單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)

1、v1.0可編輯可修改目錄 TOC o 1-5 h z 1前言 2單細(xì)胞蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn) 2蛋白質(zhì)含量豐富 2原材料來源廣泛 3生長速度快 3不受季節(jié)和氣候等條件的影響 3細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的菌種類型 3單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)工藝的類型 4液體深層發(fā)酵法4 4固體發(fā)酵法4單細(xì)胞蛋白飼料的應(yīng)用 4 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 2菌種的選育 5菌種的選取及篩選5菌種的選取5菌種的采集6培養(yǎng)菌6菌種的初篩6菌種的復(fù)篩11 6誘變育種7菌種的保藏7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 3培養(yǎng)基的配制 8配置培養(yǎng)基的原則

2、8培養(yǎng)基類型8抱子培養(yǎng)基8種子培養(yǎng)基9發(fā)酵培養(yǎng)基9熱帶假絲酵母菌的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件 9培養(yǎng)基的設(shè)計(jì) 10碳源10氮源10水10無機(jī)鹽及微量元素 10 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 4滅菌 11儀器滅菌11培養(yǎng)基滅菌11分批滅菌12連續(xù)滅菌12空氣除菌12發(fā)酵罐除菌12 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 5種子擴(kuò)大培養(yǎng) 13實(shí)驗(yàn)室種子的制備 13v1.0可編輯可修改 TOC o 1-5 h z 生產(chǎn)車間種子制備13 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document

3、 6發(fā)酵罐的工藝設(shè)計(jì) 14發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)14發(fā)酵罐的工藝尺寸15h-底封頭或頂封頭高度 15發(fā)酵罐的工藝計(jì)算 16物料衡算17 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 7發(fā)酵工藝控制16 17發(fā)酵過程溫度的影響及控制 17pH對(duì)假絲酵母生長的影響 18KH2P04含量對(duì)假絲酵母生長的影響 18氧氣對(duì)酵母菌生長的影響 18染菌的控制19 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 8下游加工 19預(yù)處理和固液分離 19提取和干燥20 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document

4、 參考文獻(xiàn) 222022v1.0可編輯可修改摘要：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白（Single cell protein ,簡(jiǎn)稱SCP脂的是單細(xì)胞菌體蛋白，其 蛋白含量高，營養(yǎng)豐富。單細(xì)胞蛋白蛋白質(zhì)含量比豆粉高10%20%,可利用氮 比大豆高20%。因此，利用非食用資源和廢棄資源（如農(nóng)副產(chǎn)品下腳料和工業(yè)廢 液等）開發(fā)和推廣單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)，將成為補(bǔ)充飼料蛋白質(zhì)來源不足的重要途 徑，意義十分重大。本設(shè)計(jì)利用生產(chǎn)味精的廢液為原料，采用熱帶假絲酵母液 體發(fā)酵制取單細(xì)胞蛋白飼料，探索出具有工業(yè)化應(yīng)用潛力的工藝路線。味精廢液是味精生產(chǎn)過程中發(fā)酵液中的谷氫改經(jīng)冷凍等電后分離的殘余發(fā)酵液。這部分廢液含有還原糖%,氨氮 896m

5、g/L,有機(jī)氮76mg/L, COD 51216g/L,是 當(dāng)前污染環(huán)境、破壞水生生態(tài)平衡的污染源。用此液培養(yǎng)假絲酵母，在 30C、1： 1通氣條彳下，12小時(shí)后菌體干物質(zhì)達(dá)20g/L左右。關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白，酵母菌，味精廢液， 發(fā)酵v1.0可編輯可修改以味精廢液為原料生產(chǎn)飼料酵母， 廢液不經(jīng)過濾，只需加少量氨水，用熱帶 假絲酵母酵母直接發(fā)酵，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。味精廢液通過酵母發(fā)酵后，COD去除率達(dá)60%左右。因此，利用味精廢液生產(chǎn)飼料酵母，不僅能減輕污染，保護(hù) 環(huán)境，同時(shí)又是一條開辟蛋白質(zhì)飼料來源的新途徑，對(duì)促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。味精廢液生產(chǎn)的飼料酵母，蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%,

6、其中含有18種氨基酸，并合有豐富的B族維生素，因此是一種富含氨基酸、維生素的全效價(jià) 蛋白質(zhì)飼料。經(jīng)動(dòng)物蛋白質(zhì)利用試驗(yàn)表明，雞、豬的消化吸收率分別達(dá)88. 53%和。通過在豬、雞糧中添加飼料酵母與魚粉進(jìn)行飼喂對(duì)比試驗(yàn)證明，詞喂味精廢液飼料酵母的經(jīng)濟(jì)效益比進(jìn)口魚粉高。分析值右機(jī)物融化物COD (mg/L) 總見(mg/lQOmL)表1味精廢液的主要成分單細(xì)胞蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn)蛋白質(zhì)含量豐富單細(xì)胞蛋白蛋白質(zhì)含量一般在40%以上（細(xì)菌含蛋白質(zhì)50%80%,酵母菌 含蛋白質(zhì)40%60%,藻類含蛋白質(zhì)40%50%,霉菌含蛋白質(zhì)20%30%）, 并且氨基酸的含量齊全，比一般蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值高，此外還含有豐富的維生

7、素和 未知因子6。因此，單細(xì)胞蛋白飼料可稱得上是一種全價(jià)的蛋白質(zhì)飼料，可部分22v1.0可編輯可修改代替魚粉飼喂動(dòng)物如料解嶂邕愣水新膿及募 帶度液I輒燙曲造 閾俄fli*心一皿G度.。LQ, Q& - 0 -1 Ofc Oi總.Li- 010. 0查白旗 NX* 2E （核她子軸4 6364 8 *-63成水化含物 （.絳）122匕1仆.UCJiu_ 口u塞0111 1I焉類11, 口2.01 -心B* 01-12叁%.1 1* 口L力L41 K.Q32另+ o表2飼料酵母、魚粉、豆餅的化學(xué)成分原材料來源廣泛生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的原料來源很廣：農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，如糖渣、果渣、淀粉 渣、餅粕；工業(yè)廢液，

8、如釀酒工業(yè)副產(chǎn)品、淀粉工業(yè)副產(chǎn)品、味精工業(yè)副產(chǎn)品、 檸檬酸工業(yè)副產(chǎn)品；造紙廢液、味精廢液、豆腐廢水、甘蔗糖蜜廢液、有機(jī)廢水、 啤酒混合廢液等。除此外還有植物纖維素如植物秸稈， 皮、殼、芯、林業(yè)廢棄物。 微型藻類，作飼料的藻類有螺旋藻和小球藻等單細(xì)胞藻類，其中鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻最理想，蛋白質(zhì)含量一般為60%70%。生長速度快單細(xì)胞生物世代周期短，生長繁殖速度快，在良好的條件下，微生物干物 質(zhì)產(chǎn)量在24 h內(nèi)可增加1倍以上，其富集蛋白質(zhì)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于動(dòng)植物。因此， 以工業(yè)方式生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白能比較快地提高飼料蛋白的產(chǎn)量。不受季節(jié)和氣候等條件的影響單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)不受季節(jié)和氣候、土壤、自然災(zāi)害的影

9、響，可以在工廠里進(jìn)行， 與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比，過程易于控制，可以節(jié)省耕地、人力和能源。細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的菌種類型可用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的菌種類別很多。大致可以分為酵母菌、細(xì)菌、真 菌和微藻2。其中，酵母菌主要包括白地霉、熱帶假絲酵母、產(chǎn)骯假絲酵母、啤 酒酵目等等3。常用的酵母菌有啤酒酵母、產(chǎn)院假絲酵母和熱帶假絲酵母菌等， 前者只能利用己糖，而后者能利用戊糖和己糖，在缺乏營養(yǎng)的培養(yǎng)基中生長很快。 飼料酵母應(yīng)用廣泛，是將酵母菌繁殖在適當(dāng)?shù)墓まr(nóng)業(yè)副產(chǎn)品上而制成的一種飼33v1.0可編輯可修改料。酵母菌核酸含量較低，容易收獲，且在偏酸環(huán)境下 （pH能夠生長，可減少 污染4。雖然真菌的蛋白質(zhì)含量為30%6

10、0%,但缺乏蛋氨酸，這可在加工過程 中添加0. 2%蛋氨酸加以解決。用藻類生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白已有很長的歷史，但藻類不易消化和代謝主要原料主要應(yīng)用18種野維質(zhì)底草、廢料綠也木磁爨氏木零畜類及盤草等暖物高溫放城曲第渣酒精蒸慵理液解強(qiáng)型產(chǎn)域主要研究機(jī)關(guān)情混播更（美）MEiiri大學(xué)日本60年代初就升始（美）遒用電業(yè)公司危地馬檢ICATT1正進(jìn)行中試試驗(yàn)西德和由國迸行固體培養(yǎng)二次大戰(zhàn)中已生汴_表3:外農(nóng)產(chǎn)品加工廢料為原料研制單細(xì)胞蛋白飼料主要情況單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)工藝的類型液體深層發(fā)酵法4液體深層發(fā)酵法是將糟液分離得到的廢糟水，添加營養(yǎng)鹽和適當(dāng)玉米漿，調(diào)節(jié)pH至，接種假絲酵母等多株菌種混合發(fā)酵，再經(jīng)分離、干

11、燥得到成品。液體 深層發(fā)酵法產(chǎn)量大、機(jī)械化程度高、易于監(jiān)控，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，但投資大、 生產(chǎn)成本較高。固體發(fā)酵法固體發(fā)酵是指微生物在沒有或幾乎沒有游離水的固態(tài)的濕培養(yǎng)基上的發(fā)酵 過程。固態(tài)態(tài)的濕培養(yǎng)基一般含水量在 30%-70%,而無游離水流出，此培養(yǎng)基通 常是“手握成團(tuán)，落地能散”。一般只在麥萩、棉菜柏、次粉、玉米蛋白粉及其 他非常規(guī)飼料中加適量廢渣水，適度滅菌后，接種假絲酵母、黑曲霉、米曲霉等 進(jìn)行發(fā)酵，烘干后制成蛋白飼料50單細(xì)胞蛋白飼料的應(yīng)用在飼料工業(yè)上的應(yīng)用：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白作為飼料蛋白，已被世界廣泛應(yīng)用。例 如用假絲酵母及產(chǎn)骯酵母作為菌種， 利用亞硫酸廢液或石油生產(chǎn)酵母菌體， 可用于牲

12、畜飼料。用它喂養(yǎng)家禽、家畜，效果好、生長快，奶牛產(chǎn)奶多。雞產(chǎn)蛋率增高，并能增強(qiáng)機(jī)體免疫力。稻殼可生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料。在食品工業(yè)上的應(yīng)用：44v1.0可編輯可修改SCI白特別是由農(nóng)副產(chǎn)物原料生產(chǎn)的酵母菌和假絲酵母及最近美國用乙醇為 原料生產(chǎn)的SCIT用作人類食品，是食品工業(yè)的重要蛋白質(zhì)來源。酵母蛋白具有 黏性和凝膠性、起泡性、水合性、成纖性和組織成型性等功能特性，因此，除可 作為食品直接食用外，還可廣泛應(yīng)用于食品加工中。2菌種的選育般菌種分離純化和篩選的步驟如下:菌種的選取及篩選菌種的選取本設(shè)計(jì)選用熱帶假絲酵母，熱帶假絲酵母在28 C-30 C的麥芽汁中培養(yǎng)24h,原本清澈的麥芽汁以十分混濁，瓶

13、底有白色菌體沉淀。在400音顯微鏡下，觀察在麥芽汁培養(yǎng)基中接種48h后菌種的形態(tài)圖可見，菌種正處在生長旺盛期， 成熟的酵母細(xì)胞長出芽體，母細(xì)胞的細(xì)胞核分裂成兩個(gè)子核，一個(gè)隨母細(xì)胞的細(xì) 胞質(zhì)進(jìn)入芽體內(nèi)，當(dāng)芽體接近母細(xì)胞大小時(shí)，自母細(xì)胞脫落成為新個(gè)體，如此繼續(xù)出芽。酵母菌生長旺盛，在芽體尚未自母細(xì)胞脫落前，即可在芽體上又長出新 的芽體，最后形成假菌絲狀。55v1.0可編輯可修改圖1熱帶假絲酵母的形態(tài)菌種的采集土壤是微生物的大本營，種類多，數(shù)量廣。在那里幾乎可以找到各種有用的 微生物，因而是最常采集的樣品。采集土樣時(shí)應(yīng)注意土坡的肥瘦、采土深度、傘 坡濕度、pH值、采土季節(jié)、植被等條件。采土后要盡快分

14、路否則要影響微生物 種類的組成。本設(shè)計(jì)使用的熱帶假絲酵母在土壤中選取。培養(yǎng)菌菌種還需要純化篩選。每個(gè)250 m一角瓶加100 ml#子培養(yǎng)基，滅菌后接人 斜面菌種1環(huán)。培養(yǎng)條件：搖床轉(zhuǎn)速160 r/min,培養(yǎng)溫度30c ,培養(yǎng)時(shí)間20 h, 備用11。將得到的菌株，挑取生長狀況良好的，菌落乳白色，平滑，有或無光澤， 邊緣整齊或菌絲狀菌落重新接入富集培養(yǎng)基上培養(yǎng)。菌種的初篩用常規(guī)微生物分離方法，將抽塊樣品進(jìn)行稀釋，分別從活化的斜面上用無菌水洗下，制成菌懸液，稀釋至10-6后，取lml涂布于平皿，劃線分離，靜止培養(yǎng) 2d,觀察固體平板上各菌株的生長情況，以菌落大小，顏色，凸起程度。生長速 度為評(píng)

15、價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。挑選出生長迅速，菌落大且凸起的酵母菌作為酵母復(fù)篩的初始菌 株11。菌種的復(fù)篩11將分離到的熱帶假絲酵母，接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，30c靜止培養(yǎng).24h倒并1 166v1.0可編輯可修改次，發(fā)酵培養(yǎng)60h,并在發(fā)酵過程中每隔12h監(jiān)控1次真蛋白質(zhì)含量。用凱氏定 氮法、氮基酸分析法等進(jìn)行復(fù)篩，選出高蛋白含量的酵母菌株。誘變育種誘變育種是利用物理、化學(xué)等誘變因素處理微生物群體誘發(fā)基因發(fā)生突變， 然后根據(jù)育種目標(biāo)，從無定向的突變抹中，篩選出我們所需要的菌種。誘變育種的理論基礎(chǔ)是突變，大致步驟如下:菌種的保藏優(yōu)良菌種被分離選育出來后，必須盡可能保持其原來性狀和活力不變異， 不死亡，不被污染。但在自然

16、條件下，菌種的污染、死亡和生產(chǎn)性能的逐漸下降77v1.0可編輯可修改又是不可避免的。為了解決這一矛盾， 就必須采取妥善的的保藏方法，以便隨時(shí) 供應(yīng)優(yōu)良菌種給生產(chǎn)、科研使用12 0菌種保藏是進(jìn)行微生物研究和微生物育種工 作的重要組成部分，其首要任務(wù)是使菌種不死亡，同時(shí)還要盡可能設(shè)法把菌種的 優(yōu)良特性保持下來而不致向壞的方面發(fā)展。 菌種保藏主要是根據(jù)菌種的生理生化 特點(diǎn)，人工創(chuàng)造條件，使抱子或菌體的生長代謝活動(dòng)盡量降低，以減少變異。一 般可通過保持培養(yǎng)基成分在最低水平，缺氧狀態(tài)，干燥和低溫，使菌種處于“休 眠”狀態(tài)，抑制其繁殖能力。菌種常用的保存的方法有斜面冰箱保藏法、沙土管 保藏法、菌絲速凍法、

17、石蠟油封存法、真空冷凍干燥保藏法、液氮超低溫保藏法。3培養(yǎng)基的配制配置培養(yǎng)基 的原則培養(yǎng)基是指人工配制的用于細(xì)胞培養(yǎng)和發(fā)酵的各種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。在設(shè)計(jì)培養(yǎng)基時(shí)要根據(jù)不同細(xì)胞和不同用途的不同要求，確定各組分的種類和含量考慮C、N源時(shí)速效與長效相搭配有合適的G Nt匕生理酸、堿性鹽及緩沖液搭配各種培養(yǎng)基成分用量需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來定，如果代謝成分清楚可以進(jìn)行物料衡算來做參考選擇成分時(shí)，應(yīng)注意原料的貨源，價(jià)格，加工方式等以保證生產(chǎn)正常進(jìn)行, 降低成本。培養(yǎng)基類型 培養(yǎng)基可以按照用途可以分成抱子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基抱子培養(yǎng)基抱子培養(yǎng)基是供菌種繁殖抱子的一種常用固體培養(yǎng)基，對(duì)這類培養(yǎng)基的要求是

18、能使菌體生長迅速，產(chǎn)生數(shù)量多而且優(yōu)質(zhì)的抱子，并且不會(huì)引起菌體變異。88v1.0可編輯可修改培養(yǎng)基的營養(yǎng)不要太豐富，特別是有機(jī)氮源要低一些，否則抱子不易形成。無 機(jī)鹽的濃度要適當(dāng)，否則會(huì)影響抱子的顏色和數(shù)量。應(yīng)注意培養(yǎng)基的pH值和濕 度。生產(chǎn)上常用的抱子培養(yǎng)基有：萩皮培養(yǎng)基、小麥培養(yǎng)基、大米培養(yǎng)基、玉米 碎屑培養(yǎng)基和用葡萄糖、蛋白陳、牛肉膏和食鹽等配制的瓊脂斜面培養(yǎng)基。種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基是供抱子發(fā)芽、生長和大量繁殖菌絲體，并使菌絲體長的粗壯， 成為活力強(qiáng)的“種子”。應(yīng)該提供速效碳源如葡萄糖等；氮源也要提供一些易于 利用的；磷酸鹽的濃度可以適當(dāng)高一些；總之要相對(duì)豐富、完全、并要考慮能 夠維持穩(wěn)定

19、的pH值。一般種子培養(yǎng)基都用營養(yǎng)豐富的而完全的天然有機(jī)氮，因 為有些氨基酸能刺激抱子發(fā)芽。但無機(jī)氮容易利用，有利于菌體的迅速生長， 所以在種子培養(yǎng)基中常包括有機(jī)氮源和無機(jī)氮源。發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基既要有利于生長繁殖，防止菌體過早衰老，又要有利于產(chǎn)物的 大量合成。要求培養(yǎng)基的組成應(yīng)豐富、完全，碳、氮源要注意速效和遲效的互相 搭配，少用速效營養(yǎng)，多加遲效營養(yǎng)，還要考慮適當(dāng)?shù)奶嫉龋泳彌_劑穩(wěn)定 pH值；并且還要有菌體生長所需的生長因子和產(chǎn)物合成所需的元素、前體和促 進(jìn)劑等。熱帶假絲酵母菌的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件A:斜面培養(yǎng)基：5Beg芽汁，麥芽汁10%,瓊脂2%, PHfi自然，1. 12KPa7C菌

20、20min9。B:種子培養(yǎng)基：葡萄糖100、(NH )2SO 21、尿素1Q酵母粉2. 0、MgSO4 1 1、K2HPO4 1 0、KH2PO4 0 50。250 m一角瓶裝液量 100 mL13。C:種子罐培養(yǎng)級(jí)味精生產(chǎn)廢液。D:發(fā)酵培養(yǎng)基：味精生產(chǎn)廢液。味精生產(chǎn)廢液：經(jīng)一步冷凍等電發(fā)提取谷氨酸 后的廢液，其成分含量(g/100ml):殘?zhí)?，全氮，谷氨酸，速效磷，COD99v1.0可編輯可修改50000-60000mg/L,BOD 25000-30000mg/L,pH。培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)碳源碳源是構(gòu)成酵母細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)又是合成細(xì)胞所需生物能量的來源，一般情況下每生長1g

21、酵母干固物理論上需碳水化合物 2g左右。蛋白酶的生產(chǎn)既受分解代謝物阻遏也受底物的誘導(dǎo)，葡萄糖等容易利用的碳源?？梢鸱纸?代謝阻遏使產(chǎn)酶降低，故通常用大麥粉、玉米粉、淀粉，有時(shí)也用麥芽糖為碳源。氮源氮源是構(gòu)成細(xì)胞中所含蛋白質(zhì)、核酸、酶等成分，以及代謝產(chǎn)物中氮素來源 的營養(yǎng)物質(zhì)，所有酵母在生長時(shí)均可利用無機(jī)氮源。 工業(yè)生產(chǎn)中通常使用的氮源 有氨、俊鹽和尿素。當(dāng)培養(yǎng)基中碳源不足時(shí)，可作為補(bǔ)充碳源。常用的氮源有有 機(jī)氮源和無機(jī)氮源兩大類。黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、蛋白陳、 酵母粉、魚粉、菌絲體和酒糟等都是有機(jī)氮源。無機(jī)氮源有氨水、硫酸俊、氯化 俊、硝酸鹽等。水水是所有培養(yǎng)基的主要成分，也

22、是微生物機(jī)體的重要組成成分。水是良好 的溶劑，又是活細(xì)胞中一切代謝反應(yīng)的媒介物，還可以維持細(xì)胞中的滲透壓，同時(shí)水又是熱的良好導(dǎo)體，有利于散熱，可調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度。水的比熱較高，能有效 的吸收代謝過程中所放出的熱量，使胞內(nèi)溫度不致驟然上升。無機(jī)鹽及微量元素?zé)o機(jī)鹽是微生物發(fā)酵過程中的生長刺激因子，微生物生長必不可少的營養(yǎng) 物質(zhì)，它為機(jī)體生長提供必要的金屬元素，維持了細(xì)胞的穩(wěn)定性，能調(diào)節(jié)和保持細(xì)胞的滲透壓平衡，可以控制細(xì)胞的氧化還原電位，從而提高生物活性。適量的有效無機(jī)鹽可以促進(jìn)微生物的快速繁殖。 在某些情況下，沒有一定的無機(jī)鹽存在， 微生物的生長非常緩慢，甚至不長。Mg2隹各種酶的激活離子，M92+勺

23、存在有助 于提高酶的活性f971 ,對(duì)蛋白質(zhì)的合成有較好的促進(jìn)作用。Ca2他是酶的激活因1010v1.0可編輯可修改子。ca2+的加入可提高菌體中蛋白質(zhì)的合成速度，添加 0. 5%的過磷酸鈣得到產(chǎn) 品中粗蛋白含量最高。KS細(xì)胞中重要的陽離子之一，是許多酶的激活劑，可促進(jìn)碳水化合物的代謝。鉀還與細(xì)胞膜的透性有密切關(guān)系，對(duì)維持細(xì)胞正常的滲透 壓作出了貢獻(xiàn)。磷酸根離子是合成菌體核酸骨架的重要物質(zhì)， 也是許多重要輔酶 的組成部分，參與糖類物質(zhì)代謝中的磷酸化過程后迅速被同化為含磷的有機(jī)化合 物微生物可以從無機(jī)磷化合物中獲取磷，進(jìn)入細(xì)胞后迅速被同化為含磷的有機(jī)化 合物。分別加硫酸鎂、磷酸二氫鉀和過磷酸鈣至

24、0. 39/lOOmL 0. 39/lOOmL和0. 69/1 OOmL調(diào)節(jié)pW5. O,在30(2下發(fā)酵72h,經(jīng)過干燥處理，可最大 限度地獲得酵母干菌體1404滅菌儀器滅菌在發(fā)酵操作過程中，種子活化、擴(kuò)大培養(yǎng)需要接種環(huán)、搖瓶、試管等儀器。接種環(huán)應(yīng)用火焰灼燒法滅菌；搖瓶、試管應(yīng)用蒸煮法滅菌。經(jīng)過滅菌是儀器不要暴露于空氣中或于其它的未知儀器接觸，并及時(shí)使用，以免再次帶菌。培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵系統(tǒng)的滅菌方法分為化學(xué)和物理兩大類。前者采用能殺死微生 物的化學(xué)藥劑如甲醛、次氯酸鈉、高鈕酸鉀、環(huán)氧乙烷、季俊鹽等進(jìn)行滅菌；后 者主要包括射線滅菌、加熱滅菌和過濾除菌。加熱滅菌有干熱滅菌和濕熱滅菌兩種。干

25、熱滅菌：不如濕熱滅菌有效，其Qo為23,而濕熱滅菌對(duì)耐熱的芽抱可達(dá)810,對(duì)營養(yǎng)細(xì)胞則更高。在培養(yǎng)基濕 熱滅菌時(shí)，不僅微生物會(huì)死亡，培養(yǎng)基中一些熱敏性物質(zhì)也會(huì)因受熱而被破壞。 所以滅菌時(shí)應(yīng)以瞬時(shí)高溫滅菌為宜。過濾除菌是利用能截留微生物而透過液體或 空氣的過濾介質(zhì)的除菌方法。選擇適當(dāng)?shù)倪^濾介質(zhì)，既能過濾空氣以制備無菌空 氣供給好樣微生物發(fā)酵過程，又能對(duì)液態(tài)培養(yǎng)基進(jìn)行澄清與滅菌， 或制備液態(tài)無 菌產(chǎn)品。過濾除菌的優(yōu)點(diǎn)是不但能去除微生物， 而且不影響溶液中各種熱敏性組 分的活性15。1111v1.0可編輯可修改4.2.1分批滅菌是將先配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他容器中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用 設(shè)備

26、一起滅菌的操作過程（適用于小型發(fā)酵罐）。4.2.2連續(xù)滅菌是將配制好的培養(yǎng)基在通入發(fā)酵罐時(shí)進(jìn)行加熱、保溫、降溫的滅菌過程。其流程圖如圖4-1所示。圖4-1連續(xù)滅菌的流程圖空氣除菌大多數(shù)好氧微生物生物反應(yīng)過程一般需要每分鐘連續(xù)向每立方米發(fā)酵桶通 入1.0m3空氣，并且要求通入的空氣為無菌空氣，具有一定的壓力與溫度。對(duì) 此工業(yè)上都采用以纖維層為介質(zhì)的過濾和膜過濾方法處理來自空氣壓縮機(jī)的空 氣以達(dá)到這種要求。過濾是空氣除菌的主要手段，按過濾介質(zhì)孔隙將空氣過濾器分為兩類： 絕對(duì) 過濾，相對(duì)過濾。后者主要原理為：1、慣性滯留作用2、攔截滯留作用3、布朗 擴(kuò)散作用4、重力沉降5、靜電作用。發(fā)酵罐除菌發(fā)酵罐

27、的空消操作：打開灌頂各排氣閥，打開三路進(jìn)氣（罐底、風(fēng)管、取 樣管）。通入蒸氣，使罐內(nèi)蒸氣壓力達(dá)，維持 45min。滅菌過程從閥門，邊閥排 除空氣，并使蒸氣通過達(dá)到死角滅菌。滅菌完畢，關(guān)閉蒸氣后，待管內(nèi)壓力低于 空氣過濾器時(shí)，通入無菌空氣保壓。實(shí)罐滅菌方法是：預(yù)熱（8090C）,直熱（蒸汽）（120C、30min）（全進(jìn)全出原則），待空氣壓力高于罐內(nèi)壓力時(shí)， 通入空氣（即待罐內(nèi)壓力降到低于空氣壓力后導(dǎo)入無菌空氣。）1212v1.0可編輯可修改5種子擴(kuò)大培養(yǎng)種子擴(kuò)大培養(yǎng)是指將保存在砂土管、冷凍干燥管處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試 管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量

28、的純 種的過程。種子制備的工藝流程如圖所示：- -與國金室1中干中.1苗胃/俁 生產(chǎn)-豐廣直神與上也II得時(shí)卜曲一|1字少土 0s種 E -謎十懈:初秋 W 由總村 4 .周的壇1K 三加 Jftk運(yùn)料 事樂曲阜異 7 - 娘抻e 一一浚種子恥tg務(wù) 口源的rr花皮E生產(chǎn)圖5-1種子制備流程圖實(shí)驗(yàn)室種子的制備保藏在沙土管或冷凍干燥管種的菌株經(jīng)無菌操作接入適合于抱子發(fā)芽或菌絲生 長的麥芽糖瓊脂斜面培養(yǎng)基中，在 321C, ph值環(huán)境下，經(jīng)培養(yǎng)成熟后挑選菌 落正常的（菌落為白色，無光澤，培養(yǎng)久時(shí)，菌落變硬）再一次接入試管斜面。 待長出大量菌體后將其轉(zhuǎn)入種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)。生產(chǎn)車間種子制備主要設(shè)備：一級(jí)

29、種子罐，采用 100L標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵罐一臺(tái)。二級(jí)種子罐，用 500L 噴霧輪式發(fā)酵罐兩臺(tái)。發(fā)酵罐 2臺(tái)，其中一臺(tái)做后熟儲(chǔ)罐用。生產(chǎn)車間用種子培養(yǎng)基原則為采用已被菌利用的成分，同時(shí)還需供給足夠的無菌空氣發(fā)酵罐培養(yǎng)時(shí)根據(jù)微生物的生長特性，要注意適當(dāng)?shù)脑鰷p料液中的某些成分以利于發(fā)酵向著有利的方向進(jìn)行。 所以在發(fā)酵過程中，應(yīng)根據(jù)不同階段的特 點(diǎn)加入不同的物質(zhì)，以使發(fā)酵向著有利的方向進(jìn)行。斜面種子活化12h-24h - 級(jí)種子培養(yǎng)24-36h ,活化種子培養(yǎng)48-72h 一搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)打開接種口在 火焰保護(hù)下接種到3臺(tái)100L的種子罐中培養(yǎng)，接種量為種子罐內(nèi)的培養(yǎng)基量的1313v1.0可編輯可修改10%培養(yǎng)1

30、3ho其目的在于大量繁殖活力強(qiáng)的菌體，培養(yǎng)基組成應(yīng)以少含糖分、 多含有機(jī)氮為主，有利于長菌。一級(jí)種子質(zhì)量要求：種齡：12hpH 值：土光密度：OD爭(zhēng)增值以上殘?zhí)牵?以下無菌檢查：(-)噬菌體檢查：(-)鏡檢：菌體生長均勻、粗壯，排列整齊培養(yǎng)24小時(shí)后接入二級(jí)種子罐最后接入發(fā)酵罐；二級(jí)種子罐的裝液、滅菌 與發(fā)酵與一級(jí)種子罐類似。種子罐的體積按照接種量來確定。6發(fā)酪罐的工藝設(shè)計(jì)酵母培養(yǎng)罐的選擇是酵母得率高低的關(guān)鍵之一。酵母發(fā)酵是用通風(fēng)發(fā)酵罐， 發(fā)酵時(shí)需將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧氣，使其生長旺盛。 本設(shè)計(jì)采用通用式發(fā)酵罐。通用式發(fā)酵罐利用機(jī)械攪拌的作用， 使空氣和發(fā)酵液 充分混合，

31、促使氧氣在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長、繁殖所需的氧氣。發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)通用發(fā)酵罐的主要組成部件有：罐體：是發(fā)酵罐的主要結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁有擋板，作用是使液內(nèi)充分湍流，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)與菌體接觸更充分，一般用 3-5塊擋板。攪拌裝置：主要功能是使罐內(nèi)物料混合均勻，攪拌器葉輪多采用攪拌渦輪式，攪拌軸要與罐體密封嚴(yán)實(shí)，防止漏液和染菌。攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min.傳熱裝置：有夾套，列管等，這里采用外夾套。1414v1.0可編輯可修改通氣部分：通過空氣分布器將通入的無菌空氣均勻分布到發(fā)酵液中， 發(fā)酵 罐通風(fēng)量0-12 h為1: ,12 h至發(fā)酵結(jié)束通風(fēng)量為1: () vvm。分布器有單 管式和環(huán)形管式。消泡裝置

32、：用于消除產(chǎn)生的泡沫，最有效的控制泡沫的方式為添加消泡劑。 但是，由于消泡劑大多對(duì)菌體生長有抑制作用，故最常選用的簡(jiǎn)單實(shí)用的消泡裝置是耙式消泡器，直接裝在攪拌軸上，利用機(jī)械力量改變泡沫表面張力， 達(dá)到消泡目的。進(jìn)出料口：罐頂設(shè)有進(jìn)料口，罐底有出料口。其他附屬設(shè)備還包括試鏡、 人孔、取樣管等，用以觀測(cè)和檢修。管道系統(tǒng)，包括試鏡、取樣管、pH值探頭、溫度探頭、溶氧探頭等，用 以隨時(shí)觀測(cè)、調(diào)節(jié)和檢修。發(fā)酵罐的管路分布圖，見附圖發(fā)酵罐的工藝尺寸常用的機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)和主要幾何尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(見附圖二)。 其幾何尺寸比例如下：H0/D= H/D=2 5 d/D=1/3 1/2 W/D=1/12 1

33、/8B/D= h/D=1/4 單位全部為m發(fā)酵罐大小用公稱體積表示,V=nD2 X H/4+其中：代-發(fā)酵罐圓柱形筒身高度D-發(fā)酵罐內(nèi)徑H-罐頂?shù)焦薜椎母叨菵-攪拌器直徑W-g板寬度B-下攪拌器距罐底的距離S-攪拌器間距h-底封頭或頂封頭高度1515v1.0可編輯可修改6.2.1發(fā)酵罐的工藝計(jì)算年產(chǎn)200噸單細(xì)胞蛋白，選工作日為300天，發(fā)酵周期為3天。清理及維修發(fā)酵罐總時(shí)間為1天,則總發(fā)酵天數(shù)為4天。日產(chǎn)量為約噸=670kg。發(fā)酵液預(yù) 處理收率約為94%提取時(shí)收率約為79%濃縮干燥收率為95%裝料系數(shù)為70% 查得每噸味精廢液經(jīng)發(fā)酵后可得到 5%-7徇料酉孝母25kg12。按半連續(xù)方式發(fā)酵進(jìn)

34、 行計(jì)算。一年需放罐的次數(shù)：300/4=75 （次）每批次產(chǎn)單細(xì)胞蛋白：200/75=（噸）每天生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白：3=（噸）每小時(shí)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白：24=（噸）稀釋率（D）,即停留時(shí)間為:1/=10（h）每噸味精廢液經(jīng)發(fā)酵后可得飼料作母25kg,則每小時(shí)應(yīng)從發(fā)酵罐中流出發(fā)酵液流量為：X 1000/25=（噸）總提取率為：94% 79% 95%=%假設(shè)用一臺(tái)發(fā)酵罐，則發(fā)酵罐的體積V=x 10/70%=21.4m3根據(jù)以上計(jì)算可以選取25吊。所需發(fā)酵罐一個(gè)。由V （公稱體積） =Va （筒身容積） +Vb （底部）九 D2H/4+ 得：D=2.28m（H=那么：H）=x =5.7mH=3D=3 =6.

35、84md=D/2=2=1.14mW=D/12=12=0.19mB=X = 2.05mS=2d =2X=2.28mh=D/4=4=0.57m液面高度 H_=（H+h）=x+=5.19 mH:發(fā)酵罐筒身高 D :發(fā)酵罐內(nèi)徑1616v1.0可編輯可修改:檔板d：攪拌器直徑W:兩攪拌漿之間的距離B：下攪拌漿距底部距離SH:液位高度6.2.2物料衡算本系統(tǒng)采用1個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)為25 m3,單細(xì)胞蛋白產(chǎn)量為25g/L,發(fā)酵液預(yù)處理收率約為94%提取時(shí)U率約為79%濃縮干燥收率為95%裝料系數(shù)為70% 則:每個(gè)發(fā)酵罐在一個(gè)發(fā)酵周期單細(xì)胞蛋白產(chǎn)量為：25X25X 10X94% 79%X 95% =3086kg

36、那么1個(gè)發(fā)酵罐1年的總產(chǎn)量為：3086X75=231450kgM故符合年產(chǎn)量為200噸的生產(chǎn)要求。7發(fā)酪工藝控制16發(fā)酵過程溫度的影響及控制溫度對(duì)發(fā)酵的影響較顯著。在 2733c時(shí)。熱帶假絲酵母菌體密度隨溫度 的升高而增大。在此溫度范周內(nèi)，溫度升高使假絲酵母體內(nèi)的酶系（d淀粉酶、纖維素酶、葡萄糖外切酶和葡萄糖內(nèi)切酶等）處于較活躍的狀態(tài)，因而各種合成 反應(yīng)的速率加大。有利于菌體生長和產(chǎn)物積累；同時(shí)，溫度增高易降低發(fā)酵液黏度。有利于好氧的熱帶假絲酵母的大量生長繁殖。但溫度過高會(huì)導(dǎo)致菌體對(duì)氧的消耗相應(yīng)加快.同時(shí).氧的溶解度也在下降，轉(zhuǎn)化生成的氨氣揮發(fā)速度加快；因 此，當(dāng)溫度增高超過36c時(shí)，發(fā)酵液菌

37、體密度迅速降低。如圖 7-1所示：1717v1.0可編輯可修改7-1溫度與菌體密度的關(guān)系pH對(duì)假絲酵母生長的影響酵母菌是喜酸微生物，適宜的初始pHt助于酵母菌體內(nèi)酶系的高效運(yùn)作。改善酵母菌細(xì)胞膜的通透性，利于合成代謝的順利進(jìn)行。但也有一定的范圍，pH太高會(huì)加速發(fā)酵液內(nèi)尿素的分解，使養(yǎng)分損失。 最終降低飼用蛋白細(xì)胞產(chǎn)量，同 時(shí)增大發(fā)酵液受雜菌污染的概率。 而pH*低會(huì)降低酵母菌酶系活性。影響假絲酵 母菌正常生長.同時(shí)使生產(chǎn)出的飼用蛋白細(xì)胞散發(fā)過濃的酸味。影響牲畜食欲。圖7-2 pH對(duì)假絲酵母生長的影響KH2P04含量對(duì)假絲酵母生長的影響鉀是生物體內(nèi)各種重要酶系的激活劑，缺鉀將使動(dòng)物免疫力大大降低

38、并誘發(fā) 各種疾病，磷元素是構(gòu)成動(dòng)植物和微生物細(xì)胞膜的主要元素之一。在培養(yǎng)液中添 加必要的磷和鉀元素，使單細(xì)胞飼料的營養(yǎng)構(gòu)成更合理。試驗(yàn)通過添加一定量的 KH PQ來調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的磷和鉀元素。氧氣對(duì)酵母菌生長的影響1818v1.0可編輯可修改本設(shè)計(jì)需要蛋白酵母菌大量的生長。因此，氧氣的多少對(duì)酵母菌的生長有重大的影響。在整個(gè)的發(fā)酵過程中，都要求對(duì)酵母菌供應(yīng)充足的氧氣， 從而保證菌 體良好大量的生長，蛋白質(zhì)豐富。，在發(fā)酵初期，通過增加轉(zhuǎn)速和提高通氣量可 以讓溶氧維持在這一水平以上，而在后期單靠提高轉(zhuǎn)速和通氣量已經(jīng)不能滿足溶 氧的需求時(shí)，可以通過聯(lián)合控制補(bǔ)料速度的方法來提高溶氧。染菌的控制在工業(yè)發(fā)酵中

39、，染菌輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)和量，重則倒罐或停產(chǎn)，影響工廠效 益。因此要嚴(yán)格無菌操作，種子滅菌要徹底，凈化空氣設(shè)備，操作要慎重，設(shè)備 滅菌要徹底。若在前期染菌，應(yīng)重新滅菌；中期染菌，應(yīng)偏離雜菌生長條件；后 期染菌，可提前或及時(shí)放罐。8下游加工從發(fā)酵液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程稱為發(fā)酵生產(chǎn)的下游加工過程發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離微生物發(fā)酵液小含有大量的菌體、細(xì)胞或細(xì)胞碎片、殘余的固體培養(yǎng)基以及 各種微生物代謝產(chǎn)物，發(fā)酵液的過濾與分離相當(dāng)困難。通過對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行適當(dāng)?shù)?預(yù)處理，即可改善其流體性能，降低濾餅比阻，提高過濾與分離的速率。發(fā)酵液 預(yù)處理和固液分離是下游加工的第一步操作。預(yù)處理的目的是改善發(fā)酵液性質(zhì)， 以利于固液分離，常用酸化、加熱、加絮凝劑等方法進(jìn)行 170發(fā)酵結(jié)束后一般培養(yǎng)液中約含 5% 10