有两种，即L－赖氨酸和DL－赖氨酸。因动物只能利用L－赖氨酸，故主要为L－赖氨酸产品，DL－赖氨酸产品应标明L －赖氨酸含量保证值。作为商品的饲用级赖氨酸通常是纯度为98.5％以上的L－赖氨酸盐酸盐，相当于含赖氨酸<有效成分）78.8％以上，为白色一淡黄色颗粒状粉末，稍有异味，易溶于水。90％以上的L－赖氨酸是以糖蜜为原料发酵生产的产品。此外，日本、美国、德国等国已利用化学合成的2－氨基ω－己内酰胺作原料，通过微生物酶消旋和水解生产L－赖氨酸。

在此基础上发展起来的ε-多聚赖氨酸，被誉为“营养型防腐剂”。ε-多聚赖氨酸是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能的微生物类食品防腐剂。它是由25～30赖氨酸残基聚合而成，具有强烈的抑菌能力，可以作为防腐剂用于食品的保鲜。ε-多聚赖氨酸抑菌谱广，在酸性和微酸性环境中对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有一定的抑菌效果，ε-多聚赖氨酸对其他天然防腐剂不易抑制的革兰氏阴性的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果非常好，而且其对耐热性芽孢杆菌和一些病毒也有抑制作用。

1.2赖氨酸的发展情况

<1）国外赖氨酸生产状况

目前，世界上赖氨酸的总生产能力约60万t/年，产量约38-41万t/

年。美国ADM公司是目前世界上最大的赖氨酸生产企业，现有生产能力15.89万t/年，占世界市场的40%以上。日本味之素Ajinomoto CO.公司，现有6套生产装置，分别建在美国、法国、中国、泰国、意大利和巴西，总生产能力9.08万t/年。日本协和发酵Kyowa Hakko Kogyo CO.公司现有4套装置分别建在美国、墨西哥、匈牙利和日本，总能力约6万t/年该公司计划将其赖氨酸生产能力扩大到10万t/年，争取将赖氨酸的市场份额增长到30%以上。为此目的，该公司一方面积极扩大其在美国、墨西哥、匈牙利以及亚洲现有赖氨酸装置的能力，另一方面计划在亚洲开辟新的生产点。美国Cargill公司和德国Degussa公司合作，在美国的Blair建成7.5万t/年的<含60%赖氨酸硫酸盐）生产装置德国BASF公司于1998年5月将韩国Daesong赖氨酸厂收购，将该公司原有的9万t/年的能力提高到了12万t/年。印尼Chiel糖业公司是韩国第一糖厂投资建设的赖氨酸生产企业，其生产能力已经扩充2万t/年-4万t/年，现已达到8万t/年。德Chema公司在乌克兰建成的生产装置，Degussa在斯洛伐克建设的Fermas生产厂等，总能力也达到1万t/年。

<2）国内赖氨酸生产状况

我国赖氨酸工业起步较晚，80年代初国内有十几家生产厂，但产能均很小，大的也不超过数百t/年。经过20多年的发展，通过与国外公司的合作及技术、装备的引进，某些企业的生产也初具规模。目前,我国较大的赖氨酸生产企业有5家以上，能力已达6.5万t/年。但