毕业设计-年产20吨番茄红素生产工艺的设计.doc
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1、毕业设计(论文)任务书课题年产20吨番茄红素生产工艺的设计姓名专业生物工程班级 课题简介本课题是研究年产量为20吨番茄红素的工艺,因为番茄红素的生物保健作用极强,其市场需求大,故本设计在实验基础上,进行工厂化放大生产,主要以玉米淀粉为原料,利用三孢布拉霉在温度25,搅拌速度270 r/min,pH在6.5环境下发酵生产番茄红素。设计任务设计要求:产品名称:番茄红素 年处理量:20吨 年工作时间:300天设计依据:发酵周期6天(含辅助时间) 萃取率95% 皂化率75%产品性状:晶体为深红色设计任务:1.总述:提出选题的初步设想 2.生产工艺流程或生产方案确定3.生产流程叙述 4.工艺计算 5.主
2、要设备的工艺计算和设备选型6.用CAD画主设备图和工艺流程图7.计算原材料、动力消耗定额及消耗量8.环境保护和安全措施 9.结论 10.设计体会和收获图纸要求:1.绘制带控制点的工工艺流程图(1#图纸) 2.根据计算数据绘制设备结构图(1#图纸) 3.绘制要求详见化工工程制图,图纸单独装订作为附图。设计要求1.通过文献查阅及综述,基本掌握本课题的国内外研究进展2.学会研究方案的制订和设计方法3.确定设计方案、工艺流程4.进一步通过工艺计算,论证本设计的可行性5.运用专业知识分析、掌握设计技能,解决实际问题 6.训练实事求是和严谨的科学作风,在德、智、体诸方面得到发展指导教师签字系主任签字主管院
3、长 签章 毕业设计(论文)开题报告表课题名称年产20吨番茄红素生产工艺的设计课题来源结合实际,导师制定课题类型AY导 师学生姓名学 号 专 业生物工程资料准备:收集有关番茄红素的性质及生产方法的国内外研究文献,同时深入了解影响番茄红素 生产的有关因素,为番茄红素设计生产方案的制定及论文写作奠定了基础。设计目的:通过分析各种番茄红素生产工艺利弊,确定最优番茄红素生产工艺,结合已有知识和现 在的生产状况对年产20吨番茄红素生产工艺进行适当的设计,使之更适合生产需要。设计要求:1.查阅番茄红素性质,生物学特性,生产提取等相关文献; 2.分析不同方法对番茄红素的生产提取及产量的影响,确定生产的设计方案
4、及工艺流 程; 3.完成番茄红素生产工艺的基本设备配置; 4.设计年产20吨番茄红素的生产工艺。设计思路:1.对番茄红素相关背景知识和现状进行综述和分析,并深入了解番茄红素生产的国内外研究进展。 2.在前人对番茄红素生产的研究进展和分析存在的问题基础上得出本设计的意义; 3.通过分析比较多种番茄红素生产方法及它们各自的优缺点,确定番茄红素生产方案; 4.设计番茄红素生产的基本工艺流程; 5.确定设计番茄红素生产方案并完成设备图和工艺流程图; 6.运用所学知识分析,论证本设计的可行性。预期成果:1.通过设计了解番茄红素的生产技术。 2.分析不同生产番茄红素的方法、确定最优番茄红素生产方案。 3.
5、设计出生产效益高、周期短的年产20吨番茄红素的生产线,并能在理论上满足生产 需求,达到降低成本的目的。任务完成阶段及时间安排:1. 收集有番茄红素生产技术及生产的资料,围绕不同制备方法及不同方法对番茄红素产量的影响进行资料收集,做好论文的前期准备工作。 2周 (2013.2.252013.3.10)2. 查阅文献,阅读资料,完成开题报告和论文大纲。 2周 (2013.3.112013.3.24)3. 番茄红素生产工艺流程设计选择论证。 2周 (2013.3.253013.4.7)4. 工艺计算。 2周 (2013.4.82013.4.21)5. 设备计算选型。 2周 (2013.4.22201
6、3.5.5)6. CAD设计绘图。 2周 (2013.5.62013.5.19)7. 设计经济效益估算评析。 1周 (3013.5.20_2013.5.26)8. 完稿,论文排版,核对矫正,检查。 1周 (2013.5.272013.6.2)9. 定稿,打印,装订。 2天 (2013.6.32013.6.4)完成任务所具备的条件及因素:利用图书馆的资料、文献,查阅的各种期刊和网络资源,不断提出问题,同指导老师探讨,并融合所学的相关知识。 指导 教师 意见 签名: 年 月 日摘要本文通过对番茄红素的性质,生物学功能以及现有的生产方法的研究,比较各种生产番茄红素的方法利弊,最终确定最优生产番茄红素
7、工艺方案为:主要以玉米淀粉为原料,利用三孢布拉氏霉菌在25,搅拌速度270 r/min,pH 6.5,接种量10(体积比)条件下发酵生产;流加工艺最适为发酵后48 h,阻断物添加时间为发酵后60 h,最佳发酵周期为120 h。发酵完成后,经过过滤,干燥,破碎细胞,乙酸乙酯萃取,皂化,浓缩结晶,精制后为95%番茄红素纯品。该工艺简单,生产效率高,成本较低,且环保,适合工业生产。关键词:玉米淀粉;三孢布拉氏霉;发酵;番茄红素AbstractBased on the properties of lycopene, biological function and production method o
8、f the e-xisting research review,compare advantages and disadvantages of all kinds of production me-thods of lycopene, and ultimately determine the optimal production of lycopene process sche-me:mainly corn starch as raw material for the application of blakeslea trispora production ly-copene of the f
9、ermentative , temperature 25, stirring speed, 270 r/min, pH 6.5, inoculation amount 10% (volume ratio); fed-batch process suitable for fermentation of 48h, blocker addit-ion time was 60 h after fermentation, the optimum fermentation period 120 h.After the ferme-ntation process, after filtration, dry
10、ing, crushing cell, ethyl acetate extraction, saponification, concentration and crystallization, purification of 95% lycopene pure. The process has simple process, high production efficiency, low cost and suitable for industrial production, environ-mental protection.Key word: Corn starch; Lycopene;
11、Blakeslea trispora; Fermentation目录1. 概述11.1 引言11.2 国内外研究进展11.2.1 国外对番茄红素的研究现状11.2.2 国内对番茄红素的研究现状11.2.3 市场需求11.3 番茄红素的基本特征21.3.1 番茄红素的基本特征21.3.2 番茄红素的物理性质21.3.3 番茄红素的化学性质21.3.4 番茄红素的分布21.4 番茄红素的作用机制和生理功能31.4.1 番茄红素的作用机制31.4.2 番茄红素的生理功能41.5 番茄红素的生产方法51.5.1 直接粉碎发51.5.2 有机溶剂提取法51.5.3 超临界CO2提取法61.5.4 超声波
12、辅助提取法61.5.5 酶解提取法61.5.6 化学合成法61.5.7 微生物发酵法71.6 生产番茄红素的意义72. 生产工艺82.1 菌种的选择82.2 培养基的组成82.2.1 土豆培养基(PDA)82.2.2 种子培养基82.2.3 发酵培养基82.2.4 流加糖液82.2.5 阻断剂制备92.3 发酵条件选择92.3.1 pH选择92.3.2 温度的选择92.3.3 搅拌速度选择92.3.4 接种量的选择92.3.5 流加工艺的选择92.3.6 阻断物添加时间段选择102.3.7 发酵周期的确定102.4 培养方法的确定102.4.1 种子扩大培养102.4.2 发酵培养102.5
13、发酵条件结论112.6 发酵后期发酵液处理方法112.6.1 固液分离112.6.2 萃取112.6.3 皂化112.6.4 精制阶段122.7 工艺技术特点122.8 工艺流程图132.9 工艺说明143. 工艺计算153.1 物料衡算153.1.1 工艺技术指标及基础数据153.1.2 原料消耗计算(以一吨成品番茄红素为基准)153.1.3 原料日消耗量和年总消耗量163.2 能量衡算183.2.1 发酵过程中蒸汽耗量的计算183.2.2 发酵罐实罐灭菌保温时消耗的蒸汽量193.2.3 种子罐实罐实罐灭菌保温时消耗的蒸汽量193.2.4 发酵车间总的消耗蒸汽量193.2.5 发酵过程冷却水
14、耗量的计算193.2.6 发酵过程无菌空气耗量的计算204. 设备选型214.1 主要设备的选型214.1.1 发酵罐的选型214.1.2 种子罐的选型234.2 辅助设备的选型234.2.1 细胞过滤器234.2.2 真空干燥244.2.3 细胞破碎器244.2.4 萃取设备244.2.5 浓缩设备254.2.6 结晶设备254.2.7 发酵后期发酵液处理总共时间254.3 主要设备一览表265. 效益评估275.1 原料消耗费用275.2 设备消耗费用275.3 水电人工劳动力费用275.4 效益评估286. 三废处理与环保296.1 噪音296.2 废气296.3 废水296.4 固体垃
15、圾29结论30设计体会与心得31致谢32参考文献33英文文献35英文翻译50651. 概述1.1 引言番茄红素(1ycopene)是一种脂溶性不饱和碳氢化合物,是类胡萝卜素中结构最简单的一种天然色素,呈红色,由于最先发现于番茄中而得名。其在自然界中分布很广,如番茄,西瓜,胡萝卜,葡萄,草莓,柑桔等,其中以番茄中含量最高,每100 g番茄中番茄红素可达3-14 mg1,由于其兼具较高的营养价值和药用价值,目前广泛应用于食品、医药、化妆品和保健品行业。研究表明,番茄红素除可作为天然食用色素使用外,还具有许多生物学活性。在所有的类胡萝卜素中,他是最强的单线态氧淬灭剂,抗氧化能力也最强。有研究表明番茄
16、红素对前列腺癌、乳腺癌、以及胰腺癌等癌症的癌细胞具有抑制作用,对于预防和治疗心脑血管疾病、动脉硬化和肿瘤等具有重要的作用,是目前很具有开发价值的一种功能性天然色素。1.2 国内外研究进展1.2.1 国外对番茄红素的研究现状1989年,Mascio发现番茄红素在所有类胡萝卜素中对单线态氧的猝灭速度最高。1994年,Franceschi2发现消化道癌的发生与番茄红素的摄入有关。随后的十年内,对番茄红素功能的研究成为一大热点,与番茄红素有关的报道达800多篇,内容涉及番茄红素的吸收、运输及新陈代谢的动力学,还涉及到番茄红素与癌症、心脏病及其他多种疾病的关系,这些为番茄红素的提取、测定及番茄产品的开发
17、研究奠定了基础。1.2.2 国内对番茄红素的研究现状我国对番茄红素的研究在2000年以前鲜有报道,近3年国内综述文章也大量踊跃,内容包括番茄红素的性质和提取方法,番茄红素保健功能的研究现状,番茄红素及其生产应用研究番茄红素的生产工艺研究进展,番茄红素分离与分析的研究进展等。1.2.3 市场需求我国是番茄生产大国,年产量仅次于美国、意大利而位居世界第三,占全球生产总量的20%左右,每年番茄产量达1000104 t,其中90%以上的番茄在新疆生产。2000年新疆石河子开发区鸿博有限责任公司在番茄红素粗加工的基础上,已生产出番茄红素系列营养食品,产品有番茄红素胶囊、亚油酸番茄红素胶囊等,但在投资规模
18、、产品开发和市场运作方面还远远滞后于国外。抗氧化和延缓衰老是开发以番茄红素为有效成分功能性食品的主要定位,亚健康人群是其目标消费群体;抗癌和保护心血管3是开发以番茄红素为有效成分药品的主要定位,已服务于临床。此外,番茄红素还可用于化妆品的开发。总之,作为功能性天然色素的番茄红素,在医药、食品、化妆品等方面都有着良好的应用前景,它的开发应用将给农业、食品加工业、医药行业、美容业等与之相关的行业带来可观的经济效益,需求量可观,具有广阔的市场前景。1.3 番茄红素的基本特征1.3.1 番茄红素的基本特征番茄红素是胡萝卜素化学结构的异构体,分子式为C40H56,相对分子质量为536.85,熔点为172
19、175,它由11个共轭双键及2个非共轭碳碳双键构成高度不饱和直链型烃类化合物,为脂溶性色素,纯品为无毒针状深红色晶体。番茄红素不具有VA原活性,不溶于水,难溶于甲醇、乙醇,可溶于脂肪、乙酸乙酯和石油醚等。因其11个共轭双键能够异化,故可以产生多种不同单顺或多顺异构体。1.3.2 番茄红素的物理性质番茄红素为暗红色粉末或油状液体,不溶于水,难溶于甲醇等极性有机溶剂,可溶于乙酸乙酯、石油醚、己烷、丙酮,易溶于氯仿、CS2、苯、油脂等,番茄红素油溶液呈黄橙色,熔点174。1.3.3 番茄红素的化学性质番茄红素的性质极其活泼,易受氧化、紫外线及温度的影响而迅速氧化分解,并能从反式结构向顺式结构转变。当
20、番茄红素分子从反式结构变为顺式结构时,其颜色变浅,熔点降低。在有CO2存在,温度低于50的酸性条件下,番茄红素的稳定性较好;番茄红素在碱性条件下不稳定,其吸光度值显著下降。K+,Na+,Mg2+ 和Zn2+ 对番茄红素影响不大,Fe2+,Cu2+易引起番茄红素较大的损失,Fe3+ 和Al3+ 引起的损失较少。1.3.4 番茄红素的分布番茄红素在自然界中分布很广,主要存在于植物细胞有色体中,如番茄、西瓜、胡萝卜、葡萄、红色葡萄柚、草莓、柑桔等,并且越成熟的番茄中番茄红素的含量越高。在人体内主要分布于血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、消化道等组织器官,其中肾上腺和睾丸含量较多,见表1。
21、表1 人体部分器官和组织中番茄红素的含量6/nmolg-1组织名称含量组织名称含量肾上腺21.60脂肪1.30乳房0.78结肠0.31皮肤0.42肝脏5.72肾0.62卵巢0.28肺0.57睾丸21.361.4 番茄红素的作用机制和生理功能番茄红素的抗氧化性、清除自由基、诱导细胞间信息传递、抑制细胞增殖、增加免疫力等功能,对预防疾病起着关键的作用。1.4.1 番茄红素的作用机制(1)抗氧化性和清除自由基番茄红素可以通过淬灭单线态氧来预防脂类过氧化,保护生物膜免受自由基的损伤。研究发现,当紫外线照射皮肤时,皮肤中的番茄红素优先被破坏,这表明番茄红素具有较强的减轻组织氧化损伤的作用4。(2)诱导细
22、胞间隙连接通讯功能大多数肿瘤的细胞间隙连接通讯功能微弱或缺失,细胞发生转化后,其细胞间隙连接通讯功能降低或被抑制,细胞间隙连接通讯功能的抑制或破坏,被认为是促癌变阶段的重要机制。据Levy5研究,番茄红素对子宫癌,乳癌,肺癌细胞生长抑制作用比-胡萝卜素和-胡萝卜素强10倍。番茄红素抗癌作用主要是改善细胞之间隙缝的结合蛋白遗传密码的连接,以促进隙缝结合点信息传递6。(3)抑制细胞增殖番茄红素能抑制许多癌细胞的增殖,如能抑制人体口腔癌细胞的增殖。番茄红素可通过影响乳腺癌、肺癌和子宫癌细胞周期的转化阶段,来影响肿瘤细胞的生长。(4)增加免疫力番茄红素可以增强正常细胞间GJIC,促进吞噬细胞、淋巴细胞
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