抗菌肽规模化生产新工艺新设备的研究和应用
2010-08-09陶德录李巧贤
陶德录 李巧贤
抗菌肽研究的兴起是在20世纪80年代，从昆虫、动物、植物、微生物等生物中不断的分离得到各种不同的抗菌多肽，它有分子量小、水溶性好、耐热性强、抗菌谱广等特点，成为一种高效、低毒并且无残留危害的抗菌、抗病毒、抗癌新药。微生物产生的抗菌肽在工业、农业、畜牧业及医药等方面具有广泛的应用前景，因为这些抗菌肽的微生物都是从发酵食品中或从动物体内分离出来的，是对动物体无害的甚至是有益的，所以这些抗菌多肽作为添加剂添加到医药、食品中是安全的，有效的，其用量也很少，而且微生物抗菌多肽不容易使生物产生耐药性。
在产抗菌肽的菌种、抗拒机理、作用、性能、特点、效果等方面的研究成果比较多，但是，在如何规模化生产方面的技术、工艺流程、应用设备等研究很少。本研究是将最新科研成果应用在上海一家比较大的饲料添加剂生产企业，上了一套年生产2 000 t抗菌肽的新工艺新设备生产线，经过一年多时间的生产运行，其设备性能的特点显现，生产的产品质量稳定、效果明显。现将有关情况报告于大家，供参考。
1 材料与方法
1.1 实施时间
2009年1月～2010年5月。
1.2 菌种
内蒙古农牧业科学院李巧贤研究员提供菌种4株，为国家科技部科技成果转化项目，获得农业部生产批文号。
1.3 育种车间工艺流程和设备
1.3.1 育种车间工艺流程（见图1）
1.3.2 育种车间主要设备及其用途
500 L配料罐1个，用作培养基原料的配制和稀释。
2000 L糖化罐1个，用作大麦芽糖化。
瞬时灭菌器1个，用作培养基加热灭菌。
2000 L保温罐1个，用作培养基加热后在高温下保持一定的时间，进一步灭菌。
瞬时冷却器1个，用作培养基冷却。
1000 L微生物液体连续培养恒化器4个，用作菌种连续培养。
1.4 发酵车间工艺流程和设备
1.4.1 发酵车间工艺流程（见图2）
1.4.2 发酵车间主要设备及其用途
500 L配料罐1个，用作固体原料发酵所需要的特殊营养物质的配制和稀释。
2 000 L菌液稀释罐1个，用作复合菌液的稀释和配制。
图1 育种车间工艺流程
图2 发酵车间工艺流程
300型固体灭菌器2个，用作固体发酵原料的灭菌。
200型自动称料系统1套。
200型箭式接种机1台。
微机控制系统1套，用作固体原料的配料、称料、接种、放料和记录等。
好氧立体发酵器20套，厌氧立体发酵器20套，用作固体发酵。
1.5 干燥车间工艺流程和设备
1.5.1 干燥车间工艺流程（见图3）
1.5.2 干燥车间主要设备及其用途
搅拌式自控气流脉冲干燥机主机1台，用作对湿物料的搅拌和干燥。
高效旋风分离器2个，用作气料分离。
9-19-22型引风机1台，用作输送物料。
关风机1台，用作下料。
搅龙、提升机各1台，用作输送物料。
图3 干燥车间工艺流程
2 结果与分析
2.1 育种车间生产实施过程与检测结果
2.1.1 配料
将大麦芽、蛋白胨等营养物质按照配方比例放入配料罐中，并加水稀释。
2.1.2 糖化
在糖化罐中糖化2 h左右，达到所需要的糖度。
2.1.3 灭菌
糖化液在流动的过程中瞬时使温度达到95～100℃，并保温1 h左右。
2.1.4 冷却
灭菌好的糖化液在流动的过程中瞬时使温度降到35℃左右，并分别匀速流加在4个恒化器中。
2.1.5 接菌培养
在实验室培养好的菌种直接接入恒化器中，2株好氧菌接入2个好氧恒化器中，2株厌氧菌接入2个厌氧恒化器中，开启自动搅拌、供氧、加热等系统，连续培养3 d，杆菌达到8～10亿/ml，球菌达到6～8亿/ml，酵母菌达到2～4亿/ml之后，每天根据生产需要每个恒化器可放出100～300 L成熟菌液，供给发酵车间用。
2.2 发酵车间生产实施过程与检测结果
2.2.1 固体料灭菌
将豆粕等原料装入固体料灭菌器中，在120℃中保持0.5～1 h。
2.2.2 配制稀菌液
根据生产计划，抽取所需要的成熟菌液，并加入一定量的特殊营养物质稀释。
2.2.3 接种
将配方输入微机中，微机按程序自动完成固体料称重、混合搅拌、液体菌接种、放料等工序。
2.2.4 发酵
将接好菌的固体培养基装入立体发酵器中，好氧菌装入好氧发酵器中，厌氧菌装入厌氧发酵器中，堆放在固定的区间发酵。
2.2.5 检测
经过36～48 h发酵后，菌基本长好，冬季时间可长一些。检测菌数情况，一般可达到200亿/g以上。
2.3 干燥车间生产实施过程与检测结果
2.3.1 干燥第一遍
将好氧发酵和厌氧发酵物料混合放在上料口附近，会自动上料和调节，物料水分为40%左右。热风温度为110～120℃，物料在干燥机中高速运动，从进到出为3～5 s时间，除去水分10%～15%，料温上升5℃左右。
2.3.2 干燥第二遍
将干燥第一遍的物料放在上料口附近，调整热风温度为80～100℃，物料在干燥机中高速运动，从进到出为3～4 s时间，除去水分10%～15%，料温上升5℃左右。
2.3.3 干燥第三遍
将干燥第二遍的物料放在上料口附近，调热风温度为60～80℃或用自然常温，物料在干燥机中高速运动，从进到出为2～4 s时间，除去水分5%，料温上升为0或下降1～5℃。
有时干燥三遍水分达不到10%以下时，可用自然常温再干燥第四遍，最终使物料水分达到10%以下，料温保持在45～55℃。
2.3.4 粉碎包装
干燥好的料粉碎，过60目筛，包装入库。
2.3.5 检测结果
检测复合菌一般为200亿/g左右；现在可以提高到300亿/g以上。抗菌肽含量一般为80 wu/ml左右，抗菌性能优良，作为药品可以有效的治疗动物腹泻，作为饲料添加剂可以有效的替代抗生素预防腹泻，又是良好的促生长剂，对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌病原菌有很强的抑制作用。
动物饲喂饲养试验在泰州邦成兴化猪场对断奶仔猪进行部分、全部替代抗生素的使用试验，其效果是仔猪腹泻率：试验组为5.2%，对照组为17%；仔猪死亡率：试验组为0，对照组为2.44%。
3 结论
3.1 本研究应用的菌为4株，从动物体内提纯优选而来，绿色、无残留、无污染，其代谢产物——抗菌肽含量高，抗致病菌性能好，是国家科技部农业科技成果转化项目，在同行业中唯一获得农业部生产批文号的项目。经过小试、中试到规模化生产，再到用户饲喂饲养试验证明，效果显著，性能稳定。
3.2 本研究应用新工艺、新设备进行规模化生产，经过一年多时间的生产运行证明，工艺流程设计合理，设备性能稳定，自动化程度高，操作简单，机械故障率和杂菌感染率极低，无物料浪费，能保证产品质量的稳定性。
3.3 该套设备投资少，材质为不锈钢，总投资为120万元，与同等规模的其它工艺设备投资相比较，减少投资约40%左右。
10篇，刊略，需者可函索）
