年产5吨SOD酶的工厂设计

1 总论

1.1 研究工作的目的、依据和范围

超氧化物歧化酶( Superoxide Dismfitase， 简称SOD) 是生物细胞内产生的一类特殊的酶，它可以催化超氧阴离子的歧化反应并产生分子氧和过氧化氢。超氧阴离子是一种活性氧自由基，它对细胞有毒害作用，而SOD 能专一地清除氧，使生物体免受伤害。因此，SOD作为—种重要的氧自由基清除剂，已引起人们的极大关注。它可以预防和治疗一些疾病，如慢性炎症、某些自身免疫病、肺气肿和氧中毒等，还有抗衰老、防辐射和防肿瘤等作用。目前，SOD 已应用于医药和化妆品生产，而且随着研究的深入，它的应用范围还在不断扩大。SOD 广泛分布于动、植物和微生物体内 。崔景朝介绍说，1969年，McCord和Fridovich从牛红细胞中首次发现并提取了SOD，很快被国际医学界证实为能清除体内自由基的药用酶，可以有效清除体内的大量多余自由基，从根本上提高人体细胞的活力，进而达到延缓衰老、提高免疫力的效果，得到医学界的广泛认可。

近年来，利用SOD的O2—的自由基功能，人们相继开发了一系列富含SOD的制品，如SOD系列化妆品，SOD啤酒、饮料和其他SOD食品。SOD已成为众多制药厂、日化厂和食品加工厂的重要原料。

目前，SOD的商用价值已高度体现在医药、食品及化妆品等领域。具有非常大的开发前途与较大的利润空间。

现将SOD在医药、食品、化妆品领域的应用列表说明，如表1—1所示。

表1—1 SOD在医药、食品和化妆品领域的应用

领域 医药 食品 化妆品

产品或应用 Orgoten、Ormetein、Outsein、Palasein、HX-18、Paroxinorn 含有SOD的保健饮料、保健食品和功能性食品 大宝SOD蜜系列、蛇油SOD蜜等 1.2项目提出的背景、投资的必要性和经济意义

随着生物技术在发酵行业的大力应用开发，许多发酵产品得到了蓬勃发展。根据发酵目的，采用现代发酵设备，进行放大培养和控制性发酵，获得预定的产品，在是发酵工程和生物技术的完美结合。

我过目前的SOD主要从人血和动物血液中提取得到，多从猪血红细胞中取

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攀枝花学院课程设计 市场需求预测和建设规模

得，而国外不少添加SOD的抗衰老保健品，均是从人血和动物血液中提取，但这就不可避免会发生交叉感染。若利用发酵工程从酵母菌中提取SOD，不仅可以避免上述问题，还可降低成本，实现资源的合理利用，达到更好的经济效益。

由于SOD用于防止癌细胞扩散和作为抗衰老的药物已广泛引起医药界人士的关注，国内外已有不少添加SOD的抗衰老保健品和化妆品，因此市场前景十分广阔。

1.3研究工作概况及结论

对SOD的发酵研究，主要是对产品的市场需求做必要的预测，并对生产工艺做详细的说明。生产出的产品，要符合市场的口味，并比其他人走得更好更远，在详细的SOD酶的工业生产中，做好把握市场的透视 、对生产工艺考察最新的科学研究，并用于实际生产中。

经研究表明，SOD的生产有着非常良好的前途，年产5 吨的工厂，可以设计小些，但由于SOD的市场价格昂贵，带来的经济效益不可忽视。

2市场需求预测和建设规模

随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对身体健康的关注越来越重视。由于欧盟从1997年1月起禁止使用动物SOD，发酵法提取SOD酶就成为新的课题，而这个项目必然呈现美好的前景。SOD是具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抗辐射、抑制肿瘤和癌症等预防和治疗多种疾病的药理功能，尤其是对心脑血管疾病、高血压、糖尿病等具有独特的效果。SOD作为药物辅酶制剂，具有广阔的医用价值及临床应用前景。SOD因对癌症、艾滋病和其他疑难杂症的预防和治疗有较好的效果，在欧美等许多国家备受青睐。SOD还是美容化妆品和食品最好的添加剂。SOD还广泛应用于军工医学、保健食品和农业生产等领域，并取得一系列成效和成果，具有广泛的发展前景。

据相关资料介绍，西方经济发达国家，每年SOD的需求量已达150万亿单位，其中日本、东南亚等国SOD干粉需求量缺口达1.8万亿单位。今年来，国际市场对SOD需求量每年以15%左右的速度增长。

在我国，2005年的SOD年产量在547—790公斤之间，有关专家预测，中国SOD的年产量以10%左右的速度增长，而中国SOD市场的需求每年 以13%的速度增长，潜在缺口很大。

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攀枝花学院课程设计 原材料、燃料及资源情况

3原材料、燃料及资源情况

攀枝花邻近云南，距离昆明市较近，依靠成昆铁路可以保证原料的快捷运送，发酵法制备SOD，所需酵母从昆明到达攀枝花只需要4小时左右，是理想的生产基地。

攀枝花市水资源十分丰富，不仅拥有过境金沙江和雅砻江两大水系以及过境支流安宁河、惠民河、新庄河，而且市境内还有流域面积50平方公里的1级支流50条，5—50平方公里的一级支流45条。全市径流总量达1144.21亿立方米，自产水资源量42.18亿立方米，占径流总量的3.69%。人平拥有水资源量4349.35立方米，平均每亩耕地拥有水资源量9002.86立方米。过境水量1102.03亿立方米，占径流总量的96.31%。攀枝花市水能资源，理论蕴藏量达492.9万千瓦。全市可开发量占理论蕴藏量的83.2%，可开发量达到410.1万千瓦，年发电量可达271.5亿千瓦时；每平方公里占有年均发电量365.19万千瓦时，为中国的17.7倍，四川省的4.0倍，攀西地区的1.27倍。攀枝花地区水能资源分布集中，主要分布在过境的金沙江、雅砻江以及过境支流安宁河、惠民河、新庄河。到2000年底，全市已建成地方小水电站228处，装机266台，容量58749千瓦，年发电量达到了1.44亿千瓦时。

煤炭是攀枝花市主要矿产资源之一,探明产煤地3处、22个井田。1997年底，累计探明煤炭储量6.亿吨，保有储量6.17亿吨。其中烟煤探明储量5.39亿吨，无烟煤探明储量1.25亿吨，是理想的燃料供应地。

4建厂条件和厂址方案

4.1厂址地理自然条件和社会经济现状

4.1.1攀枝花地理自然条件

攀枝花市位于四川西南边陲、雅砻江与金沙江汇合处，是四川一座新兴的钢铁工业城市。1965年为开发攀枝花铁矿资源，着手组建城市，初名为攀枝花特区，后正式建市时定名为渡口市，以后又改名攀枝花市。

攀枝花市西跨横断山脉，东临大凉山山脉，北接大雪山，南抵金沙江。地势西北高，东南低。攀枝花市东部为小相岭－螺髻山－鲁南山系，中部为牦牛山－龙肘山系，西部为锦屏山－柏林山系，山脉走向近于南北。境内最高点为西北部盐边县境内的百灵山穿洞子，海拔4195.5米；最低点是东南部仁和区平地镇的

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攀枝花学院课程设计 建厂条件和厂址方案

师庄，海拔937米。城市区海拔在1000～1200米之间， 主要农业区海拔在1000～1800米之间。金沙江、雅砻江、安宁河、大河、三源河及其支流深嵌在山地之间，形成雄伟的川西南峡谷区。攀枝花市地貌类型复杂多样，可分为平坝、台地、高丘陵、低中山、中山和山原6类，以低中山和中山为主，占全市幅员面积的88.38%。

4.1.2攀枝花社会经济现状

攀枝花市的工业已形成一个以冶金、能源、原材料工业为主体，建材、采矿、化工、机械、轻纺、食品等34个行业为辅助产业的工业体系，在全国500家最大企业中，攀枝花市占4户；在四川省500强企业中攀枝花占12户，在全市国民经济中占有举足轻重的地位。攀枝花境内有大小河流90余条，金沙江、雅砻江于境内交汇，可开发的水能资源达3324万千瓦，年发电量可达1928亿千瓦时。现有能源部主要为已建成发电的总装机容量330万千瓦的二滩水电站，以及河门口、新庄、攀枝花发电厂以及攀钢、矿务局自备火力发电厂。

攀枝花已与60多个国家和地区建立了合作关系，出口产品主要是钢铁、钒、钛制品、农副产品等；市内举世瞩目的二滩水电站从世界36个国家引进了各类技术人员600余人，施工力量强。成功引进了合资、合作、独资企业33家。

攀枝花海关、商检、卫检及攀枝花车站为二级口岸。涉外机构的设立，报关、检验方便，促进了进出口贸易发展，为攀枝花对外开放创造了良好的氛围。

4.2攀枝花交通概况及发展

攀枝花是四川通往华南、东南亚沿边、沿海口岸的最近点，是四川与云南交界处重要的区域性枢纽城市，具有对内对外的区位优势，成昆铁路贯通全境，境内还有国道108线，省道214、216、310线，市内的各条公路干线通畅便捷，交通条件正在改善，能起降波音737大型客机的机场已在2003年年底通航，西攀高速公路现已开工建设，已经于2007年完工。

攀枝花火车站是攀枝花市对外交流的重要口岸和门户。攀枝花位于成昆线上，可直达成都、重庆、昆明、北京等地。

攀枝花市境内水运航道是两江一河，即金沙江、雅砻江、安宁河，总通航里程为368公里。

4.3厂址选择意见

厂址的选择，重在考虑地理环境和资源情况。考虑到成昆铁路通过攀枝花，在离火车站较近的地方建设厂房比较合适，不仅原料可以很方便运进，而且产品也可以尽最快的速度运入成都或昆明，经成都运往华东地区，经昆明运往广州，

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攀枝花学院课程设计 设计方案

通往国际市场。而且从攀枝花有直通北京的火车，运送到北方等大城市更加方便。 发酵生产所在地，必然需要的燃料等物质可以从攀枝花就近获取，节省运费，由于离二滩水电站比较近，电力情况可以无需考虑。

经对比，攀枝花各个区县地理情况，分析得知，在仁和区建设SOD发酵工厂比较容易实现，这里环境污染较轻，土地平坦，易于修建厂房，离市区较近，离金江火车站一个小时车程，不仅比市区土地便宜，而且也可减少市区的污染。 厂房占地面积可尽量考虑小些，发酵生产以2500m2 以内为佳。

5设计方案

5.1工艺路线的选择

5.1.1工艺路线

发酵法生产SOD的工艺流程如图5—1—1。

斜面种子

种子扩大培养 水、基质、营养物质

发酵罐培养

培养液分离 水解 分离 提纯 干燥 成品

5—1—1 发酵法生产SOD的工艺流程

5.1.2菌种

不同酵母菌SOD的含量不同，应挑选含SOD较多的酵母菌作为菌株进行扩

大培养，现对不同酵母菌的SOD含量及对氧的抗性作出比较，如表5—1—2。

表5—1—2 不同酵母菌的SOD含量及对氧的抗性 菌株 BY2 NY5 3453 RY AY

酶含量（u/g） 773.2 545.7 706.3 568.0 633.1 相对存活率（%） 84.3 43.0 65.6 50.7 ND* 5

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根据上表列出的酵母 SOD含量，选择BY2作为菌株。

5.1.3培养基

蔗糖，6%；玉米浆，2%；（NH4）2SO4，0.4%；CuSO4，50μmol/L；ZnSO4，25μmol/L；PH 7.0，28 0C，20h。

5.1.4主要生产参数

在发酵中，微生物的数量不断增加，发酵营养物质不断减小，发酵产物增加，这些环境因素的变化，影响正常发酵的进行。通过对发酵条件的检测与，维持特定的发酵环境条件，可以保证正常生产的正常进行。

发酵过程要控制的参数包括状态参数和间接参数。状态参数可通过传感器等测量仪器直接测得，又包括物理参数（表5—1—3）和化学参数（表5—1—4），如PH、溶氧、溶解二氧化碳、黏度、菌体浓度等。

表5—1—3 发酵过程中微生物需要检测的物理参数

参数名称 温度 罐压 空气流量 各种物质的添加速度 搅拌转速 搅拌功率 装流量 泡沫 黏度 密度 浊度

单位 0检测方法 温度计、传感器 压力计、传感器 流量计、传感器 流量计、传感器 传感器 传感器 压力计、传感器 传感器 黏度计 密度计、传感器 光度计、传感器 3C、K Pa、KPa、MPa L/(L.min)、m/min Kg/h、m3/h r/min kW、kW/m3 M3、L —— Pa.s Kg/ m3、g/ml 透光度% 6

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表5—1—4 化学参数测试情况

参数名称 细胞浓度 细胞中主要物质含量 溶氧浓度 排气中氧氧浓度 溶解二氧化碳 排气中二氧化碳 H浓度 氧化还原电位 各种营养物质浓度 中间体浓度 各种代谢产物浓度

+单位 g/L mg/g mg/L %,mol/m3 % %,mol/m3 PH mv g/L,mg/L g/L g/L 测试情况 取样分析 取样分析 传感器 热磁氧分析仪、传感器 传感器 红外线吸收仪、传感器 PH计、传感器 传感器 取样分析 取样分析 取样分析 间接参数是指那些不能直接测得，需要根据基本参数通过计算求得的参数，如摄取量（OUR）、二氧化碳释放速率（CRR），体积溶氧系数KLa，呼吸熵（RQ）等。

表5—1—5 发酵过程中的综合参数及计算公式 参数名称 体积溶氧系数 耗氧速率 溶氧速率 呼吸强度 呼吸熵 生长得率 产物得率 氧得率系数 底物消耗速率 生长速率 比生长速率 生长速度 细胞浓度

单位 1/h g/(h.L) g/(h.L) go2/(gcell.h) molCO2/ molO2 g/g g/g g/g,g/ molO2 g/(h.L) g/(h.L) 1/h g/(h.L) g/L 有关计算公式 KLa=r/(c*-c)=Na/(c*-c) R=Qo2 x Na= KLa(c*-c) Qo2 =r/x RQ=CER/OUR YX/S=Δx/(-Δs) Yp/s=Δp/(-Δs) Yx/o=(dx/dt)/r -ds/dt=(dx/dt)/ YX/S (dx/dt)=μx μ=(dx/dt)/x dp/dt=(-ds/dt) Yp/s x=x0+(s0-s) YX/S

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5.1.5提纯SOD的最新研究

甲苯破壁提纯酵母菌中的SOD，此法提纯SOD的含量分别为氯仿—乙醇法、酶裂解法和细胞自溶法的1.29、1.08.2.01倍。

根据冯清平教授研究的提纯SOD的方法，应用于实际生产中，将大大提高SOD的提纯效率，有效地将资源利用，明显地在降低成本的前提下增加经济效益。

具体提纯方法：每克酵母加入0.8mol甲苯，35 0C破壁45min，以磷酸缓冲液（PH7.8，含0.1m mol/L EDTA）提取5 h，4000 r/min离心5 min，分离出水相，10000 r/min离心15 min，收集上清液，此即为SOD粗提液。

表5—1—5 碳源对BY2菌株生物量和酶含量的影响 碳源 乳酸钠 葡萄糖 蔗糖 琥珀酸钠 松三糖 熊果苷 淀粉 蜜二糖 麦芽糖 松三糖+0.2%蔗糖 琥珀酸钠+0.2%蔗糖 菌体湿重 0.38 1.33 1.60 0.65 0.97 1.01 0.80 0. 1.31 1.02 1.08 酶含量 532.0 555.5 678.7 821.1 841.5 687.0 766.8 750.5 713.3 1085.2 785.3

5.1.6 SOD的质量检测指标

提纯后的SOD，要经过质量检测后才能投入市场销售，对SOD的质量检测可

以通过一下几个方面。从外观看，SOD的颜色呈浅绿色，为粉状，干燥失重小于5%，并且要减小杂菌的个数，以每克SOD含杂菌100个以下为佳，酶活力应大于3000 u/mg蛋白质，致病菌为阴性。

5.2生产设备

SOD发酵需要的设备预计高达30万元，主要设备的价格如表5—2—1。

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攀枝花学院课程设计 环保及其他问题

表5—2—1 SOD发酵需要的设备及估计价格

主要设备 种子罐及辅助装备 机械搅拌通风发酵罐及其辅助设备 压滤机 真空浓缩设备 干燥机及其辅助装备 CIP清洗设备 分离设备 其他辅助装备 总计

价格（元） 4500 60000 18750 56000 50000 2000 60000 45750 300000 6环保及其他问题

6.1环境情况

攀枝花污染比较严重，曾位居全国十大污染城市之一，在为国家增加财政，为自己增加财富的时候，应该想到污染的严重性。污染对环境的影响，需要经过几年、几十年、甚至上百年的时间才能恢复，和短时间财富的积累相比，这样的损失就实在太大了，我们应该想到污染对自己及子孙的影响，想到污染后的环境对生命的扼杀。

SOD酶的发酵生产，主要是种子罐、发酵罐等设备的清洗所耗费的水的处理，发酵后的物质经提纯后，从上清液中除去的废水，还有在精制中留下的废水，这些废水在工业中需要用处理微生物废水的方法，达到国家排放水标准。为了减少污水，工厂的建设及运行时，应该在以下几个方面着重注意：引进先进的生产工艺；提高SOD产品收率；加强物料回收，加强综合利用；提高循环冷却水利用率。

图6—1 SOD发酵主要废水

前期制备 种子罐 发酵 提取 精制 包装入库 ┆ ┊ ┊ ┊

种子罐冲洗水 发酵罐冲洗水 提取后的上清液 精制废水

6.2主体工程和配套工程投资估算及利润估算

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攀枝花学院课程设计 结论

发酵所需设备、 建设工厂等属于固定资产投资，主要包括以下几个方面：设备费、土地费、土建费、设备运输费、安装调试费、建筑期利息及不可预见费，共计约51.63万元。

按照工厂的规模确定资金的来源，向银行贷款是比较好的办法。根据每克SOD120元计算，年产5吨SOD，向市场回收资金6亿元。按照年利率7.2%计算，向银行贷款51.63万元，一年后88.万元。除去工人工资（工人3人，每人每月工资1500元，一年工资54000元），电费（预测为40000元），每年可以得利润4亿左右。

表6—2—1 固定资产概算构成 金额：万元

序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 费用名称 设备费 征地费 设备运杂费 安装调试费 土地占用费 电力增容费 建设期利息 不可预见费 合 计 金额 30 5.2 0.3 0.3 2 6.75 4.68 2.2 51.63 说 明 征地5亩，5万元/亩 土建900m2 ，300元/m2 备费的3% 设备费的3% 每1KVA增容费及用电权费为1350元 贷（借）款65万元，年利率按7.2%测算 1～6项的5%

7结论

发酵法生产SOD酶具有良好的市场开发价值，比从动物血液中提取更划算，成本更底，污染也更低，技术比较成熟，对资源的利用率更高。由于市场对SOD的需求大于企业的供给，其经济效益不言而喻。为此，该项目具有非常大的可行性。

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攀枝花学院课程设计 参考文献

参考文献

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