发酵罐大小用公称体积表示，V0=∏D2×H/4+0.15D3
年产3吨中性淀粉酶发酵工艺设计
其中：H0-发酵罐圆柱形筒身高度 D-发酵罐内径 H-罐顶到罐底的高度 d-搅拌器直径 W-挡板宽度 B-下搅拌器距罐底的距离 S-搅拌器间距 h-底封头或顶封头高度
计算：
已知年产量为3吨，中性淀粉酶产量为292g/L,一年有300个工作日，发酵周期为48小时，即2天，清理发酵罐1天，对淀粉的转化率为42%，预处理收率85%，提取率为70%，发酵罐个数为3个，装料系数为0.75，V0是公称容积，指筒身容积与底封头容积之和，则：
发酵罐体积为：
V0=3×1000/292/（300/3）/42%×85%×70%/3/0.75=0.18 m3 ≈0.200 m3
由: V0=∏D2×H/4+0.15D3=∏D3/2+0.15 D3=0.200m3
得：D=0.43 m
那么：H0=2.5D=2×0.93=1.075 m H=3D=3×0.93=1.29 m
d=D/2=0.5×0.93=0.215 m W=D/12=0.93/12=0.036 m
B=0.9D=0.9×0.93=0.387 m S=2D=2×4.88=0.43 m
h=D/4=0.93/4=0.108 m
液面高度HL=0.75(H+h)=0.75×(2.79+0.233)=1.049 m
4.3 物料衡算
本系统采用3个发酵罐，每个为200 L=0.2 m，中性淀粉酶产量为292g/L, 对糖的转化率为42%，提取率为70%，装料系数为0.75，则：
每个发酵罐在一个发酵周期中性淀粉酶产量为：
0.2×292×42%×70%×0.75 = 12.877（kg）
那么3个发酵罐1年的总产量为：
（12.877×300/3）×3 = 3863.16（kg）= 3.86吨
故符合年产量为3吨的生产要求。 3
5. 发酵过程的工艺控制
5.1 发酵过程的补料策略
中间补料是在发酵过程中补充某些营养物料、水或产酶促进剂，以满足微生
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物的代谢活动和产酶的需要。中性淀粉酶生产中要经常补料，用3倍年度浓度碳源的培养基补料，体积相当基础料的1/2，从培养12h开始，每小时1次，分30余次补加完毕。延长了发酵时间，提高了酶活力和单罐产量。
5.2 发酵过程pH值的控制
各种微生物需要在一定的pH环境中方能正常生长繁殖。
培养基中C/N比值高，发酵液倾向于酸性，pH偏低；C/N比值低，发酵液倾向于中性或碱性，pH偏高。中性淀粉酶最适 pH为6.8～7.2。因此，在发酵过程中，可通过添加适量的尿素或碳酸钙等来调节pH上升或下降。
5.3 发酵过程温度的控制
温度对微生物的生长、产物的合成和代谢调节有重要作用。温度变化一方面影响各种酶反应的速率和蛋白的性质，另一方面影响发酵液的物理性质。不同的菌种有着不同的最适温度。枯草杆菌发酵温度控制在35℃～37℃最适宜。
5.4溶氧的控制
中性淀粉酶发酵是需氧发酵，无论是基质的氧化，菌体的生长还是产物的合成均需大量的氧气。若发酵液中氧气不足，可通过加大通气量，适当降低温度，提高罐压，补水，提高搅拌速度来控制。中性淀粉酶发酵过程中，0～12 h通气量为1：0.67 vvm，12 h至发酵结束通气量为1：（1.0～1.33） vvm 搅拌转速200r/min。 罐压0.5kg/cm2。
5.5 染菌的控制
在工业发酵中，染菌轻则影响产品的质和量、重则倒罐或停产、影响工厂效益。因此要严格无菌操作，种子灭菌要彻底，净化空气设备，操作要慎重，设备灭菌要彻底。若在前期染菌，应重新灭菌；中期染菌，应偏离杂菌生长条件；后期染菌，可提前或及时放罐。
可能出现的异常发酵现象：
1.培养基变稀：可能是噬菌体污染或营养成分缺乏；
2.培养基过浓：会抑制微生物的生长，考虑可能是污水污染；
3.耗糖较慢：可能原因是种子生长能力降低，检测种子是否衰退，发酵条件是否合适，以及营养成分是否全面，尤其注意缺磷；
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4.pH值不正常： 用缓冲对来调节，检查是否染杂菌，碳氮比是否合适；
5.生长缓慢：最可能的原因就是营养成分不足。
6. 下游加工
下游加工过程是生物工程的一个组成部分，是生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，以上述发酵、反应液或培养液分离、精制有关产品的过程。
下游加工过程的一般工艺流程为：
发酵液→预处理→→高度纯化→成品加工 →初步纯化
6.1 发酵液的过滤和预处理
预处理就是除去高价离子和蛋白质，对高价离子的去除可以采用草酸或磷酸，草酸它与钙离子生成的草酸钙，还能促使蛋白质沉淀，加磷酸既能降低钙离子也能降低镁离子。对于蛋白质的沉淀可以加入絮凝剂，调节pH值或加热。过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温。
6.2 提取
中性淀粉酶常用的提取方法有：盐析法、乙醇淀粉吸附法和喷雾干燥法，这里用盐析法。具体方法：发酵液经热处理，冷却到40℃，加入硅藻土为助滤剂过滤。滤饼加2.5倍水洗涤，洗液同发酵液合并后，在45℃真空浓缩数倍后，加(NH4)2SO4 至40%饱和度。盐析沉淀物加硅藻土后过滤，滤饼于40℃烘干磨粉即成粗酶制品。由酶液到粉状制酶剂的收率为70%。
成品固体酶制剂的干燥方法有烘房、气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥、振动干燥和真空冷冻干燥。由于喷雾干燥生产能力大，维修保养简单，因此生产中常采用这种方法。
6.3 纯化
中性淀粉酶的纯化方法可采用凝胶过滤法，就是以特定的凝胶物质为分子筛装入层析柱，再通过分离溶液时大于凝胶孔径的分子会被排阻在胶粒外，因此它们将“绕道通过”；小于该孔径的分子，由于可以自由出入胶粒内外，因此将沿着
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胶粒缝隙而直接流出。通过一段程度的凝胶层析柱后，大小分子将依次先后流出。
7. 枯草芽孢杆菌生产发酵中性淀粉酶工艺总流程图
保藏的菌种 ←
↓
↓
→
↓
↓
←
←
↓ ↓ ↓
↓
↓ ↓ ↓
年产3吨中性淀粉酶发酵工艺设计
参考文献
[1] 周晓云. 酶原理与酶工程.中国轻工业出版社.2005.
[2] 俞俊棠,唐孝宣.新编生物工艺学（上）.化学工业出版社.2005.
[3] 曹军卫,马辉文.微生物工程.科学出版社.2003.
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