年产吨冬虫夏草发酵车间工艺设计Word文件下载.docx
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8.2.8
设备材料的选择……………………………………….............
9
参考文献..……………………………………………….…………….…………….………
10
附图..………………………………………………..........
…………………………
10.1
附图
1生产工艺流程图.………………………………................
10.2
2主体设备图.……………………………….....................
10.3
3车间平面图.……………………………….....................
10.4
4工厂平面图.……………………………….....................
4
年产
50
吨冬虫夏草发酵车间工艺设计
前言
1.1
产品介绍
冬虫夏草,又名中华虫草,是中国历史中传统的名贵中药材,是由肉座菌目蛇形虫草科蛇形
虫草属的冬虫夏草菌寄生于高山草甸土中的蝠蛾幼虫,使幼虫身躯僵化。
并在适宜条件下,
夏季由僵虫头端抽生出长棒状的子座而形成,即冬虫夏草菌的子实体与僵虫菌核(幼虫尸体)
构成的复合体。
冬虫夏草主要产于中国大陆青海、西藏、四川、云南、甘肃和贵州等省及自
治区的高寒地带和雪山草原。
冬虫夏草菌之子座出自寄主幼虫的头部,冬虫夏草单生,细长呈棒球棍状,长
4-14
厘米,
不育顶部长
3-8
厘米,直径
1.5-4
厘米;
上部为子座头部,稍膨大,呈窄椭圆形,长1.5
-4
厘米,褐色,除先端小部外,密生多数子囊壳,顶部不育部长
1.5-5.5
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
250-500
微米,直
径
80-200
微米,每一个子囊内有
具有隔膜的子囊孢子。
虫体表面深棕色,断面白色;
有
20-30
环节,腹面有足
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,症状得到改善的在
91.7%以上;
主要用于鼻癌、
咽癌,肺癌,白血病,脑癌以及其他恶性肿瘤的患者。
北冬虫夏草中虫草酸的含量为
3.09
克,野生的虫草为
5.54
克,虫草酸是一种
D-甘露醇,甘露醇能提高血浆渗透压,导致组织
内的水分进入血管内,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、血管的作用,促进人体的新陈
代谢、改善人体的微循环、降血脂、降血压。
虫草多糖的药理试验证明:
虫草多糖具有抗肿瘤、抗传染病的功效、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、肺源性心脏病有显著的功效。
能提
高肝脏的解毒能力,起到扶肝的作用。
降血糖、降血脂,贫血的患者用于补血,增强脾脏的
营养性血流量,虫草多糖、生物活性强,适应性广,还具耐缺氧、镇痛、镇静的作用。
1.3
研究意义
在
20
世纪
80
年代,冬虫夏草的产量还很高.据资料记载[6~7],在冬虫夏草的两大主产区西藏
和青海,每年的均产量分别达到
121,487
kg
和
30,000
kg.但近来由于生态环境的退化和人
为的过度采挖,虫草的产量大幅下降,而且个体变小,质量也有所下降.
大量分析表明,野生
虫草子实体与人工培养的虫草菌丝体之间,无论是甘露醇、
游离氨基酸、W
醇、生物碱及
有机酸类等的含量几乎相同或基本一致。
药理和毒理试验也证实人工发酵虫草和野生虫草具
有类似或更优的效果,表明人工培养的虫草菌丝体基本上可以代替野生虫草的子实体。
鉴于
5
液体发酵具有周期短,原料及培养条件易得,造价低,收率高和较稳定等特点,对虫草菌丝
体的人工发酵培养应该是主要发展方向。
设计任务书
设计项目名称:
生产方法:
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:
吨冬虫夏草菌粉。
主要原、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,色泽均匀的冬虫夏草菌粉。
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。
产品的质量规格:
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%。
另外含虫草酸约
7%,还含有游离氨基酸
12
种,水解后有
氨基酸
18
种,其中成年人必需从食物中供给的
种氨基酸均具备,还有幼儿生长发育所必
需的组氨酸。
此外,尚含有维生素
B12、麦角脂醇、六碳糖醇、生物碱等。
产品规模:
T/a
。
产品包装方式:
桶装。
生产方法
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
6~
7)
于
121℃灭菌
30
min
接种于固体培养基上于
27±
1℃,培养
4~5d
菌丝均匀长满
斜面后
置冰箱
4℃保存备用。
6
摇瓶培养
2%
工业蛋白胨
1%,
0.05%
KHPO4
0.1%为培养基(pH6~
采用
250
ml
三角瓶装培养基
ml,采用
℃,摇床转速
230
r/min,振荡培养。
摇瓶种子培养
KH2PO4
500
三角瓶
装培养基
120
1℃,摇床转速
r/min
振荡培
养
48~60
h
镜检菌丝粗壮,无杂菌后,合并作为进罐种子。
种子罐培养
葡萄糖
25
kg/m3,
豆粕
kg/m3
豆油
0.6
硫酸镁
磷酸二氢钾
0.1
蛋白胨
为发酵液(pH
6~7),
采用
m3
种子罐,装料系数为
0.8,在
℃
温度下发酵培养。
发酵罐培养
100
0.9
磷酸二氢钾
0.2
kg/m3,消泡剂
为培养基(pH
发酵罐,装
料系数为
0.8
在
1℃温度下培养。
发酵液后处理
离心过滤80℃干燥
发酵液菌丝体
成品菌粉
粉碎包装
工艺流程
工艺流程的设计原则
进行工艺设计,必须考虑以下几项原则:
◆保证产品质量符合国家标准,外销产品还必须满足销售地区的质量要求。
◆尽量采用成熟的、先进的技术和设备。
努力提高原料利用率,提高劳动生产率,降低水、
7
电、汽及其他能量消耗,降低生产成本,使工厂建成后能够迅速投入生产,使短期内达到设
计生产能力和产品质量要求,并做到生产稳定、安全、可靠。
◆尽量减少三废排放量,有完善的三废治理措施,以减少或消除对环境的污染,并做好三废
的回收和综合利用。
◆确保安全生产,以保证人身和设备的安全。
◆生产过程尽量采用机械化和自动化,实现稳产、高产。
4.1)
工艺耗费时间
发酵
配料0.8
h
搅拌0.5
投料0.5
蒸汽灭菌1
冷却到
27℃约
接种0.20
发酵44
共耗时约
48
物料及热量衡算
物料衡算
物料流程图
8
发酵罐种子罐
800kg葡萄糖
20kg
200kg豆粕
16kg
7.2kg豆油
0.48kg
7.2kg硫酸镁
料水比
1:
4料水比
自来水
25℃
消泡剂
4.8kg25
º
C,30min
30min30min
121℃121℃
121℃,30min121℃,30min
1h
冷却至
27
C
接种量
12%
发酵罐
图
7.1物料流程图
工艺技术指标及基础数据
(1)主要技术指标如表所示:
表
7.1冬虫夏草发酵工艺主要技术指标
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
生产方法发酵倒罐率%1
生产天数d/a300发酵周期h48
9
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:
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:
100,豆粕
25,豆油
0.9,硫酸镁
0.9,磷酸二
0.2,蛋白胨
6,消泡剂
0.6,接种量
发酵车间的物料衡算
发酵液量生
吨纯度
100%的冬虫夏草菌粉,需耗用的原辅材料及其他物料量
(1)
发酵液量:
V1=
50000÷
(100×
48%×
16.5%×
99%)=6.4×
103(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%后的发酵成功率
(2)
发酵液配制需糖量(以纯糖计):
m1
=
V1×
100=6.4×
105(kg)
(3)
二级种子液量:
V2=12%×
V1=8.0×
102(m3)
式中12%——接种量
(4)
二级种子培养液所需糖量:
m2=25×
V2=2.0×
104
(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=6.6×
105
(6)
硫酸镁耗用量:
m(MgSO4)=0.6V2+0.9V1=6.24×
103
(7)
磷酸二氢钾耗用量:
m(KH2PO4)=
0.1V2+0.2V1=1.36×
103(kg)
(8)
消泡剂耗用量:
m(消泡剂)=0.6V1=3.84×
10
(9)
豆油耗用量:
m(豆油)=0.6V2+0.9V1=6.24×
(10)蛋白胨耗用量:
m(蛋白胨)=3V2+6V1=4.08×
104(kg)
(11)豆粕耗用量:
m(豆粕)=20V2+25V1=1.76×
(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)=6.6×
105×
(1-1%)=3.1×
2)
实际生产的冬虫夏草(提取率16.5%)菌丝体为:
m(实际)=3.1×
16.5%=51150(kg)=50.2(t)
50t/a
冬虫夏草发酵车间的物料衡算表如下:
7.250t/a
冬虫夏草发酵车间的物料衡算表
物料名称生产
50t
冬虫夏草的物料量每日物料量
发酵液量(m3)
二级种液量(m3)
6.4×
103
8×
102
21.33
2.67
105
发酵用糖量(kg)2133.33
2.0×
104
二级种子液用糖量(kg)66.67
6.6×
糖液总量(kg)2200
6.24×
硫酸镁(kg)20.8
1.36×
磷酸二氢钾(kg)4.53
3.84×
消泡剂(kg)12.8
11
豆油(kg)6.24×
20.8
1.76×
豆粕(kg)586.67
4.08×
蛋白胨(kg)136
50.2
冬虫夏草菌粉(kg)167.33
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
(二)种子罐需配料量为:
G2=20+16+0.48+0.48+0.08+2.4=39.44
(三)根据工艺,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
(五)醪液煮沸耗热量
Q
总
由发酵工艺流程(图
7.1)可知,
总=Q’+Q’’+Q’’’
发酵罐内料液由初温
t0=25℃加热至
t1=121℃耗热,料液总量
G=5505.2kg
Q’=
Gc(t1-
t0)=5505.2×
3.7×
(121-25)=1.96×
106(kJ)
式中c——发酵液的比热容,3.7
kJ/(kg·
K)
煮沸过程中蒸汽带出的热量
煮沸时间
30min,蒸发量为每小时
5%,则蒸发水分量为
V1=G×
5%×
30÷
60=5505.2×
60=137.63(kg)
故
Q’’=
V1·
I=137.63×
2198.91
kJ/kg=3.03×
105(kJ)
式中I——为在温度
121℃下的水的汽化潜热,为
kJ/kg
热损失
Q’’’
12
料液升温和煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的
15%,即:
Q’’’=15%(Q’+
Q’’)=15%×
(1.96×
106+3.03×
105)=3.39×
由上述结果可得:
总=Q’+Q’’+Q’’’=1.96×
105+3.39×
105=2.60×
故单罐耗用蒸汽量
D
使用表压为
0.4MPa
的饱和蒸汽,I=2737.23
kJ/kg,则
D=
总/[(
I-i)η
]=
2.60×
106/[(2737.23-601.53)×
95%]=1282.65(kg)
式中i——相应冷凝水的焓(601.53
kJ/kg)
η
——蒸汽的热效率,取η
=95%
发酵过程单罐每小时最大蒸汽耗量
Qmax
在各步骤中,加热过程耗热量最大,且知加热时间为
30min,热效率为
95%,
Qmax=
总/(30/60×
95%)=2.60×
106/(0.5×
95%)=5.47×
106
(kJ/h)
相应的最大蒸汽耗量为:
Dmax=Qmax/(I-i)=
5.47×
/(2737.23-601.53)=2562.95(kg/h)
式中I——使用表压为
0.4
MPa
i——相应冷凝水的焓(601.53
蒸汽耗量
已知发酵需要
h,放罐、洗罐、维修的时间要
60
天,一年生产
300
天,60
天用于维
修,48
小时发酵,大概
天生产一批产品,每年生产
75
批产品。
经过计算,总共需要
个
发酵罐。
据设计,每年发酵次数为
批,共产生冬虫夏草
50.2
吨。
年耗蒸汽总量为:
DT=
D×
75×
11=1282.65×
5=4.81×
每吨成品耗蒸汽量:
13
DS=4.81×
105/50.2=9.6×
kg/t
最后,把上述计算结果列成热量消耗综合表,如表所示。
7.350t/a
冬虫夏草发酵车间总热量衡算表
每吨产品消耗定额
每小时最大用量
年消耗量
名称规格
(kg)(kg/h)(为单罐)(kg/a)
蒸汽0.4(表压)9.6×
1032562.954.81×
7.3.
发酵车间水衡算
原料预处理用水量
已知一次发酵原料预处理用水量为
4404.16kg,每年发酵次数为
次。
共有
个发酵
罐,故发酵原料预处理总用水量
GW
为:
GW=4404.16×
5=1.65×
106(kg)
(2)单罐发酵工序用水量
A.蒸汽灭菌用水量
由上述热量衡算可知
]=1282.65(kg)
式中η
I——使用表压为
B.冷却水用量
已知发酵一次,料液总量为
G=5505.2kg,把醪液从
t1=121℃冷却至
t2=25℃,冷却
水使用
t3=20℃的深井水,终温为
t4=70℃,逆流操作,冷却时间
t=1h。
则每小时耗水
量为:
W=Gc(t1-
t2)/(c
水
t
(t4-
t3)
)
14
=5505.2×
(121-25)/(4.18×
(70-20)×
1)
=9356.2
式中3.7——发酵液的比热容(kJ/(kg·
K))
4.18——水的比热容(kJ/(kg·
年发酵工序用水量
次,罐子数为
11,年发酵工序用水量
G:
G=D+W=(9356.2+1282.65)×
=3.99×
发酵车间总用水量
G
总=
原料+
G=1.65×
+
3.99×
=5.64×
7.550t/a
冬虫夏草发酵车间用水量衡算表
每小时用量
每天用量
年耗量
(t/t)(kg/h)(t/d)(t/a)
水自来水或深井水112.5783.318.85.64×
106
7.4.
发酵过程无菌空气消耗量计算
发酵车间无菌空气消耗量主要用于菌丝体发酵过程中通风供氧。
7.4.1.单罐发酵无菌空气耗用量
规模的通气搅拌发酵罐的通气速率为
0.20-0.25vvm,取最高值
0.25vvm
进行计算。
单罐发酵过程用气量(常压空气)
V=10×
80%×
0.25×
60=120(m3/h)
式中80%——发酵罐装料系数
单罐年用气量Va=V×
48×
75=4.32×
105(m3)
式中75——每年单罐发酵批次
48——发酵周期(h)
15
7.4.2.种子培养等其他无菌空气耗量
一般取这些无菌空气消耗量之和约等于发酵过程空气的耗量的
25%。
故这项无菌空气耗
V’=
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