圣莲红景天茶年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计1

2021年2月23日发(作者：吸脂有危险吗)



广东轻工职业技术学院


年提取
10
吨菠萝蛋白酶工厂初
步设计

专
业：







生化
091



学生姓名：







郑贵创






指导教师：







阳元娥







目录


1.
绪论
............ .................................................. .................................................. ...............................
2
1.1
项 目提出的依据
……………………………………………………………………………
..2

1.2
项目建设的意义

.
.................. .................................................. ................................................
2
2.
厂址选择
.......................... .................................................. .................................................. ..........
2
2.1
投资环境评价
……………………………… ………………………………………………
..2
2.2
开发区财政支持及土地政策

.
............. .................................................. .................................
3
2.3
厂区平面设计图
………………………………………………………………
....
…… ……
..2
3.
生产工艺的研究与设计
................ .................................................. ..............................................3

3.1
工艺对比选择
……………………………………………………………………… ………
..4

3.2
工艺要求

.
...... .................................................. .................................................. ......................
5
4
物料衡算
.... .................................................. .................................................. ................................
6
5
设备 选型
............................................ .................................................. ..........................................
7 < br>6
经济计算
.................................. .................................................. .................................................. ..
8
7
致
.......................... .................................................. .................................................. ...................
13
8
参考文献
...... .................................................. .................................................. ............................
14


年产
10
吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

1.
绪论

1.1
项目提出的依据

菠萝蛋白酶< br>(Bromelain
，
简称菠萝酶，
亦称为凤梨酶或凤梨酵素
)是从菠萝果
茎、叶、皮提取出来，经精制、提纯、浓缩、酶固定化、冷冻干燥而得到的一种
纯天然植物蛋白酶。
其外观为浅灰色粉末状，
分子量为

33000
，
等电点为

9.55
。
最适
pH
围：
5.0
—
8.0
，最适温度围：
40--70
℃
。
品质最佳的菠萝蛋白酶是利用菠
萝的中茎加工
,
采用超滤方法进行过滤浓缩< br>,
低温冷冻干燥而得的。产品已被广泛
应用于食品、医药等行业。

随 着酶制剂的发展，
菠萝蛋白酶在医药、
保健品业和食品加工业中的应用也
进一步的扩大 。作为药物，适用于各种急性、慢性炎症及水肿，外科创伤或手术
后伤口愈合，抑制肿瘤细胞的生长，对 心血管疾病的防治，增进药物吸收。而在
食品加工业中菠萝蛋白酶的作用更是突出，
焙烤糕点时 ，
可用该酶对生面团进行
处理，可改善面包风味和口感；菠
萝
蛋
白< br>酶
将
肉
类
蛋
白
质
的
大
分< br>子
蛋
白
质
水解
为易
吸收
的小
分子氨
基酸
和蛋
白质
，
因此
菠萝
蛋白
酶 可
作
嫩肉
剂；
用于
干酪
素的
凝结
; 其它
还有
生产
脱水
豆
类、婴
儿食
品和
人造
黄油；澄
清苹
果汁
；制
造软
糖
；为
病 人
提供
可消
化
的食
品
等
。这
些为
人
们生
活带
来了
丰富
的滋
味和
巨
大的便利
。

我国菠萝资源丰富，
年产菠萝
100
万吨以上 ，
仅有
30%
左右用于加工，
大多
是直接以水果出售，每年都有大量 的菠萝皮、茎被浪费掉，如能进行综合利用，
不仅可减少环境污染，
而且还能生产出高价值的产 品，
这将带来良好的社会效益
和经济效益。
同时，
我国对菠萝蛋白酶的需求量 逐年增多。
目前菠萝蛋白酶的市
场价约为

800
元
/
千克，我国年需菠萝蛋白酶千吨以上，而国生产量不足

10%
，

因此，菠萝蛋白酶的市场前景广阔，有强劲的开发潜力。


1.2
项目建设的意义

项目建成以后，
一方面可以为社 会提供就业更多的机会，
增加居民收入；
另
一方面，该项目可以将菠萝废弃物变废为宝 ，适合我国建设节约型社会的理念，
能缓解我国菠萝蛋白酶依赖进口的尴尬局面，对种植地区经济有良好 的带动作
用。本项目投产结构合理，效益高，资金回收期短，发展前景广阔，并符合国家
可持续 发展战略和三农政策，能达到农业增收、企业增值、国家增税，促进地方
经济发展，能带来良好的经济效 益和社会效益。

2.
厂址选择

2.1
投资环境评价

经济技术开发区（简称开发区）是
1984< br>年
11
月
29
日经国务院批准成立的
全国首批
14< br>个沿海经济技术开发区之一，是实行类似特区的优惠政策和新型管
理体制的经济技术功能区，是市未来发展的中心区域。
市具有独特的地缘区位优
势：一是中国沿海通往非洲、中东、欧 洲、东南亚、大洋洲航程最短的口岸；二
是中国大西南经济腹地进出口的重要咽喉；三是中国进军东盟各 国市场最佳的
“
桥头堡
”
，也是东盟各国进入中国大陆市场最佳的
“
登陆点
”
。独特的区位优势使
经济技术开发区在泛珠三角经济合作圈、
环北部湾经济圈、
中国
—
东盟自由贸易
区、
亚太经济圈中处于重要 的战略地位，
成为中国大陆最适宜外来投资者投资经
营的地区之一。

开发区 地势较平坦，
开发区成立以来，
不断开展大规模基础设施建设。
开发
区交通、 通讯、供水、供电和污水处理等设施完善。先后开通连接赤坎、霞山的
人民大道，
海滨大道两条 南北向主干道，
与东西走向的大、
龙潮路及新建的绿华
路等大型骨干道路纵横交错，< br>构成四通八达的交通网络；
区霞海港码头是经国务
院批准对外开放的码头，扩建的两个万 吨级泊位第一期工程已完成并己投入使
用；区现有
6.3
万千伏安的变电站一座，1988
年又将兴建一座
11
万千伏安的变
电站；

两 个日供水
2
万吨和
5
万吨的自来水厂已相继投入使用；
1100门微波程
控联通世界各地。

开发区建立了精简、
高效的行政服务体系，
投资软环境优越，
基础设施完善，
生活设施配套，
服务功能齐全，
为 国外客商创造了一流的投资环境。
开发区坚持
“
以工业为主、外资为主、出口为主”
的方针，积极发展外向型经济。基本形成以
汽车制造、电子电器，通讯器材，生物制品， 办公用品、机电产品、包装器材、
纺织服装、羽绒制品、首饰加工等工业为支柱的外向型经济格局。
2.2
开发区财政支持及土地政策

经济技术开发区实行类似中国经济 特区的优惠政策，
执行目前中国最低的企
业所得税率；
进口设备的审批优惠及关税减免 政策；
国家还赋予国家级经济技术
开发区市一级行政审批权限，
比其它一般行政区域在 企业审批、
项目立项、
经营
运作方面有特殊优惠。

对于酶制剂厂厂 址的选择，基本要原料、燃料供应充分，产品流通迅速，交
通便利。
而开发区为招商引资，往往会出台一系列的优惠政策，
有利于企业的成
长。因此本着经济、合理、优势的原则，根 据本项目的性质和对建厂地区及地址
的相关条件进行考察和论证分析，
最后厂址选择经济技术开 发区。
综合看来，
在
经济技术开发区建设菠萝蛋白酶制剂厂，
无论是从地理位 置、
交通运输、
原材料
和燃料供应，还是从当地政策、投资环境来看，都是十分理想的 。


















3.

生产工艺的研究与设计

3.1
工艺对比选择

三种常用的菠萝蛋白酶提取工艺

酶的分离提取一直沿用离子交换吸附，冷丙酮，酒精 ，无机盐沉淀等方法。
国外很早就对菠萝蛋白酶进行研究，
从发展过程来看，
菠萝蛋白 酶的提取方法有
高岭土吸附法、单宁沉淀法和超滤有机溶剂提取法，各种方法比较如下：


1.
高岭土吸附法













压榨















高岭土吸附










洗脱
.
压滤












盐析

菠萝下脚料













汁液














吸附物














洗脱液














盐析物

离心




















溶解
.
过滤
















沉淀
















干燥















湿粗酶饼

















澄清液


















湿酶














精品


高岭土吸附法提取菠萝蛋白酶的主要工艺操作包括：


①压榨。将菠萝下脚料洗净，用压榨机压出汁液，加入

0.05
％苯甲酸钠防
腐，迅速过滤除杂质。

②吸附。
将汁液移入吸附槽中搅拌，
同时加入

5
％的高岭土，
搅拌约

20 min
，
在

10
℃吸附
30~60 min
，用虹吸排掉上清液收集高岭土吸附物。

③洗脱。用
16
％的

NaOH
溶液调节吸附物的

pH
值至

7.0
左右，再加入
吸附质量为

7~9
％的食盐，
搅拌

30 min
，
进行洗脱，
然后迅速压滤，
收集滤液。

④盐析。
将压滤液收集在盐析槽中，
用

1
：
3
的盐酸调节

pH
值至

5.0
左右，
搅拌加入压滤液质量

25
％的硫酸铵，
待完全溶解后，
4
℃下存放过夜；
然后离
心，收集沉淀盐析物，即粗酶。

⑤溶解。将粗酶放入溶解罐中，加入

10
倍水，用

NaOH
溶液调

pH
值至

7.0~7.5
，搅拌使其溶解，过滤除杂，收集滤液。

⑥沉淀、
干燥。
在搅拌下用

1:3
的盐酸调节上述滤液的

pH
值至

4.0
，
静置

1h
使酶析出，用离心机分离出沉淀物，冷冻真空干燥或减压干燥即得菠萝蛋白
酶精品。

高岭土吸附法生产工艺和操作都比较复杂，原材料消耗多，所需设备也多，
酶活总回收率低，但 产品质量较好，纯度较高，产品酶活可达
4.0
×
106u/g
上

2.
单宁沉淀













压榨














去杂质

















加稳定剂













加单宁















菠萝下脚料















汁液














澄清液

















稳定液


























洗脱
















干燥

单宁沉淀















滤液

















酶制品

单宁沉淀法生产工艺流程图。

操作要点
: ①压榨。将菠萝下脚料洗净，用压榨机压出汁液，加入
0.005%
苯甲酸钠防腐，
迅速过滤除杂质。


②去杂质。鲜菠萝汁经过滤去杂。

③加稳 定剂。将澄清液移入生产罐中，在搅拌条件下，加入澄清液体积
0.005%
的
EDT A-2Na
、
0.06%
的二氧化硫、
0.02%
的维生素
C
。

④加单宁。立即加入
0.1%
的单宁，在
4
℃下静置
1h,
离心弃去上清液，收集沉淀
物。

⑤洗脱、干燥。将 沉淀物放入溶解罐中，加入
2~3
倍
pH
值为
4.5
的抗坏 血酸溶
液
(
或用
1:3
的盐酸
)
，调
pH
值到
3
，搅拌洗脱
40min
，然后过滤，收集滤液，减
压 干燥或冷冻真空干燥即得菠萝蛋白酶精品。

单宁沉淀法各操作比高岭土工艺简单，
原 料消耗少，
所需设备少，
易于土法
上马。
但酶回收率低，
部分产品能 达到食品级，
产品酶活力在
3.5~4.0
×
106u/g
之
间，由于生产中加入单宁，对环境污染大。

3.
超滤法

菠萝下脚料










压榨







粗过滤



泵送



一级卧式过滤机








湿渣

泵送





















































泵送








0.05%
苯甲酸钠




人工淋




液体
(
带细渣
)


二级卧式过滤机






湿渣

泵送

排走

冷水







1#

3#
罐

EDTA
—
Na







泵

送



泵送

板框压滤机











清夜


清液






100K
超滤膜





浓

液
泵送
精过滤






2#
罐

冷水





泵送
精过滤




10K
超滤膜






清液






外卖

浓

液
外卖










4#
罐






























































冷水




5#
罐






















































硫酸铵






层析罐

泵送

管式离心机






废液




排走


































































































































































酶膏




超滤脱盐














































































冷冻干燥





成品





超滤法提取菠萝蛋白酶的主要工艺操作包括：

①压榨。
将菠萝下脚料洗净，
用压榨机压出汁液，
加入
0.05
％苯甲酸钠防腐，
迅速过滤除杂质 。可采用压滤法或离心法去杂质。

②超滤浓缩。将澄清液在管式超滤设备中进行浓缩，使体积浓缩至原体积的

1/5
。

③沉淀。将浓缩液降温至
0~4
℃，边搅拌边加入

-20
℃的
95
％乙醇，直至混
合液中乙醇浓度为
50
％，静置，使酶沉 淀，移出上清液，即得湿酶。

④干燥。将湿酶在
0
℃下减压干燥或冷冻真空干燥即得菠萝蛋白酶精品。
< br>超滤法生产工艺和操作比较复杂，
且设备一次性投资大。
超滤浓缩后的浓缩
液若 再用高岭土吸附法或者单宁沉淀法提取，
由于菠萝汁浓缩液仅是菠萝原汁的
1/5
，可 大大节约其他辅助原料的用量，总生产成本减少，且产品质量好，纯度
高，酶活力高，酶活总回收率高， 对环境造成污染程度减少，环境投资减少，经
济效益明显比传统工艺好。

超滤浓缩后 的浓缩液用有机溶剂沉淀法提取精酶，
由于需要低温使生产成本
上升，但产品质量、纯度、酶活 都优于前者，是菠萝蛋白酶升级换代的新工艺，
综合考虑本项目选用超滤法提取菠萝蛋白酶。

3.2
工艺要求：

3.2.1
原料的预处理





(1)
将运来的新鲜菠萝渣搅碎，用锤式粉碎机打碎。

(2)
将搅碎的菠萝渣进行压榨，直接用连续榨汁机进行原料的再搅碎和榨汁。

3.2.2
果汁过滤





（
1
）粗过滤：用袋式过滤机过滤。





（
2
）一次过滤：用泵将榨好的果汁泵送到一级卧式过滤机进行过滤。





（
3
）二次过滤：将一级过滤的湿渣泵送 到二级过滤机进行二次过滤，过滤
滤出的湿渣在进行多次循环过滤，直到出汁量少于二级过滤初次出汁量 的
40%
。
滤液与一次滤液混合。加入滤液体积
0.05%
苯甲酸钠 或者焦亚硫酸钠作防腐剂，
搅拌
10~15min,
泵送至储罐。

3.2.3
去除重金属离子





（
1
）
配
制
螯
合
剂
：
浓
度
为
13%
的
EDTA-2Na:
按
照
100g溶
液
里
含
EDTA-2Na13g
的比例放大配制。





（
2
）冷却：往滤液储罐冷却管入冷冻水 ，搅拌滤液，直到滤液温度为
4
摄
氏度。





（
3
）沉淀：加入滤液体积
0.05%EDTA-2Na
螯合剂去除滤液里的重金属离
子，静置
0.5~1h
。





（
4
）离心，过滤：将除去重金属离子的滤液用泵泵送至板框过 滤机进行固
液分离。在将清滤液泵至储罐。通冷冻水冷却至
5
℃。

3.2.4
浓缩





（
1
）一次浓缩
:
用泵泵至管式超滤膜过滤机进行过滤，先用截留分子量为
100 K
的膜脱去水分及有机小分子。过滤出的清液可以直接饮用，作为果汁生产
添加用，外卖给果汁 饮料生产厂家。浓缩液泵至储罐。





（
2
）二次浓缩
:
用泵讲一次浓缩液泵至二次浓缩的超滤机，用截留分子量为
10 K
的膜过滤掉水分及有机小分子。过滤出的清液同一次浓缩处理。