Проектування підприємств для отримання очищених і технічних ферментних препаратів з поверхневих культур

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

Кафедра біотехнології

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

(пояснювальна  записка)

з дисципліни «Основи проектування біотехнологічних виробництв»

Тема: Проектування підприємств для отримання очищених і технічних ферментних препаратів з поверхневих культур

 

 

 

 

                                                                       Виконала: ст. ІЕБ - 404

        Євдокімова Дарія

                                                                                  Перевірив: Копиленко А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2010

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

 

Кафедра біотехнології

Дисципліна Основи проектування біотехнологічних виробництв

Спеціальність Екобіотехнологія

Курс ______ІV_______ Група _____404_______ Семестр ____VII_____

 

 

 

 

ЗАВДАННЯ

на  курсову роботу студента

_________________    Євдокімової Дарії Вікторівни__________________

^{(прізвище, ім'я, по батькові  студента в родовому  відмінку)}

1. 1. Тема роботи Проектування підприємств для отримання очищених і технічних ферментних препаратів з поверхневих культур.

2. Строк здачі студентом закінченої роботи:  „__15___”___грудня__2010р.

3. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці): у теоретичній частині розглядаються детальний опис спроектованої технологічної лінії з характеристикою кожного етапу проектування. У розрахунковій частині описується продуктовий розрахунок технологічного процесу.

 

 

 

 

 

 

Календарний план

№ пор.	Назва етапу	Термін виконання	Відмітка про виконання
1.	Видача теми курсової роботи	20.10.2010
2.	Опрацювання і  пошук літератури	16.10.2010 – 1.11.2010
3.	Написання основної частини	1.11.2010 – 15.11.2010
4.	Написання розрахункової  частини	16.11.2010 – 20.11.2010
5.	Редагування та доповнення пояснювальної записки	20.11.2010 – 1.12.2010
6.	Захист курсової роботи	15.12.2010

 

 

 

 

Дата  видачі завдання: “20“ жовтня  2010 р.

 

Керівник  курсової роботи (проекту) _____________ Копиленко А.В.

                                 ^{(підпис керівника)                (П.І.Б.)}

Завдання  прийняв до виконання ________________ Євдокімова Д.В.

                                               ^{(підпис студента)                                   (П.І.Б.)}

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Пояснювальна записка до курсової роботи

« Проектування підприємств для отримання очищених і технічних ферментних препаратів з поверхневих культур»: 26 с., 1 рис., 9 літературних джерел.

Мета роботи – зробити детальний опис спроектованої технологічної лінії з характеристикою кожного етапу виробництва; зробити продуктовий розрахунок технологічного процесу.

Об’єкт дослідження – підприємства для отримання ферментних препаратів з поверхневих культур.

Метод дослідження  – літературний пошук за темою, аналіз, систематичний підхід, схеми ліній виробництв.

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТУВАННЯ, ФЕРМЕНТНІ ПРЕПАРАТИ, ЕКСТРАКЦІЯ ФЕРМЕНТІВ, ПОВЕРХНЕВИЙ СПОСІБ КУЛЬТИВУВАННЯ, ПРОДУКТОВИЙ РОЗРАХУНОК

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

Вступ………………………………………………………………………………6

Розділ 1. Екстракція ферментів……………………………………………….….7

Розділ 2. Продуктовий розрахунок……………………………..……...……….14

Розділ 3. Отримання технічних ферментних препаратів у вигляді рідких концентратів (Проторизин П2Х)………………………………………………..20

    3.1. Розрахунок  продуктів на 1 т повітряно-сухої  культури гриба Asp.oryzae         штам КС для препарату Проторизин П2Х…………………………….…….22

Висновок…………………………………………………………………………25

Список  літератури…………………………………………………………...…26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Можливість  широкого застосування ферментів для  інтенсифікації багатьох технологічних  процесів і важлива їх роль в обміні речовин живих організмів викликали необхідність організації промислового отримання ферментних препаратів.

Застосування  ферментних препаратів (біохімічних  каталізаторів) в промисловості  засноване на використанні їх каталітичних властивостей, що викликають різке прискорення хімічних перетворень при переробці різної сировини рослинного і тваринного походження.

Так, наприклад, значна економія крохмалю при виробництві  пива досягається при заміні ячмінного  солоду не солодженими матеріалами  і ферментами мікробного походження, що містять амілолітичний і цитолітичний комплекс ферментів.

Ферменти знаходять  широке використання як добавки в  корма, премікси і комбікорму для  домашніх тварин і птахів.

В наш час  працюють над вдосконаленням випуску  ферментних препаратів. Це може бути здійснено двома способами:

1. шляхом будівництва нових ферментних заводів більшої потужності;
2. шляхом реконструкції існуючих ферментних підприємств, заснованих на поверхневому способі культивування пліснявих грибів – продуцентів ферментів. [1]

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 1. Екстракція ферментів

При отриманні  очищених ферментних препаратів з культур  мікроорганізмів, вирощених на твердому поживному середовищі поверхневим  методом, на початку процесу необхідно  звільнитися від нерозчинних  баластних речовин, тобто від залишків поживного середовища, міцелію чи бактеріальної біомаси продуцента.

Різноманітність поживних середовищ з різним вмістом  розчинних речовин створює певні  труднощі при встановленні закономірностей  процесу екстракції.

Труднощі екстракції ферментів з культур, вирощених поверхневим способом, поглиблюються ще і тим, що самі ферменти, маючи велику молекулярну масу, повільно розчиняються і повільно дифундують з культури в рідину, що екстрагують. Крім цього висока температурна лабільність ферментів примушує вести процес при температурах не вище 30°С, що збільшує тривалість процесу і, як наслідок, інфікування культури і інактивацію ферментів.

Всі ці особливості  надають специфічний характер екстракції ферментів з культур і роблять  її відмінною від екстракції, наприклад, сахарози з бурякової стружки.

З культур мікроорганізмів, вирощених поверхневим методом, ферменти екстрагують звичайною  водопровідною водою, так як більшість  ферментів – водорозчинні білкові  сполуки.

Процес екстракції можливий лише за наявності різниці концентрацій речовини, яку вилучають, в рідині, яка змочує культуру, і екстрагованої рідини, тобто рушійною силою екстракції є різниця концентрацій. Процес дифузії речовини, що екстрагується, в екстрагент зупиняється при вирівнюванні концентрацій. [2]

Якщо після  опрацювання процесу екстракції ввести в його механізм деякі спрощення, як це застосовують до цукрового виробництва  в теоретичних роботах  П.М. Сілін, С.Ф. Дронов і ін., то, базуючись на законі Фіка для стаціонарного одночасного концентрованого поля, можна отримати наступне рівняння:

Δ_II = Δ_I Ce^-kτ_KOH,                                              (1)

де Δ_I C і Δ_IIС – різниця середньооб’ємних концентрацій (в кг/м³) в рідині, яка змочує оброблений матеріал, і в екстрагованій рідині відповідно в початкові і кінцеві моменти часу;

      k – показник експоненту, ;

       τ – час, с. 

Рівняння (1) модна  представити у іншому вигляді (рис. 1):

С_к – С_ен = (С_н – С_ек)е^kτ_KOH                                      (2)

де С_н – початкова концентрація розчинних речовин в рідині, яка змочує                  вихідну культуру мікроорганізмів;

      С_к – кінцева концентрація розчинних речовин в рідині, яка змочує культуру (фактично біошрот, який змочує по закінченню екстракції);

       С_ен – початкова концентрація розчинних речовин в екстрагованій рідині;

       С_ек – кінцева концентрація розчинних речовин в екстрагованій рідині.[3]

Рис.1. Характеристика процесу екстракції:

1 – крива  зміни концентрації компоненту, що вилучається, в рідині, що змочує культуру;  2 – крива зміни концентрації компоненту, що вилучається, в екстрагованій рідині. Літерні позначення пояснюються в тексті.

Показник експоненту k є дуже складною функцією багатьох змінних, які характеризують дифузійний опір обробленого матеріалу, ступінь його подрібнення, фізико – хімічні властивості виділеної речовини, гідродинамічні умови протікання процесу і т. д.

В наш час  ні в області цукрового, ні в області  ферментного виробництва немає  досліджень, в яких була б повно  і достатньо розкрита залежність k від всіх параметрів, що впливають на його величину. Тому на практиці k визначають шляхом обробки експериментальних даних експоненціальною залежністю методом найменших квадратів. [4]

Позначаючи через С концентрацію розчинних речовин в рідині, яка змочує культуру в даному січенні апарату, або через час τ після початку процесу, а через С_е, виразивши концентрацію розчинних речовин в екстрагованій рідині в тому ж січенні, отримаємо рівняння процесу:

                              С = С_не^-kτ;                                               (3)

                              С_е = С_еке^-kτ                                              (4)

або для кінцевих концентрацій:

                             С_к = С_не^-kτ_KOH                                                        (5)

                             C_н = С_еке^-kτ_KOH                                                           (6)

Найбільш ефективною схемою процесу є схема протиточної екстракції розчинних речовин з культури. За цією схемою екстрагована рідина і матеріал, який обробляється, здійснюють відносний рух назустріч один одному (дод.1).

В ферментній промисловості  зараз застосовують дифузійні восьмичленні батареї типу Роберта (дод.1), в яких також використовується принцип протиточної екстракції.

Рівняння (3) і (4) разом з  рівнянням матеріального балансу  утворюють систему, яку використовують при розрахунку процесу екстракції в екстракційних апаратах. [5]

Рівняння матеріального  балансу розчинних речовин можна  записати наступним чином:

                С_нV_н = αV_нС_ек + С_кV_б + П_нv,                                  (7)

де  С_нV_н – маса розчинних речовин в вихідній вологій культурі на одиницю маси вихідної вологої культури, кг/кг (тут V_н – об’єм розчину, що змочує вихідну культуру, на одиницю маси вихідної вологої культури, м³/кг);

       αV_нС_ек – маса розчинних речовин в готовій витяжці на одиницю маси вихідної вологої культури, кг/кг (тут α – об’єм готової витяжки, віднесеної до об’єму розчину, що змочує вихідну культуру, м³/м³);

        С_кV_б – маса розчинних речовин у вологому біошроті на одиницю маси вихідної вологої культури, кг/кг (тут V_б – об’єм розчину, що змочує біошрот, на одиницю маси вихідної вологої культури, м³/кг);

        П_нv – невраховані втрати розчинних речовин на одиницю маси вихідної вологої культури, кг/кг.

Щоб мати можливість користуватися цим рівнянням  матеріального балансу, необхідно  знати числові значення наступних  параметрів, які характеризують розрахунковий  конкретний процес:

ω – вологість  вихідної культури (маса води до одиниці маси вихідної вологої культури,%);

β – маса розчинних речовин у вихідній культурі на одиницю маси сухих речовин вихідній культурі, кг/кг;

β_б – маса розчинних речовин в біошроті на одиницю маси сухих речовин біошроту, кг/кг;)

ρ_рн – густина розчину, що змочує вихідну культуру, кг/м³;

ρ_б – густина розчину, що змочує біошрот, кг/м³;

ρ_в – густина готової витяжки, кг/м³;

δ – маса вологого біошроту на одиницю маси вологої  вихідної культури, кг/кг;