年产100吨冬虫夏草发酵车间工艺设计Word文件下载.doc
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年产100吨冬虫夏草菌粉。
2.4.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。
2.5.发酵工段产品：
未烘干前呈浅黄色，烘干后呈棕黄色，深棕色，色泽均匀的冬虫夏草菌粉。
3. 产品方案
3.1.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。
3.2.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。
3.3.产品规模：
100T/a。
3.4.产品包装方式：
桶装。
4.生产方法和工艺流程
4.1.路线的选择——生物发酵法
发酵冬虫夏草菌粉是1992年由中国医学科学院药物研究所首次人工培养获得成功，从天然冬虫夏草中可以分离获得虫草头胞菌、蝙蝠蛾拟青霉菌、中国拟青霉等，它们均可以在液体培养基中培养。
培养基根据分离到的菌株不同有所差异。
液体深层发酵设备规模投资较大，但生产过程相对简单，生产周期短，受环境因子影响少，因此可适合工业化集团经营，所获产品为菌丝体（或菌丝粉）。
4.1.1.冬虫夏草真菌分离
采用组织分离法可以获得植物内生菌做为人工冬虫夏草的生产菌株，即采用直接切取虫草的子座部分或菌核部分的一小块组织，经表面消毒和灭菌水洗后，在无菌操作条件下，由虫草体上转移到培养基上。
切取组织1mm左右，组织切取过大会增加染菌的机会，组织切取过小，一方面在表面消毒过程中易将该组织杀死，另一方面也相应地延长了虫草菌种的生长时间。
取春夏之交的新鲜冬虫夏草的子座，用0.1L汞液表面消毒5min，再用无菌水反复冲洗，在无菌条件下切去外层、避开肠边，切取内部白色组织1c㎡左右，压碎涂于培养基表面，20℃温箱4个月，得到母种[3]。
4.1.2.培养过程[5]
4.1.2.1.斜面培养
以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%，KH2PO40.1%为培养基（pH6～7）。
于121℃灭菌30min,接种于固体培养基上于27±
1℃,培养4～5d,菌丝均匀长满斜面后,置冰箱4℃保存备用。
4.1.2.2.摇瓶培养
以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%,KH2PO40.1%为培养基（pH6～7）,采用250ml三角瓶装培养基50ml,采用27±
1℃,摇床转速230r/min,振荡培养。
4.1.2.3.摇瓶种子培养
以蔗糖2%,工业蛋白胨0.15%,酵母粉1%,MgSO40.05%,KH2PO40.1%为培养基（pH6～7）,采用500ml三角瓶,装培养基120ml,采用27±
1℃,摇床转速230r/min,振荡培养48～60h,镜检菌丝粗壮,无杂菌后,合并作为进罐种子。
4.1.2.4.种子罐培养
葡萄糖25kg/m3,豆粕20kg/m3,豆油0.6kg/m3,硫酸镁0.6kg/m3,磷酸二氢钾0.1kg/m3,蛋白胨3kg/m3为发酵液（pH6～7）,采用1m3种子罐,装料系数为0.8,在27±
1℃温度下发酵培养。
4.1.2.5.发酵罐培养
葡萄糖100kg/m3,豆粕25kg/m3,豆油0.9kg/m3,硫酸镁0.9kg/m3,磷酸二氢钾0.2kg/m3,蛋白胨6kg/m3，消泡剂0.6kg/m3为培养基（pH6～7）,采用10m3发酵罐,装料系数为0.8,在27±
1℃温度下培养。
4.1.3.发酵液后处理
发酵液
离心过滤
菌丝体
80℃干燥
成品菌粉
粉碎包装
4.2.工艺流程
4.2.1.工艺流程的设计原则[6]
进行工艺设计，必须考虑以下几项原则：
4.2.1.1.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。
4.2.1.2.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、安全、可靠。
4.2.1.3.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。
4.2.1.4.确保安全生产，以保证人身和设备的安全。
4.2.1.5.生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。
4.2.2.工艺流程方框图（见附图4.1）
5.车间的组成和生产制度
5.1.车间组成及其所需时间
发酵
配料 0.8h
搅拌0.5h
投料0.5h
蒸汽灭菌 1h
冷却到27℃ 约1h
接种 0.20h
发酵44h
发酵的总反应时间为 48h
清洗发酵罐 1.5h
5.2. 人员配置
表5.1车间岗位人员配置表
工段
名称
岗位
人员配制班制
人 数
每班
轮休
合计
发酵
配料罐
2
1
发酵罐
7
3
4
过滤
烘干
6
其他
车间主任
/
车间副主任
合计
15
8
9
17
6.原料的主要技术规格[7]
6.1.葡萄糖[7]
分子式：
C6H12O6；
分子量：
180。
雪白的晶体,易溶于水,难溶于乙醇,具有甜味,甜度仅及蔗糖的74%。
葡萄糖是机体所需能量的重要来源。
据测定,吃进一克葡萄糖,在人体内氧化后,大约可以产生将近16.736kJ热量,在人体中,葡萄糖是靠血液运送到身体各部分的。
葡萄糖是一种很好的保健品。
葡萄糖虽然不能用于合成蛋白质,但能起节约蛋白质的作用。
在葡萄糖供应充足,糖代谢正常的情况下,有利于组织蛋白的合成。
反之,当糖缺乏或糖代谢失常,蛋白质分解就会增加。
在此情况下,则不利于组织内蛋白质的合成。
6.2.蛋白胨
蛋白胨是一种外观呈淡黄色的粉剂，具有肉香的特殊气息。
它作为微生物培养基的主要原料，在抗生素，医药工业，发酵工业，生化制品及微生物学科研等领域中的用量均很大；
不同的生物体需要特定的氨基酸和多肽，因此存在各种蛋白胨，一般来说，用于蛋白胨生产的蛋白包括动物蛋白（酪蛋白、肉类）和植物蛋白（豆类）两种。
6.3.豆粕
豆粕是大豆提取豆油后得到的一种副产品。
豆粕一般呈不规则碎片状，颜色为浅黄色至浅褐色，味道具有烤大豆香味。
豆粕的主要成分为：
蛋白质40%～48%，赖氨酸2.5%～3.0%，色氨酸0.6%～0.7%，蛋氨酸0.5%～0.7%。
豆粕是棉籽粕、花生粕、菜籽粕等12种动植物油粕饲料产品中产量最大，用途最广的一种。
作为一种高蛋白质，豆粕是制作牲畜与家禽饲料的主要原料，还可以用于制作糕点食品，健康食品以及化妆品和抗菌素原料。
6.4.硫酸镁
MgSO4；
120.37。
白色粉末，熔点:
1124（分解），相对密度（水=1）：
2.66，溶解性：
溶于水、乙醇、甘油。
主要用途：
医药上用作泻剂。
也用于制革、炸药、肥料、造纸、瓷器、印染料等工业。
6.5.磷酸二氢钾（MKP）
KH2PO4；
136.09。
无色四方晶体或白色结晶性粉末。
相对
密度2.338，熔点252.6℃，溶于水（90℃时为83.5g/100ml水），水溶液呈酸性，
1%磷酸二氢钾溶液的pH值为4.6。
不溶于醇，有潮解性。
加热至400℃时熔化而
成透明的液体，冷却后固化为不透明的玻璃状偏磷酸钾。
用于制药物和焙粉，也可用作肥料，饲料添加剂，食品添加剂，pH调节剂，细菌培养基等。
7.物料及热量衡算[6]
7.1.物料衡算
7.1.1.物料流程图
发酵罐种子罐
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2.4kg
25º
C，30min
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4.8kg
料水比1：
4料水比1：
自来水
25℃
30min30min
121℃121℃
121℃，30min121℃，30min
1h
冷却至27º
C
冷却至27º
C
接种量20%
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
生产规模
t/a
100
葡萄糖转化率
%
48
生产方法
倒罐率
生产天数
d/a
300
发酵周期
h
发酵初糖
kg/m3
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/m3）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
发酵液量生产100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:
V1=100000÷
（100×
48%×
16.5%×
99%）=1.3×
104（m3）
式中100——发酵培养基初糖浓度（kg/m3）
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）:
m1=V1×
100=1.3×
106（kg）
（3）二级种子液量:
V2=12%×
V1=1.6×
103（m3）
式中12%——接种量
（4）二级种子培养液所需糖量:
m2=25×
V2=4.0×
104（kg）
式中25——二级种液含糖量（kg/m3）
（5）生产100吨冬虫夏草需糖总量:
m=m1+m2=1.34×
（6）硫酸镁耗用量:
m（MgSO4）=0.6V2+0.9V1=1.27×
（7）磷酸二氢钾耗用量:
m（KH2PO4）=0.1V2+0.2V1=2.76×
103（kg）
（8）消泡剂耗用量:
m（消泡剂）=0.6V1=7.8×
103（kg）
（9）豆油耗用量:
m（豆油）=0.6V2+0.9V1=1.14×
（10）蛋白胨耗用量:
m（蛋白胨）=3V2+6V1=8.28×
104（kg）
（11）豆粕耗用量:
m（豆粕）=20V2+25V1=3.57×
105（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）=1.3×
106×
（1－1%）=6.2×
105（kg）
2）实际生产的冬虫夏草（提取率16.5%）菌丝体为：
m（实际）=6.2×
105×
16.5%=102300（kg）=102.3（t）
100t/a冬虫夏草发酵车间的物料衡算表如下：
表7.2100t/a冬虫夏草发酵车间的物料衡算表
物料名称
生产100t冬虫夏草的物料量
每日物料量
发酵液量（m3）
1.3×
104
43.33
二级种液量（m3）
1.6×
103
5.33
发酵用糖量（kg）
106
4333.33
二级种子液用糖量（kg）
4.0×
133.33
糖液总量（kg）
1.34×
4466.67
硫酸镁（kg）
1.27×
44.72
磷酸二氢钾（kg）
2.76×
42.33
消泡剂（kg）
7.8×
26
豆油（kg）
1.14×
38
豆粕（kg）
3.57×
105
1190
蛋白胨（kg）
8.28×
276
冬虫夏草菌粉（t）
102.3
341
7.2.热量衡算
（一）发酵罐需配料量为：
G1=800+200+7.2+7.2+1.6+48+4.8=1061.6（kg）
（二）种子罐需配料量为：
G2=20+16+0.48+0.48+0.08+2.4=39.44（kg）
（三）根据工艺，需加水量为：
GW=（1061.6+39.44）×
4=4404.16（kg）
注：
料水比=1：
（四）料液总量为：
G=G1+G2+GW=1061.6+39.44+4404.16=5505.2（kg）
（五）醪液煮沸耗热量Q总
由发酵工艺流程（图7.1）可知，
Q总=Q’+Q’’+Q’’’
（1）发酵罐内料液由初温t0=25℃加热至t1=121℃耗热，料液总量G=5505.2kg
Q’=Gc（t1-t0）=5505.2×
3.7×
（121-25）=1.96×
106（kJ）
式中c——发酵液的比热容,3.7kJ/（kg·
K）
（2）煮沸过程中蒸汽带出的热量
煮沸时间30min，蒸发量为每小时5%，则蒸发水分量为
V1=G×
5%×
30÷
60=5505.2×
60=137.63（kg）
故Q’’=V1·
I=137.63×
2198.91kJ/kg=3.03×
105（kJ）
式中I——为在温度121℃下的水的汽化潜热，为2198.91kJ/kg
（3）热损失Q’’’
醪液升温和煮沸过程的热损失约为前二次耗热量的15%，即：
Q’’’=15%（Q’+Q’’）=15%×
（1.96×
106+3.03×
105）=3.39×
105（kJ）
（4）由上述结果可得：
Q总=Q’＋Q’’＋Q’’’=1.96×
105+3.39×
105=2.60×
（5）故耗用蒸汽量D
使用表压为0.4MPa的饱和蒸汽，I=2737.23kJ/kg，则
D=Q总/[（I-i）η]=2.60×
106/[（2737.23－601.53）×
95%]=1282.65（kg）
式中i ——相应冷凝水的焓（601.53kJ/kg）
η——蒸汽的热效率，取η=95%
（5）发酵过程每小时最大蒸汽耗量Qmax
在各步骤中，加热过程耗热量最大，且知加热时间为30min，热效率为95%，
故Qmax=Q总/（30/60×
95%）=2.60×
106/（0.5×
95%）=5.47×
106（kJ/h）
相应的最大蒸汽耗量为：
Dmax=Qmax/（I-i）=5.47×
106/（2737.23－601.53）=2562.95（kg/h）
式中I——使用表压为0.4MPa的饱和蒸汽，I=2737.23kJ/kg
i——相应冷凝水的焓（601.53kJ/kg）
（6）蒸汽单耗
已知发酵需要48h，放罐、洗罐、维修的时间要60天，一年生产300天，60天用于维修，48小时发酵，大概4天生产一批产品，每年生产75批产品。
据设计，每年发酵次数为75批，共产生冬虫夏草102.3吨。
年耗蒸汽总量为：
DT=D×
75=1282.65×
75=9.62×
每吨成品耗蒸汽量：
DS=9.62×
104/102.3=940.37kg/t
最后，把上述计算结果列成热量消耗综合表，如表所示。
表7.3100t/a冬虫夏草发酵车间总热量衡算表
名称
规格
每吨产品消耗定额（kg）
每小时最大用量（kg/h）
年消耗量（kg/a）
蒸汽
0.4（表压）
940.37
2562.95
9.62×
7.3.发酵车间水衡算
（1）原料预处理用水量
已知一次发酵原料预处理用水量为4404.16kg，每年发酵次数为75次。
故发酵原料预处理总用水量GW为：
GW=4404.16×
75=3.30×
105（kg）
（2）发酵工序用水量
A.蒸汽灭菌用水量
由上述热量衡算可知
D=Q总/[（I-i）η]=1282.65（kg）
式中η——蒸汽的热效率，取η=95%
I——使用表压为0.4MPa的饱和蒸汽，I=2737.23kJ/kg
B.冷却水用量
已知发酵一次，料液总量为G=5505.2kg，把醪液从t1=121℃冷却至t2=25℃，冷却水使用t3=20℃的深井水，终温为t4=70℃，逆流操作，冷却时间t=1h。
则每小时耗水量为：
W=Gc（t1-t2）/（c水t（t4-t3））
=5505.2×
（121-25）/（4.18×
（70-20）×
1）
=9356.2（kg）
式中3.7——发酵液的比热容（kJ/（kg·
K））
4.18——水的比热容（kJ/（kg·
年发酵工序用水量
据设计，每年发酵次数为75次，年发酵工
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