年产100吨柠檬酸发酵工艺设计.docVIP

摘要 本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接加入少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白质6%左右。薯干原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。薯干原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐，选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做这方面的预处理。本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。这两种方法都是国内比较流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险小。 由于本设计为糖化、发酵车间的设计，着重于这两个车间的工艺计算、设备选型。通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定糖化、发酵车间主要设备发酵罐、种子罐、车间管道的设计和选型。 本设计还包括发酵罐，工艺流程图，全场平面布局图。 关键词：薯干 深层好氧发酵 黑曲霉 柠檬酸 设备设计和选型。 1 引言 柠檬酸，学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构式为： OH │ HOOC─CH2─C─CH2─COOH 。柠檬酸在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、 ┃ COOH柑橘等。我国柠檬酸生产成本较低，在国际市场上具有较强的竞争力。近年来我国柠檬酸的年出口量一直保持在10万吨以上。 随着水产养殖业的发展，有机酸在人工饲料中的应用越来越广泛。柠檬酸具有无毒害、无残留等优点，对水产动物可以起到促进矿物质吸收、提高饲料利用率的作用，因而在水产养殖中得到了较为广泛的应用。对柠檬酸的研究概况柠檬酸又名枸橼酸，是一种似砂糖的白色结晶体，呈柠檬型酸味。它以玉米为主要原料，经过发酵等一系列化学工艺提取精制而成，所得产品主要为无水或带一份结晶水的柠檬酸。柠檬酸具有令人愉快的酸味，口感爽快，无后酸味，安全无毒，在水中的溶解度极高，能被生物体直接吸收代谢。国内外大量的研究证明，柠檬酸作为饲料酸化剂是添加效果最好的。柠檬酸的生物代谢功能柠檬酸是机体能量代谢的中间产物，有重要的生理、化学功能，它是乙酰COA合成脂肪过程中的重要介质，也是线粒体中构成时吸链的重要物质之一，可以调节CAMP活性，参与机体能量、结构和酶保障等一系列重要反应。EMP和HMP代谢．说明葡萄糖的降解是通过两条途径共同完成的。但是，在生长期EMP：HMP为2：1，而产酸期两者的比例为4：1，即产酸期有80％的葡萄糖是通过EMP代谢的。这是因为在生长期需要通过HMP提供合成核糖等所需的前体物质，产酸期葡萄糖主要通过EMP降解，对柠檬酸的发酵生产是非常重要的。因为1mol葡萄糖经EMP降解可得到2mol丙酮酸，再经脱羧和Ｃ02固定后，可使1mol葡萄糖合成1mol柠檬酸，这样就能获得较高的糖酸转化率(以质量计，葡萄糖合成柠檬酸的理论转化率为l06.7％，对—水柠檬酸的理论转化率为116.7％)。 在柠檬酸积累的条件下，TＣA循环已被阻断。因此，合成柠檬酸所需的草酰乙酸必须由含二碳的羧酸来提供。已知丙酮酸（PYR）和磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）均能经催化作用固定CO2而形成草酰乙酸。 经证实，在黑曲霉产柠檬酸阶段主要是通过丙酮酸羧化酶的催化作用，使丙酮酸固定CO2而形成草酰乙酸。 图1 黑曲霉产柠檬酸途径 2.1.2 柠檬酸生产菌种 很多微生物都能生产柠檬酸,例如:黑曲霉,棒曲霉,文氏曲霉,泡盛曲霉,芬曲霉,丁烯二酸曲霉,淡黄青霉,桔青霉等,以及假丝酵母属中的一些种。 至今世界上消费的柠檬酸主要采用发酵法生产,而最具优势的是黑曲霉和解脂假丝酵母等菌种的深层发酵法.在现代,糖质原料发酵使用黑曲霉,因为它的柠檬酸产量最高,且能利用多样化的碳源. 所以本设计拟采用黑曲霉G23-4菌种作为生产用菌种。 2.1.3 柠檬酸生产原料 Ⅰ糖类： a薯类：甘薯 木薯 马铃薯 甘薯干 木薯干 马铃薯干 薯渣 b谷类：玉米 小麦或小麦面粉 大米 c淀粉：各种谷类薯类加工成的淀粉 d砂糖：白砂糖 赤砂糖 糖蜜 e淀粉糖：由淀粉水解而得到的各种单糖 双糖 糊精 葡萄糖母液 Ⅱ正烷烃 液体石蜡：10-20碳链的馏出物 Ⅲ其他果实下脚料：葡萄、菠萝、柑橘、苹果等果实加工的残渣粮食加工下脚料: 各种粮食加工的下脚料。凡是能通过微生物代谢而产生柠檬酸的物质,都可以作为发酵柠檬酸的原料。但从工业成本考虑，多采用廉价符合要求的原料。一般工业选择原料的标准如下： a原料中可利用成分高，无抑制柠檬酸生产菌生长和产酸的物质极少。或容易除去，能满足工艺要求。 b能就近取材，原料来源丰富，便于采购、运输、适于大量储存，保证生产上的供应。 c原料成分对产品的提取、精制无影响。 d价格便宜。 由于黑曲霉使用糖质原料，柠檬酸产量最高。目前，一般使用甘薯、木薯、马铃薯、玉米等。本设计将以薯干作为生产用原料。 2.2 操作工艺概述 2.2.1 原料的处理工序 根