1、1课程设计题 目： 冬虫夏草生产工艺设计 2目 录1 前言. 2 设计任务书. 3 产品方案.4 生产方法.4.1 斜面培养.4.2 摇瓶培养.4.3 摇瓶种子培养.4.4 种子罐培养.4.5 发酵罐培养.4.6 发酵液后处理.5 工艺流程.5.1 工艺流程的设计原则.5.2 工艺流程方框图（见附图 1）.6 工艺耗费时间.7 物料及热量衡算.7.1 物料衡算.7.1.1 物料流程图.7.1.2 工艺技术指标及基础数据.7.1.3 发酵车间的物料衡算.7.2 热量衡算.7.3 发酵车间水衡算.7.4 发酵无菌空气消耗量计算.8 主要工艺设备的设计与选型.8.1 设备设计与选型原则.8.2 主要
2、设备的选型（发酵罐）.8.2.1 发酵罐容积的确定.8.2.2 生产能力计算.38.2.3 罐个数的确定.8.2.4 主要尺寸的计算.8.2.5 冷却面积的计算.8.2.6 搅拌器的设计.8.2.7 设备结构的工艺设计.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 附图 2 主体设备图.10.3 附图 3 车间平面图.10.4 附图 4 工厂平面图.4年产 50 吨冬虫夏草发酵车间工艺设计1 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，
3、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 414 厘米，不育顶部长 38 厘米，直径 15 4 厘米;上部为子座头部，稍膨大，呈窄椭圆形，长1 54 厘米，褐色，除先端小部外，密生多数子囊壳，顶部不育部长 155 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 250500 微米，直径 80200 微米，每一个子囊内有
4、 8 具有隔膜的子囊孢子。虫体表面深棕色，断面白色;有 2030 环节，腹面有足 8 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
5、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67,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
6、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5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。2 设计任务书设计项目名称：年产 50 吨冬虫夏草发酵车间工艺设计生产方法：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：年产 50 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
7、，深棕色，色泽均匀的冬虫夏草菌粉。3 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 8 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：50 T/a 。产品包装方式：桶装。4 生产方法4.1 斜面培养 以蔗糖 2%,工业蛋白胨 0.15% ,酵
8、母粉 1% , MgSO4 0.05%，KH 2PO4 0.1%为培养基(pH 667) 。于 121灭菌 30 min , 接种于固体培养基上于 271,培养 45d ,菌丝均匀长满斜面后 ,置冰箱 4保存备用。4.2 摇瓶培养 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(pH67) ,采用 250 ml 三角瓶装培养基 50 ml,采用 271 ,摇床转速 230 r/min,振荡培养。4.3 摇瓶种子培养 以蔗糖 2% ,工业蛋白胨 0.15% ,酵母粉 1% , MgSO4 0.05% , KH2PO4 0.1%
9、为培养基(pH67) ,采用 500 ml 三角瓶 ,装培养基 120 ml ,采用 271,摇床转速 230 r/min ,振荡培养 4860 h ,镜检菌丝粗壮,无杂菌后,合并作为进罐种子。4.4 种子罐培养葡萄糖 25 kg/m3, 豆粕 20 kg/m3 , 豆油 0.6 kg/m3, 硫酸镁 0.6 kg/m3, 磷酸二氢钾0.1 kg/m3, 蛋白胨 3 kg/m3 为发酵液(pH 67), 采用 1 m3种子罐,装料系数为 0.8,在 271 温度下发酵培养。4.5 发酵罐培养 葡萄糖 100 kg/m3, 豆粕 25 kg/m3 , 豆油 0.9 kg/m3, 硫酸镁 0.9
10、kg/m3, 磷酸二氢钾 0.2 kg/m3, 蛋白胨 6 kg/m3，消泡剂 0.6 kg/m3为培养基(pH 67), 采用 10 m 3发酵罐,装料系数为 0.8 ,在 271温度下培养。4.6 发酵液后处理离心过滤 80干燥发酵液菌丝体粉碎包装成品菌粉5 工艺流程5.1 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：7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、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、
11、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。5.2 工艺流程方框图(见附图 4.1)6 工艺耗费时间发酵配料 0.8 h搅拌 0.5 h投料 0.5 h蒸汽灭菌 1 h 共耗时约 48 h冷却到 27 约 1 h接种 0.20 h发酵 44 h7 物料及热量衡算87.1 物料衡算7.1.1 物料流程图发酵罐 种子罐料水比 1：4 料水比 1：4自来水 2530min 30min121 121121，30min 121，30min1h冷却至 27
12、C冷却至 27 C 接种量 12%发酵罐 图 7.1 物料流程图7.1.2 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/a 50 葡萄糖转化率 % 48葡萄糖 800kg豆粕 200kg豆油 7.2kg硫酸镁 7.2kg磷酸二氢钾 1.6kg蛋白胨 48kg消泡剂 4.8kg25 C，30min葡萄糖 20kg豆粕 16kg豆油 0.48kg硫酸镁 0.48kg磷酸二氢钾 0.08kg蛋白胨 2.4kg25 C，30min9生产方法 发酵 倒罐率 % 1生产天数 d/a 300 发酵周期
13、 h 48发酵初糖 kg/m3 100 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/m 3）配方如下：葡萄糖 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：葡萄糖 100，豆粕 25，豆油 0.9，硫酸镁 0.9，磷酸二氢钾 0.2，蛋白胨 6，消泡剂 0.6，接种量 12%。7.1.3 发酵车间的物料衡算发酵液量生 50 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: V 1= 50000(10048%16.5%99%)=6.4103(m3)式中
14、 100发酵培养基初糖浓度（kg/m 3）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）: m 1 = V1100=6.4105(kg)(3) 二级种子液量: V 2=12%V1=8.0102(m3)式中 12%接种量(4) 二级种子培养液所需糖量: m 2=25V2=2.0104 (kg)式中 25二级种液含糖量（kg/m 3）(5) 生产50吨冬虫夏草需糖总量: m=m 1+m2=6.6105 (kg)(6) 硫酸镁耗用量: m(MgSO4)=0.6V 2+0.9V1=6.24103 (kg)10(7) 磷酸二氢钾耗用量:
15、m(KH 2PO4)= 0.1V2+0.2V1=1.36103(kg)(8) 消泡剂耗用量: m（消泡剂）=0.6V 1=3.84103 (kg)(9) 豆油耗用量: m（豆油）=0.6V 2+0.9V1=6.24103 (kg)(10)蛋白胨耗用量: m（蛋白胨）=3V 2+6V1=4.08104(kg)(11)豆粕耗用量: m（豆粕）=20V 2+25V1=1.76105(kg)(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）=6.610 548%（11%）=3.110 5 (kg)2) 实际生产的冬虫夏草（提取率16.5%）菌丝体为：m（实际）=3.110 516.5%=51150(kg)=50.2（t） 50t/a 冬虫夏草发酵车间的物料衡算表如下：表 7.2 50t/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（m 3） 6.4103 21.33二级种液量(m 3) 8102 2.67发酵用糖量(kg) 6.4105 2133.33二级种子液用糖量(kg) 2.0104 66.67糖液总量(kg) 6.6105 2200硫酸镁(kg) 6.24103 20.8磷酸二氢钾(kg) 1.36103 4.53
