年产100吨的微生物发酵番茄红素工厂设计
番茄红素是类胡萝卜素的一种，具有很强的抗氧化活性。本文论述了番茄红素的理化性质和生理功能，比较了常用的番茄红素提取方法，设计出了一座利用大肠杆菌发酵，经过滤，干燥，破碎细胞，石油醚萃取，浓缩结晶，精制等工艺流程后，得到100吨番茄红素纯品的工厂。同时对生产所需的原辅料以及水电汽进行系统的估算，对生产所需的设备进行选型，对全年的生产效益进行估算，并运用CAD绘制了生产工艺流程图、车间平面布置图、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 番茄红素，大肠杆菌，微生物发酵，工艺流程
目 录
1 绪论 1
1.1 番茄红素的理化性质 1
1.2 番茄红素的生理功能 1
1.3 番茄红素的生产方法 2
1.4 国内外对番茄红素的研究进展 3
2 生产番茄红素的意义 4
3 番茄红素的生产工艺 4
3.1 菌种的选择 4
3.2 培养基的选择 4
3.3 设计步骤 5
3.4 工艺流程 6
3.5 工艺说明 6
3.6 培养条件的讨论及优化 6
4 工艺计算 7
4.1 物料衡算 7
4.2 主要阶段的能量衡算 11
5 设备选型 12
5.1 主要设备的选型与计算 12
5.2 辅助设备的选型 15
5.3 主要设备 17
6 效益评估 18
6.1 原料消耗 18
6.2 设备消耗 18
6.3 人工水电费用 19
6.4 效益评估 19
7 环境保护和安全措施 19
7.1 环境保护 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
番茄红素是类胡萝卜素中结构最为简单的主要色素，是结合在有色体膜上的线状晶体[1]。番茄红素是人体一类重要的营养物质，但人体自身不能合成，需要借助其他辅助物质，它也是合成类胡萝卜素的中间体，可以通过摄取番茄红素达到合成类胡萝卜素的目的。番茄红素不仅能够 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
辅助合成类胡萝卜素，而且还具有较强的抗氧化能力，在自然界的天然植物中可以说是最强的。由于其抗氧化能力，因此清除氧自由基的能力很强，查阅相关资料可以得知，氧自由基是使人衰老的重要原因之一，所以番茄红素具有较强的抗衰老能力增加人体的免疫能力。综上，番茄红素具有良好的市场前景。
1.1 番茄红素的理化性质
1.1.1 稳定性
番茄红素是有13个双键的非循环直链型的不饱和类胡萝卜素[2]。番茄红素具有良好的热稳定性，但是对铁和铜的稳定性很差，所以在使用时应尽量避免铜制和铁制容器。盐酸对稳定性也有一定的影响，浓度越高，稳定性越差。碱对番茄红素的影响不是很大。光照对番茄红素也十分不利，日光直射下，番茄红素一天之内就会损失完毕，所以在暗处保存较好 [3]。
1.1.2 呈色能力
番茄红素的主要有两种不同的形态。大部分是亮红色的针状结晶，只有很少的一部会与周边的蛋白质相结合形成复杂的结合物。番茄红素在不同的状态下颜色是有区别的，通常由于其结合的介质的不同而产生不同的颜色变化[4]。
1.1.3 溶解性
番茄红素的溶解性随着溶剂温度的升高而增加，但其溶解度易受到溶剂的纯度以及可溶性杂质的影响。
1.2 番茄红素的生理功能
1.2.1 番茄红素具有抗氧化性
番茄红素具有很强的抗氧化能力，可以清除人体的自由基，延缓人体的衰老，提高人体的免疫能力。
1.2.2 番茄红素对细胞生长代谢起调控作用
番茄红素具有调节正常细胞的生长代谢的能力，促进细胞的生长繁殖，提高细胞的分化能力。
1.2.3 番茄红素在调节胆固醇代谢的作用
番茄红素是一种低胆甾醇剂，能够有效的抑制胆固醇的合成，预防心脑血管疾病的发生[5]。
1.3 番茄红素的生产方法
番茄红素广泛存在，主要分布于番茄、西瓜、木瓜、红色葡萄柚、苦瓜籽以及粉红色番石榴等水果蔬菜中。成熟的番茄果实中，番茄红素含量可达到3～14mg/100g[6] 。目前，番茄红素主要采用化学合成法，微生物发酵法和水果蔬菜提取法三种方法生产，现将几种常见的生产方法及其工艺做简要的介绍[7]。
1.3.1 化学合成法
化学合成法成本低，是番茄红素的重要来源之一，因此一直是各国制药企业和化学家研究的热点。其生产工艺多以假紫罗兰酮、乙炔、乙炔基假紫罗兰醇、香叶醇等为原料经过加成反应、Lindlar还原反应、加氢还原反应、氯代反应、砜化反应、Grignard 缩合反应合成中间体，再经过Wittig 反应法、WittigHorner反应法等关键反应合成番茄红素。化学合成法的优点是原料廉价易得、生产周期短、但其反应收率较低，容易产生部分副产物，难以实现工业化生产。
1.3.2 天然提取法
天然提取法主要以番茄果实或番茄皮为原料，通过有机溶剂提取法、超临界流体萃取法、酶反应法等生产番茄红素[8]。
1.3.2.1有机溶剂提取法
番茄红素不溶于水，难溶于甲醇和乙醇，可溶于乙醚、石油醚、乙酸乙酯等有机溶剂，易溶于氯仿、二硫化碳和苯[9]。利用这一特性，我们一般选用亲油性的有机溶剂提取番茄红素。
工艺为：
番茄皮 干燥 有机溶剂浸提 提取液 过滤
滤渣 二次浸提
滤液
提取液 色素 包装
目 录
1 绪论 1
1.1 番茄红素的理化性质 1
1.2 番茄红素的生理功能 1
1.3 番茄红素的生产方法 2
1.4 国内外对番茄红素的研究进展 3
2 生产番茄红素的意义 4
3 番茄红素的生产工艺 4
3.1 菌种的选择 4
3.2 培养基的选择 4
3.3 设计步骤 5
3.4 工艺流程 6
3.5 工艺说明 6
3.6 培养条件的讨论及优化 6
4 工艺计算 7
4.1 物料衡算 7
4.2 主要阶段的能量衡算 11
5 设备选型 12
5.1 主要设备的选型与计算 12
5.2 辅助设备的选型 15
5.3 主要设备 17
6 效益评估 18
6.1 原料消耗 18
6.2 设备消耗 18
6.3 人工水电费用 19
6.4 效益评估 19
7 环境保护和安全措施 19
7.1 环境保护 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
番茄红素是类胡萝卜素中结构最为简单的主要色素，是结合在有色体膜上的线状晶体[1]。番茄红素是人体一类重要的营养物质，但人体自身不能合成，需要借助其他辅助物质，它也是合成类胡萝卜素的中间体，可以通过摄取番茄红素达到合成类胡萝卜素的目的。番茄红素不仅能够 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
辅助合成类胡萝卜素，而且还具有较强的抗氧化能力，在自然界的天然植物中可以说是最强的。由于其抗氧化能力，因此清除氧自由基的能力很强，查阅相关资料可以得知，氧自由基是使人衰老的重要原因之一，所以番茄红素具有较强的抗衰老能力增加人体的免疫能力。综上，番茄红素具有良好的市场前景。
1.1 番茄红素的理化性质
1.1.1 稳定性
番茄红素是有13个双键的非循环直链型的不饱和类胡萝卜素[2]。番茄红素具有良好的热稳定性，但是对铁和铜的稳定性很差，所以在使用时应尽量避免铜制和铁制容器。盐酸对稳定性也有一定的影响，浓度越高，稳定性越差。碱对番茄红素的影响不是很大。光照对番茄红素也十分不利，日光直射下，番茄红素一天之内就会损失完毕，所以在暗处保存较好 [3]。
1.1.2 呈色能力
番茄红素的主要有两种不同的形态。大部分是亮红色的针状结晶，只有很少的一部会与周边的蛋白质相结合形成复杂的结合物。番茄红素在不同的状态下颜色是有区别的，通常由于其结合的介质的不同而产生不同的颜色变化[4]。
1.1.3 溶解性
番茄红素的溶解性随着溶剂温度的升高而增加，但其溶解度易受到溶剂的纯度以及可溶性杂质的影响。
1.2 番茄红素的生理功能
1.2.1 番茄红素具有抗氧化性
番茄红素具有很强的抗氧化能力，可以清除人体的自由基，延缓人体的衰老，提高人体的免疫能力。
1.2.2 番茄红素对细胞生长代谢起调控作用
番茄红素具有调节正常细胞的生长代谢的能力，促进细胞的生长繁殖，提高细胞的分化能力。
1.2.3 番茄红素在调节胆固醇代谢的作用
番茄红素是一种低胆甾醇剂，能够有效的抑制胆固醇的合成，预防心脑血管疾病的发生[5]。
1.3 番茄红素的生产方法
番茄红素广泛存在，主要分布于番茄、西瓜、木瓜、红色葡萄柚、苦瓜籽以及粉红色番石榴等水果蔬菜中。成熟的番茄果实中，番茄红素含量可达到3～14mg/100g[6] 。目前，番茄红素主要采用化学合成法，微生物发酵法和水果蔬菜提取法三种方法生产，现将几种常见的生产方法及其工艺做简要的介绍[7]。
1.3.1 化学合成法
化学合成法成本低，是番茄红素的重要来源之一，因此一直是各国制药企业和化学家研究的热点。其生产工艺多以假紫罗兰酮、乙炔、乙炔基假紫罗兰醇、香叶醇等为原料经过加成反应、Lindlar还原反应、加氢还原反应、氯代反应、砜化反应、Grignard 缩合反应合成中间体，再经过Wittig 反应法、WittigHorner反应法等关键反应合成番茄红素。化学合成法的优点是原料廉价易得、生产周期短、但其反应收率较低，容易产生部分副产物，难以实现工业化生产。
1.3.2 天然提取法
天然提取法主要以番茄果实或番茄皮为原料，通过有机溶剂提取法、超临界流体萃取法、酶反应法等生产番茄红素[8]。
1.3.2.1有机溶剂提取法
番茄红素不溶于水，难溶于甲醇和乙醇，可溶于乙醚、石油醚、乙酸乙酯等有机溶剂，易溶于氯仿、二硫化碳和苯[9]。利用这一特性，我们一般选用亲油性的有机溶剂提取番茄红素。
工艺为：
番茄皮 干燥 有机溶剂浸提 提取液 过滤
滤渣 二次浸提
滤液
提取液 色素 包装
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