一种微生物新农药干燥技术的研究

李学红 , 李春田 , 杨永军 , 孙耀华

(华北制药集团 爱诺公司 , 河北 石家庄　052165)

一种微生物新农药干燥技术的研究

李学红 , 李春田 , 杨永军 , 孙耀华

(华北制药集团 爱诺公司 , 河北 石家庄052165)

摘要：甲基营养型芽孢杆菌是一种新型微生物农药,简称BAC-9912。基于其热敏性强的特性,在产品制备过程由于干燥方式、温度及时间对产品中活菌存活率有着显著的影响,因此干燥过程要同时考虑物料含水量和活菌存活率两项指标。本文对甲基营养型芽孢杆菌的真空干燥工艺进行了深入的研究,对各项参数进行了细化和优化,通过实验,得到了合理的工艺控制参数,在温度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥时间8 h条件下,产品活菌率达到80%,为该产品的产业化奠定了技术基础。

关键词：甲基营养型芽孢杆菌 ； 存活率 ； 物料含水量 ； 真空干燥

甲基营养型芽孢杆菌是从辽宁黄海和渤海海域的海泥样品中成功筛选、分离出的一株海洋细菌。经培养后产生的物质具有很强的抗菌活性,其发酵产物对蔬菜根腐病、大豆根腐病、苹果腐烂病等真菌病毒具有很强的拮抗作用,而且对人畜、环境无不良影响,是一种有着广泛应用前景的新型生物农药[1]。但是,由于甲基营养型芽孢杆菌是一种热敏性物质,干燥过程中极易造成活菌的死亡,严重影响了产品的有效成分含量及使用效果。

考虑到干燥技术中针对热敏性物质的喷雾干燥、冷冻干燥等技术生产成本高、工艺较复杂的特点,我们决定采用真空干燥来进行试验[2]。在真空环境下,水的沸点降低,较低温度下即可完成干燥过程、可以实现低温干燥,为热敏性物料的干燥提供了有利条件[3]。本文就此问题,将甲基营养型芽孢杆菌发酵液经过滤所得的滤饼放置于双锥回转,将甲基营养型芽孢杆菌发酵液经过过滤所得的菌丝体放置于双锥回转真空干燥器中进行干燥试验,以求获得最佳的干燥温度、时间、真空度等技术参数[4]。

1材料与方法

1.1　实验材料

甲基营养型芽孢杆菌发酵液经板框过滤机过滤后所得的滤饼,甲基营养型芽孢杆菌发酵液经过滤机过滤后所得的菌丝体。

1.2　实验仪器

双锥真空干燥器,SZG,常州市力度干燥设备有限公司；水环真空泵,SZ,上海中球泵业有限公司；电子天平,FA1004B,上海市精密科学仪器有限公司；电热恒温干燥箱,101-3,天津市泰斯特仪器有限公司；微粉碎机,WF-130,江阴市宏达粉体设备有限公司；智能振荡器,HZQ-QX,哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；生化培养箱,LRH-250-Ⅱ,广大省医疗器械厂；生物安全柜,BSC-1300-ⅡA2,蚌埠市珠城净化设备有限公司。

1.3　实验方法

1.3.1滤饼制备

甲基营养型芽孢杆菌发酵液,经板块过滤机过滤后所得滤饼和菌丝体,为实验物料[5]。如下：甲基营养型芽孢杆菌菌种→甲基营养型芽孢杆菌的发酵液→板框过滤→湿滤饼和湿菌丝体(含水量)。

1.3.2活菌存活率的测定方法

测试项目为活性成分计数；测试方法采用菌落单位形成法(CFU)。具体测试步骤为：称取经粉碎后的试样10 g,放入100 mL无菌容量瓶中,用无菌水定容至100 mL,振摇约20 min,使试样与水充分混合,将菌分散, 该储备液为制备成10-1倍稀释液[6]。用一支1 mL无菌吸管从10-1倍稀释液中吸取1 mL悬液注入盛有9 mL无菌水的试管中,吹吸三次,并振荡使之充分混匀,该稀释液为得到10-2倍稀释液。以此类推制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍稀释液。上述称量及稀释过程进行5个重复,即分别称量5个样品进行稀释。稀释完成后吸取10-7倍稀释液100 μL分别涂布到预先准备好的改良淀粉琼脂培养基上,用无菌玻璃涂棒在培养基表面轻轻地涂布均匀,每个浓度涂布5个平板。将接菌的平板倒置于37 ℃温室中培养1～3日,根据活性成分的菌落特征进行计数,之后进行含量计算,每平板菌落数30～300个为宜[7]。

1.3.3物料含水量的测定方法

用分析天平(精确度0.1 mg)称取试样(g,准确至1 mg),置于预先称重的称量瓶中(扁形称量瓶：直径40 mm),将此瓶放入105 ℃±2 ℃电热恒温干燥箱内干燥,1 h后取出,在干燥器中冷却至室温,称重[8]。

测定结果,干燥减量X(%)即物料含水量按下式计算：

式中：X,干燥减量,%；m,试样的质量,g；m1,干燥后试样的质量,g。

1.3.4甲基营养型芽孢杆菌真空干燥实验方法与终点判定

实验方法：将发酵液过滤后所得滤饼置于双锥回转真空干燥器中将发酵液过滤后所得菌丝体置于双锥回转真空干燥器中[9],缓慢升温(1 h内)至干燥温度,开始计时,控制适当真空度,进行干燥试验。

干燥终点：根据生产要求,本实验应同时满足干燥后活菌存活率>80%且物料含水量(按干燥减量式计算)>5%两项指标时,即为干燥终点[10]。

2实验研究及结果分析

2.1　真空干燥单因素试验分析

2.1.1干燥温度对活菌存活率影响的试验研究

干燥温度是影响产品中活菌存活率的重要因素,根据甲基营养型芽孢杆菌特性,理论上的存活温度范围为<100 ℃,选取适当的产业化干燥温度范围50～95 ℃进行试验(双锥回转真空干燥器装料量为容积的50%,干燥时间12 h),表1为不同干燥温度与对应活菌存活率的三组数据。

表1　活菌存活率实验数据表

从表1可知,物料中活菌的存活率随干燥温度的升高而逐渐降低,温度高于80 ℃时,物料中活菌的存活率低于80%且迅速大幅下降,难以满足产品质量的需求,因此在后面的多因素试验中,干燥温度参数选取50～80 ℃的试验区间。

2.1.2干燥时间对活菌存活率影响的实验研究

选取干燥温度60 ℃,以下为不同干燥时间与对应活菌存活率的试验数据。结果见表2。

表2　活菌存活率实验数据表

从表2可知,物料中活菌的存活率在干燥前期变化很小,随着干燥时间的增加,超过8 h后活菌存活率开始降低,超过14 h后存活率迅速下降,因此在后面的多因素试验中,干燥时间参数选取8～14 h的试验区间。

2.2　甲基营养型芽孢杆菌干燥工艺参数的正交试验分析

根据以上实验分析,选取影响甲基营养型芽孢杆菌滤饼干燥的温度、时间以及真空度作为试验因素,将干燥后物料的活菌存活率及物料含水量作为结果指标,进行三因素四水平的正交试验[11]。试验因素水平表如表3所示。

表3　甲基营养型芽孢杆菌干燥正交试验因素水平表

选取正交试验表L16(45)进行试验,实验结果如表4所示。

表4　正交试验方案与结果

从实验结果直观来看,在满足物料含水量≤5%的条件下,试验2活菌存活率98%结果最好。对实验数据以活菌存活率和物料含水量分别为指标进行极差分析如表5所示。

表5　以活菌存活率为指标的极差分析

通过极差计算,三因素对指标干燥后活菌存活率影响的主次顺序为：时间>温度>真空度。通过趋势图可以看出随着温度、真空度、时间的增加活菌存活率呈下降趋势。

表6　以物料含水量分别为指标的极差分析

通过极差计算,三因素对指标干燥后物料含水量影响的主次顺序为：温度>真空度>时间。通过趋势图可以看出随着温度、真空度的提高物料含水量呈下降趋势。

通过以上数据分析可以看出,温度、时间、真空度对提高活菌存活率和降低物料含水量呈相反的影响,经综合考虑并结合实验数据分析,我们选择干燥温度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥时间8 h作为优选参数,经进一步实验验证,效果良好。

通过以上实验,最终确定最佳干燥温度、真空度、时间水平组合为70 ℃、0.09 MPa和8 h。

3小结

本项研究以如何在甲基营养型芽孢杆菌产业化干燥过程中,既可达到要求含水量又最大限度减少活菌损失为出发点,寻求甲基营养型芽孢杆菌真空干燥技术的最优工艺参数。结合正交试验分析真空干燥条件对甲基营养型芽孢杆菌指标的影响规律,得到如下结论：

甲基营养型芽孢杆菌真空干燥过程中,干燥温度、真空度和时间是影响指标的重要因素。最佳干燥工艺参数为干燥温度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥时间8 h。

参考文献：

[1]周宏伟.一种节能低温余热带式振动污泥干燥技术的研究[D].苏州大学,2014.

[2]番永康.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社,1998:453-456.

[3]南君勇.真空冷冻干燥技术制备酵母菌菌粉的研究[D].天津大学,2007.

[4]查国才.双锥回转真空干燥机在原料药中的应用及常见问题[J].机电信息,2007(17)：41-43.

[5]胡珊,胡事君,吴清平,等.益生菌制剂加工技术的研究概况[J].中国乳品工业,2010(3):47-50.

[6]苏丹,李树君,赵凤敏,等.农产品联合干燥技术的研究进展[J].农机化研究,2014(11):236-240.

[7]赵润怀,段金廒,高振江,等.中药材产地加工过程传统与现代干燥技术方法的分析评价[J].中国现代中药,2013(12):1026-1035.

[8]张璧光,周永东,李贤军.浅析热风干燥技术中的节能途径[J].干燥技术与设备,2013(4):3-10.

[9]谢明勇,熊涛,关倩倩.益生菌发酵果蔬关键技术研究进展[J].中国食品学报,2014(10):1-9.

[10]梅清.一种压电驱动微喷雾化干燥技术的研究[D].苏州大学,2014.

[11]冯爱国,李国霞,李春艳.食品干燥技术的研究进展[J].农业机械,2012(18):90-93.

废橡胶利用业确定绿色转型目标

绿色转型将成为废橡胶综合利用行业“十三五”的一个重要目标,实现这一目标的关键是提高废橡胶利用价值,优化产品结构；通过自主创新研发并推广新的再生工艺装备。这是媒体从浙江天台召开的2015全国首届废橡胶绿色应用现场会上了解到的情况。

中国橡胶工业协会废橡胶综合利用分会秘书长曹庆鑫对媒体表示,工艺绿色化是废橡胶行业实现绿色转型的根本途径。工艺绿色化主要包括三个方面：一是用连续常压工艺替代间歇式动态脱硫工艺,二是通过标准提升等推进煤焦油淘汰进程,三是捏炼等工艺环节实现自动化。

中国橡胶工业协会名誉会长范仁德表示,再生胶行业面临的最大问题是劳动生产率低和二次污染尚未完全解决。行业应该走智能制造之路,建立再生胶及胶粉全封 闭、自动化、绿色化生产线,将设备、产品、工艺、原材料、物流等集成在一起,改变传统而单一的生产模式,全面提高产品的精度和质量,以及生产效率和智能化程度。

据了解,废橡胶综合利用行业绿色转型已经初步具备条件。脱硫关键工艺方面,采用常压连续脱硫工艺与设备,再生胶产品达到了动态脱硫工艺产品质量,而且脱硫环节不再产生废水、废气,生产安全水平也得到提升。废橡胶资源化、无害化、智能化螺杆挤出再生新工艺,已列入石化行业环境保护与清洁生产重点支撑技术。在 工艺自动化方面,自动称量下片机的开发,为生产线智能化管理、配备机器人奠定了基础。

目前,加速解决再生橡胶生产二次污染问题已经成为行业的共识,并引起企业高度重视。都江堰市新时代工贸有限公司、天台坤荣橡胶有限公司、台州市中宏废橡胶 综合利用有限公司等表示,淘汰“小三件”,改变轮胎粉碎工艺;改变工艺配方,淘汰煤焦油;改变高温高压脱硫工艺,采用常压连续脱硫工艺,将是废橡胶综合利 用行业实现低碳绿色转化的重要手段。

Study on Drying Technology of New Microbial Pesticide

LI Xuehong , LI Chuntian , YANG Yongjun , SUN Yaohua

(North China Pharmaceutical Group Aino Co.Ltd , Shijiazhuang052165 , China)

Abstract:Bacillus methylotrophilus(BAC-9912) is a novel microbial pesticide.Based on the character of its heat-sensitive,the survival of viable in products is influenced by drying method,temperature and time.As a result,two indicators about the moisture of material and the survival of viable should be considered in drying process.Vacuum drying process referring to Bacillus methylotrophilus is investigated deeply in the article,refining and optimizing the process parameters,the optimal parameter is 70 ℃,vacuum degree 0.09 MPa and drying 8 h,the rate of the survival of viable could reach to 80%, thus,the technical foundation for the product industrialization is established.

Key words:bacillus methylotrophilus ； survival ； moisture of material ； vacuum drying

作者简介：李学红(1962-),女,高级工程师,从事科研开发工作,电话：13933003935。

基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2011AA10A205)。

收稿日期：2015-05-07

中图分类号：TQ458.1

文献标识码：A

文章编号：1003-3467(2015)07-0014-04