年产1000吨Bt的车间工艺发酵设计 (3)

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

第2章 工艺流程确定与论证

2.1工艺流程确定

2.1.1苏云金芽孢杆菌液体深层发酵

1956 年前苏联发表了用液体培养基摇瓶培养Bt，并用于防治菜青虫的报，从而揭开了 Bt 液

体培养的序幕，Bt 制剂之所以能广泛应用，关键在于能通过液体深层发酵大规模生产。其工艺流程如图 1 所示。液体发酵主要有分批发酵、补料分批发酵和连续发酵三种方式。分批发酵一次性投料，工艺简单，但若要达到较高的发酵水平，需要较高的基质浓度，这种情况下很容易产生基质和代谢产物抑制，同时培养基的粘度增加后，由于影响混合和流动而不利于氧的传递，最终可能使毒效大打折扣。为此人们从反应器和工艺角度进行了改进。采

用外环流气升式反应器，通过气体喷射推动液体循环流动以取代传统的机械搅拌方式，由于能耗低、结构简单、传质效果好、换热面积大、剪切力低等优点，对Bt毒效的提高有很大帮助，但目前还缺乏大型生产的经验，尚处于研究阶段；提高搅拌速度或增大通风量以改善供氧环境，有助于毒效的提高，但势必以增加能耗为代价。于是有人提出了流加工艺，逐渐提高基质浓度以削弱抑制，也因此实现了Bt的连续发酵，但长

6

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

时间的连续发酵培养基很容易染菌，菌种也易发生退化或产生无孢突变株。综合两者的优点，补料分批发酵被认为有较

好的发展前景，即逐渐补料，一次出料。补料方式又可分为连续式和间歇式，Kang等研究发现间歇式补料比连续式细菌增殖快，芽孢密度大；连续式补料在补料过程中即使细胞增殖缓慢也不会像分批发酵那样很快转入芽孢期，补料浓度过高则不能形成芽孢。Zhou等通过控制pH值来调节补料，补料过程中pH保持在7.0左右，避免了营养过剩问题，苏云金素产量比分批发酵提高了89.51%。

2.2.2苏云金芽孢杆菌固态发酵

固态发酵起源于我国传统的“制曲”技术，是利用颗粒载体表面所吸附的营养物质或颗粒本身提供的营养来培养微生物。在相对小的空间内，这些颗粒载体可提供相当大的气液界面，从而满足好气微生物增殖所需要的水份、氧气和营养。20 世纪 50年代，国外开始将这项技术用于 Bt 的发酵生产。70年代，我国许多地区与单位都进行了 Bt 的固态发酵研究，直到上世纪 80 年代，其生产工艺才逐渐完善。传统的固态发酵按设计规模可分为网盘薄层法、皿箱式、大池通风法以及地坪式等发酵方式，如图 2所示。可用于苏云金固态发酵的原料很广泛，但选择时既要考虑物料的营养性，也要考虑载体的通气性。通常使用的载体可分为有机载体和无机载体两类，有机载体如麦麸、米糠、黄豆饼粉、花生饼粉等，既可作为营养源，又兼有载体作用；无机载体如多孔珍珠岩、细沙等，这些物质通气性能较好，但需要另外添加营养成分。杨淑兰等利用麸皮、棉籽饼粉、米糠、草木灰等为发酵原料，进行

7

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

了百公斤级的Bt subsp. HD-1固态发酵试验，研究发现种龄、发酵温度、初始pH值、基质含水量与草木灰含量等是影响芽孢形成和毒效的重要因素，选择最佳培养条件可使发酵芽孢数稳定在2.0×10 10CFU·g-1，在2000倍稀释度条件下对菜青虫的致死率为100%。基质的通气性主要用含水量来控制。适宜的初始含水量，使得培养基有合适的疏松度，颗粒间存在一定空隙，有助于菌体从培养基获得营养成分和氧的传递，从而促进生长繁殖，而过高的含

水量会导致培养基粘结成团，多孔性降低，影响氧的传递；含水量过低，则使培养基膨胀程度降低，水的活度低，抑制菌体生长。Capalbo等人将潮湿的稻谷装入聚丙烯袋接种Bt subsp. tolworthi进行了固态发酵实验室研究，湿度控制在50%~60%，产物田间毒效良好，48 h死亡率可达100%。固态发酵具有低投资、低成本、低排污等优点，但因输送、搅拌、温度、湿度、pH值和供氧等诸多问题缺少工程解决手段而使其发展受到了限制。陈洪章等人首

先提出了压力脉动固态发酵技术，利用压力脉动周期刺激强化生物反应和细胞膜传质速率。压力脉动避免了机械搅拌的缺陷，提高了传质传热效率，降低温度、O2和CO2浓度梯度，促进了毒效的提高。目前，压力脉动固态发酵反应器已成功放大到70 m3的工业级生产规模。

2.2.3小结

在发酵过程中，液态发酵流动性好，传质、传热性能优于固态发酵，也便于控制；但在后处理过程中，液态发酵通常需要碳酸钙助滤或离心浓缩，操作复杂且有效成分易流失，而固态发酵可以直接进行干燥、粉碎，能源消耗小，但可湿润性较差。综上所诉，结合近年来工业生产的发展，我采用液体深层发酵。

8

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

第3章 物料衡算

3.1生产条件

已知发酵培养接种量为1%，发酵时间为46h，发酵罐的搅拌转速为400~600r/min，通气量为1.75L/min，发酵液密度为1000kg/m3,粘度为0.1Pa·s。年操作日300天，每升发酵液可以纯化得到Bt产品0.45kg，共需生产150个周期。水蒸气170℃，冷却水进出口温度根据实际情况确定。

3.2各设备的物料衡算

发酵罐中成分 啤酒糟1000g，，米粉15g ，豆粕180g ，KH2P03 2g 水占60% 密度为1000kg/m3

3.2.1发酵罐物料衡算

9x103 每周期发酵体积：v总?=20m3

0.45装料系数?0?V/V0?0.6~0.75 取?0=0.7

vo?v总0.7?30m3

选用三个10m3的发酵罐，另选一个作为备用罐 发酵液 G=1000x10=10000kg

1000啤酒糟G1=10000x=3341kg

2992.515米粉G2=10000x=50kg

2992.5180豆粕G3=10000x=138kg

2992.52KH2P03G4=10000x=6.68kg

2992.51000水G水=10000x=3341kg=3341L

2992.59

年产1000吨苏云金芽孢杆菌的发酵车间工艺设计

3.2.2接种罐物料衡算

接种液为发酵液的1% 接种罐为

v1=v0x1%=0.1m3

选用三个0.1m3的接种罐罐，另选一个作为备用罐

发酵液G10=Gx1%=100kg 啤酒糟G11=G1x1%=33.41kg 米粉G12=G1x1%=0.5kg 豆粕G13=G2x1%=1.38kg KH2P03G14=G3x1%=0.067kg 水G水=33.41m3

表1

单位 发酵罐

10000g发酵液/期

kg 33.41 kg 0.5 kg 1.38 kg 0.066 kg 3341 kg 50 kg 138 kg 6.68 发酵车间物料衡算表

发酵后液体密度变为0.072kg/m3

10

物料名称 年消耗/kg

接种啤酒糟 接种米粉 接种豆粕 接种KH2P03 发酵啤酒糟 发酵米粉 发酵豆粕 发酵KH2P03 5011.5 75 207 100.5 501150 7500 20700 10050

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新初中教育年产1000吨Bt的车间工艺发酵设计 (3)全文阅读和word下载服务。