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摘 要

本文针对年产1万吨组氨酸发酵工厂发酵车间工艺进行设计，首先针对组氨酸目前生产和制备的主要方法进行分析，最终选择发酵法进行工业设计。然后针对生产工艺进行初步分析，设计出工艺流程图，最后对年产1万吨组氨酸进行物料衡算，热量衡算，并考虑本项目对环境的影响。

关键词：组氨酸，发酵，物料衡算，设计

Abstract: With the increasing demand of histidine , the technology of fermentation workshop of 10 thousand tons of histidine fermentation plant is designed.. First, the main methods of production and preparation of histidine are analyzed.We design the fermentation method with Corynebacterium glutamicum strains. Then, according to the preliminary analysis of the production process, the process flow chart is designed.. Final, count the material balance based on 10 thousand tons of histidine per year.

Key words: histidine, fermentation, material balance, projet

目录

1 绪论 4

1.1 组氨酸介绍 4

1.2 组氨酸的主要制备方法 5

1.2.1 化学方法合成 5

1.2.2 水解蛋白质提取 5

1.2.3 发酵法 6

1.3 研究内容 6

2 生产工艺介绍 6

2.1 原料分析 6

2.2 空气制备 8

2.3菌种选择 8

2.4发酵技术 8

3 物料衡算 9

4 热量衡算 12

5 环境控制 13

总结 14

参考文献 15

致谢 16

1 绪论

1.1 组氨酸介绍

组氨酸是蛋白质的关键组成成分，在人体代谢合成中起到了非常重要的作用，同时组氨酸也参与机体内部多种生化转换，其中最为常见的是参与人体免疫系统调节和清除机体内部氧化物。以此可以看出，组氨酸是人体内部不可或缺的重要氨基酸。在生活中人们不仅可以从食物中获取组氨酸，也可以通过营养补充剂进行补充。

因为成年人能够利用体内产生的代谢物合成一定量的组氨酸，因而，在一定程度上组氨酸是非必需氨基酸。^[1]但是，随着对组氨酸的了解，科学家发现幼儿体内所产生的组氨酸远远达不到生长所需要的组氨酸用量。而且，当成年人无法从食物中吸取到一定量的氨基酸，也会出现组氨酸合成量不足的现象。

当组氨酸转化量不足时，往往会出现如下现象；

1）血清蛋白含量下降；

2）负氮平衡；

3）血红蛋白下降；

4）肌肉松弛；

5）血清铁含量升高；

6）血细胞比溶下降。

因此可以看出，缺少组氨酸对于人体影响非常大，组氨酸也包含在必需氨基酸的行列中。为了保证人体的正常工作，需要每天从食物中吸收一定量的组氨酸，其中猪肉和鸡肉中组氨酸含量较高。^[2]

除此之外，组氨酸也是二十多种氨基酸中唯一能在正常人体pH值下能缓冲的氨基酸，是血红蛋白的重要组成部分。^[3]例如，慢性尿毒症患者从食物中摄取少量组氨酸后，氨基酸与血红蛋白结合的速度加快，肾原性贫血症状减少，因而尿毒症患者对组氨酸有很强的依赖性。^[4]

组氨酸还可以降低胃中胃酸的浓度，组氨酸还可以有效的清除胃酸中的自由基，降低胃酸对消化道的影响，因此，补充一定量的组氨酸，可以减轻消化道手术中病人的疼痛感，对于孕妇补充一定量的组氨酸，可以有效地减少妊娠期呕吐对胃部的刺激感，同时，组氨酸可以用于胃溃疡和十二指溃疡的治疗。

除了治疗消化类疾病，组氨酸也能够用于治疗过敏性病症。组氨酸是一种感觉神经传递的介质，因此可以对一些过敏性疾病进行治疗。组氨酸还是可以刺激血管，增加血管弹性，使血压下降，实际应用中，对心脏类疾病也有疗效。它的脱氨基产品尿刊酸能够防晒，在化妆品领域广泛应用。^[5]1983年Sladek等人通过大量实验发现，组氨酸还可以改善类风湿关节炎症状。

组氨酸咪唑基可以和铁等金属离子结合，增强钙铁元素吸收。从而，可预防骨质疏松症、佝偻病和贫血。平常适量服用也可以促进人体的生长发育。

组氨酸和生物钟也有这一定的联系。根据金融业新闻，生物钟在24小时内控制生理活动，这一点适用于任何的生物。日本的科学家以最原始的含生物钟的单细胞光合细菌作对象，利用兵库县的大型同步辐射设施SPring-8，确认组氨酸是生物钟中充当钟摆的三种蛋白质之一。实验结果表明，该蛋白质表现出凹镜的形状，凹陷部分与其他生物钟蛋白连接共同作用，中间点发现的组氨酸发挥了重要作用，换作别的氨基酸，生物钟就不会发挥其作用。

在组氨酸中混合葡萄糖、果糖、麦芽糖等物质和混合物体积百倍的酒精，在60~2500摄氏度下加热，可产生咖啡的香味。这种物质可为糖果或饮料如果汁和酸奶添加咖啡风味。

综上，组氨酸可广泛应用于医药、食品以及饲料工业。如今，组氨酸在医药工业中的应用越来越广泛。

1.2 组氨酸的主要制备方法

1.2.1 化学方法合成

有很多的人对组氨酸的化学合成方法进行过研究。例如:N.F.Albertson和S.Archer由轻甲基咪唑氯化生成氯甲基咪唑，它再与二乙基乙酰丙二酸缩合即可生成组氨酸，这种方法在当时被广泛使用。但是这种方法的产率较低，在生产中的应用难度较大。因此，Kazuo matsunloto等人改进了该法。首先将羟甲基咪唑酰化生成酰基甲基咪唑，然后与二乙基乙酰丙二酸反应，再与盐酸反应生成组氨酸。改进后使得合成的产率有所增加也增加了化学合成法的实用性。

然而，化学方法合成的组氨酸不是L-组氨酸。要得到L-组氨酸还要用其它方法拆分，成本比较高，实际应用的不是很多。

1.2.2 水解蛋白质提取

因为天然蛋白质中含有丰富的L型氨基酸，所以可以通过彻底水解蛋白质提取L-组氨酸。常用于水解法提取氨基酸的原料有丝胶、玉米粉、血粉、棉粕和鸡毛。其中以血粉的组氨酸含量为最，所以主要通过水解血粉获得组氨酸。

目前，中国主要通过猪血粉水解来提取组氨酸。该放法将猪血粉加热，水解，中和，过滤除去酪氨酸，滤液用HCl调至pH 2.5，上串联阳离子树脂，然后用蒸馏水洗涤，之后用0.05mol/L氨水洗脱，收集pH6.8-9.5的洗脱液组分。^[6]

1.2.3 发酵法

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