【正文】 ........................................................24 種子罐軸功率計(jì)算 ............................................................................................................25 發(fā)酵液的貯罐計(jì)算 ........................................................................................................................25 過濾器的選擇 .................................................................................................................................25 離心機(jī)的選擇 .................................................................................................................................26 干燥機(jī)的選擇..................................................................................................................................27 其它設(shè)備的選擇.............................................................................................................................28第 6 章 工藝存在的問題及展望 .............................................................................................29參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................30附錄 ...........................................................................................................................................33附錄一 生產(chǎn)原料 .................................................................33附錄二 設(shè)備一覽表 ...............................................................33附錄三 工藝流程圖 ...............................................................34附錄四 設(shè)備布局圖 ...............................................................35致 謝 .........................................................................................................................................36年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者：白威 指導(dǎo)老師：陳光友 講師 摘 要：蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis)于 1901 年在日本被發(fā)現(xiàn)，1911 年由柏林納從地中海粉螟的患病幼蟲中分離出來，并依其發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)德國蘇云金省而命名. 蘇云金芽孢桿菌簡稱蘇云金桿菌，是內(nèi)生芽孢的革蘭氏陽性土壤細(xì)菌，在芽孢形成初期會形成殺蟲晶體蛋白對敏感昆蟲有特異性的防治作用。1956 年前蘇聯(lián)發(fā)表了用液體培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)蘇云金桿菌并用于防治菜青蟲的報(bào)道，從而揭開了蘇云金桿菌大規(guī)模培養(yǎng)的序幕. 中國從上世紀(jì) 60 年代也同蘇云金桿菌有關(guān)的研究，特別是有關(guān)分子生物學(xué)方面的研究正在持續(xù)展開，開始了規(guī)?；a(chǎn). 本設(shè)計(jì)首先初步介紹了蘇云金芽孢桿菌的發(fā)展過程，然后就其產(chǎn)品化進(jìn)行了討論，蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵共有兩種工藝路線，即液體深層發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵。隨后根據(jù)相關(guān)資料確定了蘇云金芽孢桿菌的生產(chǎn)周期及期產(chǎn)量，依照期產(chǎn)量對其進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，最后對設(shè)備進(jìn)行了合理的選型。 product of。 equipment selection年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)0第 1 章 緒論 項(xiàng)目背景我國研究和應(yīng)用蘇云金桿菌起于 1959 年，于 1965 年在長沙和武漢進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，也就是工業(yè)生產(chǎn)初級階段，到 70 年代工業(yè)產(chǎn)品每年 1000t 左右，1974 年湖北宜昌地區(qū)，飛機(jī)防治松毛蟲的面積達(dá) 萬畝，取得了滿意的效果。我國在 1995 年國家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃中，把構(gòu)建一批殺蟲 Bt 的工程菌列入了農(nóng)業(yè)重組微生物重點(diǎn)項(xiàng)目，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)以及中山大學(xué)等均進(jìn)行了構(gòu)建 Bt 工程菌的嘗試，并取得了顯著的成果。以液體深層發(fā)酵為代表的發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)酵水平及噸位逐步提高，由 60 年代的幾百升，70 年代的幾噸，發(fā)展到目前的 50 噸以上。 蘇云金芽孢桿菌資源全世界被保藏的 Bt 估計(jì)有 60 000 株 ,它廣泛分布于世界各地 ,從熱帶雨林到北極凍土帶。土壤是微生物的大本營 ,Bt 也是一種土壤習(xí)居菌。因?yàn)槠鸪蹩茖W(xué)家們認(rèn)為 ,只有找到死昆蟲才能找到這些細(xì)菌。Martin 和 Travels 發(fā)明的新技術(shù) ,僅花了 2 年時間又鑒定出 72 個菌種 ,而大家熟知的 24 個菌種卻花了 85年時間才被發(fā)現(xiàn)事實(shí)上 ,在海拔近 6. 5 km 的高處幾乎沒有昆蟲生存 ,而在那里科學(xué)家仍發(fā)現(xiàn)了能殺死毛蟲、蚊子和甲蟲的 Bt 菌種。在世界范圍內(nèi) ,平均有 70. 4%的 Bt 菌株來自土壤 ,其中美國土壤分離株占總菌株的 59. 9%,Delucca 等 1981 發(fā)現(xiàn)美國土壤樣本中芽孢桿菌的 0. 5% ～0. 005%是 Bt。我國也有多家單位進(jìn)行 Bt 資源的收集如中國林業(yè)科學(xué)院的戴蓮韻、王學(xué)聘等 ,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)喻子牛、戴金元、李建洪 ,湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊自文、陳在佴 ,中國科學(xué)院武漢病毒所李榮森、高梅影等 ,南開大學(xué)任改新、陳月華等 ,河北農(nóng)業(yè)科學(xué)院馮書亮 ,連云港教育學(xué)院姚江 ,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃大 　等 ,中山大學(xué)龐義 ,福建農(nóng)林大學(xué)關(guān)雄、張靈玲等 ,獲得了許多 Bt 菌株 ,如華中亞種 ,山東亞種 ,中華亞種 ,云南亞種等 ,但至今還沒有詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)出具體數(shù)據(jù)。1991 年 Smith 和 Couche 從不同針葉樹和落葉樹葉片分離到 Bt菌株 ,人們發(fā)現(xiàn) Bt 實(shí)際上也廣泛存在于植物葉片 , 1996 年 Ohba 從 25 棵桑樹 1 004 片桑葉中分離出 186 個 Bt 菌落 ,其中棵桑樹 96% , 112 片桑葉 11. 2% 均分離到 Bt 。Normander 等第一次進(jìn)行了豌豆葉面細(xì)菌的分布 。Mizuki 等 從日本 35 種木本和草本植物分離出 120 株 Bt 菌株。Maduell 等 從哥倫比亞安第斯山脈海拔 1 800～2 500 m 之間 3 個高度采集胡椒科屬 13 個種的 35 個葉片樣本中分離出 266 株 Bt,并進(jìn)行了菌株伴孢晶體形態(tài)學(xué)的研究。 蘇云金芽孢桿菌鑒定與分類Bt 屬芽孢菌 ,能產(chǎn)生晶體是它區(qū)別于其他芽孢桿菌的標(biāo)志。血清學(xué)分類是該菌長期應(yīng)用的一個最實(shí)用的指標(biāo) ,目前有 70 個血清型和 84 個亞種 ,所有血清亞種均可從法國巴黎的巴斯德研究所索取獲得但其存在的缺點(diǎn)是無法反映致病性和寄主范圍 ,因而還是有一定的局限性。Bc 類生物除自身外 ,還包括昆蟲病原菌 Bt,人類病原菌炭疽芽孢桿菌 Bacillus anthracis, Ba 以(及假根狀的覃狀芽孢桿菌 Bacillus mycoides,)Bm。表型特征和有機(jī)年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)2物利用都無法區(qū)別 Bt 和 Bc,如細(xì)胞脂肪酸含量、糖含量、多位點(diǎn)酶電泳、腸毒素、噬菌體定型技術(shù)。1992 年 Brousseau 等用隨機(jī)擴(kuò)增指紋技術(shù)區(qū)別 Bt 和 Bc, 1997 年 Giffel 等只發(fā)現(xiàn)少量 Bt 和 Bc 的 16SrDNA 序列有差異 ,1998 年 Beat2tie 等采用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)區(qū)分 Bc 種類 ,總之 ,Bt和 Bc 是很難區(qū)分的 。 孫云錦芽孢桿菌生態(tài)學(xué)及安全性Bt 在自然界中的作用和循環(huán)至今不是很清楚。有些植物化學(xué)物質(zhì)能鈍化 Bt,Luthy 證明棉花葉片的提取液會使 ICP 失效。它在湖水中存活時間比自來水長得多 ,因?yàn)榍罢吒缓瑺I養(yǎng)。但是有點(diǎn)必須給予關(guān)注。有些國家采用含 外毒素的 Bt 產(chǎn)品防治家蠅 ,但許多機(jī)構(gòu)則禁止使用。因?yàn)楹笳邥?dǎo)致人的嘔吐和腹瀉。丹麥?zhǔn)袌龅?50%生物農(nóng)藥是 Bt 產(chǎn)品。含淀粉及熟食類樣品最多 ,新鮮黃瓜和番茄亦有發(fā)現(xiàn)。而在隨機(jī)選擇的 40 個 Bc 類菌株中 ,有 31 株是 Bt。國際化學(xué)聯(lián)合會 IUPAC 頒布了 Bt 發(fā)酵產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn) Quinlan, 1990 。各種微生物及其最大濃度的量是:嗜溫性微生物 1 10 CFU/g ,酵母 和 霉 菌 100 CFU/g , 大 腸 桿 菌 類 510 CFU/g ,金黃色葡萄球菌 1 CFU/g ,沙門氏菌 1 CFU/10g ,蘭斯斐爾德氏鏈球菌 D 組1 10 CFU/g 。Bt 生產(chǎn)主要是液體深層發(fā)酵。許多科學(xué)家嘗試進(jìn)行菌種選育和改良 ,經(jīng)過國內(nèi)外 10 多年的努力 ,盡管我們利用分子生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建了大量的工程菌 ,但除國外的 Ciba2Geigy 等少數(shù)公司外 ,工程菌還沒有大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)。采用先進(jìn)的后處理工藝是大幅度提高 Bt 產(chǎn)品年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)3效價的根本性措施。有關(guān)劑型 ,國外比國內(nèi)要豐富得多 ,包括可濕性粉濟(jì)、懸浮劑、水分散顆粒劑、油懸劑、膠囊劑和顆粒劑 ,而國內(nèi)主要是懸浮劑和可濕性粉劑。 設(shè)計(jì)方案 產(chǎn)品方案產(chǎn)量的確定產(chǎn)量的大小直接影響到設(shè)備的配套、車間的布置和面積、公用設(shè)施和輔助設(shè)施的大小，以及勞動力的定員等。另外，班產(chǎn)量的確定還與市場銷售能力有關(guān)系。根據(jù)加工品的市場需求，酸乳廠生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，原料特性及加工設(shè)備的生產(chǎn)能力和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，一般淡季一班，中季二班，旺季三班。酸乳生產(chǎn)旺季在夏季 6 月、7 月、8 月，旺季工作日（ ）為 82d。(l)主生產(chǎn)車間:蘇云金芽孢桿菌生產(chǎn)線。(3)發(fā)酵室:菌種發(fā)酵用。(5)冷庫:存放蘇云菌芽孢桿菌成品用。(7)化驗(yàn)室:原輔材料的檢驗(yàn)及車間成品的理化指標(biāo)和微生物的檢測。(9)鍋爐房:提供生產(chǎn)所需要的蒸汽。年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)5第 2 章 工藝流程確定與論證 工藝流程確定 蘇云金芽孢桿菌液體深層發(fā)酵1956 年前蘇聯(lián)發(fā)表了用液體培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng) Bt，并用于防治菜青蟲的報(bào)，從而揭開了 Bt 液體培養(yǎng)的序幕，Bt 制劑之所以能廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于能通過液體深層發(fā)酵大規(guī)模生產(chǎn)。液體發(fā)酵主要有分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵三種方式。為此人們從反應(yīng)器和工藝角度進(jìn)行了改進(jìn)。于是有人提出了流加工藝，逐漸提高基質(zhì)濃度以削弱抑制，也因此實(shí)現(xiàn)了 Bt 的連續(xù)發(fā)酵，年產(chǎn) 1000 噸蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵車間工藝設(shè)計(jì)6但長時間的連續(xù)發(fā)酵培養(yǎng)基很容易染菌，菌種也易發(fā)生退化或產(chǎn)生無孢突變株。補(bǔ)料方式又可分為連續(xù)式和間歇式，Kang 等研究發(fā)現(xiàn)間歇式補(bǔ)料比連續(xù)式細(xì)菌增殖快，芽孢密度大；連續(xù)式補(bǔ)料在補(bǔ)料過程中即使細(xì)胞增殖緩慢也不會像分批發(fā)酵那樣很快轉(zhuǎn)入芽孢期，補(bǔ)料濃度過高則不能形成芽孢。 蘇云金芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵起源于我國傳統(tǒng)的“制曲”技術(shù)，是利用顆粒載體表面所吸附的營養(yǎng)物質(zhì)或顆粒本身提供的營養(yǎng)來培養(yǎng)微生物。20 世紀(jì) 50年代，國外開始將這項(xiàng)技術(shù)用于 Bt 的發(fā)酵生產(chǎn)。傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵按設(shè)計(jì)規(guī)模可分為網(wǎng)盤薄層法、皿箱式、大池通風(fēng)法以及地坪式等發(fā)酵方式，如圖 2 所示。通常使用的載體可分為有機(jī)載體和無機(jī)載體兩類，有機(jī)載體如麥麩、米糠、黃豆餅粉、花生餅粉等，既可作為營養(yǎng)源，又兼有載體作用；無機(jī)載體如多孔珍珠巖、細(xì)沙等，這些物質(zhì)通氣性能較好，但需要另外添加營養(yǎng)成分。g1，在 2022 倍稀釋度條件下對菜青蟲的致死率為 100%。適宜的初始含水量，使得培養(yǎng)基有合適的疏松度，顆粒間存在一定空隙，有助于菌體從培養(yǎng)基獲得營養(yǎng)成分和氧的傳遞，從而促進(jìn)生長繁殖，而過高的含水量會導(dǎo)致培養(yǎng)基粘結(jié)成團(tuán)，多孔性降低，影響氧的傳遞；含水量過低，則使培養(yǎng)基膨脹程度降低，水的活度低，抑制菌體生長。固態(tài)發(fā)酵具有低投資、低成本、低排污等優(yōu)點(diǎn)，但因輸送、攪拌、溫度、濕度、pH 值和供氧等諸多問題缺少工程解決手段而使其發(fā)展受到了限制。壓力脈動避免了機(jī)械攪拌的缺陷，提高了傳質(zhì)傳熱效率，降低溫度、O2 和C