300吨淀粉酶工厂的初步设计开.doc

毕业设计开题报告 300吨淀粉酶工厂的初步设计 一、文献综述 1、研究的目的和意义 1.1目的 通过对淀粉酶性质及其发酵生产工艺参数及设备参数的充分认识，了解乳酸生产的原料组成，能源消耗情况；在进行淀粉酶工厂发酵装置设计时根据工厂的实际生产工艺和产能采取的最有效的发酵工艺，合理布局设计，使生产操作可靠性、方便性达到生产要求，降低成本，最终使生产效益最大化。 1.2意义 淀粉酶广泛存在于动物、植物和微生物中[1]，在食品、发酵、纺织和造纸等工业中均有应用，尤其在淀粉加工业中，微生物淀粉酶更是应用广泛并已成功取代了化学降解法；同时，它们也可以应用于制药和精细化工等行业[2]。 淀粉酶的使用已经融入了我们的生活当中。大量的需求使部分工厂的淀粉生产供不应求。因此，通过合理的设计淀粉酶生产工艺可以降低淀粉酶生产成本，对淀粉酶生产普及应用及现代社会的可持续发展具有重大的意义。 2、淀粉酶的理化性质 根据淀粉酶对淀粉的水解方式不同[3]，可将其分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶等。其中，α-淀粉酶（α-1，4-葡聚糖-4-葡聚糖苷酶)多是胞外酶，其作用于淀粉时可从分子内部随机地切开淀粉链的α-1，4糖苷键[4]，而生成糊精和还原糖，产物的末端残基碳原子构型为α-构型，故称α-淀粉酶。α-淀粉酶来源广泛，主要存在发芽谷物的糊粉细胞中[5]，当然，从微生物到高等动、植物均可分离到，是一种重要的淀粉水解酶，也是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一。它可以由微生物发酵制备，也可以从动植物中提取。不同来源的α-淀粉酶的性质有一定的区别，工业中主要应用的是真菌和细菌α－α-淀粉酶已广泛应用于变性淀粉及淀粉糖、焙烤工业、啤酒酿造、酒精工业、发酵以及纺织等许多行业，是一种重要工业用酶。如在淀粉加工业中，微生物α-淀粉酶已成功取代了化学降解法；在酒精工业中能显著提高出酒率。其应用于各种工业中对缩短生产周期，提高产品得率和原料的利用率，提高产品质量和节约粮食资源，都有着极其重要的作用[6,7]。 3、淀粉酶的研究现状 我们利用基因工程技术构建了耐酸性淀粉酶和糖化酶的融合基因, 并获得了多拷贝此融合基因的白曲霉菌TR12株并加强菌种筛选诱变育种工作。在pH3.0的AP培养基或在pH4.0的酸性酒精废糟液中, 培养液均表现出较高的耐酸性淀粉酶和糖化酶活性[8,9] 。用于固态制曲及酿酒发酵, 原材料利用率、发酵速度及产酒率等都得到了较大幅度的提高[10]。为了使耐酸性一淀粉酶的耐酸特性得到充分发挥, 使其优越性能得到更加广泛的利用, 同时也为了探讨通过一次发酵过程, 制备具有两种较高酶活力的新型酶制剂。目前，除开展大量常规诱变育种 T作外，国外已初步搞清产 α-淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽孢杆菌重组体的基因引入生产菌株，使 α-淀粉酶产量提高7～10α-淀粉酶菌株开创了新的途径[11]。 4、α-淀粉酶的特性 早在1967年，Jones 和Varner就对小麦中α-淀粉酶的活性进行了研究[12]。不同来源的α-淀粉酶的酶学和理化性质有一定的区别，它们的性质对在其工业应用中的应用影响也较大，在工业生产中要根据需要使用合适来源的酶，因此对淀粉酶性质的研究也显得比较重要。 4.1底物特异性 α-淀粉酶和其它酶类一样，具有反应底物特异性，不同来源的淀粉酶反应底物也各不相同，通常α-淀粉酶显示出对淀粉及其衍生物有最高的特异性，这些淀粉及衍生物包括支链淀粉、直链淀粉、环糊精、糖原质和麦芽三糖等。 4.2最适 pH和最适温度 通常情况下α-淀粉酶的最适作用pH一般在2到12之间变化。真菌和细菌类α-淀粉酶的最适pH在酸性和中性范围内，如芽孢杆菌α-淀粉酶的最适pH为3，碱性α-淀粉酶的最适pH在9～12α-淀粉酶的最适pH有一定的影响，会改变其最适作用范围。不同微生物来源的仅一淀粉酶的最适作用温度存在着较大差异，其中最适作用温度最低的只有25℃～30℃，而最高的能达到100℃～130℃。另外，钙离子和钠离子对一些酶的最适作用温度也有一定的影响[13]。 4.3金属离子 α-淀粉酶是金属酶，很多金属离子，特别是重金属离子对其有抑制作用；另外，巯基，N-溴琥珀酸亚胺，p-羟基汞苯甲酸，碘乙酸，BSA，EDTA和EGTA等 对 仅一淀粉酶也有抑制作用。 4.4电场强度 实验结果表明，不同强度电场导致酶活性增加的效应不同，并且呈非单调性变化。我们认为，不同强度电场对酶蛋白分子的构象产生了不同影响，处理酶所用的电场能量虽然不足以改变酶蛋白氨基酸序列，但可以改变酶蛋白的构象