1TPM酵母中海藻糖提取纯化工艺设计_生物工程设备与分离技术课程设计.docx

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1、精品学习资源吉林工程技术师范学院食品工程学院课 程 设 计课程名称：生物工程设备与分别技术班 级：生物工程 1041欢迎下载精品学习资源1TPM 酵母中海藻糖提取纯化工艺设计欢迎下载精品学习资源目录目 录.I.第一章 工程总论 .1.1.1 海藻糖概述 .1.1.1.1 海藻糖地性质 .1.1.1.2 海藻糖地生理功能 .1.1.1.3 海藻糖地应用前景 .2.1.2 海藻糖地生产工艺 .2.1.2.1 酵母中海藻糖地提取纯化工艺 .3.其次章 技术方案 .5.2.1 产品方案 .5.2.2 生产工艺流程设计 .5.2.3 生产工艺过程说明 .6.2.3.1 乙醇提取 .6.2.3.2 冷却离

2、心 .6.2.3.3 浓缩 .6.2.3.4 活性炭脱色脱蛋白 .6.2.3.5 离子交换 .6.2.3.6 浓缩结晶 .7.2.3.7 过滤干燥 .7.2.4 物料衡算 .7.2.4.1 技术参数 .7.2.4.2 运算 .7.第三章 设备选型 .9.3.1 热回流提取罐 .9.3.2 离心机 .9.3.3 浓缩罐 .9.欢迎下载精品学习资源3.4 离子交换设备 .9.3.5 干燥机 .9.第四章 防污措施114.1 车间环境卫生114.2 废水处理114.3 废渣处理11第五章 结语 .1.2.参考文献 .1.3.欢迎下载精品学习资源第一章 工程总论1.1 海藻糖概述1.1.1 海藻糖地性

3、质海藻糖叉名茧蜜糖，蘑菇糖，漏芦糖或蕈糖，是在动物、植物、微生物中广泛分布地一种低聚糖 .它是由两分子地吡哺葡萄糖单体以a， a-1， 1 糖苷键连接而成，其化学式为aD-吡喃葡萄糖基一 aD 一吡喃葡萄糖苷，分子式为C12H22O11H2O 相对分子量为 37833.其结构式如图 1.1图 1.1海藻糖是白色晶体，带有两分子结晶水，当加热到130C 时，海藻糖失去结品水，变成无水晶体 .海藻糖溶于水、冰醋酸和热乙醇中.其水溶液性质稳固，无色无嗅，口感咯带 甜昧，它不会焦化 .它对热、酸都非常稳固，是自然双糖中最稳固地糖质.由于不具有仍原性，即使与氧基酸、蛋白质等混合加热也不会产生美拉德反麻引

4、起地着色反应.海藻糖几乎不被一般地酶分解，只被具有特异性地海藻糖酶水解.1.1.2 海藻糖地生理功能海藻糖不仅具有优良地理化性质，它仍具有优于其他双糖地特殊地生物学功能内源性地海藻糖可以有效地爱护生物免受外界恶劣条件地侵害，外源性地海藻糖同样对生物体具有爱护作用，这种爱护作用是非特异性地 .内源性海藻糖，不仅可以作为生物体内地能量储备，也可以爱护体内细胞免受外界恶劣条件地侵害，主要表现在当生物细胞处于养分饥饿、高温干燥缺氧或冷冻等各种胁迫环境时，生物细胞内开头积存海藻糖，并利用其特别地生物学特性，对生物细胞进行爱护.科学讨论说明，海藻糖是生物体应对环境压力地一种应激代谢产物，很多物种对外界恶劣

5、环境所表现出地抗逆耐受力，与机体胞内海藻糖地变化有着直接地关系 .欢迎下载精品学习资源外源性地海藻糖同样也可以爱护细胞和生命大分子对蛋白质变性具有爱护作用和保水作用 .外加海藻糖能在很多生物处于反常条件下，如冷冻、低温或常温干燥时，有效地爱护生物膜、蛋白质等地结构，维护生物体其原来地结构、性状和功能，海藻糖这种非特异性爱护功能促使科技工作者争先进行对海藻糖地讨论与开发.海藻糖爱护生物分子地机制有三种：水替代、玻璃态转换及优先排阻假说.这三种作用机制并不是相互排斥地， 而是它们对海藻糖地稳固作用机制地说明都有奉献.目前对海藻糖这种特别地爱护机 -制是一个讨论热点 .1.1.3 海藻糖地应用前景随

6、着海藻糖生产地不断进展，生产成本地不断降低，海藻糖地各种性能逐步被人们所 熟悉，其应用领域也越来越广 .海藻糖地优良品质和性能使他在食品、保健品、医药、化妆品、农业等方面有着广泛地用途 .在食品方面主要利用海藻糖具有地非仍原性、保湿性、耐冻性、耐干燥性以及良好地味，可以用来防止因干燥或冷冻引起地变性，或和其他甜味剂混合使用作为食品地甜味剂降低产生龋齿地副作用，仍可作为一些调料、食品地品质改良剂和调味剂.保健品方面主要采纳海藻糖做冻干爱护剂，它可以大大提高菌地冻干存活率，能使冻干制品在常温下长时间储存，大幅度延氏其保持期.另外，海藻糖可改善骨质疏松症.医药方面应用主要是作为试剂和诊断药地稳固剂如

7、可用于移植器官地贮存，激素、生物制剂、抗生素、维生素、酶以及各种易失活物质地稳固剂，也可用于牙膏、内服 药、糖衣片等作为甜味剂、品质改良剂和稳固剂，它有降血糖、保肝等作用，仍可制成衍生物用丁抗癌剂、抗肿瘤剂中 .化妆品方面主要是应用海藻糖地衍生物，海藻糖本身具有地保湿性已被确认为新地化妆品原料，用于皮肤化妆品中，可抑制皮肤地干燥，也可用于口腔凉爽剂、口腔芳香剂等.在农业领域，通过生物T 程技术完全有可能将海藻糖地转基因植物培育成抗旱转基因植物.1.2 海藻糖地生产工艺无论是酶转化法仍是微生物抽提法生产海藻糖在我国均处于起步阶段.相对而言，以酵母为原料生产海藻糖地技术在国内较为成熟.中国科学院已

8、经开发出了培育海藻糖高产酵欢迎下载精品学习资源母菌并从中提取精制海藻糖地专利.大连理工高校、无锡轻工业高校、华东理工高校等高 校也对从酵母生产海藻糖地工艺进行了讨论，并取得了很多成果.但是目前从活性干酵母中抽提海藻糖地工艺仍存在工艺复杂，成本较高等缺点，限制了海藻糖地大规模工业生产.而酶法生产海藻糖在我国仍处于理论讨论阶段.因此工业化生产海藻糖在我国仍旧是一个空缺，如何简化工艺降低成本，建立成熟地海藻糖工业化生产工艺成为目前人们讨论地重点.1.2.1 酵母中海藻糖地提取纯化工艺1. 提取工艺乙醇水 提取法：在乙醇（水）地共同作用下使酵母细胞破裂，海藻糖从破裂地细胞地中释放出来，同时高温顺乙醇能

9、够抑制从液泡中释放出来能将海藻糖水解为葡萄糖地 海藻糖酶 .微波帮助法：以水作为提取溶剂，将酵母配制成肯定浓度悬液，先经微波破壁处理一段时间后，使细胞内存在地海藻糖酶变性失活，破坏酵母细胞地结构，再进行水浴搅拌提取一段时间，从而促进酵母细胞内海藻糖快速溶出，增加海藻糖得率地一种破壁提取方法2. 纯化工艺（1） ）脱蛋白热变性法脱蛋白：热变性法脱除蛋白是利用蛋白质在高温下变性，溶解度降低地原 理，对海藻糖提取液进行加热，低温冷却后离心，从而脱除海藻糖提取液中蛋白质.碱金属除蛋白：碱金属除蛋白地方法是加入肯定量10 质量分数 地 ZnSO4 一溶液， 再滴加饱和地 BaOH2 溶液，凋节 pH 为

10、 8，离心屙收集上清液；重金属除蛋白地方法是直接向溶液中加入适量地醋酸钳，离心后收集上清液.活性炭脱蛋白：吸附作用是吸附过程中由吸附剂表面与被吸附物质分r 之间地范德华力引起.这种吸附作用地挑选性很人，在高温 F 吸附最反而降低，吸附过程中能量变动较小，因而简洁解吸 .活性炭颗粒地大小对吸附才能有影响 .一般来说，活性炭颗粒越小，过滤而秘越大，所以粉末状地活性炭地总面积最大，吸附成效正确 .（2） ）采纳离子交换树脂对海藻糖提取液进行处理除去溶液中地杂质盐类及色素 .经活性炭处理过后地海藻糖提取液中含有大量地地盐类及少量色，为了达到较好地脱色成效需要采纳离子交换 .欢迎下载精品学习资源（3）

11、）结晶冷却结晶：冷却地过程基本上不去除溶剂，而使溶液冷却降温，成为过饱和溶液.此法适于溶解度随温度地降低而显著下降地物系.冷却法一般可分为自然冷却，间壁冷却或直 接解除冷却 .此方法地优点在于设备要求不高、耗能小、缺点是生产效率低.蒸发法：蒸发法是除去一部分溶剂地结晶法，它使溶液在加压、减压下加热蒸发而浓缩以达到过饱和 .此法主要适用于溶解度随温度变化不大地物系或具有逆溶解度地物质.蒸发法结品消耗地热能最多，加热面地结垢问题也会使操作遇到困难.真空冷却法：蒸发法是使溶剂在真空下闪蒸而绝热冷却，实质上是冷却及去除一部分溶剂地浓缩两种效应来产生过饱和度.此法适用于溶解系数中等地物质 .这种方法所用

12、地主体设备比较简洁，操作稳固 .盐析法：向物系中加入某些物质，来降低溶质在溶剂中地溶解度 .可在不纯地混合水溶液中加入适当溶剂 如甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮 以制取纯地物质 .值得留意是，所加物质要能溶解于原溶液地溶剂中，但又不溶解被结晶地物质，而且在有必要时溶剂与稀释剂地混合物易于分别 .欢迎下载精品学习资源其次章 技术方案2.1 产品方案1. 提取方案我们选用乙醇法分别提取，微波处理法时间比较久，而且处理后得到地海藻糖得率和乙醇法相差不大，微波处理法适合试验室来提取，而且经济方面也不划算，对于工厂生产适合用乙醇提取，提取率达 5.548%.2. 纯化方案（1）讨论说明采纳碱金属 重金属 除蛋

13、白会造成环境地污染且成本很高，热变性除蛋白温度掌握对于大型生产不便利，而且耗能多，活性炭是一种强力高效而且廉价地吸附剂和脱色剂 .它可以对海藻糖提取液进行脱色脱蛋白地同步处理.活性炭是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料通过物理和化学方法对原料进行破裂、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和挑选等一系列工序加下制造而成，它地污染危害要小地多，它可以有挑选地吸附气相、液相中地各种杂质，以达到脱色精制，去污提纯地目地.因此我们选用活性炭进行脱色，脱色率达 82.99%.（2）通过树脂地静态挑选， 为了达到完全脱除阴阳离子地目地 , 提高精制成效 , 采纳混合床.D001 大孔强酸性阳离子树脂与 D201

14、大孔强碱性阴离子树脂分别组成混合床 .脱色率达 90.09%.离子交换脱盐率 98.18%.（ 3）结晶选用向溶液中加入乙醇来结晶，海藻糖极易溶于水，但它在水中地溶解度随温度变化不敏锐冈此冷却法不适用 .蒸发结晶也不适用于海藻糖，囚为过高地煮糖温度有可能会发生褐变反应，产生地焦糖色素不仅影响外观，仍可能阻滞结晶，影响纯度.同时作为绝人多数生物药晶和食品成分地爱护剂，过多地杂质明显也不答应，因此加入盐类地盐析也是不行地 .反应结晶明显也不适用 .海藻糖虽然极易溶于水但在乙醇中地溶解度很小，因此可以采纳加入乙醇使海藻糖析出地结晶方法.一般海藻糖提取液中地海藻糖浓度较低，因此可用减压蒸馏地方法浓缩，

15、再加入乙醇用盐析法结晶.欢迎下载精品学习资源2.2 生产工艺流程设计生产工艺流程图如下欢迎下载精品学习资源2.3 生产工艺过程说明2.3.1 乙醇提取取干酵母加入体积分数 40%乙醇溶液，其料液比为 1:7，在80恒温水浴中 , 回流10min,提取海藻糖 .2.3.2 冷却离心提取液先冷却至室温，再离心分别，在3000r/min 下离心分别 15min，使固液分别，倾出上清液 .2.3.3 浓缩将所得到地纯海藻糖溶液通入到浓缩罐中，对其进行加热蒸发处理，除去其中地水分，浓缩海藻糖，得到粗产品海藻糖 .2.3.4 活性炭脱色脱蛋白将海藻糖提取液地调剂PH 调为 4.0,加入活性炭混合匀称，活性

16、炭用量为1g/L,在80水浴中反应 40min,期间不断地搅拌，蛋白脱除率达82.88% .2.3.5 离子交换树脂选用 D001 大孔强酸性阳离子树脂与D201 大孔强碱性阴离子树脂分别组成混合床，以体积比 2 1 地组成分别装柱，除去各种离子杂质（包括离子型色素），样品流速为 2 mL/min ，用蒸馏水洗涤交换柱，收集洗脱液 .过滤得上清液于 420nm 处测其光吸取值可运算脱色率 .欢迎下载精品学习资源2.3.6 浓缩结晶浓缩海藻糖液，条件为：温度为 50 ，真空压力为 0.1 MPa，转速为 30 r/min ，达到结晶所需地质量分数 30%.加入浓缩样液 3 倍体积地无水乙醇，温度

17、保持 30 . 浓缩结晶海藻糖保留率为 70.15%.2.3.7 过滤干燥过滤后用少量乙醇冲洗，干燥条件为40， 10h.风干后，出现略带黑黄色地菱柱状海藻糖晶体 .2.4 物料衡算2.4.1 技术参数（1） ）乙醇提取提取率为 5.548% ，料液比 1:7（2） ）活性炭脱蛋白率为 82.88%（3） ）活性炭海藻糖地保留率为 82.05%（4） ）离子交换脱盐率 98.18%（5） ）离子交换海藻糖保留80.05%（6） ）浓缩结晶海藻糖保留70.15%2.4.2 运算（ 1）酵母地乙醇提取，经离心分别海藻糖地提取率为5.548%.总物料衡算m 待处理地活性干酵母 39215kg m1

18、处理后地残渣 37039.4kgm2 海藻糖地粗产品 2175.6kg料液比为 1:7每月 40%体积分数乙醇用量为 274505kg，转化成无水乙醇量为 109802kg.(2) 活性炭地脱色脱蛋白海藻糖地保留为 82.05%,活性炭用量 1g/L欢迎下载精品学习资源活性炭用量 2175.6g 即 2.176kg海藻糖质量活性炭脱色后海藻糖粗产品 m3 为 1780.7kg(3) 离子交换脱盐脱色海藻糖保留 80.05% 海藻糖质量离子交换脱盐脱色后海藻糖质量m4 为 1425.4kg，每天脱色量为 47.5kg.由于每脱色 100g 海藻糖需要地 D001 树脂为 40g,D002 树脂

19、20g，就每月树脂用量 D001 树脂用量 712.28kg,D002 树脂用量 356.14kg.(4) 浓缩结晶乙醇用量为三倍体积地海藻糖提取液地体积，海藻糖地保留70.15%乙醇用量 1425.4 3=4276.2kg海藻糖质量欢迎下载精品学习资源表 1月产 1 吨海藻糖衡算表每天每月每年1酵母-1.30739.215470.5812乙醇无水3.8114.0811368.93活性炭-7.3 10-50.00220.0264树脂D0010.3560.7128.5475树脂D0020.1780.3564.273序号原料名称规格消耗量（吨）欢迎下载精品学习资源第三章 设备选型3.1 热回流提取

20、罐（1） ）热回流提取罐地型号TQ-1（2） ）热回流台数地确定加料口直径 400mm,排渣口直径 600mm，搅拌转速为 36r/min,容积为 600L,每日需要提取量 10384L，每次提取非常钟，提取罐每天工作三个小时就可以完成所需 要提取量，为了提高效率我们选用需要两台.3.2 离心机（1） ）选用选用 SS型三足式离心机，型号为SS-800（2） ）离心机地离心才能及台数地确定SS-800离心机，直径为 800mm,高为 360mm，其有效容积为 96L，最大装料量为 140kg. 而需要离心地海藻糖量为 2175.6kg，就每日离心量为 72.52kg，所以每日需要离心地体积约

21、V=70L ，此离心机满意每日地生产要求，因此所需离心机台数为一台.3.3 浓缩罐（1） ）浓缩罐地型号为 ZN-100（2） ）浓缩罐体积及数量地确定每日所需要浓缩地海藻糖提取液地量为70L，我们选用地 ZN-100 容量为 100L，且选用一台就可以满意要求 .3.4 离子交换设备（1） ）离子交换柱 JYRS-12.0T-A（2） ）依据运算树脂每日地地用量，他地规格工作压力为 10Mpa，工作温度 15-120， 进水浊度为 100mg/L，直径 1000mm，树脂层高度 2000mm，填料量为 1500L,我们挑选两台就可以.3.5 干燥机（1） ）干燥机地型号 LGJ- A欢迎下载

22、精品学习资源（2） ）干燥机地干燥才能及台数地确定真空冷冻干燥机，所需要干燥地浓缩后地海藻糖量为1425.4kg，而该真空冷冻干燥机地干燥量为序号3000kg 每次，所以选用一台就可满意要求 .月产 1 吨海藻糖设备一览表设备名称型号台数1热回流提取罐TQ-122离心机SS-80013浓缩罐ZN-10014离子交换柱JYRS-12.0T-A25干燥机LGJ- A1欢迎下载精品学习资源第四章 防污措施4.1 车间环境卫生生产车间光线充分，通风良好，地面平整、清洁、无积水、无污垢，墙面、门窗应常常清洗 .车间入口处设有感应式吸取清洗设备及消毒措施.车间设有防蚊蝇、防虫和防鼠设施，车间门窗严禁任凭乱

23、开，以防鼠、蚊蝇、飞鸟等侵入.操作人员在生产前和生产后应立刻对所使用地设备和物料管道进行清洗，对清洗不到地设备、部件及设备外部也要准时清洗、消毒，保证设备及工艺管道地卫生.4.2 废水处理本工艺产生地废水几乎全部来自设备清洗和地面清洁用水，不含油和有毒物质，可以由车间两侧明沟直接排除，经厂污水处理系统处理后，排放到厂外河流中.4.3 废渣处理原料中杂质可直接排放，但扔掉很惋惜，自己发酵处理又要重置很多设备，费资太多，经多方面考虑直接把滤渣卖到饲料厂.欢迎下载精品学习资源第五章 结语海藻糖是一种安全、牢靠地自然糖类，如人们日常生活中食用地蘑菇类、海藻类、 豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有

24、含量较高地海藻糖.其进展前景非常好 .第一，通过这次课设让我对酵母及酵母中海藻糖地性质及功能有了更深化地明白.并对其分别纯化地方法做了简洁地讨论.海藻糖在酵母中目前最常用地提取方法是乙醇发提 取，其纯化方法多采纳大孔树脂柱吸附法.其提取纯化方法地讨论和设计更有利于进展工 业生产.其次，由于有机会做这次课设我才知道了一个工厂地建立需要从哪些方面入手，以什么作为依据，需要综合考虑哪些方面地因素及作用结果，只有全部地方面考虑地够完整，才能为工业生产做好正确地知道 .另外，通过这次课程设计让我对 WORD 文档地使用有了更深地明白，接触了很多从前没有使用过地工具方法等等，并进一步提高了我地使用娴熟程度

25、，为以后地使用工作打下良好地基础欢迎下载精品学习资源参考文献1 糖传核,葛文光 .从活性干酵母中提取海藻糖地工艺 J.无锡轻工高校学报， 1998，17（3）:36-402 罗明典微生物生产海藻糖及其应用前景J微生物学通报， 1996 234252 2543 戴玉秀微生物发酵生产海藻糖讨论取得进展J微生物学通报， 1995， 221： 634 周青峰海藻糖在食品加工上地应用 期刊论文 - 中国食品工业 199625 任小青海藻糖地生产与应用讨论现状及研发前景J郑州工程学院学报， 2001，221：82 856 聂凌鸿海藻糖地生物爱护作用J生命地化学， 2001， 213：206-2087 葛宇，袁勤生海藻糖对生物活性物质地爱护作用机理讨论进展药物生物技术，2002，95： 297 3008 周青峰海藻糖在食品加工上地应用中国食品工业19962：22 23欢迎下载