生物发酵罐设计报告

课程设计报告

课程名称：生物工艺原理

题目：10kg/d SCP连续发酵恒化器装置的设计

学院：生命科学与食品工程学院

专业班级：XXXX

学号：

学生姓名：

起讫日期：

指导教师：XXX教授

20XX 年 XX 月XX 日

目录

一、课程设计目的 (3)

二、课程设计要求 (3)

三、课程设计内容 (3)

1、有关SCP的介绍 (3)

1.1SCP概述 (3)

1.2单细胞蛋白的含义及氨基酸组成 (3)

1.3生产单细胞蛋白的原料 (4)

1.4单细胞生产的特点 (4)

2、有关恒化器介绍 (4)

2.1恒化器设计原理 (4)

2.2恒化器装置的基本要求 (5)

3、发酵罐的设计计算 (5)

3.1发酵罐的工作原理 (5)

3.2发酵罐的主体结构 (5)

3.3发酵罐的具体结构 (5)

3.4工艺参数的计算 (7)

四、简易工艺流程图 (8)

五、发酵罐设备图 (9)

六、课程设计心得体会 (9)

七、参考文献 (9)

一、课程设计目的

（1）结合所学的生物工艺学的理论知识完成连续发酵恒化器课程设计；

（2）通过该设计学会并掌握常用发酵装置参数的选择和调控方法；

（3）提高自己综合分析问题和解决问题的能力。

二、课程设计要求

（1）恒化器中的SCP含水量为80%；

（2）细胞的比生长速率μ=0.45；

（3）必须采用连续稳态恒化操作。

三、课程设计内容

1、有关SCP的介绍

1.1 SCP概述

单细胞生物产生的细胞蛋白质称为单细胞蛋白(single cell protein简称SCP)，这一词是1966年在美国麻省理工学院命名的。它所包含的产品有饲用酵母，食用酵母和药用酵母三大类。单细胞蛋白是解决世界蛋白质不足的一个重要途径。与用农牧业生产的蛋白质相比，它的生产占用土地甚少，投资较省。它的营养丰富．售价亦较适宜，是良好的饲用和食用蛋白资源。对于人多地少的我国来说，建立单细胞蛋白产业对改善人民食物构成和生物技术的开发，都具有重要的意义。

1.2 单细胞蛋白的含义及氨基酸组成

单细胞蛋白是从酵母或细菌等微生物菌体中获取的蛋白质。微生物细胞中含有丰富的蛋白质，例如酵母菌蛋白质含量占细胞干物质的45%～55%；细菌蛋白质占干物质的60%～80%；霉菌丝体蛋白质占干物质的30%～50%；单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55%～60%，而作物中含蛋白质最高的是大豆，其蛋白质含量也不过是35%～40%。单细胞蛋白的氨基酸组成不亚于动物蛋白质，如酵母菌体蛋白，其营养十分丰富，人体必需的8种氨基酸，除蛋氨酸外，它具备7 种，故有“人造肉”之称。一般成人每天吃干酵母10～15g，蛋白质的需要量就足够了。微生物细胞中除含有蛋白质外，还含有丰富的碳水化合物以及脂类、维生素、矿物质，因此单细胞蛋白营养价值很高。

1.3 生产单细胞蛋白的原料

生产单细胞蛋白的原料种类很多，大体分为3类。

（1）工业废液类

包括造纸废液、酒精废液、味精废液、淀粉废液、生产柠檬酸废液、糖蜜废液、木材水解废液、豆制品废液等。

（2）工农业糟渣类

包括白酒糟、啤酒糟、果酒渣、醋糟、酱油糟、豆渣、粉渣、玉米淀粉渣、药渣、甜菜渣、甘蔗渣、果渣、饴糖渣等。

（3）化工产品类

包括石油、石蜡、柴油、天然气、正烷烃、甲醇、乙醇、醋酸等。

除以上所介绍的外，农作物秸秆、批壳、饼粕类、畜禽粪便、有机垃圾、风化煤等也可作为原料生产单细胞蛋白。

1.4 单细胞蛋白的生产特点

（1）原料来源广泛

生产单细胞蛋白可利用工农业废弃物与下脚料、石油化工副产品等作为原料，既可变废为宝，又可获得高层次的综合经济效益，起到保护环境、减少农田及江河污染的作用。

（2）工业化生产

与有关工业产品配套生产，不与粮食和牧草争地，不受季节和气候条件的限制。同时，因单细胞生物的培养过程是生物学过程，所用菌种均安全无毒，不会引起环境污染。

（3）生产周期快、效率高

在适宜条件下，细菌O.5～1h，酵母1～3h，微型藻2～6h即可增殖一倍。单细胞生物合成蛋白质的速度比植物快数百倍，比动物快数千倍。在良好培养条件下，接种100kg酵母菌种，一天之后可得2500kg干酵母，增长竞达25倍。

根据实际情况和经济方面的考虑，最终选择了酿酒酵母作为我们生产菌种，玉米淀粉渣作为菌种发酵所用的材料。

2、有关恒化器的介绍

2.1 恒化器设计原理

恒化器通过控制某一营养物浓度（如碳源、氮源、生长因子等），使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行连续生长繁殖。

当多种微生物在同一反应器中混合连续培养时，各种微生物竞争利用限制性基质，从而具有优势的微生物得以保留不具优势的微生物则被淘汰。当某一种微生物在连续培养是发生变异，则原出发菌与变异菌之间发生竞争。

2.2 恒化器装置的基本要求

（1）保证系统内的培养基和培养物不受污染；

（2）新的培养基以可调控的速度逐滴加入培养罐，同时有相应数量的老培养液排出，保持培养物总量恒定；

（3）培养罐内培养物应充分搅拌，保持均一，使流入的新培养基在瞬间即可均匀的分布到整个培养物中；

（4）以某一营养成分为生长限制底物的液体培养基；

（5）根据需要对温度、通气程度、培养物PH的监测和调节设相应的附加装置。

3、发酵罐的设计计算

3.1 发酵罐的工作原理

液体菌种在制种时在罐体内有两个过程：

（1）首先要把培养基在罐体内加热到120℃左右并保温三个小时，主要目的是为了杀死培养基中的杂菌。

（2）加入菌种后，保持温度在28"C左右7-9天，待菌种完全长成菌丝球、培养基营养消耗殆尽后，就可接种菌丝接种。

3.2 发酵罐的主体结构

发酵罐主要由内外两层罐体构成。其中，外筒工作时加入水，下接有加热管和热电偶，可以把水加热并保持到预期的温度；内筒工作时从上加入培养基和菌种。利用内层筒体进行传热虽然会降低热效率，但这样既可以防止培养基因达到沸点而沸腾起来，又可防止加热管直接加热到菌丝而造成菌体死亡。

3.3 发酵罐的具体结构

3.3.1 外筒

外筒是作为水的容器，对它的主要要求是有一定的强度和刚度，能够承受加