年产150吨的微生物发酵β胡萝卜素工厂设计
β-胡萝卜素是类胡萝卜素的一种，具有保护视力，延缓衰老等功效。本文在对β-胡萝卜素的特性以及作用进行综述的基础上，分析对比了各种提取方法的优劣，并设计出了一套以玉米浆为原料，利用大肠杆菌作为工程菌生产β-胡萝卜素的发酵工艺，并设立了β-胡萝卜素的提取工艺。并在发酵工艺和提取工艺基础上，进行了物料衡算，设备选型，对全年的生产效益进行估算。运用CAD绘制了生产工艺流程图、车间平面β-胡萝卜素布置图、车间主要部位剖面图、管路布置图和全厂平面布置图。关键词 β-胡萝卜素，大肠杆菌，发酵工艺；提取工艺
目 录
1 绪论 1
1.1 β胡萝卜素的简介 1
1.2 β胡萝卜素的生产方法 1
1.2.1 化学合成法 1
1.2.2 提取法 2
1.2.3 微生物发酵法 2
1.3 β胡萝卜素市场前景及国内外对比 3
1.3.1 国内外β胡萝卜素的产量需求情况 3
1.3.2 国内外β胡萝卜素消费情况 4
2 生产β胡萝卜素的意义 4
3 β胡萝卜素的生产工艺 4
3.1 菌种的选择 4
3.2 培养基的选择 5
3.2.1LB培养基 5
3.2.3 发酵培养基 5
3.2.4 流加碳源 5
3.3 设计步骤 5
3.3.1 种子液制备 5
3.3.2 发酵培养 5
3.3.3 发酵后期发酵液处理方法 5
3.3.4 流加工艺的确定 5
3.3.5 固液分离 6
3.3.6 萃取 6
3.3.7 皂化 6
3.3.8 精制阶段 6
3.4 工艺流程 7
3.5 工艺说明 7
3.6 培养条件的讨论及优化 8
3.6.1 培养温度对发酵的影响 8
3.6.2 pH对发酵的影响 8
3.6.3 转速和装液量对发酵的影响 8
3.6.4 接种量对发酵的影响 9
3.6.5 发酵时间的确立 9
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4 工艺计算 9
4.1 物料衡算 9
4.1.1 工艺技术指标及基础数据 9
4.1.2 原料消耗计算（以每一生产周期消耗量来算） 10
4.1.3 原料的生产周期需要量和年需量 11
4.2 主要阶段的能量衡算 12
4.2.1 发酵过程中蒸汽耗量的计算 12
4.2.2 发酵罐保温时消耗的蒸汽量 13
4.2.3 种子罐实罐灭菌保温时消耗的蒸汽量 13
4.2.4 发酵车间总的消耗蒸汽量 14
4.2.5 发酵过程冷却水耗量的计算 14
4.2.6 发酵过程无菌空气耗量的计算 14
5 设备选型 14
5.1 主要设备的选型与计算 14
5.1.1 发酵罐的选择条件及计算 14
5.1.2 种子罐的选型 17
5.2 辅助设备的选型 17
5.2.1 细胞过滤器 17
5.2.2 真空干燥器 18
5.2.3 细胞破碎器 18
5.2.4 萃取设备 18
5.2.5 浓缩设备 19
5.2.6 结晶设备 19
5.2.7 发酵后期发酵液处理总共时间 19
5.3 主要设备（见表2） 19
6 效益评估 20
6.1 原料消耗（见表3） 20
6.2 设备消耗（见表4） 20
6.3 水电人工劳动力费用 21
6.4 效益评估 21
7 环境保护和安全措施 21
7.1 环境保护 21
7.1.1 废气 21
7.1.2 废水 21
7.1.3 固体垃圾 22
7.1.4 噪音 22
7.2 安全规则 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1 β胡萝卜素的简介
β胡萝卜素是类胡萝卜素中的一种典型代表，存在于许多天然食物中如：绿色蔬菜、番薯、胡萝卜、菠菜、木瓜、芒果等，皆存有丰富的β胡萝卜素[1]。β胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，可以保护人体健康，是一种不可缺少的营养素，有许多显著的性能，例如抗癌、抗氧化、防止白内障以及预防心血管疾病，进而防止老化和衰弱引起的多种退化性疾病，而且还具有很强的能力（淬灭单线态氧和清除自由基），在食品、医药等应用上有十分长远的前景[2]。
β胡萝卜素的来源有许多，其中主要是来自绿叶蔬菜以及黄色的，橘色的水果 ( 如胡萝卜、番薯、番茄、生菜、马铃薯、菠菜、西兰花、哈密瓜和冬瓜)。 总体来说，水果或蔬菜的颜色越是强烈的话，其富含β胡萝卜素越是丰富。
胡萝卜素(carotene) ，分子式：C40 H56，分为α、β、γ、δ、ε、β胡萝卜素等许多异构体，其中分布最广并且含量最多的是β胡萝卜素（根据其化学结构上存在于两端的芷香酮环或基团的种类）。β胡萝卜素是橘黄色脂溶性化合物，熔点在180℃左右，有异味或轻微异臭，遇氧、热和光时呈不稳定，在弱碱下较稳定，遇氧、热和光时呈不稳定。由于它的不饱和结构，所以抗氧化活性相对来说较高，并且可以消除自由基，因而具有一定的生理活性[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 β胡萝卜素的简介 1
1.2 β胡萝卜素的生产方法 1
1.2.1 化学合成法 1
1.2.2 提取法 2
1.2.3 微生物发酵法 2
1.3 β胡萝卜素市场前景及国内外对比 3
1.3.1 国内外β胡萝卜素的产量需求情况 3
1.3.2 国内外β胡萝卜素消费情况 4
2 生产β胡萝卜素的意义 4
3 β胡萝卜素的生产工艺 4
3.1 菌种的选择 4
3.2 培养基的选择 5
3.2.1LB培养基 5
3.2.3 发酵培养基 5
3.2.4 流加碳源 5
3.3 设计步骤 5
3.3.1 种子液制备 5
3.3.2 发酵培养 5
3.3.3 发酵后期发酵液处理方法 5
3.3.4 流加工艺的确定 5
3.3.5 固液分离 6
3.3.6 萃取 6
3.3.7 皂化 6
3.3.8 精制阶段 6
3.4 工艺流程 7
3.5 工艺说明 7
3.6 培养条件的讨论及优化 8
3.6.1 培养温度对发酵的影响 8
3.6.2 pH对发酵的影响 8
3.6.3 转速和装液量对发酵的影响 8
3.6.4 接种量对发酵的影响 9
3.6.5 发酵时间的确立 9
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4 工艺计算 9
4.1 物料衡算 9
4.1.1 工艺技术指标及基础数据 9
4.1.2 原料消耗计算（以每一生产周期消耗量来算） 10
4.1.3 原料的生产周期需要量和年需量 11
4.2 主要阶段的能量衡算 12
4.2.1 发酵过程中蒸汽耗量的计算 12
4.2.2 发酵罐保温时消耗的蒸汽量 13
4.2.3 种子罐实罐灭菌保温时消耗的蒸汽量 13
4.2.4 发酵车间总的消耗蒸汽量 14
4.2.5 发酵过程冷却水耗量的计算 14
4.2.6 发酵过程无菌空气耗量的计算 14
5 设备选型 14
5.1 主要设备的选型与计算 14
5.1.1 发酵罐的选择条件及计算 14
5.1.2 种子罐的选型 17
5.2 辅助设备的选型 17
5.2.1 细胞过滤器 17
5.2.2 真空干燥器 18
5.2.3 细胞破碎器 18
5.2.4 萃取设备 18
5.2.5 浓缩设备 19
5.2.6 结晶设备 19
5.2.7 发酵后期发酵液处理总共时间 19
5.3 主要设备（见表2） 19
6 效益评估 20
6.1 原料消耗（见表3） 20
6.2 设备消耗（见表4） 20
6.3 水电人工劳动力费用 21
6.4 效益评估 21
7 环境保护和安全措施 21
7.1 环境保护 21
7.1.1 废气 21
7.1.2 废水 21
7.1.3 固体垃圾 22
7.1.4 噪音 22
7.2 安全规则 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 绪论
1.1 β胡萝卜素的简介
β胡萝卜素是类胡萝卜素中的一种典型代表，存在于许多天然食物中如：绿色蔬菜、番薯、胡萝卜、菠菜、木瓜、芒果等，皆存有丰富的β胡萝卜素[1]。β胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，可以保护人体健康，是一种不可缺少的营养素，有许多显著的性能，例如抗癌、抗氧化、防止白内障以及预防心血管疾病，进而防止老化和衰弱引起的多种退化性疾病，而且还具有很强的能力（淬灭单线态氧和清除自由基），在食品、医药等应用上有十分长远的前景[2]。
β胡萝卜素的来源有许多，其中主要是来自绿叶蔬菜以及黄色的，橘色的水果 ( 如胡萝卜、番薯、番茄、生菜、马铃薯、菠菜、西兰花、哈密瓜和冬瓜)。 总体来说，水果或蔬菜的颜色越是强烈的话，其富含β胡萝卜素越是丰富。
胡萝卜素(carotene) ，分子式：C40 H56，分为α、β、γ、δ、ε、β胡萝卜素等许多异构体，其中分布最广并且含量最多的是β胡萝卜素（根据其化学结构上存在于两端的芷香酮环或基团的种类）。β胡萝卜素是橘黄色脂溶性化合物，熔点在180℃左右，有异味或轻微异臭，遇氧、热和光时呈不稳定，在弱碱下较稳定，遇氧、热和光时呈不稳定。由于它的不饱和结构，所以抗氧化活性相对来说较高，并且可以消除自由基，因而具有一定的生理活性[3]。
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