产1000吨苏氨酸发酵工艺课程设计方案

目录

1 绪论 (1)

1.1 苏氨酸简介 (1)

1.1.2 苏氨酸的作用来源及发展 (2)

2 菌种的选择与制备 (3)

2.1 菌种选择与保藏 (3)

2.1.1 菌种选择 (3)

2.1.2 菌种保藏 (3)

2.2 培养基的设计 (3)

2.2.1 培养基配置的原则 (3)

2.2.2 培养基类型 (3)

2.2.3 培养基配方（百分比） (5)

2.2.4 培养方法: (5)

2.3 培养基的营养要求 (6)

2.4 发酵条件的研究 (7)

2.5 灭菌 (7)

2.5.1 灭菌方法 (7)

2.5.2 培养基的湿热灭菌 (8)

2.5.3 分批灭菌 (9)

2.5.4 分批灭菌的操作方法 (9)

2.5.5 空气除菌 (10)

2.6 种子扩大培养 (11)

2.6.1 生产车间种子制备 (12)

2.6.2 影响种子质量的因素 (12)

3发酵过程的工艺控制 (13)

3.1 发酵过程 (13)

3.1.1 补料的控制 (13)

3.2 发酵条件的影响 (13)

3.2.1 初始 pH 对苏氨酸影响 (13)

3.2.2 温度对苏氨酸发酵的影响 (14)

3.2.3 溶氧对苏氨酸发酵的影响 (14)

3.2.4 发酵过程泡沫的控制 (14)

3.3 发酵终点的判断 (15)

3.4 染菌的控制 (15)

4 发酵罐的设计 (17)

4.1 发酵罐标准尺寸 (17)

4.2 发酵罐的计算 (17)

5 物料衡算 (17)

5.1 总物料衡算 (19)

5.2 原料用量计算 (19)

5.2.1发酵罐原料计算 (20)

5.2.1 发酵罐原料计算 (20)

5.2.2 种子罐的物料衡算 (21)

5.2.3 补料培养基的物料衡算 (22)

6 下游加工 (23)

6.1 发酵液的预处理和固液分离 (23)

6.2 发酵液残液的处理 (24)

6.3 离心 (25)

6.4 干燥 (26)

7 后记 (27)

参考文献 (28)

1 绪论

1.1 苏氨酸简介

L-苏氨酸是一种必需的氨基酸，苏氨酸有四种异构体，天然存在并且对机体有生理作用的是L-苏氨酸。苏氨酸主要用于医药、化学试剂、食品强化剂、饲料添

加剂等方面。特别是饲料添加剂方面的用量增长快速，它常添加到未成年仔猪和

家禽的饲料中，是猪饲料的第二限制氨基酸和家禽饲料的第三限制氨基酸。在配

合饲料中加入L-苏氨酸，具有如下的特点：①可以调整饲料的氨基酸平衡，促进

禽畜生长；②可改善肉质；③可改善氨基酸消化率低的饲料的营养价值；④可降

低饲料原料成本；因此在欧盟国家（主要是德国、比利时、丹麦等）和美洲国家，已广泛地应用于饲料行业。在医药方面，苏氨酸是氨基酸大输液的主要成分之一。常用于手术前后、创伤、烧伤、骨折、营养不良、慢性消耗性疾病等的辅助治疗，是临床用量很大的品种。发酵法生产苏氨酸，其优点是可利用廉价的葡萄糖原料

直接生产产品，菌种特性专一，发酵液中几乎不含其它氨基酸，提纯后产品质量好，成本低，易于大规模生产。选择具有国际先进水平高产酸、高转化率基因工

程菌种，生产苏氨酸，不但附加值更高，而且能够发挥氨基酸发酵企业自身的优势，改变氨基酸发酵企业产品单一，利润较薄的状况。

发酵法生产氨基酸是利用微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通过诱变

筛选，选育出具有各种缺陷型及抗性的菌株，以解除代谢调节的反馈和阻遏，达

到过量合成目的氨基酸的生产方法。微生物细胞内的氨基酸合成都是以一些代谢

中间产物为底物，保证各种氨基酸的平衡和不断供应。

1.1.1 苏氨酸的结构理化性质

名称：L-苏氨酸（L-Threonine）(β-羟基-α-氨基丁酸)

简写：Thr

法定编号：CAS 72-19-5

结构式：CH3CH(OH)CH(NH2)COOH

分子式：C4H9NO3

分子量：119.12

白色斜方晶系或结晶性粉末。无臭，味微甜。253℃熔化并分解。高温下溶于水，25°C 溶解度为20.5g/100ml。等电点5.6。不溶于乙醇、乙醚和氯仿。苏氨酸在机体内的代谢途径和其他氨基酸不同，是唯一不经过脱氢酶作用和转氨基作用，而是通过苏氨酸脱水酶（TDH）和苏氨酸脱酶（TDG）以及醛缩酶催化而转变为其他物质的氨基酸。途径主要有3 条：通过醛缩酶代谢为甘氨酸和乙醛；通过TDG 代谢为氨基丙酸、甘氨酸、乙酰COA；通过TDH 代谢为丙酸和α-氨基丁酸。

1.1.2 苏氨酸的作用来源及发展

苏氨酸是一种重要的营养强化剂，可以强化谷物、糕点、乳制品，和色氨酸一样有缓解人体疲劳，促进生长发育的效果。医药上，由于苏氨酸的结构中含有羟基，对人体皮肤具有持水作用，与寡糖链结合，对保护细胞膜起重要作用，在体内能促进磷脂合成和脂肪酸氧化。其制剂具有促进人体发育抗脂肪肝药用效能，是复合氨基酸输液中的一个成分。同时，苏氨酸又是制造一类高效低过敏的抗生素——单酰胺菌素的原料。

苏氨酸用于医药、化学试剂、食品强化剂、饲料添加剂等方面。特别是饲料添加剂方面用量增长快速，它常添加到未成年仔猪和家禽的饲料中，是猪饲料的第二限制氨基酸和家禽饲料的第三限制氨基酸。随着人民生活水平的提高和养殖业的发展，苏氨酸作为饲料用氨基酸，广泛用于添加仔猪饲料、种猪饲料、肉鸡饲料、对虾饲料和鳗鱼饲料等。

主要食物来源：发酵食品（谷物制品）、鸡蛋、茼蒿、奶、花生、米、胡萝卜、叶菜类、番木瓜、苜蓿等。

苏氨酸的生产方法主要有发酵法，蛋白质水解法和化学合成法三种，目前微生物发酵法已经成为生产苏氨酸的主流方法。长期以来，国际市场对苏氨酸的需求持续稳定增长，是需求增长最快的氨基酸品种之一，特别是在化学及生化、食品添加剂、饲料添加剂等方面的用量增长快速，大有取代色氨酸而成为除赖氨酸、蛋氨酸以外的发展最迅速的第三大氨基酸。目前全世界苏氨酸的需求量不应低于 8 万 t/ 年，缺口较大，且每年将以 10%~12% 的速度递增。苏氨酸发酵法菌种来源有大肠杆菌、短杆菌、谷氨酸棒杆菌等。