课程设计姓名：学院：生命科学学院系别：生物工程班级：学号：指导教师：日期： 2011年4 月 19日～5月31日前言在畜禽养殖中使用益生菌不仅可避免长期使用抗生素所引起的肠道微生态平衡被破坏、产生耐药性及药物残留等问题 ,还能提高动物的生产性能和免疫力。
枯草芽孢杆菌能改善肠道微生态环境 ,促进动物生长和提高抗病力 ,而且分泌各种消化酶类 (如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等 ) ,促进养分的消化、吸收 ,更重要的是枯草芽孢杆菌在不利环境条件下能形成芽孢 ,在饲料制粒、贮存及胃酸环境中仍能保持较高活性。
因此 ,枯草芽孢杆菌比其他有益微生物有着更多的优点而得到广泛的研究和应用。
试验选择在实际畜禽饲养生产中效果较好的 1株枯草芽孢杆菌 - MBS为研究对象 ,对其成长条件及培养基成分进行优化 ,为标准化生产提供依据。
利用实验获得的最优条件依次在摇瓶中及一级种子罐中扩大培养，发酵罐中扩大培养以获得所需菌体。
所得菌体经过进一步的加工处理得到菌剂等产物，以获得经济效益。
本设计为单批次液体发酵1吨枯草芽孢杆菌-MBS的发酵工艺设计，通过设计得出实际生产所需的设备及其规格要求，各理论的配比系数等参数，旨在应用到实际生产当中去。
目录设计任务书 (3)1 设计题目：单批次液体发酵1吨枯草芽孢杆菌-MBS的发酵工艺设计 (3)2 基本工艺流程： (3)3 设计依据： (3)4 设计结果： (3)设计正文 (3)1枯草芽孢杆菌简介 (3)1.1生理特性 (3)1.2作用机理 (3)1.3应用范围 (3)2设计依据 (4)2.1基本发酵工艺流程 (4)2.2总体发酵规模 (4)2.3发酵工艺设计理论参数与及工艺环节参数的选择原则 (4)3 发酵工艺流程与设备流程设计 (5)3.1工艺环节参数推算过程 (5)3.1.1接种量及装液系数 (5)3.2工艺流程简图 (5)3.3设备选型推算过程 (5)3.3.1种子罐及发酵罐 (5)3.3.2蒸汽发生器 (6)3.3.3空气压缩机 (6)3.3.4冷冻干燥机 (6)3.4实际设计的发酵工艺参数汇总表1 (6)3.5实际确定的发酵设备选型推算结果参数汇总表2 (6)3.6设备流程简图 (6)4 发酵最优条件简述 (7)5 设备汇总图表 (8)5.1 (8)5.2 (8)6 参考文献 (9)设计任务书1 设计题目：单批次液体发酵1吨枯草芽孢杆菌-MBS的发酵工艺设计2 基本工艺流程：保藏菌种（试管斜面培养）菌种摇瓶培养一级种子罐培养发酵罐发酵获得菌体3 设计依据：发酵培养类型理论接种比例（%）理想接种比例（%）理论装液系数（%）理想装液系数（%）三角瓶 1～5 1.5～2 10～20 20种子罐1～5 1.5～2 40～80 60～70 发酵罐1～5 1.5～2 56～70 60～704 设计结果：发酵级别发酵液总量(L)理论装液系数(%)理想装液系数(%)需要设备容量(L)选用设备规格及数量实际设备利用率（%）设备型号及厂家摇瓶0.4 10～20 20 0.25 4 ----------种子罐20 40～80 60～70 30 1 66.7 SY-3030 上海世远生物设备工程有限公司发酵罐1000 56～70 60～70 1500 1 66.7 TF-1500 连云港永上制药设备有限公司设计正文1枯草芽孢杆菌简介1.1生理特性枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种。
单个细胞 0.7～0.8×2～3微米，着色均匀。
无荚膜，周生鞭毛，能运动。
革兰氏阳性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。
菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色，在液体培养基中生长时，常形成皱醭。
需氧菌。
可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚。
在遗传学研究中应用广泛，对此菌的嘌呤核苷酸的合成途径与其调节机制研究较清楚。
广泛分布在土壤及腐败的有机物中，易在枯草浸汁中繁殖。
1.2作用机理1、枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用；2、枯草芽孢杆菌迅速消耗环境中的游离氧，造成肠道低氧，促进有益厌氧菌生长，并产生乳酸等有机酸类，降低肠道PH值，间接抑制其它致病菌生长；3、刺激动物免疫器官的生长发育，激活T、B淋巴细胞，提高免疫球蛋白和抗体水平，增强细胞免疫和体液免疫功能，提高群体免疫力；4、枯草芽孢杆菌菌体自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类，在消化道中与动物体内的消化酶类一同发挥作用；5、能合成维生素B1、B2、B6、烟酸等多种B族维生素，提高动物体内干扰素和巨噬细胞的活性。
1.3应用范围枯草芽孢杆菌不仅在饲料中应该比较广泛,在污水处理及生物肥发酵或发酵床制作中应用也相当广泛,是一种多功能的微生物.1、市政和工业污水处理，工业循环水处理，腐化槽、化粪池等处理，畜牧养殖动物废料、臭味处理，粪便处理系统，垃圾、粪坑、粪池等处理。
2、畜牧、家禽、特种动物及宠物养殖，水产养殖。
3、可以与多种菌种混配，在农业生产中具有重要作用；（如：JT菌种）MBS菌株：在畜禽养殖中使用益生菌不仅可避免长期使用抗生素所引起的肠道微生态平衡被破坏、产生耐药性及药物残留等问题 ,还能提高动物的生产性能和免疫力。
枯草芽孢杆菌能改善肠道微生态环境 ,促进动物生长和提高抗病力 ,而且分泌各种消化酶类 (如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等 ) ,促进养分的消化、吸收 ,更重要的是枯草芽孢杆菌在不利环境条件下能形成芽孢 ,在饲料制粒、贮存及胃酸环境中仍能保持较高活性。
因此 ,枯草芽孢杆菌比其他有益微生物有着更多的优点而得到广泛的研究和应用。
2设计依据2.1 基本发酵工艺流程a.培养菌种、用于发酵罐中的的培养基的配制；b.培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌；c.将已培养好的纯菌株转接到发酵罐中；d.将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长；e.回收或处理发酵过程中产生的废物和废水。
2.2总体发酵规模设计题目为单批次液体发酵1吨枯草芽孢杆菌-MBS的工艺设计，终产量为1吨的枯草芽孢杆菌-MBS菌液，设计采用1.5m3的发酵罐进行二级扩大培养；所得产品为菌体，非代谢产物；配制设备除实验室用具之外，用于生产的包括：空气压缩机，储气罐、冷冻干燥机、种子罐（30L）、发酵罐（1.5m3）、补料罐、蒸汽发生器（锅炉）、离心机、烘干机、粉碎机、混合机。
2.3发酵工艺设计理论参数与及工艺环节参数的选择原则发酵工艺设计基本参数表发酵培养类型 理论接种比例（%）理想接种比例（%）理论装液系数（%） 理想装液系数（%）三角瓶 1～5 1.5～2 10～20 20 种子罐 1～5 1.5～2 40～80 60～70 发酵罐1～51.5～256～7060～703 发酵工艺流程与设备流程设计3.1 工艺环节参数推算过程3.1.1接种量及装液系数参考《枯草芽孢杆菌-MBS 的培养条件优化研究》，确定理想接种量为1.5%-2%，最优接种量为1.5%，具体参考参数汇总图表1。
3.2工艺流程简图实验室种子培养阶段生产车间种子制备阶段3.3设备选型推算过程 3.3.1种子罐及发酵罐该发酵工艺为单批次液体发酵枯草芽孢杆菌-MBS 的发酵工艺，发酵总量为1000L ，利用种子罐扩大培养，发酵罐扩大培养：发酵罐装液量：1000L种子罐装液量：1000L*2%=20L250ml 摇瓶(4个)装液总量：20L*2%=400ml 发酵罐的理想装液系数为70%，所需发酵罐容积：发酵罐容积：1000L/70%=1428L 种子罐容积: 20L/70%=28.6L考虑市场发酵罐配型规格以及经济最优化原则，选取如下：发酵罐可选取1500L 不锈钢蒸汽灭菌发酵罐（装液系数60%—70%） 种子罐可选取30L 不锈钢蒸汽灭菌发酵罐（装液系数60%—70%）菌种 斜面培养 一级种子罐培养发酵罐培养菌种纯化 离心 烘干混合摇瓶培养参考表2则有：发酵罐实际装液系数：1000L/1500L=66.7%，在该发酵罐理想装液系数范围内。
种子罐实际装液系数：20L/30L=66.7%，在该种子罐理想装液系数范围内。
本发酵工艺为二级发酵，需要一台种子罐，一台发酵罐。
30L种子罐选取型号为SY3030的种子罐，发酵罐选取TF-1500。
（具体规格参见5.设备汇总图表）3.3.2蒸汽发生器a.根据30L种子罐的配套设备要求选取功率为12kw的杨诺型号为YN12-0.7-D蒸汽发生器；b.根据1500L发酵罐的配套设备要求选取功率为72kw的杨诺型号为YN50-0.7-D蒸汽发生器；（具体参数详见5.设备汇总图表）3.3.3空气压缩机所选取种子罐容积30L，发酵罐容积1500L，总容积为1.53m3,根据设备通气量与发酵设备总容积1：1关系，选取BLT-20A 容积流量为1.8m3的空气压缩机；（详见5.设备汇总图表）3.3.4冷冻干燥机冷冻干燥机选型时主要依据空气压缩机型号所需要的冷冻干燥机工作压力及空气处理量进行选择。
故选取型号为SCR-0023NF的风冷型空气压缩机。
（详见5.设备汇总图表）3.4实际设计的发酵工艺参数汇总表13.5实际确定的发酵设备选型推算结果参数汇总表2发酵级别发酵液总量(L)理论装液系数(%)理想装液系数(%)需要设备容量(L)选用设备规格及数量实际设备利用率（%）设备型号及厂家摇瓶0.4 10～20 20 0.25 4 ----------种子罐20 40～80 60～70 30 1 SY-3030 上海世远生物设备工程有限公司发酵罐1000 56～70 60～70 1500 1 TF-1500 连云港永上制药设备有限公司发酵级别理论接种比例（%）理想接种比例（%）发酵液总量（L）实际接种比例（%）备注发酵罐1～5 1.5～2 1000 2 种子罐1～5 1.5～2 20 2 摇瓶1～5 1.5～2 0.4 1.54 发酵最优条件简述枯草芽孢杆菌-MBS 在改良BPG 培养基中生长良好,优化后的培养基成分为葡萄糖3.8 g 、蛋白胨3.8g 、牛肉浸膏3.8g 淀粉2.3 g 、NaCl 3.3 g 、 KH 2PO 4 3.3g ；生长最佳条件是温度为 42 ℃、培养时间为 18 h 、起始 pH 值为8.0、接种量为1.5%、 转速为 240 r /min,此时OD 610值能达到1.886,菌数能达到 2.83 × 1010个 /mL 。
0023NF离心机 烘干机粉碎机混合机空气压缩机储气罐 冷冻干燥机 发酵罐补料罐 种子罐冷却水BLT -20ASY -3030(30L)TF -1500 (1500L)YN12-0.7-D蒸汽发生器 蒸汽发生器 YN72-0.7-D5.1设备名称型号规格参数空气压缩机BLT-20A容积流量[m3/min] 1.8工作压力[MPa] 1.0压缩机级数单级冷却方式风冷排气温度[℃] <环境温度+15> 电机功率[Kw] 15外型尺寸[mm] 950*650*855 机组重量[kg] 315风冷型冷冻干燥机0023NF储量[m3/min] 2.3外型尺寸[mm] 700*400*785重量[kg] 8530L种子罐SY-3030罐体全容积：30L；工作容积：12~24L罐体材质：316L不锈钢；罐盖材质：316L不锈钢罐体设计压力：0.3Mpa；夹套设计压力：0.35Mpa 配套设备：空气压缩机：静音无油，150L/min以上蒸汽发生器：全自动电加热，9KW以上1500发酵罐TF-1500装液系数65－80%罐体材质 SUS316L/SUS321。