万吨α淀粉酶生产车间的设计

万吨α淀粉酶生产车间的设计公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]8万t/a α-淀粉酶生产车间的设计摘要：本设计为年产80,000t α-淀粉酶的工厂设计，其通过枯草杆菌液体深层发酵、沉淀法提取达到分离纯化出菌体中α-淀粉酶的目的。

本设计分别对α-淀粉酶的性质、用途、工艺流程及生产原理都做了相关的阐述，并对有关的物料和热量也作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标、安全问题和环境保护都做了详细的阐述。

通过设计得出结论：年产8万吨α-淀粉酶发酵工厂，共有18个500m3发酵罐，每月均放罐180罐，发酵周期为72小时，总提取率为82%，理论α-淀粉酶产量为吨/罐，实际α-淀粉酶产量为吨/罐。

每月应投入生产总成本为3993万元，根据目前市场价格，年利润为万元。

关键词：α-淀粉酶；工厂设计；效益分析；发酵；发酵罐Plant Design of Sixty thousand t/a α-AmylaseAbstract:This project is designed by a factory which produces 60,000t α-Amylase a achieves the aim of filtration and purification of the α-Amylase by using the deep ferment of hay bacillus and settling design not only respectively illustrate thequality,use,technological process and production principle but also make a materials and heat balance,the type selection and calculation of the standard equipment,further more,illustrate the technicindex,the problem of security and the environmental protection made through the design:fermentation factory of 60,000t α-Amylase ayear,it contains 35 fermentor of 500m3,The monthly discharge of liquid enzyme is 175 fermentors,The fermentation time is 120 hours,Therecovery of liquid enzyme is 80%,The theoretic output is per fermentor, while the virtual output is per should monthly take the total product cost as million yuan,the annual return is million yuan, according to the current market price.Keywords:α-Amylase; Plant design; Profit analysis; Ferment; Fermentor1 前言毕业设计是普通高校本科教育的最后一个环节，也是最重要的一个环节，是理论知识和实际应用相结合的重要措施。

本设计为年产60,000t α-淀粉酶的工厂设计，其通过枯草杆菌液体深层发酵、沉淀法提取达到分离纯化出菌体中α-淀粉酶的目的。

所有的生物体在一定的条件下都能产生多种多样的酶。

因此，人们可以采用适宜的菌种，在人工控制条件的生物反应器中生产各种所需的酶。

酶的生产方法主要有提取分离法、生物合成法和化学合成法等。

生物合成法是在人工控制条件的生物反应器中，通过微生物细胞的生命活动合成所需的酶的方法，是当今应用最广泛的方法。

淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶类的统称，广泛存在于动植物和微生物中。

淀粉酶(amylase)一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等，根据作用方式可分为α-淀粉酶与β-淀粉酶。

α-淀粉酶(α-amylase) 又称为液化型淀粉酶，它作用于淀粉时，随机地从淀粉分子内部切开α-1，4糖苷键，使淀粉水解生成糊精和一些还原糖，所生成的产物均为α-型，故称为α-淀粉酶。

α-淀粉酶广泛分布于动物（唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜）及微生物。

此酶既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地切断α-1，4链。

因此，其特征是引起底物溶液粘度的急剧下降和碘反应的消失。

最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主，此外，还有麦芽三糖及少量葡萄糖。

另一方面在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖外，还生成分支部分具有α-1，6键的α-极限糊精。

一般分解限度以葡萄糖为准是35-50％，但在细菌的淀粉酶中，亦有呈现高达70％分解限度的（最终游离出葡萄糖）。

淀粉酶最早实现了工业生产并且迄今为止是用途最广、产量最大的一个酶制剂品种。

特别是六十年代以来，由于酶法生产葡萄糖，以及用葡萄糖生产异构糖浆的大规模工业化，淀粉酶的需要量越来越大，几乎占整个酶制剂总产量的50%以上。

在淀粉类食品的加工中a-淀粉酶得到了广泛的应用，现在国内外葡萄糖的生产绝大多数是采用淀粉酶水解的方法。

酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经a-淀粉酶液化成糊精，再利用糖化酶生成葡萄糖。

淀粉酶也在生活中广泛应用，用于餐厅洗碗机的洗涤剂，去除难溶的淀粉残迹等。

此外还广泛应用于纺织品的褪浆，其中细菌淀粉酶能忍受100～110℃的高温操作条件。

由于α-淀粉酶应用广泛，产量日益增加，本设计主要是进行年产60,000t α-淀粉酶的工厂设计。

本设计分别对α-淀粉酶的性质、应用、工艺流程及生产原理都做了相关的阐述，并对有关的物料和热量也作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标、安全问题、环境保护及经济效益都做了详细的阐述。

本设计以理论设计为依据，以实际生产为参考，在设计过程中综合了相关领域人员的意见，筛选出最佳设计方案，力求接近实际，切合实际。

由于本次毕业设计的复杂性，加上本人水平所限，不当之处，诚请导师批评指正。

2 绪论淀粉酶的发展历程淀粉酶是水解淀粉酶和糖原酶类的统称，广泛存在于动植物和微生物中。

它最早实现了工业生产并且迄今为止是用途最广、产量最大的一个酶制剂品种。

特别是六十年代以来，由于酶法生产葡萄糖，以及用葡萄糖生产异构糖浆的大规模工业化，淀粉酶的需要量越来越大，几乎占整个酶制剂总产量的50%以上。

早在数千年前，人类就已利用淀粉酶的作用，从事酿酒、制饴糖等。

诗经上记载：“若作酒醴，尔惟曲蘖。

”曲是长霉的谷子，蘖是发芽的谷粒，二者都含有淀粉酶。

就是说酿酒和甜酒，得用曲子和谷芽才能发酵。

埃及人在公元前六千年即已用麦芽酿造啤酒。

但是将酶提取出来使用，是十九世纪才开始的。

1833年佩恩（Payen）和帕索兹（Persoz）从麦芽的水抽提物中用乙醇沉淀得到一种可使淀粉水解生成可溶性糖的物质，称之为淀粉酶(diastase)，并指出了它的热不稳定性，初步触及了酶的一些本质问题[1]。

1896年日本人高峰让吉用麸皮培养米曲霉，用水提取再以酒精沉淀，得到淀粉酶为消化剂。

此后，运用广泛的学识在美国成立高峰制药厂(Takamine Laboratory)，从事微生物酶的生产与研究。

1920年前后，法国人Boidin 和Effront 等又先后发现枯草杆菌可以分泌耐热而且活性更强的α-淀粉酶，于1926年在德国设厂生产，为微生物酶的工业生产奠定了基础。

淀粉酶的作用方式是在五十年代阐明了淀粉的分子结构以后才逐渐搞清的。

淀粉是由葡萄糖通过α-1，4糖苷键构成的直链淀粉和α-1，6位有分支的支链淀粉组成的。

粮食淀粉中，直链淀粉约占20-30%，而糯性谷物的淀粉，几乎全部为支链淀粉。

豆类（豌豆等）淀粉则大部分为直链淀粉。

直链淀粉约含100-6，000个葡萄糖单位，支链淀粉平均含6，000个以上的葡萄糖单位，最高可达300万。

1970年Gunja-Smith 提出的支链淀粉的树枝状结构模式，它是由A 、B 、C 三种链所构成。

A 是外链，通过α-1，6键同B 链相接，B 链又经α-1，6键同C 链相连接，C 链是主链，它的一端为非还原性末端，A 链、B 链均无还原性末端，因此支链淀粉的还原力甚小。

按照水解淀粉方式的不同，主要的淀粉酶可分为四大类：（1）α-淀粉酶：它以糖原或淀粉为底物，从分子内部切开α-1，4糖苷键而使底物水解；（2）β-淀粉酶：从底物非还原性末端顺次水解每相隔一个的α-1，4糖苷键，切下的是麦芽糖单位；（3）葡萄糖淀粉酶：从底物非还原性末端顺次水解α-1，4糖苷键和分支的α-1，6键，生成葡萄糖；（4）解支酶或异淀粉酶：只水解糖原或支链淀粉分枝点α-1，6糖苷键，切下整个侧枝。

此外，还有一些与工业有关的淀粉酶是环式糊精生成酶（这种酶使6或7个葡萄糖构成环式糊精），G 4、G 6生成酶（这类酶从淀粉非还原性末端切下4或6个葡萄糖分子构成的寡糖），还有α-葡萄糖苷酶（α-glucosy idase）可将游离葡萄糖转移至其他葡萄糖基的α-1，6位上，生成种种含α-1，6键的寡糖，如潘糖与麦芽糖等。

其中α-葡萄糖苷酶（α-glucosy idase）又称葡萄糖转移酶（α-glucosy transferase）,以前曾叫麦芽糖酶（malfase）。

工业生产的微生物淀粉酶制剂类型见表。

表各种微生物所产生淀粉酶的类型菌种淀粉酶类型切开之键主要生成物细菌枯草杆菌(Bacillussubtilis)α-、糖化型α-1，4G1，G2，G3，D淀粉液化芽孢杆菌α-、液化型α-1，4G1，G2，D 巨大芽孢杆菌β-α-1，4G2，D Pseudomonasstutzeriβ-α-1，4G4，D产气气杆菌(Aerobacteraerogens)异淀粉酶α-1，4G6，Dα-1，6直链糊精软化芽孢杆菌环状α-1，4CD霉菌德氏根霉(Rhizopusdelemar)糖化，α-α-1，4α-1，6G1黑曲霉(Aspergillus niger)糖化，α-葡萄糖苷酶α-1，4α-1，6G1，寡糖酵母拟内孢霉(Endomy copsisfibuliger)卵孢霉α-α-1，4G1，寡糖糖化α-α-1，4α-1，6G1，寡糖α-α-1，4G2，寡糖注：G1，G2表示葡萄糖聚合度；D表示糊精；CD表示环式糊精。

α-淀粉酶的性质α-1，4葡聚糖-4-葡聚糖水解酶（α-1，4-glucan-4-glucanohydrolase)α-淀粉酶作用于淀粉时，可从分子内部切开α-1，4键而生成糊精和还原碳原子为α-构型，故称α-淀粉酶。