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                   2008年3月6日

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利用微生物菌體開發蛋白飼料資源(二)

2007/6/15 18:03:30   文章來源:宜春強微高新技術專利產品開發中心   作者:鐘啟平   瀏覽次數:25763
【字號:  
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本文發表在《畜禽業》權威雜志1999年第4期上
宜春強微高新技術專利產品開發中心       鐘啟平
 
2.2利用食品、輕工、發酵行業的下腳料生產菌體蛋白飼料
 
   這些行業是以糧食與農副產品為主要原料的加工行業,年消耗糧食2000多萬噸,(占我國玉米產量的30%),年消耗農副產品4000多萬噸,總計6000多萬噸。食品與發酵行業盡管大都采用玉米、薯干、麥子、大米等作為原料,但并不是利用這些原料的全部,而只是利用這些原料的淀粉部分(大多情況下是如此)其它部分(如蛋白,脂肪,纖維,礦物質等)則限于技術、投資、管理等原因基本上沒有加以利用。如果按糧食原料淀粉含量70%計,按生產工藝的淀粉利用率為40%計,則整個行業全年有近1000多萬噸原料轉化為廢渣水,其中又有相當一部分隨洗滌水、冷卻水等排入環境中,既浪費資源,又嚴重污染環境,破壞生態。
 
表五為1988年全國食品與發酵行業產量,企業個數,年排渣,糟,水量的統計表。
 
表5:1988年食品發酵行業主要廢渣水排放量(萬噸)
行業
年產量
企業(個)
廢渣水
噸產品排放量
年排渣量
年渣水總量
糧薯酒精
糖蜜酒精
淀粉
味精
白酒
檸檬酸
淀粉渣
啤酒
飲料
制糖
罐頭
85
25
120
18
460
7
55
650
315
484
220
400
510
293
200
40000
40
200
700
2000
510
2270
酒精糟
酒精糟
黃漿
浸泡水
大米渣
廢母液
白酒糟
薯干渣
廢母液
漿渣
麥糟
廢酵母
甜菜粕
甜菜泥
果渣
14T
14T
10T
4T
3T
25T
3T
3T
10T
0.3T
0.2T
0.02T
6T
1T
--
1200
350
1200
500
54
450
1380
21
70
17
130
13
6000
100
78
8500
2500
12000
500
54
10000
46000
21
3500
1700
13000
13
31540
48400
7880
合計
6163
207488
注:年排廢渣水總量指;廢液,廢渣,沖洗水,冷卻水,洗滌水等
 
  從表中可知:這些廢渣水年總排放量達到20億噸,其中主要渣液達0.6億噸,分析表明,糧薯酒精糟、糖蜜酒精糟、黃漿、大米渣、廢酵母、玉米漿渣、麥糟、果渣等均含有豐富的蛋白質、氨基酸、維生素、糖類和多種微量元素,是理想的飼料源,也可為微生物增埴提供必要的營養物質。以玉米酒精行業為例,理論上投料3噸玉米,可產酒精、蛋白飼料、二氧化碳各一噸,國外采用先進的生產工藝已實實現主副產品總量2.7噸的水平,損失率僅為10%,而我國大部分廠只能得到主副產品總量1.3噸,損失率高達57%!可見開發的潛力非常大。
 
2.2.1 固態發酵開發途徑:
 
    常采用的方法是,加入麥夫、棉菜籽粕、次粉,玉米蛋白粉及其它非常規飼料進行廢渣水的吸附,適度滅菌之后,接種囊擬內孢霉酵母菌,或米曲霉、黑曲霉、白地霉、產黃青霉、假絲酵母、光合細菌、乳酸菌等進行發酵,烘干而制成蛋白飼料。
 
    這種方法尤其適合于那些含有大量非蛋白氮如硫酸銨、尿素的廢渣水的處理。典型的有味精廢母液、酶制劑廢水、檸檬酸廢母液等。因為這些非蛋白氮的存在,使它難以作為單胃動物的飼料而使用。而通過固態發酵處理,則可將其中的70的非蛋白氮轉化為真蛋白的菌體蛋白。工藝如下:
2.2.2 烘干處理途徑:
對于有些廢渣可直接烘干作為飼料使用,如啤酒酵母泥、麥根、麥糟、酒精糟等
2.2.3 液體深層發酵處理:
 
    例如:江蘇如東生物化工廠、常州味精廠、煙臺味精廠、浙江味精廠、利用味精廢水生產味精酵母,總生產能力達到6500噸/年,1991年共生產3150噸,粗蛋白達60%,產品售價在2400元/噸---2800元/噸之間(1991年)
 
    福建云肖糖廠、廣西南寧糖廠、浙江新市酒廠等利用酒精廢水生產菌體蛋白,總能力已達到6900噸/年,1991年生產3220噸,粗蛋白達45—50%,售價在2200—2400元/噸。(91年)
 
    廣東江門甘蔗化工廠也建成萬噸級飼料酵母深層發酵生產基地,以糖蜜、酒精廢液為原料生產SCP;河南南陽酒精廠、山東臨沂酒廠、浙江德清飼料酵母廠等則利用薯干淀粉制酒精廢液生產SCP;南寧糖廠利用丙酮丁醇廢液生產SCP;江蘇靖江食品工業總公司利用檸檬酸廢液生產SCP;遼寧淡水廠產研究所利用淀粉廢液(黃漿水)生產SCP;四川宜賓飼料公司、蘭州牧工商聯合總公司利用食品加工廠廢液深層發酵生產SCP。
 
    這些都是液體深層發酵生產酵母的典型例子,其特點是機械化程度高,產品細胞含量大,雜菌含量少,但也存在高耗能,高投資,原料不易收集,或存在固形物濃度太低,不濃縮和回收,設備腐蝕快,動力消耗大,產品生物活性物質相對偏低,核酸含量高等缺點。盡管如此,利用深層發酵處理廢液,以及從草炭,人造腐殖酸鹽,稻殼及稻草等纖維原料水解液制取酵母,仍然是今后的發展方向。因為它能有效地、充分地再生資源,并減輕食品與發酵工業廢水的環境污染。
 
    典型的液本深層發酵工藝路線如下:(以酒清廢水為例)將糟液分離得到的廢糟水,添加營養鹽和適當的玉米漿(作為生長素源),調節PH值到4.4左右,接種假絲酵母等多株菌種混合發酵,再經分離干燥而得成品:(見下圖):
2.3 利用自養微生物生產菌體蛋白:
   二氧化碳是一種可以自給,又能無限循環利用的碳源,因此利用二氧化碳的自養微生物受到各國的重視;況且,自養微生物在同化二氧化碳的同時,很多菌種還釋放出氧氣,這無疑改善了大氣環境,具有重要的環保意義。目前用得最多的是藻類和光合細菌。
 
    自養微生物分光合微生物和化能合成微生物。光合微生物中具有葉綠素的藻類和具有相似色素的光合細菌,可用作食品的有屬于單細胞真核生物的綠藻中的小球藻和柵列藻,以及屬于原核生物的藍藻中的一種大型螺旋藻spinrulina。但這些藻類大量迅速培養時,由于要受光照而處于光照的開放環境中,如何高效地供給二氧化碳及保持光能都是有待解決的問題,且占地面積也很大。太陽能盡管很大,但由于晝夜、季節、氣候的變化以及大氣層的阻擋過濾,真正到達地面的能量很弱,按照每千焦耳能量藻體收率只相當于5mg左右,則單位土地的面積的產量不大。實際上只利用二氧化碳為單一碳源生產SCP的產量只占一部分,包括螺旋藻在內的SCP還必須添加醋酸進行培養,價格較高,一般作為動物的生長促進劑和保健食品。
 
    光合細菌適合于處理含氮量很高的廢水,可考慮培養紅色假單胞菌Rhodopseudomonas、紅螺菌Rhodospirillum等紅色非硫細菌作為飼料和餌料,并可凈化魚塘水質,減少換水次數,增加魚類抗病能力,減少魚死亡率,促進魚體生長整齊,使魚產品顏色鮮艷自然。國內的河北滄州厚德生物技術研究所和上海交大生物技術研究所,和江西省宜春高新技術專利產品開發中心(本中心)均開發有該產品。近年來由于水體污染,環境惡化等原因,造成水產養殖中因污染引起的病毒病、流行病、暴發病等時有發生,給養殖戶造成巨大的損失。而采用化學水體消毒法如石灰、高錳酸鉀、漂白粉、次氯酸鈣、二氧化氯等又常常利少弊多,效果不太理想。利用經特殊培養的光合細菌培養液來防治水體污染,則是近年來一種有益的嘗試,在許多地方獲得了成功。光合細菌作用于水體,能刺激魚蝦的生長發育,提高產卵、孵化成活率,并能預防和治療疾病,提高非特異性免疫功能,抑制病菌生長和侵入魚體。如紅色非硫假單胞菌PSB可降低水體氨氮含量和供氫體有機物含量,將有毒的硫化物轉化為硫化單體,能將魚蝦排泄物、殘餌充分利用,減少換水,投入產出比達到1:40以上。表6為自養微生物:
 
表6:能固定二氧化碳的主要自養微生物
光合微生物類
化能合成微生物類
藻類
綠藻:小球藻Chlorella
柵列綠藻Sceneaesmus
藍藻:魚腥藍藻Anabaena
念球藍藻Nostoc
螺旋藍藻Spinlina
硝化細菌類
氨氧化菌Nitrosomonas
亞硝酸氧化菌Nitrobacter
硫氧化菌Thiobacter
鐵氧化菌Thio ferrooxidans
光合細菌類
紅硫細菌Cromatium
綠硫細菌Chlorobium
紅色非硫細菌:
紅螺菌Rhodospirillum
紅假單胞菌Rhodopseudomonas
氫細菌
假單胞菌產堿桿菌,諾卡氏菌
甲烷細菌
桿菌,球菌等
一氧化碳
氧化菌
氧化碳桿菌
 
2.4 從石油類資源中生產菌體蛋白
 
    1963年法國BP公司的A.champagnat等發表了從粗柴油中中制造酵母的方法,其后,各國相繼建立了以石油化工產品如正烷烴、甲醇、乙醇等為原料,用酵母和細菌制造蛋白質的方法。
 
表7:由石化原料開發的微生物菌體蛋白產品
企業名稱
原料
微生物種類
規模(噸/年)
英國BP公司、格蘭Crangemouth
正烷烴
解脂假絲酵母
4000
英國ICI帝國化工公司Billingham
正烷烴
解脂假絲酵母
100000
意大利BP公司Sarroch
甲醇
甲基氧嗜甲基菌
60000
美國Standand oil Amoco.Hutchinsom
乙醇
產朊假絲酵母
4500
羅馬尼亞oniproto.Curtea.Arges
正烷烴
石蠟假絲酵母
60000
日本興人。大分縣
醋酸
產朊假絲酵母
日本三菱瓦斯化學,新瀉縣
甲醇
畢赤氏酵母,甲烷甲基單胞菌
500
 
   英國石油公司最早建成年產4000噸的工廠,并投入生產,羅馬尼亞引進日本墨水化學工業株式會社的技術,建成年產60000噸工廠,1980年投產,前蘇聯在這方面投入很大,年產量要達到近100萬噸,這些研究與生產均是在世界蛋白質資源嚴重短缺時達到高潮的,但隨著石油這類不可再生資源的日益減少,人們將把注意力逐步轉移到可再生資源的開發與巨大的海洋資源的開發中來。

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