年产50吨冬虫夏草发酵车间基本工艺设计.doc
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1、课程设计题 目: 冬虫夏草生产工艺设计 目 录1前言. 2设计任务书. 3产品方案.4生产办法.4.1斜面培养.4.2摇瓶培养.4.3摇瓶种子培养.4.4种子罐培养.4.5发酵罐培养.4.6发酵液后解决.5工艺流程.5.1工艺流程设计原则.5.2工艺流程方框图(见附图1).6工艺耗费时间.7物料及热量衡算.7.1物料衡算.7.1.1物料流程图.7.1.2工艺技术指标及基本数据.7.1.3发酵车间物料衡算.7.2热量衡算.7.3发酵车间水衡算.7.4发酵无菌空气消耗量计算.8重要工艺设备设计与选型.8.1设备设计与选型原则.8.2重要设备选型(发酵罐).8.2.1发酵罐容积拟定.8.2.2生产能
2、力计算.8.2.3罐个数拟定.8.2.4重要尺寸计算.8.2.5冷却面积计算.8.2.6搅拌器设计.8.2.7设备构造工艺设计.8.2.8设备材料选取.9参照文献.10附图. 10.1附图1 生产工艺流程图.10.2附图2 主体设备图.10.3附图3 车间平面图.10.4附图4 工厂平面图.年产50吨冬虫夏草发酵车间工艺设计1 前言1.1 产品简介冬虫夏草,又名中华虫草,是中华人民共和国历史中老式名贵中药材,是由肉座菌目蛇形虫草科蛇形虫草属冬虫夏草菌寄生于高山草甸土中蝠蛾幼虫,使幼虫身躯僵化。并在适当条件下,夏季由僵虫头端抽生出长棒状子座而形成,即冬虫夏草菌子实体与僵虫菌核(幼虫尸体)构成复合
3、体。冬虫夏草重要产于中华人民共和国大陆青海、西藏、四川、云南、甘肃和贵州等省及自治区高寒地带和雪山草原。冬虫夏草菌之子座出自寄主幼虫头部,冬虫夏草单生,细长呈棒球棍状,长414厘米,不育顶部长38厘米,直径154厘米;上部为子座头部,稍膨大,呈窄椭圆形,长154厘米,褐色,除先端小部外,密生多数子囊壳,顶部不育部长1555毫米;子囊壳近表面生基部大部陷入子座中,先端凸出于子座外,卵形或椭圆形,长250500微米,直径80200微米,每一种子囊内有8具备隔膜子囊孢子。虫体表面深棕色,断面白色;有2030环节,腹面有足8对,形略如蚕1.2临床应用 临床上使用虫草素多为辅助治疗恶性肿瘤,症状得到改进
4、在91.7%以上;重要用于鼻癌、咽癌,肺癌,白血病,脑癌以及其她恶性肿瘤患者。北冬虫夏草中虫草酸含量为3.09克,野生虫草为5.54克,虫草酸是一种D-甘露醇,甘露醇能提高血浆渗入压,导致组织内水分进入血管内,从而减轻组织水肿,补充血浆。虫草酸多用于脑水肿,防治急性肾功能衰竭,有调节心、脑、血管作用,增进人体新陈代谢、改进人体微循环、降血脂、降血压。虫草多糖药理实验证明:虫草多糖具备抗肿瘤、抗传染病功能、增强性功能、补肾壮阳、益精气、防止衰老、延年益寿;对老年人慢性支气管炎、肺源性心脏病有明显功能。能提高肝脏解毒能力,起到扶肝作用。降血糖、降血脂,贫血患者用于补血,增强脾脏营养性血流量,虫草多
5、糖、生物活性强,适应性广,还具耐缺氧、镇痛、镇定作用。1.3 研究意义在20世纪80年代,冬虫夏草产量还很高.据资料记载67,在冬虫夏草两大主产区西藏和青海,每年均产量分别达到121,487 kg和30,000 kg.但近来由于生态环境退化和人为过度采挖,虫草产量大幅下降,并且个体变小,质量也有所下降. 大量分析表白,野生虫草子实体与人工培养虫草菌丝体之间,无论是甘露醇、游离氨基酸、W醇、生物碱及有机酸类等含量几乎相似或基本一致。药理和毒理实验也证明人工发酵虫草和野生虫草具备类似或更优效果,表白人工培养虫草菌丝体基本上可以代替野生虫草子实体。鉴于液体发酵具备周期短,原料及培养条件易得,造价低,
6、收率高和较稳定等特点,对虫草菌丝体人工发酵培养应当是重要发展方向。2 设计任务书设计项目名称:年产50吨冬虫夏草发酵车间工艺设计生产办法:以冬虫夏草菌种为原料,发酵生产冬虫夏草菌丝体。生产能力:年产50吨冬虫夏草菌粉。重要原、辅料:蝙蝠蛾拟青霉菌种、葡萄糖、豆粕、硫酸镁、磷酸二氢钾、蛋白胨。发酵工段产品:未烘干前呈浅黄色,烘干后呈棕黄色,深棕色,色泽均匀冬虫夏草菌粉。3 产品方案产品名称和性质:发酵蝙蝠蛾拟青霉冬虫夏草菌粉,为黄色粉末,气香,味微苦。产品质量规格:虫草干品含粗蛋白25.32%,粗脂肪8.4%,粗纤维18.53%,碳水化合物28.9%,灰分4.1%,水分10.84%。此外含虫草酸
7、约7%,还具有游离氨基酸12种,水解后有氨基酸18种,其中成年人必须从食物中供应8种氨基酸均具备,尚有幼儿生长发育所必须组氨酸。此外,尚具有维生素B12、麦角脂醇、六碳糖醇、生物碱等。产品规模:50 T/a 。产品包装方式:桶装。4 生产办法4.1 斜面培养 以蔗糖 2%,工业蛋白胨0.15% ,酵母粉1% ,MgSO4 0.05%,KH2PO4 0.1%为培养基(pH 67) 。于121灭菌30 min ,接种于固体培养基上于271,培养 45d ,菌丝均匀长满斜面后 ,置冰箱4保存备用。4.2 摇瓶培养 以蔗糖2% ,工业蛋白胨0.15% ,酵母粉1%,MgSO4 0.05% ,KH2PO
8、4 0.1%为培养基(pH67) ,采用250 ml三角瓶装培养基50 ml,采用271 ,摇床转速230 r/min,振荡培养。4.3 摇瓶种子培养 以蔗糖 2% ,工业蛋白胨 0.15% ,酵母粉 1% ,MgSO4 0.05% ,KH2PO4 0.1%为培养基(pH67) ,采用 500 ml三角瓶 ,装培养基 120 ml ,采用 271,摇床转速 230 r/min ,振荡培养4860 h ,镜检菌丝粗壮,无杂菌后,合并作为进罐种子。4.4种子罐培养葡萄糖 25 kg/m3,豆粕20 kg/m3 ,豆油0.6 kg/m3,硫酸镁0.6 kg/m3,磷酸二氢钾0.1 kg/m3,蛋白胨
9、3 kg/m3 为发酵液(pH 67),采用 1 m3种子罐,装料系数为0.8,在 271 温度下发酵培养。4.5发酵罐培养 葡萄糖 100 kg/m3,豆粕25 kg/m3 ,豆油0.9 kg/m3,硫酸镁0.9 kg/m3,磷酸二氢钾0.2 kg/m3,蛋白胨6 kg/m3,消泡剂0.6 kg/m3为培养基(pH 67),采用 10 m3发酵罐,装料系数为0.8 ,在 271温度下培养。4.6 发酵液后解决发酵液离心过滤 菌丝体80干燥成品菌粉粉碎包装5 工艺流程5.1工艺流程设计原则进行工艺设计,必要考虑如下几项原则:保证产品质量符合国标,外销产品还必要满足销售地区质量规定。尽量采用成熟
10、、先进技术和设备。努力提高原料运用率,提高劳动生产率,减少水、电、汽及其她能量消耗,减少生产成本,使工厂建成后可以迅速投入生产,使短期内达到设计生产能力和产品质量规定,并做到生产稳定、安全、可靠。尽量减少三废排放量,有完善三废治理办法,以减少或消除对环境污染,并做好三废回收和综合运用。保证安全生产,以保证人身和设备安全。生产过程尽量采用机械化和自动化,实现稳产、高产。5.2 工艺流程方框图(见附图4.1)6 工艺耗费时间发酵配料 0.8 h搅拌 0.5 h投料 0.5 h蒸汽灭菌 1 h 共耗时约48 h冷却到27 约1 h接种 0.20 h发酵 44 h7 物料及热量衡算7.1 物料衡算7.
11、1.1物料流程图 发酵罐 种子罐葡萄糖 20kg豆粕 16kg豆油 0.48kg硫酸镁 0.48kg磷酸二氢钾 0.08kg蛋白胨 2.4kg25 C,30min 葡萄糖 800kg豆粕 200kg豆油 7.2kg硫酸镁 7.2kg磷酸二氢钾 1.6kg蛋白胨 48kg消泡剂 4.8kg25 C,30min 料水比1:4 料水比1:4 自来水 25 30min 30min 121 121 121,30min 121,30min 1h 冷却至27 C 冷却至27 C 接种量12% 发酵罐 图7.1 物料流程图7.1.2工艺技术指标及基本数据(1)重要技术指标如表所示: 表7.1 冬虫夏草发酵工艺
12、重要技术指标指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模t/a50葡萄糖转化率%48生产办法发酵倒罐率%1生产天数d/a300发酵周期h48发酵初糖kg/m3100冬虫夏草提取率%16.5%(2)二级种子培养基二级种子培养基(kg/m3)配方如下:葡萄糖25,豆粕20,豆油0.6,硫酸镁0.6,磷酸二氢钾0.1,蛋白胨3,接种量12%。发酵罐培养液(kg/ m3)配方如下:葡萄糖100,豆粕25,豆油0.9,硫酸镁0.9,磷酸二氢钾0.2,蛋白胨6,消泡剂0.6,接种量12%。7.1.3发酵车间物料衡算发酵液量生50吨纯度100%冬虫夏草菌粉,需耗用原辅材料及其她物料量(1) 发酵液量:V1=
13、 50000(10048%16.5%99%)=6.4103(m3)式中 100发酵培养基初糖浓度(kg/m3)48%葡萄糖转化率16.5%冬虫夏草提取率99%除去倒罐率1%后发酵成功率(2) 发酵液配制需糖量(以纯糖计):m1 = V1100=6.4105(kg)(3) 二级种子液量:V2=12%V1=8.0102(m3)式中 12%接种量(4) 二级种子培养液所需糖量:m2=25V2=2.0104 (kg)式中 25二级种液含糖量(kg/m3)(5) 生产50吨冬虫夏草需糖总量:m=m1+m2=6.6105 (kg)(6) 硫酸镁耗用量:m(MgSO4)=0.6V2+0.9V1=6.2410
14、3 (kg)(7) 磷酸二氢钾耗用量:m(KH2PO4)= 0.1V2+0.2V1=1.36103(kg)(8) 消泡剂耗用量:m(消泡剂)=0.6V1=3.84103 (kg)(9) 豆油耗用量:m(豆油)=0.6V2+0.9V1=6.24103 (kg)(10)蛋白胨耗用量:m(蛋白胨)=3V2+6V1=4.08104(kg)(11)豆粕耗用量:m(豆粕)=20V2+25V1=1.76105(kg)(12)冬虫夏草菌丝体量:1) 发酵液冬虫夏草菌丝体含量为:m(冬虫夏草)=6.610548%(11%)=3.1105 (kg)2) 实际生产冬虫夏草(提取率16.5%)菌丝体为:m(实际)=3
15、.110516.5%=51150(kg)=50.2(t) 50t/a 冬虫夏草发酵车间物料衡算表如下:表7.2 50t/a 冬虫夏草发酵车间物料衡算表物料名称生产50t冬虫夏草物料量每日物料量发酵液量(m3)6.410321.33二级种液量(m3)81022.67发酵用糖量(kg)6.41052133.33二级种子液用糖量(kg)2.010466.67糖液总量(kg)6.61052200硫酸镁(kg)6.2410320.8磷酸二氢钾(kg)1.361034.53消泡剂(kg)3.8410312.8豆油(kg)6.2410320.8豆粕(kg)1.76105586.67蛋白胨(kg)4.0810
16、4136 冬虫夏草菌粉(kg)50.2167.337.2热量衡算(一)发酵罐需配料量为:G1=800+200+7.2+7.2+1.6+48+4.8=1061.6 (kg)(二)种子罐需配料量为:G2=20+16+0.48+0.48+0.08+2.4=39.44 (kg)(三)依照工艺,需加水量为:GW=(1061.6+39.44)4=4404.16(kg) (四)料液总量为:G=G1+G2+GW=1061.6+39.44+4404.16=5505.2 (kg)(五)醪液煮沸耗热量Q总由发酵工艺流程(图7.1)可知, Q总=Q+Q+Q(1) 发酵罐内料液由初温t0=25加热至t1=121耗热,料
17、液总量G=5505.2kgQ= Gc(t1- t0)=5505.23.7(121-25)=1.96106(kJ)式中 c发酵液比热容,3.7 kJ/(kgK)(2) 煮沸过程中蒸汽带出热量煮沸时间30min,蒸发量为每小时5%,则蒸发水分量为V1=G5%3060=5505.25%3060=137.63(kg)故Q= V1I=137.632198.91 kJ/kg=3.03105(kJ) 式中 I为在温度121下水汽化潜热,为2198.91 kJ/kg(3) 热损失Q料液升温和煮沸过程热损失约为前二次耗热量15%,即:Q=15%(Q+ Q)=15%(1.96106+3.03105)=3.3910
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