年产1万吨青霉素原料药工厂发酵车间的设计本科毕业设计

年产1万吨青霉素原料药工厂发酵车间的设计本科毕业设计内容摘要：

于 的时候 ,比生产速率与比生长速率成正比 ,当比生长速率高于 ,比生产速率与比生长速率无关 D因此 ,要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率 ,必须使比生长速率不低。 这一比生长速率称为临界比生长速率。 对于分批补料发酵的生产阶段 来说 ,维持 的临界比生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍 ,这在实际工业生产中是很难实现的。 事实上 ,青霉素工业发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得多 ,却仍然能达到很高的比生产速率。 这是由于工业上采用的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶 ,抵消了一部分生长 ,故虽然表观比生长速率低 ,但真比生长速率却要高一些。 菌丝形态 在长期的菌株改良中 ,青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。 前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触 ,故一般比生产速率较高。 后者则由于发酵液黏度显著降低 ,使气 液两相间氧的传递速率大大提高 ,从而允许更多的菌丝生长 即临界菌体浓度较高 ,发酵罐体积产率甚至高于前者。 在丝状菌发酵中 , 控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度 ,并避免结球 ,是获得高产的关键要素之一。 而在球状菌发酵中 ,使菌丝球保持适当大小和松紧 ,并尽量减少游离菌丝的含量 ,也是充分发挥其生产能力的关键素之一。 这种形态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的剪切强度及比生长速率密切相关。 工艺控制要点 种子质量的控制 丝状菌的生产种子是由保藏在低温的冷冻安瓿管经甘油、葡萄糖、蛋白胨斜面移植到小米固体上 ,25176。 C 培养 7 天 ,真空干燥并以这种形式保存备用。 生产时它按一定的接种量移种到含有葡萄糖、玉米浆、尿素为主的种子罐内 ,26 176。 C培养 56h左右 ,菌丝浓度达 6%8%,菌丝形态正常 ,按 10%15%的接种量移人含有花生饼粉、葡萄糖为主的二级种子罐内 ,27176。 C 培养 24h,菌丝体积 10%12%,形态正常 ,效价在 700D/ml 左右便可作为发酵种子。 球状菌的生产种子是由冷冻管子孢子经混有 %%玉米浆的三角瓶培养原始亲米孢子 ,然后再移人罗氏瓶培养生产大米抱子又称生产米 ,亲米和生产米均为 25176。 C静置培养 ,需经常观察生长发育情况在培养到 34天 ,大米表面长出明显小集落时要振摇均匀 ,使菌丝在大米表面能均匀生长 ,待 10 天左右形成绿色孢子即可收获。 亲米成熟接人生产米后也要经过激烈振荡才可放置恒温培养 ,生产米的孢子量要求每粒米 300 万只以上。 亲米、生产米子孢子都需保存在 5176。 C 冰箱内。 工艺要求将新鲜的生产米指收获后的孢瓶在 10 天以内使用接人含有花生饼粉、玉米胚芽粉、葡萄糖、饴糖为主的种子罐内 ,28176。 C 培养 5060h 当 pH值由 下降至 ,菌丝呈菊花团状 ,平均直径在 100130μ m,每毫升的球数为 6 万 8 万只 ,沉降率在 85%以上 ,即可根据发酵罐球数控制在800011000 只 /mL 范围的要求 ,计算移种体积 ,然后接入发酵罐 ,多余的种子液弃去。 球状菌以新鲜孢子为佳 ,其生产水平优于真空干燥的孢子 ,能使青霉素发酵单位的罐批差异减少。 培养基成分的控制 产黄青霉菌可利用的碳源有乳糖、蕉糖、葡萄糖等。 目前生产上普遍采用的是淀粉水解糖、糖化液 DE 值 50%以上进行流加。 氮源常选用玉米浆、精制棉籽饼粉、麸皮 ,并补加无机氮源 (硫酸氨、氨水或尿素 )。 生物合成含有苄基基团的青霉素 G,需在发酵液中加人前体。 前体可用苯乙酸、苯乙酰胺 ,一次加入量不大于 %,并采用多次加入 ,以防止前体对青霉素的毒害。 加入的无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等 ,且用量要适度。 另外 ,由于铁离子对青霉菌有毒害作用 ,必须严格控制铁离子的浓度 ,一般控制在30 μ g/mL 发酵培养的控制 1 加糖控制 加糖量的控制是根据残糖量及发酵过程中的 pH 值确定 ,最好是根据排气中 CO2 量及 O2 量来控制 ,一般在残糖降至 %左右 ,pH 值上升时开始加糖。 2 补氮及加前体 补氮是指加硫酸铵、氨水或尿素 ,使发酵液氨氮控制在%%,补前体以使发酵液中残存苯乙酰胺浓度为 %%。 3pH 值控制 对 pH 值的要求视不同菌种而异 ,一般为 ,可以补加葡萄糖来控制。 目前一般采用加酸或加碱控制 pH 值 4 温度控制 前期 25176。 C 26176。 C,后期 23176。 C,以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。 5 溶解氧的控 制 一般要求发酵中溶解氧量不低于饱和溶解氧的 30%。 通风比一般为 1:,搅拌转速在发酵各阶段应根据需要而调整。 6 泡沫的控制 在发酵过程中产生大量泡沫 ,可以用天然油脂 ,如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂 泡敌 来消泡 ,应当控制其用量并要少量多次加入 ,尤其在发酵前期不宜多用 ,否则会影响菌体的呼吸代谢 7 发酵液质量控制 生产上按规定时间从发酵罐中取样 ,用显微镜观察菌丝形态变化来控制发酵 ,生产上惯称 镜检。 根据 镜检 中菌丝形变化和代谢变化的其他指标调节发酵温度 ,通过追加糖或补 加前体等各种措施来延长发酵时间 ,以获得最多青霉素。 当菌丝中空泡扩大、增多及延伸 ,并出现个别自溶细胞 ,这表示菌丝趋向衰老 ,青霉素分泌逐渐停止 ,菌丝形态上即将进入自溶期 ,在此时期由于茵丝自溶 ,游离氨释放 ,pH 值上升 ,导致青霉素产量下降 ,使色素、溶解和胶状杂质增多 ,并使发酵液变稠 ,增加下一步提纯时过滤的困难。 因此 ,生产上根据 镜检 判断 ,在自溶期即将来临之际 ,迅速停止发酵 ,立刻放罐 ,将发酵液迅速送往提炼工段。 4 工艺计算 表 1 工艺计算基础数据 年产量 10000t 发酵单位 80000μ /ml 发 酵周期 180h 成品效率 1000μ /mg 年工作日 320 天 发酵罐装料系数 辅助时间 12h 种子罐装料系数 消后大罐接种量 15% 种子罐发酵周期 60h 消后中罐接种量 8% 发酵期间补葡萄糖量 (m3?h) 物料衡算 发酵周期 180h,辅助时间 12h,则产一批青霉素需要 8 天。 每年共有 : 每周期产量为 :10000247。 40250t。 先选择大罐 500 m3 发酵罐 ,则每个罐装青霉素料 500 m3。 则每个发酵罐装料量为 : m3106ml80000μ/ml247。 1000μ/mg。 则需要的罐体为 250247。 则此设计中选择八个 500m3 的发酵罐来发酵罐。 再选择二级种子罐 ,接种量为 15%,在一个周期内 ,需要中罐装料液体积 : V8500%15% m3 则需要的罐体大小为 :V 中 247。 %600 m3。 则二级种子罐可选择 100 m3 的六个。 二级种子罐接种量为 9%,所需种子罐装料为 8% m3 所需一级种子罐大小为 V 种子 247。 65% m3。 可以选择三个体积为 20 m3 的一级种子罐。 在整个发酵周期中 ,只考虑葡萄糖、硫酸铵、苯乙酸、消泡剂、氨水等的体积。 a 发酵培养基 (g/l) 表 2 发酵培养基用量 葡萄糖 10 K2HPO4 玉米浆 40 MgSO4?7H2O 35 NH42SO4 KH2PO4 则 (1)葡萄糖 : 每周期消耗量 :375 103750kg 每年消耗量 :3750 40150000kg150t。 (2)玉米浆 : 每周期消耗量 :375 4015000kg 每年消耗量 :15000 40600000kg600t。 (3)NH42SO4: 每周期消耗量 :375 每年消耗量 : 4085050kg。 (4)K2HPO4: 每周期消耗量 :375。