1TPM酵母中海藻糖提取纯化工艺设计_生物工程设备与分离技术课程设计

吉林工程技术师范学院 食品工程学院 课 程 设 计 课程名称生物工程设备与分离技术 班级生物工程 1041 1TPM 酵母中海藻糖提取纯化工艺设计 目目录录 目录I 第一章 工程总论1 1.1 海藻糖概述.1 1.1.1海藻糖地性质1 1.1.2海藻糖地生理功能1 1.1.3海藻糖地应用前景2 1.2 海藻糖地生产工艺.2 1.2.1酵母中海藻糖地提取纯化工艺3 第二章 技术方案5 2.1 产品方案.5 2.2 生产工艺流程设计 .5 2.3 生产工艺过程说明 .6 2.3.1乙醇提取6 2.3.2冷却离心6 2.3.3浓缩6 2.3.4活性炭脱色脱蛋白6 2.3.5离子交换6 2.3.6浓缩结晶7 2.3.7过滤干燥7 2.4 物料衡算.7 2.4.1技术参数7 2.4.2计算7 第三章 设备选型9 3.1 热回流提取罐.9 3.2 离心机.9 3.3 浓缩罐.9 3.4 离子交换设备.9 3.5 干燥机.9 第四章 防污措施. 11 4.1 车间环境卫生. 11 4.2 废水处理. 11 4.3 废渣处理. 11 第五章 结语.12 参考文献.13 第一章第一章 工程总论工程总论 1.11.1海藻糖概述海藻糖概述 1.1.11.1.1 海藻糖地性质海藻糖地性质 海藻糖叉名茧蜜糖，蘑菇糖，漏芦糖或蕈糖，是在动物、植物、微生物中广泛分布地 一种低聚糖. 它是由两分子地吡哺葡萄糖单体以 a，a-1 ，1 糖苷键连接而成，其化学式为 aD-吡喃葡萄糖基一 aD 一吡喃葡萄糖苷，分子式为 C12H22O11H2O相对分子量为 378．33. 其结构式如图 1.1 图 1.1 海藻糖是白色晶体，带有两分子结晶水，当加热到130“C 时，海藻糖失去结品水，变 成无水晶体. 海藻糖溶于水、冰醋酸和热乙醇中. 其水溶液性质稳定，无色无嗅，口感咯带 甜昧，它不会焦化. 它对热、酸都十分稳定，是天然双糖中最稳定地糖质 . 由于不具有还原 性，即使与氧基酸、蛋白质等混合加热也不会产生美拉德反麻引起地着色反应 . 海藻糖几 乎不被一般地酶分解，只被具有特异性地海藻糖酶水解. 1.1.21.1.2 海藻糖地生理功能海藻糖地生理功能 海藻糖不仅具有优良地理化性质，它还具有优于其他双糖地独特地生物学功能内源 性地海藻糖可以有效地保护生物免受外界恶劣条件地侵害，外源性地海藻糖同样对生物 体具有保护作用，这种保护作用是非特异性地. 内源性海藻糖，不仅可以作为生物体内地能量储备，也可以保护体内细胞免受外界 恶劣条件地侵害，主要表现在当生物细胞处于营养饥饿、高温干燥缺氧或冷冻等各种胁 迫环境时，生物细胞内开始积累海藻糖，并利用其特殊地生物学特性，对生物细胞进行 保护. 科学研究表明，海藻糖是生物体应对环境压力地一种应激代谢产物，很多物种对外 界恶劣环境所表现出地抗逆耐受力，与机体胞内海藻糖地变化有着直接地关系. 外源性地海藻糖同样也可以保护细胞和生命大分子对蛋白质变性具有保护作用和保 水作用. 外加海藻糖能在许多生物处于异常条件下，如冷冻、低温或常温干燥时，有效地 保护生物膜、蛋白质等地结构，维持生物体其本来地结构、性状和功能，海藻糖这种非 特异性保护功能促使科技工作者争先进行对海藻糖地研究与开发 . 海藻糖保护生物分子地 机制有三种水替代、玻璃态转换及优先排阻假说 . 这三种作用机制并不是相互排斥地， 而是它们对海藻糖地稳定作用机制地解释都有贡献 . 目前对海藻糖这种特殊地保护机-制是 一个研究热点. 1.1.31.1.3 海藻糖地应用前景海藻糖地应用前景 随着海藻糖生产地不断发展，生产成本地不断降低，海藻糖地各种性能逐步被人们所 认识，其应用领域也越来越广 . 海藻糖地优良品质和性能使他在食品、保健品、医药、化 妆品、农业等方面有着广泛地用途. 在食品方面主要利用海藻糖具有地非还原性、保湿性、耐冻性、耐干燥性以及良好 地味，可以用来防止因干燥或冷冻引起地变性，或和其他甜味剂混合使用作为食品地甜 味剂降低产生龋齿地副作用，还可作为一些调料、食品地品质改良剂和调味剂. 保健品方面主要采用海藻糖做冻干保护剂，它可以大大提高菌地冻干存活率，能使 冻干制品在常温下长时间保存，大幅度延氏其保持期. 另外，海藻糖可改善骨质疏松症. 医药方面应用主要是作为试剂和诊断药地稳定剂．如可用于移植器官地贮存，激素、 生物制剂、抗生素、维生素、酶以及各种易失活物质地稳定剂，也可用于牙膏、内服 药、糖衣片等作为甜味剂、品质改良剂和稳定剂，它有降血糖、保肝等作用，还可制成 衍生物用丁抗癌剂、抗肿瘤剂中. 化妆品方面主要是应用海藻糖地衍生物，海藻糖本身具有地保湿性已被确认为新地化 妆品原料，用于皮肤化妆品中，可抑制皮肤地干燥，也可用于口腔清凉剂、口腔芳香剂 等. 在农业领域，通过生物 T 程技术完全有可能将海藻糖地转基因植物培育成抗旱转基因 植物. 1.21.2海藻糖地生产工艺海藻糖地生产工艺 无论是酶转化法还是微生物抽提法生产海藻糖在我国均处于起步阶段 . 相对而言，以酵 母为原料生产海藻糖地技术在国内较为成熟 . 中国科学院已经开发出了培养海藻糖高产酵 母菌并从中提取精制海藻糖地专利 . 大连理工大学、无锡轻工业大学、华东理工大学等高 校也对从酵母生产海藻糖地工艺进行了研究，并取得了很多成果 . 但是目前从活性干酵母 中抽提海藻糖地工艺仍存在工艺复杂，成本较高等缺点，限制了海藻糖地大规模工业生 产. 而酶法生产海藻糖在我国仍处于理论研究阶段 . 因此工业化生产海藻糖在我国仍然是一 个空缺，如何简化工艺降低成本，建立成熟地海藻糖工业化生产工艺成为目前人们研究 地重点. 1.2.11.2.1 酵母中海藻糖地提取纯化工艺酵母中海藻糖地提取纯化工艺 1. 提取工艺 乙醇水提取法在乙醇（水）地共同作用下使酵母细胞破碎，海藻糖从破碎地细胞 地中释放出来，同时高温和乙醇能够抑制从液泡中释放出来能将海藻糖水解为葡萄糖地 海藻糖酶. 微波辅助法以水作为提取溶剂，将酵母配制成一定浓度悬液，先经微波破壁处理一 段时间后，使细胞内存在地海藻糖酶变性失活，破坏酵母细胞地结构，再进行水浴搅拌 提取一段时间，从而促进酵母细胞内海藻糖快速溶出，增加海藻糖得率地一种破壁提取 方法 2.纯化工艺 （1）脱蛋白 热变性法脱蛋白热变性法脱除蛋白是利用蛋白质在高温下变性，溶解度降低地原 理，对海藻糖提取液进行加热，低温冷却后离心，从而脱除海藻糖提取液中蛋白质. 碱金属除蛋白碱金属除蛋白地方法是加入一定量 10％质量分数地 ZnSO4 一溶液， 再滴加饱和地 BaOH2 溶液，凋节 pH 为 8，离心屙收集上清液；重金属除蛋白地方法是 直接向溶液中加入适量地醋酸钳，离心后收集上清液. 活性炭脱蛋白吸附作用是吸附过程中由吸附剂表面与被吸附物质分 r之间地范德华 力引起. 这种吸附作用地选择性很人，在高温 F 吸附最反而降低，吸附过程中能量变动较 小，因而容易解吸. 活性炭颗粒地大小对吸附能力有影响. 一般来说，活性炭颗粒越小，过 滤而秘越大，所以粉末状地活性炭地总面积最大，吸附效果最佳. （2）采用离子交换树脂对海藻糖提取液进行处理除去溶液中地杂质盐类及色素