年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计1

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 6经济计算........................................................................................................................................ 8 7致谢 ............................................................................................................................................. 13 8参考文献...................................................................................................................................... 14

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

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(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范围：5.0—8.0，最适温度范围：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,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；菠萝蛋白酶将肉类蛋白质的大分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，而国内生产量不足 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

湛江经济技术开发区（简称湛江开发区）是1984年11月29日经国务院批准成立的全国首批14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，是湛江市未来发展的中心区域。湛江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

2

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

特的区位优势使湛江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。

湛江开发区地势较平坦，开发区成立以来，不断开展大规模基础设施建设。开发区内交通、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，与东西走向的乐山大、龙潮路及新建的绿华路等大型骨干道路纵横交错，构成四通八达的交通网络；区内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；区内现有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门微波程控电话联通世界各地。

湛江开发区建立了精简、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，为国内外客商创造了一流的投资环境。湛江开发区坚持“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

湛江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；国家还赋予国家级湛江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，基本要求是原料、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，最后厂址选择湛江经济技术开发区。综合看来，在湛江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

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

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。国内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%

4

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

型号规过滤面滤材尺滤膜孔过滤压水流量电机功外型尺寸格 积(m2) 寸(mm) 径(um) 力(Mpa) (t/h) 率(kW) (mm) 1000×600ZH-400 2.000 Φ400 0.8 0.15 9.0 1.5 ×1000 5.6超滤设备 根据生产工艺，需要100k超滤膜和10k超滤膜的超滤设备各一套。 每天需要处理原果汁41.667t，每天处理14小时，每小时约需处理2.98m3。根据计算，选择2套超滤设备。主要参数见表5.6

表5.6 超滤设备主要参数 进口流速： 35t/h 出口流速： 30t/h 反冲洗压力： ＜0.1MPa 反冲洗流量： 200L/m2/hr 反冲洗时间： 15~60min 发冲洗频率： 30~60sec 管道大小： DN100 电源功率： 3.0kw×2=6kw 外形尺寸（mm）： 1800×3500×1500 套数： 2套 使用条件：

储液罐液位自动开启、关闭系统。

备全过程自动控制，为防止膜污染堵塞，设自动反洗装置。 使用状态：错流过滤或全量过滤，反向冲洗与快速冲洗，有过流、过载保护。 化学冲洗：随膜材质及膜污染情况而定。

灭菌处理：NaClO冲洗每周一次至每月一次。 特点：可以显著提高冲洗强度，有利于膜的再生。

5.7管式离心机

管式离心机：物料由底部进料口泵入转鼓内，在强大的离心力作用下，迫使料液进行分层运动。

经过100K超滤膜（浓缩2倍）和10K超滤膜（浓缩5倍）的浓缩过滤，浓缩液量为41.667/10=4.17m3。由于每天需处理的量少，算上停机卸渣时间，所以管式离心机每天工作6小时，根据计算选择1台管式离心机。主要参数见表5.7

表5.7 管式离心机主要参数 型号： GQ145 分离筒内径：(mm) 145 分离筒转速：(r/min) 14000 分离筒容积：(l) 11 电机功率：(kw) 3 通水能力：(t/h) 2 电源：(v) AC380 重量：(kg) 600 外形尺寸：(mm) 760×640×1610 5.8搅拌罐

根据工艺流程，所选的搅拌罐为不锈钢罐且带有搅拌器、冷却水管和保温层。 为了连续操作，1#，3#罐共同分装下每班（两班）生产的原果汁量：41.667/2=20.83m3，按填充系数0.8算，每个罐的体积为20.83/0.8/2=13m3，而2#罐装来自1#，3#罐的液体，即2#罐大小确定为26 m3。

10

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

4#罐装每班经100k超滤膜浓缩2倍后的浓缩果汁，每班浓缩果汁量为20.83/2=10.41m3，按填充系数0.8算，体积为10.41/0.8=13m3。

5#罐是装经过2次浓缩，即每班浓缩10倍后的果汁体积为20.83÷80%÷10=3m3

5.9层析罐

每天每班经过超滤膜浓缩后获得的浓缩菠萝汁量为20.83÷80%÷10=2.6m3。层析罐的装液量系数为0.8，则要求层析罐的体积为2.6/0.8=3.25m3,取层析罐

2

的体积为5m3,设计层析罐的高度与直径的比例为2，则由V=3.14（D/2）H=5m3 ，可得D=1.47m;H=2.94m

根据工艺流程，所选的层析罐都带有搅拌器、冷却水管和保温层。为保证连续生产，需选择3个层析罐。

6经济核算

6.1年产值

经市场调查可知：菠萝蛋白酶的市场价约为 800元（人民币）/千克。 故：每年总产值为：10000×800=8000000元。 6.2固定投资 6.2.1设备费用 设备 单价（元） 数量 合计 锤式破碎机 7200 1 7200 双螺旋压榨机 30000 1 30000 袋式过滤机 2000 1 2000 卧式过滤机 9600 1 9600 板框过滤机 18000 1 18000 超滤设备 30000 2 60000 管式离心机 58000 1 58000 浓浆泵 1700 2 3400 离心泵 1000 15 15000 真空干燥机 12000 1 12000 注：1#、2#、3#罐7万/个；4#、5#罐、层析罐 8万/个。 设备费用合计：7200+30000+2000+9600+18000+60000+58000+3400+15000+12000 +210000+80000×5=1225200元。 6.2.2厂房投资

6.3原料成本及运费

1.每天需要菠萝渣量为83.333t，每车运10t，每天需要运9车，每车运费100元，则每年需要付运费为：9×100×300=270000元。

2.苯甲酸钠年用量6.25t，单价10000元/t。 则苯甲酸钠每年成本为：6.25×10000=62500元。

3.EDTA-2Na年用量6.25t，单价15000元/t。 则EDTA-2Na每年成本为：6.25×15000=93750元。

4.硫酸铵年用量220t，单价3250元/t。 则硫酸铵每年成本为：220×3250=715000元。

原料合计：270000+62500+93750+715000=1141250元。

11

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

6.4电费

经计算，主要设备每小时耗电为：11+11+1.1+2.2+1.5+6+3+15×1.1=52.3kw，每天耗电52.3kw×14h=732.2kw?h，其他设备以及照明等耗电每天合计估计在300kw?h左右。则每天所需耗电量为732.2+300=1032.2kw?h/天 所以本厂生产菠萝蛋白酶期间（300天）用电量总计为：1032.2×300=309660 kw?h。工业用电按平均每kw?h0.56元计算，故总电费约为173409.6元。 6.5水费

由于本厂地处湛江市，可利用水源丰富，且工艺要求用水量不大，估计每天总的用水量（含生活用水）大约为130吨，按每吨水2.4元计算，则每年水费为130×2.4×300=93600元。 6.6工人工资

1.车间工人共30×3=90人，工资为1500元/月

2.负责原料挑选和进货的，即采购员4人，工资为1500元/月 3.车间管理人员8人，工资1700元/月 4.财务会计4人，工资2000元/月 5.技术人员4人，工资2200元/月

6.销售人员8人，工资1500元/月（另加提成） 7.检验人员4人，工资1500元/月 8.清洁工人5人，工资为1300元/月 9.司机5人，工资为1800元/月 10.保安6人，工资为1300元/月 11.仓库管理员6人，工资为1500元/月

12.水电气配送机修人员4人，工资为1800元/月 13.后勤6人，工资为1200元/月

14.中层管理人员10人，工资为2500元/月 15.上层管理人员4人，工资为4000元/月

工资合计：每月支付工人工资为187100元，一年按7个月计算，则每年支付工人工资为187100×7=1309700元。 6.7其他费用

1.上缴国家的税收为8000000×20%=1600000元 2.员工福利、劳保、五金等：50万元/年 3.电话费用：5000元/月，则3.5万元/年

4.用于购置各种设备、工具、器具、用具等的费用：50万元/年 5.差旅费：8000元/月，则5.6万元/年 6.产品运费：20万元/年

合计：1600000+500000+35000+500000+56000+200000=2891000元。 6.8毛利核算

毛利=产值-设备成本-原料成本-水电费-工资-其它费用

12

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

=8000000-1225200-1141250-173409.6-93600-1309700-2891000 =2475540.4元

结 论

本课题通过对年产10吨菠萝蛋白酶工厂的设计与工艺论证，确定了最经济、实用、合理的设计方案，本设计主要有以下特点：

1、基于实际厂区的平面设计和在具体的实习中以及在查阅了有关资料的基础上提出的，具有推广价值；和实际生产紧密结合能够直接应用在生产实践中。

2、在生产工艺和设备的选型上符合食品卫生安全要求，工艺设计先进、布局合理、生产自动化程度高。

3、考虑到节能环保和卫生的要求，针对具体的生产环节进行了仔细分析和设计，采用CIP系统有效保证了设备及管道的卫生。

4、根据项目的经济分析,该项目经济效益良好，每年可实现利润250万元。 由此可以看出本课题在经济上合理、技术上先进、工艺上成熟、生产上可行。能够带动周围相关企业的发展，为农村闲置劳动力提供了就业机会，对当地的经济发展起到一定的推动作用。

结合以上及图纸核对，认为本课题可行。

致 谢

本设计是在阳元娥老师的悉心指导下完成的。在论文的查阅文献资料、设计绘图及设计的撰写等方面都得到了老师的悉心指导。阳老师严谨的科研态度、渊博的专业知识和崇高的敬业精神都将使我终身受益。在此对阳老师的细心指导和无私帮助致以最诚挚的谢意！

与此同时，还要感谢在设计的过程中同我一起合作做的各位同学，谢谢他们协作与帮助。

13

年产10吨菠萝蛋白酶提取工厂初步设计

参 考 文 献

[1]http://baike.http://www.njliaohua.com//view/354312.htm

[2]李乃成.菠萝蛋白酶.山东 济南.食品与药品 Food and Drug.2007年第９卷第０1Ａ期

[3]王晓敏 ,刘智均.Ca2+对菠萝蛋白酶热稳定性和二级结构的影响. [4]章佩芬,郭勇.菠萝蛋白酶的保存稳定性研究.Pharmaceutical Biotechnology.2002,9(3):163~164

[5]吴茂玉.菠萝蛋白酶的研究及应用进展.2008,08

[6]王燕赵力超.菠萝蛋白酶工业化提取工艺的改良及酶学性质研究.广州.食品工业科技.2001

[7]郑隋,昆新.菠萝蛋白酶提取的初步研究.吉林.2005 [8]曾家齐.菠萝的综合利用一一菠萝蛋白酶的提取.

[9]林韶湘,黄卓烈.菠萝各器官蛋白酶的提取与保活.植物资源与环境.1994,3(2) 22一26

[10]黄立男,庄桂东.菠萝中蛋白酶的提取研究.《食品研究与开发 》2004年 4月第25卷第1期

[11]曾霖霖黄惠华.不同金属离子对菠萝蛋白酶活性及热稳定性的影响. 《食品工业》.2009 年第 5 期

[12]田国贺,郭佳宓.聚乙二醇对菠萝蛋白酶的化学修饰.2006,2.第 16 卷第 1 期 :35

[13]李兴.某些因素对菠萝中菠萝蛋白酶热稳定性的影响.药物生物技术.2001,8(6):339--41

[14]王平诸,孙君社,刘天正.提取菠萝蛋白酶工艺.食品添加剂.2010

[15]胡莉娟.提取菠萝蛋白酶工艺的研究.陕西林业科技.2009 , ( 3) :20～21 ,25

[16]张桂香,王元秀.盐法提取菠萝蛋白酶的研究.食品添加剂.2004

[17]程安玮,王文亮.影响菠萝蛋白酶活力因素的研究进展.中国食品与营养.2009,10

[18]Lee DH,Jin BH,Hwang Yi.Encapsulation of bromelain in liposome.Joumal of food science and nutrition.2000,5(2):81--85

[19]邓楚津李秀娟.酶法分离菠萝皮汁工艺研究.食品工业科技--工艺技术2007(11)

[20]欧英杰.菠萝蛋白酶酶活力影响因素及测定酶活力方法的研究进展.广东化工. 2010年第５期.第37卷总第205期

14

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lrg6.html