球头三型孢菌发酵制备核糖醇中试设计开题报告

1．本课题研究的背景、目的及意义

1.1研究背景

1.1.1核糖醇的作用：核糖醇是制备高价值、非天然L一核糖的重要原料，它可经工程大肠杆菌细胞催化直接转化成L一核糖。或通过微生物细胞催化脱氢制备成L～核酮糖后再异构化得到L一核糖一。近年来，稀有L一核糖已广泛用作制备具有抗病毒活性的核苷类似物，目前有多个L一核糖的核苷类似物处于Ⅱ期或者Ⅲ临床”。

1.1.2核糖醇的制备：随着L一核糖等的核苷类似物作为抗病毒药物的发展，核糖醇必将有大的市场需求。通常核糖醇的制备是用化学方法将D一核糖还原得到。一方面，由于D一核糖本身价格相对较高；另一方面，在核糖醇的化学制备过程中，D一核糖的氢化需要高温、高压，且有机溶媒带来后处理和环保花费昂贵。因此，为适应市场、绿色工艺等方面的需求，发展生物技术制备核糖醇具有重要的意义。1998年，日本专利报道了球头三型孢菌(Trichosporonoidesoedocephalis)等发酵制备核糖醇的研究成果"。，其制备过程中产生大量甘油等副产物，不利于产物核糖醇的分离及核糖醇发酵液脱氢制备L一核酮糖。近期的研究表明通过增加D一葡萄糖到磷酸戊糖途径的代谢流，可以促进酵母菌(Saccharo—mycescerevisiae)同时生产D一核糖和核糖醇。

1.1.3糖醇的市场：多元醇中最大的品种是糖醇，由相应的糖质经催化加氢制得，如山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇、异麦芽酮糖醇、乳糖醇、木糖醇、赤藓糖醇等，1999年被国际食品法典委员会批准为“在食品中可以按正常生产需使用的食品添加剂”，国际卫生和粮农组织食品添加剂法规委员会批准麦芽糖醇、山梨醇、木糖醇、乳糖醇和甘露糖醇为无须规定ADI值的食品添加剂。我国食品添加剂所用GB2760甜味剂中的糖醇，其最大使用量是生产的需要量。

1.1.4多元醇工业发展面临的主要问题

(1)原材料价格上涨，市场竞争加剧

(2)能源消耗和污染问题

(3)与国外先进技术有差距

(4)产品市场认知度有待进一步提高，应用领域要进一步扩展

1.1.5发酵中试设计

1.1.5.1 中试设计介绍：中试放大是由小试转入工业化生产的过渡性研究工作，对小试工艺能否成功进入规模生产至关重要，这些研究工作都是围绕着如何提高收率、改进操作、提高质量、形成生产等方面至关重要，一个工艺研究项目的最终目的是能在生产上采用，因此，当实验室研究进行到一定阶段，就应考虑中试放大，以验证实验室工艺路线的可行性

1.1.5.2 中试设计的目的：研究在中试规模装置中各单元反应的条件及变化规律，验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，并解决实验室阶段所未能解决以及尚未发现的问题，通过中试放大可以得到先进、合理的生产工艺，并获得较为准确的消耗定额，为物料衡算以及经济、有效的生产管理创造条件

1.1.5.3中试放大的研究内容：

（1）生产工艺路线的复审

（2）设备材质与型式的选择

（3）搅拌器型与搅拌速度的考差

（4）反应条件的进一步研究

（5）工艺流程和操作方法的确定

2 研究目的：

2.1 在已有的实验（采用球头三型孢菌进行发酵制备核糖醇）研究的基础上进行中试设计

2.2 设计出合理的工艺流程图图纸和发酵工艺流程用于工业化生产

3 研究意义：目前的核糖醇生产工艺成本高，收益小，但是核糖醇的市场需求大，由发酵生产核糖醇这条途径可以更直接地获得更大产量的核糖醇，发酵产核糖醇已经在实验室被证实为是可行的，本文则是为了工业化生产核糖醇进行中试设计

2．本课题主要研究内容和预期目标

2.1.1 研究内容：

（1）对已有的球头三型孢菌发酵产生核糖醇实验进行发酵工艺验证

（2）设计中试试验和工艺流程图用于工业化生产核糖醇

（3）分析计算中试试验过程的经济成本

2.1.2 内容要求：

论文包括目录、中英文摘要、关键词、前言、材料方法、结果、结论、参考文献等。

字数要求：不少于15000字；

文献查阅：参考文献不少于15篇（包括部分英文文献），翻译一篇5000字以上的相关英文文献。

其他要求：参照《苏州科技大学本科团队毕业设计（论文）工作规范》、《苏州科技大学本科毕业设计（论文）工作条例（修订）》和《苏州科技大学化学生物与材料工程学院毕业设计（论文）工作细则》执行。

2.2 预期目标：

（1）得到合理的发酵生产核糖醇工艺流程图

3．本课题拟采用的研究方法、步骤

1 研究方法：化学反应工程理论指导放大

2 步骤：

（1）发酵工艺验证

（2）发酵工艺流程和设备流程设计

（3）中试过程物料衡算及热量衡算等

（4）确定中试工艺，并进行相关图纸设计

4．本课题主要参考文献

[1].莫湘筠.以玉米为原料的多元醇工业现状与发展趋势[J].食品与药品,2008,10(9):6-8.[2].张新明,李宏,朱永辉.几种多元糖醇的比较[J].山东食品发酵,2007(4):36-39.[3].FukuokaA,DhepePL.Catalyticconversionofcelluloseintosugaralcohols[J].AngewandteChemie,2006,45(31):5161.[4].BieleskiRL.SugarAlcohols[M].PlantCarbohydratesI.SpringerBerlinHeidelberg,1982:158-192.[5].GranstrmTB,IzumoriK,LeisolaM.Araresugarxylitol.PartI:thebiochemistryandbiosynthesisofxylitol[J].AppliedMicrobiologyBiotechnology,2007,74(2):277.[6].杨海军.赤藓糖醇的发展及应用[J].中国食品添加剂,2004(1):100-102.[7].葛静微,帅斌,李发财.赤藓糖醇在钙片中的应用研究[C].第十五届中国国际食品添加剂和配料展览会学术论文集.2011.[8].刘建军,赵祥颖,田延军,等.低热值甜味剂赤藓糖醇的研究现状及应用[J].中国酿造,2006,25(12):1-3.[9].中华人民共和国卫生部公告2008年第13号,中华人民共和国卫生部公报,2008,07.[10].邓慧慧，一株产赤鲜糖醇酵母的鉴定及其赤鲜糖还原酶基因的克隆与分析[D].天津：天津大学，2012.[11].LiuX,LvJ,XuJ,etal.ErythritolproductionbyYarrowialipolyticamutantstrainM53generatedthroughatmosphericandroomtemperatureplasmamutagenesis[J].FoodScienceBiotechnology,2017,26(4):1-8.[12].AleksandraM.Mirończuk,BiegalskaA,DobrowolskiA.FunctionaloverexpressionofgenesinvolvedinerythritolsynthesisintheyeastYarrowialipolytica[J].BiotechnologyforBiofuels,2017,10(1):77.[13].RzechonekDA,DobrowolskiA,RymowiczW,etal.Recentadvancesinbiologicalproductionoferythritol[J].CriticalReviewsinBiotechnology,2017:1-14.[14].CockPD,MkinenK,HonkalaE,etal.Erythritolismoreeffectivethanxylitolandsorbitolinmanagingoralhealthendpoints[J].InternationalJournalofDentistry,2016,2016(6):1-15.[15].TahergorabiZ,KhazaeiM,MoodiM,etal.Fromobesitytocancer:areviewonproposedmechanisms[J].CellBiochemistryFunction,2016,34(8):533-545.

5．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

1）2021-2-20～2021-03-04：查阅资料撰写开题报告；翻译英文文献。2）2021-03-04～2021-03-10：熟悉小试工艺，和相关绘图软件。3）2021-03-11～2021-03-25：进行初步的发酵工艺设计和确定。4）2021-03-26～2021-04-01：进行物料衡算和热量衡算。5）2021-04-01～2021-05-12：进行经济成本分析，完成设备流程图和工艺流程图。6）2021-05-12～2021-06-02：整理实验数据，进行论文撰写。6）2021-06-03～：修改补充论文，准备答辩。