一种微生物复合菌剂的生产工艺流程及详细设计要求.pdf

一种微生物复合菌剂的生产工艺流程及设计要求 （附简图)一生产前的准备工作 （1）生产用菌种的鉴定:主要包括纯度鉴定，生产性能的检查，有无杂菌污染。还有就是菌种的活性，重要特性有无退化等。（2）如菌种已发生功能性改变或被杂菌污染，还需要进行菌种的纯化或或复壮。（3）其次在规模生产之前，还要通过实验室中试，确定该菌群的最适生长温度，PH，发酵培养基的最适成分与比例；生长曲线的绘制与最适培养时间的确定。我们一般选取对数生长期的菌体（丝）做为生产发酵用的菌种。最佳接种量与装液量的控制。二实验室菌种的活化与种子培养阶段：（1）将冷冻保藏管中的菌种在斜面中活化（37 24h），并在平板中进行纯化（37 24h）。最终得到斜面菌种或菌种斜面。斜面培养基成份 葡萄糖 牛肉膏 蛋白胨 Nacl 琼脂 PH 组成比例 0.1%1%1%0.5%2.0-2.5%7.0-7.2 （2）摇瓶培养阶段:取一环纯化后的的菌种，接入装量为20mL 种子培养基的 250mL 三角瓶中，置于 180r/min 中摇床中培养(37 18h)。分别取 1mL 的种子液,接入五个盛有 20mL 发酵培养基的 250 mL 三角瓶中。置于 180 r/min摇床中 培养（37 24h）。接种量为三角瓶实际培养基装量的4-5%.PH 控制在 7.0-7.5 之间。培养基组成见下表：摇瓶种子培养基成分 葡萄糖 尿素 硫酸镁 磷酸氢二钾 玉米浆 硫酸亚铁 硫酸锰 PH 各组成成分比例（%）2.5 0.5 0.04 0.1 2.5-3.5 2ppm 2ppm 7.0 （注；1ppm=1mg/l)三生产车间多级种子罐发酵阶段：工艺流程 工艺条件 中控 121125 蒸汽 0.103MPa0.168 MPa 0.5h1.0h 种子罐 培养基 加料体积 50%75%，实际为 60%PH6.57.5 精密试纸或 PH 计 121125 蒸汽 0.103MPa0.168 MPa 0.5h1.0h 灭菌空气 2535 常压 摇瓶菌种 物料量的 0.5-5%.实际接种量为 1%灭菌空气 2535 镜检：2436h 菌体的形态、密度 消泡剂 芽孢形成率80%搅拌转速：180r/min 二级种子罐重复上述操作和参数控制 其中，由摇瓶菌种向一级种子罐的接种量，控制在一级种子罐实际装料量的0.5%-5.0%;PH 控制在 6.5-7.5;发酵温度控制在 2535；装料量控制在种子罐公称容积的 60%左右。搅拌转速控制为 180r/min.二级种子罐的具体工艺操作和参数控制和一级种子罐大体相同。二级种子罐培养基成分应尽可能的接近主体发酵罐培养基成分。通过上述二级种子罐发酵培养，我们大致可以得到 450L 的发酵种子液。（计算如下：0.6*0.01*V=0.225L 由此可得 V=37.5L 即通过一级种子发酵，我们可以得到 22.5L 的发酵菌体或菌丝。二级种子罐的接种量为 5%。即 0.6*0.05*V=22.5L)即V=750L.即通过二级种子发酵，我们大致可以得到 450L 的二级种子发酵液。二级种子罐培养基成分如下表 培养基成分 水解糖 玉米浆 磷酸二氢钾 硫酸镁 尿素 铁元素(mg/l)锰元素(mg/l)PH 百分含 量（%）2.5 2.5-3.5 0.15 0.04 0.4 2 2 6.8-7.2 四主体发酵阶段 （1）发酵罐主要部件的设计与选型（具体设计部分见附页）主要部件包括：罐体，搅拌器，联轴器，轴承，轴封，挡板，空气分布器，换热装置，传动装置，消泡器，人孔试镜，以及管路等。(2)通过实验我们可以知道:最佳装液量为（50%-75%）罐体公尺容积；最佳接种量（1%-5%)实际装液量；发酵温度控制在2535；PH 控制在 6.8-7.2；搅拌转速 180-200r/min.转速过快会对菌丝体产生破坏，转速过慢易产生发酵泡沫，而且会因为溶解氧不足而影响微生物的生长繁殖。（3）具体发酵时间和发酵终点的确定，要通过镜检来观察微生物菌体的形态，密度，以及芽孢形成率80%。最终来确定发酵时间和发酵终点。我们一般选取对数生长末期的菌体菌丝做为发酵终点。因为此时微生物代谢活性最高，菌体数目最多。(4)主体发酵罐培养基成分及比例:培养基成分 水解糖 甘蔗蜜糖 尿素（初尿）磷酸氢二钾 硫酸镁 硫酸亚铁(ppm)硫酸锰(ppm)水 PH 含量（%)13 0.15 0.6 0.17 0.06 2 2 80-90 6.8-7.2 （5）主体发酵罐操作工艺流程框图 二级种子罐发酵液 发酵罐 培养基 加料体积 50%75%PH6.57.5 精密试纸或 PH 计 蒸汽 121125 0.103MPa0.168 MPa 0.5h1.0h 2535 灭菌空气 常压 灭菌空气 2535 镜检：消泡剂 2436h 菌体的形态、密度 芽孢形成率80%常温常压 液态菌剂固形物含量 1020%附页部分 一。复合菌剂生产工艺流程简图 二。发酵罐主体部件的设计 发酵罐的种类很多，但是由于其他类型发酵罐应用的产品范围较窄，其流行程度远不如机械搅拌发酵罐，约 92%的发酵工厂在使用机械搅拌发酵罐。它的主要部件包括：罐体，搅拌器，联轴器，轴承，轴封，挡板，空气分布器，换热装置，传动装置，消泡器，人孔试镜，以及管路等。(一)几何尺寸 1.罐体计算：设计月生产量 270 吨，则日平均产量为 9 吨。设计有效装液量为罐体公称容积的 60%。则可知 V=15000L 一般 H/D=2.5 较好，现在发展趋势是 H/D 越来越小，已达 1.8 左右。现设计H/D=2(其中 H 罐体高度,D 为发酵罐内径），则由 ；H/D=2.可知罐体高度 H=4m;发酵罐内径 D=2m。罐体各部分材料多采用不锈钢，如 1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9,或瑞典 316L。罐体必须能承受发酵工作时和灭菌时的工作压力和温度。通常要求耐受 130 度和0.25MPa 的绝压。2、搅拌器直径和几何尺寸 高径比：对于档数：通用罐 D/D1=3，只能适合罐容积不太大的场合；当罐较大时，D/D1=3-4。根据需要，现设计采用圆盘涡轮式搅拌器。搅拌器叶轮直径D1=1/3D=2/3m。3、封头：采用椭圆形或碟形封头，当 V5m3 时，封头与罐体间采用法兰连接；当 V5m3 时，封头与罐体间采用焊接；4、挡板：挡板的作用是防止液面中央产生旋涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。挡板宽度为（0.1-0.12）D。当满足全挡板条件时，增加罐内附件，轴功率不变。WZ/D=0.5 即：(0.1-0.12)Z=0.5 即挡板宽度 W=0.2m 5、管口位置：人孔：为了便于操作和维修，封头上的人孔离操作层高度在 0.7m 左右，大小为 500450cm;封头上其它管口，在满足工艺的同时应方便操作。检测点：在下搅拌与第二档搅拌之间。空气管：可开在封头上，也可开在罐身上。取样口：开在罐身上。冷却水管口：夹套冷却，冷却水进口在罐底，出口在罐身上部；冷却管冷却，进出口多在上部。物料出口：开在罐底，稍微偏离罐底中心，也可开在罐身或罐顶，由一根管插入接近罐底最底处。补料管：消泡、流加糖从罐顶加入；补氨水、液氨从空气管道加入。消泡电极:接口在罐顶封头上。6、罐装料容积的计算 公称容积：罐身部分和底封头的容积之和（与贮罐相区别）。V=V1+V2=D2(H0+ha+D/6)/4 （ha 可忽略不计）罐实际装料量：V0=V (=0.6-0.85)圆筒部分装料高度：HL=4（V V 封）/D2 液柱高度：H=HL+ha+hb 7、空气分布装置 (1)单孔管：布置于罐底，结构简单，开口向下式可消除罐底固形物积淀，但对封头冲蚀严重；开口向上式对罐底物料混合不好；(2)多孔环管：在环形管底部钻有许多小孔，气体分布比较均匀，但易使物料堵塞小孔，引起灭菌不彻底；(3)环形多支管：在环形管底部设置 4-6 根“L”型支管，开口均朝发酵罐中心线，结构简单但对罐底沉积物的清除往往不彻底。(4)一般在发酵工业中通常采用单管空气分布器。空气分布器在搅拌器下方的罐底中间位置，管口向下，空气直接通入发酵罐的底部。管口与罐底距离为 40mm,管径可按空气流速 20m/s 左右计算。(二)换热装置 （1）换热方式：1、夹套换热：应用于 V20m3，结构简单，死角少，但壁厚，降温效果差。加导流板可增大传热系数。2、罐内竖式蛇管换热：传热系数高，但弯曲部位易蚀穿。3、罐内竖式列管换热：适用于水源充足的地方，传热系数低于蛇管，用水量大。4、罐外半圆管为主，罐内竖式蛇管补偿或板式换热器补偿。可增大罐内有效容积，减少死角，此为将来发展趋势。除以上换热方式外，还可采用安装在罐外的板式或螺旋板式换热器进行换热。（2）发酵过程热量计算 通常以一年中最热的半个月中每小时放出的热量作为设计冷却面积的根据。1、通过冷却水带走的热量进行计算 测定冷却水的流量及进出口的温度，按公式计算：Q 最大=4.186WC(t2-t1)/V 2、通过发酵液温度升高进行计算 在最热季节，选择产热量最大最快的时刻，先控制温度恒定，关闭冷却水，测定发酵液在半小时内升高的温度，由公式计算：Q 最大=24.186(GCt+G1C1t)/V 3、通过生物合成热进行计算：Q 总=Q 发+Q 搅Q 汽 Q 发=Q 呼+Q 代