年产10吨虾青素生产项目可行性研究报告 (2).doc

安徽工程大学生物化学工程学院第一部分：项目可行性研究报告年产10吨虾青素生产项目可行性研究报告1、总论1.1 项目概要名 称：年产10吨虾青素生产项目开发。开发内容：虾青素工业化生产工艺技术及配套生产设备装置。设计生产规模：年产10吨虾青素。总投资额：6500万元（人民币）；其中：固定资产4500万元； 流动资金2000万元；主要经济指标：年新增销售收入：1.5亿元（人民币） 年创利润：3216万元（人民币） 年创税金：879万元（人民币） 投资利润率：49.8% 投资利税率：29.4% 贷款偿还期：5.5年 投资回收期：5.35年建设期：18个月项目主办单位：陕西森弗生物技术有限公司项目合作单位：安徽工程大学生物化学工程学院项目建设地点：安徽省芜湖市湾里镇境内芜湖经济技术开发区内。1.2 项目提出的背景1.2.1 虾青素的推出导致抗氧化剂市场的革命，有人甚至说：21世纪将是抗氧化剂的世纪。天然藻源的虾青素及其提取物在欧美、日本、东南亚等发达国家已经得到广泛应用，中国知道虾青素的人还很少，中国目前还只是科学界和时尚美容界少数人事知晓。哈佛研究人员preston mason称，astaxanthin（虾青素）这种天然类胡萝卜素成份极具潜力成为新型（抗氧化/消炎制剂），并且有望在他汀类和抗血小板药之后掀起第三次预防性药物的浪潮。同时虾青素在人类日常生活中有着广泛的应用，例如：第一，在化妆品领域应用：由于其强大的抗氧化性，全球差不多一线的化妆品品牌均添加了天然虾青素作为其超强抗氧化剂的成分，包括雅诗兰黛、欧莱雅的dermae，尤其是日本的品牌高丝（kose）、芳凯（fancl)、juju、fuji，dhc以及曼秀雷登等推出了专门的虾青素系列保湿霜、抗皱眼霜、面膜、口红等。只要看到那些红色或橙色的宣称抗氧化的，且售价数百上千元的化妆品都是加的虾青素这一类物质。第二，在保健食品领域的应用：全球的保健品企业也推出了大约200多款虾青素软、硬胶囊、口服液的保健食品。尤其是在日本这个寿命最长的国家最为受到欢迎，近3年来虾青素成为日本最火爆的健康食品。东南亚包括台湾、新加坡深受其影响，我国也有一些企业相继跟进。虾青素的保健功能主要有以下几种：a:眼和中枢神经系统的保护作用 人类视网膜和中枢神经系统（脑）富含不饱和脂肪酸，因此，氧化产生的自由基很容易使其发生过氧化损伤。有研究表明，虾青素很容易通过血脑屏障和细胞膜，能有效地防止视网膜的氧化和感光细胞的损伤，以及对中枢神经系统尤其是对大脑起到保护作用，从而有效治疗缺血-再灌注损伤、脊髓损伤、帕金森综合征、alzheimer综合征等中枢神经系统损伤。尤其是视网膜黄斑变性效果较叶黄素更加显著。美国cadax公司已经把虾青素作为一种脑梗塞后防止再次梗塞的药物，据报道2010年已经进入临床试验阶段。最大的好处是不会象抗血小板药导致凝血功能障碍。 b:防紫外线辐射 众所周知，紫外线辐射是导致表皮光老化和皮肤癌的重要原因。研究表明，虾青素对谷氨酰胺转胺酶(transglutaminase)具有特殊作用，能够在皮肤受光照时消耗腐胺，口服虾青素对腐胺积累的抑制作用比口服维生素a更强。因此，虾青素的强抗氧化性可能使它成为潜在的光保护剂，有效清除引起皮肤老化的自由基，保护细胞膜和线粒体膜免受氧化损伤，用于阻止皮肤光老化。 c:预防心血管疾病 动脉硬化及相关心血管疾病的临床研究表明，低密度脂蛋白(ldl)的氧化是导致动脉硬化的重要原因。人体中ldl浓度越高，加之血小板沉积使血管变细阻碍血流速度，人体患动脉硬化的风险就越大。而血液中高密度脂蛋白(hdl)则有相反的作用，它可以阻止动脉硬化的发生。在人体血液中，虾青素由极低密度脂蛋白(vldl)、ldl和hdl携带。体外和临床试验证明每人口服36mgd虾青素，连续2周，能预防ldl的氧化。另外，有动物研究表明，虾青素在体内具有显著升高hdl和降ldl的功效，其中hdl可由原来的49736mgdl增加至66551mgdl，因此推测虾青素能减轻载脂蛋白的氧化，可用来预防动脉硬化、冠心病和缺血性脑损伤。不同于一般降低ldl的药物，每天服用1.8、3.6、14.4和21.6mg虾青素连续2周后，ldl氧化的时间分别被延长了5.0、26.2 、42.3和30.7 ；从而可预防动脉粥样硬化的发生。d:增强免疫力 虾青素能显著影响动物的免疫功能，在有抗原存在时，能明显促进脾细胞产生抗体的能力，增强t细胞的作用，刺激体内免疫球蛋白的产生。虾青素还能够部分恢复年老小鼠的体液免疫系统，其中可使小鼠体内的igm、iga和igg分别都增加至10moll，表明在抗原入侵初期，它能增强特异性体液免疫反应。另外，虾青素还可以增强小鼠释放白细胞介素-i和肿瘤坏死因子的能力，其作用比-胡萝卜素和角黄素强得多。由此认为，虾青素有很强的诱导细胞分裂的活性，具有重要的免疫调节作用。同时虾青素还具有：缓解运动疲劳，增强机体能量代谢、抗炎抗感染特性、抑制肿瘤、抑制糖尿病肾病等种种保健功能。1.2.2 我国是虾青素原料资源大国，目前多以出口原料和初级产品为主，尚未把资源优势转变为产品优势、技术优势。市场调查表明，利用高科技成果从原料中提取高纯度虾青素可是原料增值近百倍，这为我国虾青素原料加工产业化发展提供了有利条件。1.2.3 红法夫酵母是唯一天然可产虾青素的酵母, 其反式虾青素已于2000 年获得fda 批准用于食品添加剂。它是真菌界、真菌门、半知菌亚门、隐球酵母科、红法夫酵母属的唯一种。作为虾青素的生产菌，红法夫酵母具有许多优势：可利用多种糖进行快速异养代谢培养时间短, 不需光照及可以实现高密度培养等。但野生型红法夫酵母( dcw) 的虾青素含量低（300 450 ug/g) , 发酵成本高, 无法与化学合成竞争。目前, 只有少数几个公司通过选育高产菌株, 实现利用了虾青素的商业化生产, 如美国的红星公司, igene 生物有限公司等, 其中igene 公司产品数据显示, 其酵母( dcw) 干品的虾青素含量可达8 000 mg/kg。但多数菌种的产量仍较低, 因此, 目前的研究主要集中在高产菌株的筛选和培养条件的优化等方面。由于红法夫酵母的遗传背景并不清楚, 虾青素的合成路径也很复杂。因此, 目前多采用传统的诱变和原生质体融合等方法育种。近几年, 随着虾青素合成路径的阐明和相关酶基因的克隆, 应用重组dna 技术构建高产虾青素基因工程菌的研究已经展开。1.2.4 红法夫酵母虾青素的含量低、发酵温度低是制约其工业生产的主要因素。而原生质体融合可以发在种内、种间、甚至亲缘很远的两个物种之间, 可以扩大融合频率和幅度,国内目前多采用1-2 g/l 的蜗牛酶破壁。红法夫酵母种间原生质体融合最早出现在1992年,chun等人利用诱变得到的营养缺陷型菌株作为亲本进行原生质体融合,得到三株高产融合子的类胡萝卜素的含量从亲本的1 600 ug/g,提高到2 300 ug/g, 杂种均为单核,而且性状稳定( 回复突变率 2.110- 9)，santopictro等人实现了红法夫酵母与罗伦隐球酵母、酿酒酵母的原生质体融合, 证明杂担子菌之间可以融合, 而且杂担子菌与子囊菌之间也可以融合, 但是筛选在30下可产虾青素菌株的实验未获得成功。国内最关于红法夫酵母原生质体融合方面的报道出现在1999 年。中国农科院的曲秋皓等人利用蜗牛酶处理对数生长早期的细胞, 将不同氨基酸营养缺陷型的细胞进行融合。但是红法夫酵母营养缺陷型的制备困难、种类少, 因此采用抗药性作为融合标记的报道比较多。华南理工大学的李杰伟等人将不同抗性标记的菌株进行原生质体融合, 通过双抗平板筛选得到的合子类胡萝卜素的含量较出发菌株提高97.4%。田小群将红法夫酵母与酿酒酵母融合得到的融合子最适生长温度提高到25。1.2.5 陕西森弗生物技术有限公司是在技术与管理上互补的高新技术企业，公司是全球健康产业的原料生产商和供应商。公司专业为功能性食品、营养补充剂、保健用品、化妆品、药品及饲料行业提供优质稳定、安全可靠的活性物质。森弗研发中心、分析检测中心位于西安高新区创业研发园瞪羚谷国家级生物医药孵化基地。公司依靠自主培养和引进国内外高科技人才，与多所科研院校紧密合作，已形成提取分离、合成、发酵、药学、功能性食品化学、营养学、生物学、工程学和管理学等领域多学科、全方位、高层次的技术、管理精英团队。公司拥有完善的提取、分离、合成、发酵设备和技术，具有丰富的生产经验和严格的质量控制体系，并建起了完善的销售服务体系。1.3 可行性研究的依据和范围1.3.1 报告编制的依据1） 芜湖市国民经济和社会发展“十一五”计划和2010年远景目标；2） 安徽省委、省政府关于实施科技产业化战略的决定；3） 安徽省科技建设第二次创业实施计划；4） 国家科委“星火计划” “十一五”发展纲要；5） 国家计委“八五”公关课题；6） 国家财政部工业企业财政制度；7） 国家计委、建设部建设项目经济价格方法与参数；8） 其他有关数据资料1.3.2 研究范围1) 虾青素的产品市场，原辅材料燃料动力供应，项目建设条件，外部环境和国家有关政策。2）工艺技术设备装置的先进性、实用性、经济性。3）红发夫酵母发酵工业化开发的意义和必要性。4）项目的社会效益和经济效益。1.4 项目承办单位概况 陕西森弗生物技术有限公司是一家生物高新技术企业。公司位于西安高新产业开发区，主要从事各类天然植物提取物、化工中间体、化学合成原料的研发、生产、销售。公司致力于人类健康保护事业，“集天然资源创造高端精品，以领先质量满足顾客需要”公司高端技术研究开发部、市场销售中心位于西安高新开发区。公司人力资源雄厚，拥有10余位各类、各层次专业人才组成的研发团队，其中拥有1位博士，4名硕士。生产线上具有一批技能型专门人才，并定期进行岗位培训，竞争上岗，现已形成多学科、全方位、高层次的技术、管理精英团队，具备强大的核心竞争力。森弗公司的名称sciphar即为“科学医药”。公司分别与中国中医药研究院中药所、中国医学科学院药物研究所、西北大学、陕西师范大学、西北农林科技大学、上海应用技术学院、建立了互动式的合作关系、联合开发、资源共享的运作模式，并取得骄人成绩。森弗人坚信质量是企业的生命，公司整个生产流程从进料-加工-检验-出厂-售后服务等各环节都严格按照iso9001：2000质量管理体系进行。 目前公司产品远销美国、日本、欧洲和东南亚等国家和地区。其中产品主要有： 虾青素、s-腺苷蛋氨酸、辅酶q10、番茄红素、b-胡萝卜素等。公司的目标是，将森弗生物做成全球专业可靠医药原料、化工中间体、食品补充剂和添加剂，化装品原料的供应商，“可靠的质量，优质的服务”是我们对每个客户的承诺，创建全球一流的健康品产业企业，让世界上每个国家的人，都尽可能享受到森弗人对其的健康关爱。1.5 项目技术合作单位概况安徽工程大学生物化学工程学院是安徽省生物化学工程技术研究的权威机构之一，技术力量雄厚，开发能力强，拥有一个“安徽省发酵重点实验室”；经过不断地努力在利用微生物发酵产品的技术已经能够很好的应用到实际工业生产上去；安徽工程大学生化工程学院是本项目的技术依托单位，其主要承担解决利用红发夫酵母发酵得到虾青素工业化生产的工艺装置、设备的设计、安装、制定生产工艺、产品标准，解决工业化生产和新产品开发的全部技术问题，在本项目的实施过程中派遣五名高级专家就地指导。1.6 可行性研究的内容和结论1.6.1可行性研究的内容1）本项目产品为虾青素，生产规模为年产虾青素10吨。2）主要工艺技术为红法夫酵母在特定的装置内，用发酵的方法发酵结束后经提纯分离制成高纯度虾青素产品，工艺技术来源是通过产、学、研合作开发方式利用具有国际先进水平的高新研究成果专利进行工业化生产模拟放大实验。3）生产原料自供、辅助材料市场易购，燃料动力公用设施，水、电、汽制冷可以保证。4）新征土地60亩，新增土建面积5500，新增生产试验装置、设备89台套。5）建立技术中心进行红发夫酵母、原材料等多种生物活性物质分离提取科研实验，购置科研试验检测设备，提高科研开发水品。6）工程总投资6500万元。7）资金来源：银行贷款4200万元；自筹2300万元。8）建设进展：计划从2010年12月2012年6月完成，建设期18月，计划2012年为试产年，2013年为达产年。1.6.2 结论1）利用高科技手段对红法夫酵母发酵过程及菌种进行产业化开发，生产出国内外市场紧缺产品，把我国的资源优势转化为产品优势，技术优势，带动相关产业的发展，推进我国科技的产业化进程，社会效益、经济效益十分显著。2）项目技术水品国际领先，来源于长期研究试验且已通过国家部级鉴定，先进可靠，技术依托合作单位实力雄厚国内权威，产、学、研结合的合作开发方式有利于高新技术科研成果的产业化转化、项目的生产工艺技术、设备装置，根据实验模拟放大、先进可靠，配套设施完善，可以满足本项目工业化试验的需要。3）本项目实施条件好，项目承担主体是具有相当经济实力的法人单位共同出资依法组建的实业公司，项目建设地区位优越，有发展余地。本项目紧扣国家产业政策和技术政策，省、市政府大力扶持外部环境基础，及开发条件良好。上述可见本项目的实施是可行的。1.7 问题与建议1）项目工程设计方案和工艺技术设计应充分考虑利用公司现有固定资产以节约投资。2）本项目在国内具有示范性作用，设计实施时均应与其高科技水平相适应。3）菌种和基质的质量直接影响产品的最终质量，应对其进行跟踪、检测控制、确保工业化试验装置的试验和正常生产的需要。项目主要技术经济指标序号指标名称单位数量备注1主要产品虾青素万标准疗程12产量为年产量2新增人员总数其中：生产人员名25加工厂辅助生产工人名42加工厂管理及其他名15加工厂3新增面积m2399964新增建筑面积m255004.1生产面积m224004.2辅助车间面积m231005设备总数台129新增台89原有台406原料消耗万元6.1菌种、基质顿年消耗6.2二氧化碳顿607燃料及动力消耗7.1自来水m360/时年消耗7.2电力kva/月105.67.3蒸汽顿/月3508总产值及劳动生产率8.1工业总产值万元85008.2全员劳动生产率元/人1209009投资费用9.1新增投资万元65009.2利用固定资产净值万元200010总成本万元460011销售收入万元850012新增利税万元12.1正常利税万元180012.2正常税金万元83913财务评价13.1内部收益率%32.113.2投资回收期年5.3513.3投资利税率%29.413.4贷款偿还期年5.52、市场预测和生产规模的确定2.1 市场需求预测天然虾青素不仅具有医疗和营养作用，而且因其无毒、无害、安全性好，所以在食品、饮料、医药、化妆品中需求量不断增加，在国内外市场上十分畅销。2.1.1国际市场国际市场对天然的或是合成的虾青素及其制品需求量很大，在美国高纯度的虾青素价格可以达到3500美元/公斤，且仍在攀升；在其他地区像韩国、日本等虾青素的需求量也在逐年上升，所以虾青素的市场前景非常不错；再加上近年来，人们的自我保健、防衰老意识的不断增强，虾青素及其制品在国际市场缺口越来越大，随着天然虾青素的兴起，世界各国对化学合成虾青素的管理也越来越严，如美国食品与药物管理局(fda)已禁止化学合成的虾青素进入保健食品市场目前，虾青素的生产一般倾向于开发天然虾青素的生物来源，并由此进行大规模生产。目前有能力商业化养殖雨生红球藻生产天然虾青素的只有5个国家的7家公司（日本fuji化学集团、yamaha集团、biogenic公司、美国cyanotech公司、中国荆州市天然虾青素有限公司、印度bioprex公司、以色列algatech公司），其余一些国家和企业大都处于研发阶段，所以，这是一个很好的机遇。2.1.2国内市场随着我国经济高速发展，人们物质生活水平的不断提高，人们更加重视保护自己的健康，由于虾青素及其制品在抗衰老、抗氧化、增强免疫力、抑制肿瘤等方面的医疗保健功效备受国人的喜爱和重视，尤其是用高科技手段加工生产的产品的需求呈快速上升的势头。虾青素及其高科技产品国内外的两个需求量合起来是几十亿美元的大市场，这个市场带动了我国虾青素资源的综合开发利用，本项目正是为抓住这一机遇，开发我国乃至国际上最先进的利用红发夫酵母发酵制得虾青素的工艺流程及方法，这一开发项目的实施将改变我国单纯出口原料或低品位、低附加值产品的局面、填补国内生产高品质虾青素的空白，取代进口、出口国外，占领国内外市场。2.2 产品方案和生产规模2.2.1产品方案1）产品规格：目前尚无统一的虾青素产品标准，主要根据市场需要和客户的要求制定相应生产标准，目前虾青素的发酵产量已经增加至100mg/l。2）产品的分子结构图2.2.2生产设计规模发酵法生产虾青素生产试验装置；年产高纯度虾青素10吨。本项目产品方案与生产规模确定主要依据：1） 发酵法的工艺技术、装置、设备的模拟放大条件。2） 产品的市场逐步进入。3） 原料的供应、储存及产品的储存条件。4） 现有建设开发条件。5） 总投资额度及预期的经济效益。3、物料、资源外协条件的供应和保证3.1 物料资源供应3.1.1 主要原料本项目生产虾青素原料大部分来自中国为自产药用植物，目前森弗已建有红豆杉基地、虎杖基地、苦参基地、葛根基地、青蒿基地等自主原料基地，可保证每年供应充足的优质原料，确保原料质量和数量稳定，同时为一批种植农户创造了财富。目前, 国内外主要利用红发夫酵母生产虾青素。3.1.2 燃料、动力年耗量本项目所需燃料、动力年耗量不大，根据生产工艺要求，结合现有可利用条件进行配套平衡设计，建设以满足需要。生产每公斤虾青素所消耗材料及水、电、气和制冷等，消耗系数如下表所示：名称单位消耗定额备注培养基87kg/kg球形硅胶4-8mm0.5kg/kg低温水10m 正常运行消耗量工艺水500kg/h正常运行消耗量冷却水10m /h正常运行消耗量蒸汽400kg/h正常运行消耗量制冷5100kcal/h正常运行消耗量电100kw/h正常运行消耗量3.2 外协条件本项目工艺技术上依托安徽工程大学生物化学工程学院，双方签有合作协议，对生产工艺技术装备等问题由该院专家就地解决，相关的后续产品的开发延伸，将按需与其进行合作，生产设备机电仪表的修理等除依托自身技术力量外，不足部分依托周边良好的协作条件可以解决。4、厂址选择本项目计划利用新征土地进行设计布置，选择这一厂址方案具有以下有利条件。4.1 区位优越该厂地址位于芜湖经济技术开发区内，基础设施完备，交通便捷，与芜湖朱家桥外贸码头、芜湖机场、铁路、公路客货运站建设中的芜湖长江大桥南桥头堡、铁路华东最大编组站仅相距0.5-10km，原料及产品运输方便。4.2 自然条件适宜芜湖属亚热带季风气候，温暖湿润、雨量充沛、阳光充足，无霜期达240天，年平均气温16左右，年降水量1169.8-1368.7mm，年日照2016.3小时，太阳辐射量117kcal/。厂址及其周边区域地质稳定，建设地质条件较好，地势相对平坦，平均海拔高度8米左右，地基承压力每平方米15吨以上，且土层较厚、肥沃、排水良好，通透性强，自然肥力较高，适合原材料的速生半产。4.3 基础条件较好利用新征土地，进行设计布置节约了总投资，再有就是国家经济技术开发区内城市公用设施道路通讯等十分完备，有利于项目建设。4.4 政策优惠本项目省、市政府及各主管部门大力扶持，可享受高新技术发展产业化、国家经济技术开发区等多项优惠政策。5、工艺技术与设备的选择设计5.1 工艺技术来源本项目工艺技术及装置设备的选择设计，由安徽工程大学生物化学工程学院提供，并负责解决工业化生产试验中的工艺技术问题，双方于2010年12月正式签订合作协议。5.2 工艺技术简述主要利用红发夫酵母等微生物通过发酵的方法代谢产生虾青素，并利用后续的产物分离提纯等方法得到产品；另外也可以通过超临界萃取、化学合成、代谢合成等方法得到产品。5.2.1 天然提取法天然的虾青素常存在于某些动物、藻类及微生物体内,特别是虾、蟹、鱼和鸟类的羽毛。其生产可分为从动物及其副产品中提取, 从藻类中提取和采用酵母培养生产。从水产品废弃物中提取虾青素: 由于水产品废弃物中虾青素含量低, 提取费用高, 而且由于资源限制, 这种方法不适合作为虾青素的大规模来源。但由于目前还没有找到更好的方法, 国外仍然使用这种方法提取虾青素。近年来, 挪威等国采用青贮技术处理水产废弃物,使回收率提高了10%,且纯度大大提高。实践证明,在青贮过程中加入无机酸或有机酸,会破坏虾青素与蛋白质或骨骼部分的结合,从而增加虾青素的释放量。从水产加工废弃物中提取虾青素的主要生产工艺如下: 首先, 在生产虾青素时, 将贮存于双层聚乙烯袋中、在-70保存的废弃物粉碎成膏状物, 再按质量比1:1加入大豆油, 搅拌均匀后, 用铅或铂把容器围起来避光。缓缓加热到90停止,利用低温离心技术(0,11000r/min,10min)收集油溶液,使之分层,则虾青素存在于上层色素液中。然后用分液装置分离、提纯,即得虾青素。此法生产条件要求苛刻, 生产成本高,产量较低,产品纯度不高。因此,目前仅有少数国家应用这种技术生产虾青素。也有人采用二氯甲烷直接萃取法,从虾加工废弃的残虾头、虾壳中提取天然虾青素的工艺,发现其回收率高。也有用超临界co2流体萃取技术从虾壳中提取虾青素的。利用藻类培养生产虾青素：目前报道的产虾青素的藻类主要有雨生红球藻和绿球藻。雨生红球藻是一种主要的虾青素产生菌, 被认为是一种很有虾青素商业生产前景的微藻,目前国外优良的雨生红球藻藻体中虾青素一般约占类胡萝卜素总量的90%以上, 但其自养培养周期长, 需光照和破壁释放虾青素, 因此进行大规模生产比较困难。而绿球藻具有耐高温和极端ph、较快的生长速率、易在户外培养等优点,被认为是一种极有潜力的虾青素大规模生产菌。利用酵母菌生产虾青素: 目前国外对于利用红发夫酵母生产虾青素的研究较多。红发夫酵母具有作为色素生物来源的一些必要的特征: 如不需要光照；能利用多种糖作为碳源进行快速异养代谢；培养时间短；能够在发酵罐中实现高密度培养等。虽然野生型红发夫酵母的虾青素含量还不够高,与工业生产要求还有一定的差距,但由于其生长速度快,发酵周期短,以及色素提取后菌体单细胞蛋白可作为饵料、饲料添加剂等优点而成为目前的研究重点。5.2.2 化学合成法由-胡萝卜素转变为虾青素需加上2个酮基和2个羟基,化学合成比较困难,且产物大多为顺式结构（生物合成及需要的虾青素大多数为反式结构）。到目前为止用化学合成法来工业化生产虾青素的企业只有瑞士hofflnann-in-roche公司,其商品名为carophyll pink, 全反式虾青素含量为5%-10%。因用发酵法生产的虾青素含量较低, 故化学合成的虾青素具有一定的竞争优势。虾青素的合成需经多步化学和生物催化反应才能完成, 其中生物催化的作用是选择确定合成过程中中间体碳原子的立体构型或氧原子的取代位置。化学合成的主要前体物质为( s )-3-乙酸基-4-氧代-紫萝酮。它是由不同的微生物对( r)-萜烯醇醋酸盐的不对称水解。后经萃取、反流分布及重结晶等技术处理所得的产物, 这种前体物质经过反应转化为含15个碳原子的维悌希盐, 最后由2个含15个碳原子的维悌希盐与一个含10个碳原子的双醛发生反应生成虾青素。5.2.3 超临界流体萃取技术该技术具有蒸馏和液体萃取结合的特点，使提取物分离更有效，能达到更高的分离要求且无污染，是目前世界上处于领先地位的最新生物活性物质萃取技术，它是根据流体在超临界状态下的特性，用超临界流体做溶剂，常温下萃取固体或流体原料中的有效物质成分的一种高新技术。选用二氧化碳为萃取剂则具有无臭、无味、不燃、廉价、临界温度低等优良特性，特别适用于不稳定的天然产物和活性物质的分离与精制，与传统的溶剂萃取分离法相比，具有提取物纯度收率高，操作简便，能耗低无污染等显著特点。超临界流体萃取虾青素是一个复杂的过程，其实质是依据溶剂萃取的物理过程。超临界流体的物理化学性质，表现其介于液体和气体之间，具有相当高的溶剂密度和溶解能力，及相对低的粘度，扩散系数，有相当强的渗透到溶质中的能力，这些性质显著提高了溶质传递到临界流体中去的速度，提高溶液的作用能力，流体在不同状态时典型的物理性质见下表。液体状态压力、温度密度g/cm2扩散系数 cm2/s气体p=1atm；t=15-30（0.6-2）10-30.1-0.4液体p=1atm；t=15-300.6-1.6（0.2-2）10-5超临界流体p=pc；t=tcp=4pc；t=tc0.2-0.59.4-0.9（1-3）10-4（3-9）10-4反复试验证明采用无极性的二氧化碳作为溶剂，在超临界条件下提取虾青素，或从其他天然产物中提取类甾醇，生物碱和抗癌药物的方法取代采用大量有机溶剂的萃取技术非常适宜可行。二氧化碳性质见下表。物质名称临界温度（0f）临界压力(mpa)临界密度（g/cm）二氧化碳304.27.380.468由于超临界二氧化碳流体萃取的产物颗粒较均匀，非常细（10-15um），不会产生结晶过程中的产物损失，而且整个装置采用半连续自控操作，溶剂顺序通过萃取剂，萃取不完全的物料总是始终处于首先与新鲜萃取流体相接触的有利位置，因而可以大幅度提高萃取效率和产品纯度。5.2.4 超临界二氧化碳流体萃取技术特点1）类似高密度液体的溶解能力和气体的扩散性，有利于提高有效成分的收率。2）对温度和压力做很小的调整时，可以引起溶解能力的很大差异，有利于提高对溶质萃取的选择性，便于溶质与流体的迅速分离。3）萃取温度一般处于室温条件下，有利于热能性组合的萃取。4）没有有机溶剂，产品纯天然。5）萃取工艺过程简便，易于操作无污染环境。5.2.5 超临界二氧化碳流体萃取工业化试验工艺技术的难点1）对所选物系制定优化试验方案，进行超临界萃取传质的研究，提出最佳萃取剂质量流率，夹带助剂的加入量级其他工艺参数。2）测定传质系数和流体流动性质及物质有关物性数据。3）根据超临界萃取传质和流动性质关系式，关联出萃取器的模拟放大数学模型，编写工程模拟放大计算机程序，提出具体放大倍数和设备放大尺寸。4）提出萃取器模拟放大全套技术文件。上述工艺技术难点均有安徽工程大学生物化学工程学院在研究实验中予以解决，并完成模拟工业化试验的生产工艺技术方案和试验装置设备的技术设计。5.2.6 生产工艺设计基本要求利用发酵法生产虾青素，其工艺过程较复杂且对过程的监测与控制十分必要，所以其生产工艺设计必须满足以下要求：1） 严格按原料来源分批保管和予以处理，根据市场需求和工艺要求控制培养基与菌种的比例和生长环境。2） 根据提取天然物质的种类，确定分段变化或稳定操作条件。3） 以有效和节能为基本点确定压力、温度、ph、溶解氧、溶剂与进料比、溶率流率，采用助剂的种类，加入量等发酵提取条件。4） 发酵操作形式，根据投资和自控的可能性确定间歇或连续操作。5） 根据产物的性质确定分离提取产物的压力、温度、时间等参数。6） 分离器操作方法，间歇或连续，单级或多级是根据原料种类和类型而定的。7） 节约操作费用，采用超临界循环处理系统（包括脱气、过滤、测试、脱水、均一化混合）。5.3 工艺流程及生产工艺优化5.3.1工艺流程首先将按一定营养比例配置好的培养基经灭菌等操作后加入到发酵罐中，其次通过种子罐进行接种，接下来就是发酵过程，在此过程中要不断地对罐内的发酵液及菌种进行检测和控制，保证菌体一直处于一个良好的生长状态，将更有利于发酵产物的不断积累；待发酵结束之后，通过过滤、洗涤、活性炭吸附、阴阳离子交换、蒸发、浓缩、结晶、干燥和包装等过程，即可得到相应的产品或产品原料。5.3.2生产工艺优化除了选育高产菌种以外,如何通过优化生产工艺降低发酵成本也是目前虾青素生产的研究热点之一,主要有以下三个方面的内容:5.3.2.1 培养基组分和培养条件的优化对于红法夫酵母发酵,培养基的组成、温度、ph、溶氧等是关键因素。johnson等人研究了红法夫酵母发酵的基本条件:最适生长和色素形成的温度是20-22,ph值是5.0,虾青素的积累主要在平衡期,溶氧对于虾青素的积累非常重要,当溶氧低于30mmol/(l.h)时,虾青素的含量急剧下降,而主要积累-胡萝卜素和单烯酮类meyer 等人研究了红法夫酵母突变株在间歇和恒化培养中培养条件对虾青素合成的影响。结果表明ph和温度对虾青素含量只有很小的影响,但对比生长速率和细胞产率影响较大。yamane等人研究发现低碳氮摩尔比( c：n)有利于红葡萄糖法夫酵母的生长,高c：n有利于虾青素合成。但是由于红法夫酵母具有crabtree效应,在高质量浓度下(45g/l),其细胞产量和虾青素产量均下降。根据这一特点,他们采用两步流加发酵。在初始低c：n 下开始发酵,第一步流加葡萄糖,促进红法夫酵母细胞量的增加；第二步再流加乙醇,促进虾青素的合成。120h发酵结束后,细胞干重达到30g/l,虾青素的产量和含量分别达到21.6mg/l 和720ug/g。ramirez 等人通过因子试验从ph、温度、接种量、碳源浓度和氮源浓度五个因素中,筛选出温度和碳源浓度对红法夫酵母中虾青素的合成影响最显著。随后通过最陡爬坡法和响应面分析,确定了虾青素产量最高的培养条件。在该条件下,虾青素的产量8.1mg/l,较优化前提高了92%。5.3.2.2 廉价培养基的筛选为了降低发酵成本，很多研究都探索用廉价的碳源来替代葡萄糖。parajo等报道了红法夫酵母在纤维素的酶水解物上的生长情况。比生长速率为0.07 h- 1 ,细胞产率达0.47g/g糖,虾青素含量达720-1080 mg/kg。harrd采用10%糖蜜作为发酵底物,虾青素的质量体积比用葡萄糖提高3倍。其它可利用的廉价碳源还有枣椰汁、玉米粉碎的副产品等。红法夫酵母可以利用有机氮源和无机氮源,且总的说来有机氮源要优于无机氮源。但有机氮源价格高, 且性质不稳定,因此很多研究者尝试采用混合氮源发酵。fang等对红发夫酵母突变株nchu-fs301的研究表明:酵母膏是最佳氮源,虾青素产量为8.6375mg/l,而使用酵母膏:牛肉膏:硝酸钾= 1:1:1(质量比)的混合氮源,虽然虾青素产量有所降低,但是原料价格便宜很多。5.3.2.3 前体物的添加calo等人在培养基中添加1g/l的甲羟戊酸,结果顺式虾青素和总类胡萝卜素产量提高300%以上。flores-cotera的研究发现。在培养基中添加2.810- 2mol/l以上的柠檬酸可以显著提高虾青素的产量和含量。这可能与柠檬酸可作为脂肪酸和类胡萝卜素合成的碳源有关。5.4 技术费用的列支本项目技术开发费用共380万元，计划在总投资额内列支。5.5 生产工艺车间及辅助车间工段设置根据红发夫酵母发酵生产工艺要求本项目拟设置以下主要车间、工序、工段。1） 生产工艺车间：设原辅材料预处理，储存生产准备，发酵，工艺处理，提炼精制等工序。2） 生产动力机电修理车间：设真空、空压、供配电、供水、制冷、锅炉、机电修理、污水处理、仪表修理等工段。3） 试验检验中心设：理化室、工艺试验室等。5.6 设备装置的选择与设计本项目生产工艺设备装置的选择与设计原则是在既满足试验装置生产工艺技术要求，保证设备的先进性、安全性、经济性、适用性，又要立足国内，尽可能利用现有设备的前提下拟定的。6、工程设计方案6.1 总图、仓储及运输6.1.1总图布置本项目计划在新征土地上进行设计建设，以充分利用现有厂房、公用设施、节约投资。新征地块经城建规划批准用作生化厂发展建设用地，征用手续已办。1）总图布置的原则：满足工艺流程和建筑物相关规范要求；充分利用原有设施、装备以节约投资；总平面布置力求紧凑，减少建筑用地，缩短管道及运输线路，人物流分道，保证绿化用地；整个布置建设要与高科技产业要求相应。2）布置方案全厂分为后勤管理，生产两个管理区，厂区主干道宽10米，南北走向，分道宽5米，路旁绿化宽4-6米。主要生产工艺车间，辅助生产车间，动力车间，机电，仪表修理仓储等安排在生产区，生产管理、检测研究试验中心，生活设施安排在后勤管理区。6.1.2 仓储及运输1）仓储为满足项目生产，对原料预分、预处理的需要拟再增建400新仓储，作为主要原料预分、处理储存用。2）运输本项目建设在芜湖经济技术开发区内，开发区主干道从其东侧0.5处穿过，距芜湖铁路、公交客货站，朱家桥外贸码头，芜湖机场等仅有0.5-10，交通十分便利。公司现有客货车5辆，总运力50顿。本项目建成达产后需总运力10000-12500吨左右，大部分为市内短途运输，除依靠自备车运输外，部分大宗燃料、原料的运输可有铁路、公路、水路承担，能够保证。6.2 土建6.2.1地质条件本项目建设地地质条件较好，地势平坦，地质稳定，海拔高度8m左右，地基耐压力在15t/。本项目拟建设厂房建筑为一般工业厂房和办公科研用房，大部分层高和房间负荷均不大，无特殊要求，完全可以适应要求。6.2.2建设项目1）发酵车间厂房，建筑面积1200，局部二至三层钢筋框架结构（或轻钢结构），层高4m，局部层高13m，层间负荷按工艺要求设计。2）原料预分、预处理，储存库400砖混结构，轻钢层面12m跨，局部两层，层间负荷按需设计。3）办公科研检测实验用房1000，局部四层砖混结构，层高3.5m，层间负荷200-250/。4）道路2000，围墙高2.5m580m。5）制冷、动力站、机电修理厂房400，单层砖混结构，跨度10m，层高4m，供配改造60，其他建筑120。6）建筑设施砼设备基础砼30，150m贮水池一座。序号工程名称结构形式工程量单位工程量费用（万元）单价合价场地平整工程1场地平整400.08/1003.2临时道路2000.001/0.2小计3.42建筑工程2.1发酵车间厂房砼框架12000.075/902.2原检预分处理库砼混4000.115/462.3办公科研楼砼混10000.07/702.4机修动力房砼混4000.07/282.5其他砼混1200.07/8.4小计242.43改建供配电砼混600.7/4.2小计4.24室外工程道路厚25cm砼面200100元/20建筑设施水池钢筋砼150m 117水池砼砖103m 11.0基础砼m 302.0围墙砼混m34010.6下水砼管m4000.6/100m2.4小计53合计303土建、设备、公用设施安装材料汇总表序号材料名称数量钢材（吨）水泥（吨）木材（m3）其他材料（吨、m3）备注项目1土建工程110450702设备安装普20/不锈钢52010塑料1吨3公用设施安装101064其他5535合计145/6485896.3 供电6.3.1 电源及新增电量1）电源项目用电计划新增500kva电力变压器一台，配套建成相应的高、低压配电设施，总供电容量500kva，高压进线接城市电网长江路线开发区变电站。2）新增电量项目生产新增电量440kw；其中，生产动力、照明电量400kw；后勤生活用电40kw。用电设备装机总容量480kw，生产最大用电量360kw。6.3.2 供电方式1）厂内高低主干线路由配电站架空送至各用电点，个别特殊用电点设计敷设铠装电缆。2）为确保用电质量在厂配电站内设功率因数自动控制器加电容补偿装置式。设车间控制分柜。各车间内按需设低压配电柜或配电箱，并设分表计量，较大设备用电根据规范要求由厂配电站专线直供，车间内设电控装置就近操作。3）车间内动力用电大部分采用地沟敷设全塑铠装电缆加护套保护接至各用电设备，弱电用线按需进行屏蔽或专线处理。厂房建筑物及高大室外设备装置均按规范要求进行防雷接地设计，设备机架，外壳及金属构筑物均按规范做好接零保护。6.4 给排水6.4.1 供水1）水源厂区设有dn100供水干管，水源接至城市自来水管网，经济技术开发区dn400支干管，最大供水量60吨/时，水质符合城市生活用水标准。2）用水量本项目生产最大用水量140吨/时，主要用水为热交换水，其中制冷、空压、生产热交换用水120吨/时，生产工艺用水5-10吨/时，生活用水3吨/时，原料预处理用水5-10吨/时，其他用水5吨/时，循环水补充5-25吨/时。3）供水方案设计建设150吨/时，制冷、生产热交换用水的循环回收供水系统，150m半埋式钢筋砼循环水储水池一座，配套200吨/时循环水降温处理设备及相应的封闭循环输送管路，水泵系统以解决主要用水水源和节约用水，热交换水损耗部分由新鲜自来水予以补充。设计建设2吨/时离子交换水处理系统两条，配套10吨纯水储罐2台及相应的泵送管路系统，以保证原料发酵精制特殊用水的需要。消防用水采用与生产用水合一的管道系统，室内外分别按5升/秒，10升/秒设计，全厂按需设室内外消防栓。自来水供水用镀锌钢管由厂dn100主干管上接至各用水点，并装表计量。6.4.2 排水新厂区排水系统完善，厂内设有dn400砼排水干管，并接入城市排水系统。本项目因设计有生产热交换水回收、降温、循环使用系统使绝大部分热交换水，原料洗涤用水得以回收利用，仅有少部分生产工艺污水和生活污水及地表雨水排入排水管，水量最大约20-30吨/时，按需要对排水系统进行规划设计6.5 热力真空、空压与采暖通风6.5.1 供热、制冷1）热负荷本项目生产用汽最大为1.2吨/时（0.3-0.6mpa）生活用汽最大0.4吨/时（0.1-0.6mpa）。最大计算热负荷1.4吨/时，新厂配套设施齐全，可以满足项目所需仅按需配置管线至各用汽点。2）制冷负荷工艺用冷冻水（5-15）100m/时，回水温差6。制冷（二氧化碳冷凝，原料储存，5以下）10万大卡/时最大计算冷负荷20万大卡/时。3）本项目和设计建设20万大卡/时制冷站一座，设计选用螺杆式zs-kf型10万大卡冷水机组两台，配套建设相应的管线。6.5.2 真空、空压1）真空用于生产工艺中物料的负压抽提，过滤和研究试验的物料转移，水处理再生液的输送，最大计算耗量（510-4mpa）200m-250m/时，设计选用300m/时，w4真空泵一台以满足需要。2）压缩空气用于物料的压力输送、过滤和最大计算耗量（0.6mpa）4.5m-6m/分，设计选用v型无油润滑空压机2台，与真空泵同置动力车间厂房内，配套相应的真空，空压热交换，缓冲罐及管道系统。6.5.3 采暖、通风本项目生产车间一般工段不考虑采暖，但仪表控制室、试验室等有特殊要求部分设计安装空调，其余均按需配套通风机，解决生产通风问题，为防暑降温，按需配装电扇。6.6 工艺过程的检测与自动化6.6.1 自动化控制的要求1）保证试验生产正常进行，确保产品质量，降低材料能耗消耗，改善操作条件，提高劳动生产率。2）满足红发夫酵母发酵制取虾青素工艺需要。3）对生产过程中的温度、压力、流量、液位、ph值等参数能分别进行连续或不连续的现实、检测、连锁报警控制。4）与发酵提取工艺的国际先进水平相适应，设计实施高标准同时考虑节约投资。6.6.2 控制方式设计为节约投资和保证高水平，不采用计算机集中控制的方式，而设计采用安全连续系统，根据物料和主要工艺控制点、操作条件的不同采用，控制室集中主要参数的控制与就地显示控制相结合的方式，为适应本项目的高科技水平和示范意义，确保试验成功，自动控制生产工艺全过程的设计实施原则是安全、先进、实用、节省投资。6.7 机电仪表修理及其他公司本身具有一定的机电仪表维修能力，本项目新增机电仪表设备自动化水平高，设备装置多数为特种钢制造，维修保养就有较高要求，试