饲料添加剂原料的生产方法

其次章饲料添加剂原料的生产方法和基因工程技术等。第一节化学法的化学过程、物理过程及其所用设备设计与操作和优化共同规律的一门工程学科。一、饲料添加剂原料生产中应用的化学工程技术饲料添加剂原料的化学法生产涉及无机化工、石油化工、精细化工、高分子化工和生物化工等主要类型。〕3—甲基吡啶和2—甲基—5—乙基吡啶，维生素B6

生产需要的氯乙酸等。〔二〕无机化工饲料用尿素的生产是无机化工在饲料添加剂原料生产中的用途之一。〔三〕精细化工是饲料添加剂原料化学法生产的主要途径，大局部维生素、微量元素添加剂原料都是精细化工产品。〔四〕生物化工在饲料添加剂方面，可用于饲料改进剂和维生素生产，后来应用于某些抗生素添加剂的合成，如喹乙醇等。目前，生物化工已与发酵工程和基因工程结合，用于抗生素、烟酸，甚至氨基酸的合成工业。二、常用饲料添加剂原料化学法生产(一)用化学法生产的饲料添加剂 生产的添加剂种类很多，全部矿物质添加剂、大局部维生素和饲料改进剂都是用化学法生产的。表2—1 化学法生产的维生素添加剂维生素A维生素KEB1B2烟酸B6泛酸B11

起始原料1,2,4-三甲苯丙烯腈葡萄糖2-甲基-5-乙基吡啶3-甲基吡啶氯乙酸异丁醛对硝基苯甲酸

常用方法加成反响缩合反响缩合、环化反响酰化反响

最终产品硫酸甲萘醌EB1B2烟酸B6D叶酸(二)化学法生产工艺例如烟酸化学法生产的典型工艺 甲基—5—乙基吡啶生产烟酸的工艺过程见图2—1。结晶器，分出的二氧化氮气体进入吸取器与水反响生成硝酸，回收再利用。从结晶器出来的粗烟酸硝酸盐经离心机与水分开，分别的固体经溶解、中和后制成烟酸，经结晶、离心、枯燥、过筛得烟酸产品。该法的特点是生产规模大，技术成熟，产品纯度高，原料价廉易得，生产本钱低。硫酸亚铁化学法生产工艺用废铁和硫酸反响生产硫酸亚铁是微量元素酸解法生产的典型方法，简洁和二氧化碳，生产中只涉及气液相非催化反响。反响过程比较简洁，中间产物只有氨基甲酸铵，产物只有2-3。2-3(引自《化工根底》)其次节微生物发酵法一、添加剂原料微生物发酵法生产的进展历程190519292050年月，生物化学和微生物遗传学在发酵工程中的应用，实现了应用微生物代谢掌握发酵技术工业化生产60和生物技术生产酶、干扰素、激素等的现代化工艺。至此，微生物发酵工程已经成为饲料添加剂原料生产的主要途径。二、微生物发酵工程特点目前公认的发酵工程的定义为：利用微生物的某种特性，通过现代工程技术手段进展工业化规模生产的技术。它主要包括工业生产菌菌种的选育、最正确发酵条件的选择和掌握、生物反响器(发酵罐)的设计和产品的分别、提取和精制等过程。微生物发酵工程生产与化学工程生产相比有以下特点。〔一〕微生物一般特点 小、构造简洁，常用于发酵工业的细菌、放线菌和局部真菌都是单细胞。其特点为：第一，生殖快。一般细菌在最适条件下每20min就能生殖一代。一个细胞，在不受任何影响的条件下24h可生殖到4万亿个。其次，易于变异。由于微生物个体小、构造简洁、代谢旺盛、生殖快，因此简洁受到环境条件变化的影响，引起遗传性变异。第三，易于培育。微生物中大多数种类，都能用人工的方法，承受各种发酵形式(液体的或固体的)进展发酵，生产各种微生物产品，因此易于工厂化和商业化生产。〔二〕生物学特性 以微生物细胞来催化的，发酵过程中全部中间步骤都在细胞中进展，不像化学工业生产那样需要经过几个中间产物的步骤。〔三〕生产安全、能源消耗低 常温常压条件，不像化学法生产那样需要高温高压条件。〔四〕原料廉价、易于选材 要的主要原料都是农产品、副产品、工业废弃物，其最大的特点是再生性强，在短时间内即能重复生产。而化学生产多承受石油、煤、自然气等不行再生的原料，生产中常受到自然资源的限制。〔五〕投资少，本钱低 过程都在生物反响器(发酵罐)中进展，同一种设备具有多种用途。〔六〕有利于环保 程产品是微生物菌体、酵母等，富含微生物蛋白、维生素、酶等，对动物养分价值全面。除特别产品外，有害物质产生少，生产安全性强。的耐药性等。三、微生物发酵与饲料添加剂原料生产(一)微生物发酵在饲料添加剂工业中的应用利用微生物菌种和内含物 在人工掌握的条件下，利用农副产品、有机废水或石油制品等为原料可生产大量饲用酵母蛋白通过饲用菌种培育发酵过滤吸附提取等工艺可生产维生素B维生素B等2 1利用微生物产生的酶微生物发酵的根底是细胞内产生的大量代谢酶，在人工掌握下，可从发酵液中提取生产各种酶。酶制剂的生产已成为微生物发酵工程的又一重要用途。饲料添加剂用的大多数酶是微生物发酵工程产品。利用微生物某些代谢产物人工掌握微生物发酵过程，使某种中间代谢产物大量积存，经提炼加工制成添加剂，如柠檬酸、氨基酸等。大多数抗生素也是微生物代谢中产生的代谢产物。(二)用于添加剂生产的微生物可用于生产饲料添加剂的微生物主要有三大类，细菌和放线菌、酵母菌2—2。2-2微生物与饲料添加剂原料生产四、微生物发酵生产添加剂原料的工艺(一)微生物代谢规律1．合成代谢微生物从体外吸取各种养分物质，在细胞内各种酶的催化下，生成各种简单的有机物质，为合成各种碳水化合物构成细胞壁的构造物质或成为细胞内的贮存物质，利用有机酸或无机酸等合成脂类，构成细胞膜，吸取氮素与有机酸合成氨基酸。饲料添加剂原料的微生物工程生产过程当中，通过人工掌握合成代谢的某一C、有机酸的生产等。微生物发酵工程法生产抗生素、生长激素、某些色素等都属于微生物的次生代谢产物。2．微生物的分解代谢是细胞内的碳水化合物、脂肪、蛋白质等大分子化合物，在一系列酶促反响下分解的过程。碳水化合物可进展无氧条件下的酵解，此过程属于不完全分解，可以形成各种中间产物，如各种滞留适应期细菌接种到的培育基中，一般不马上进展生殖，需要经一段时间自身调整，诱导合成必需的酶、辅酶或合成某些中间代谢产物。此时，细胞重量增加，体积增大，但不分裂生殖。这个时期的长短自几分钟至几个小时，因菌种、菌龄和培育条件不同而异。对数生长期这个时期细胞代谢活性最强，组成细胞物质最快，全部分裂形成的细胞生活旺盛，生殖的细胞数按几何级数增加。此时期细菌数的对数与培育时间成直线关系。稳定期又称最高生长期，在肯定容积的培育基中，由于经细菌对数生长期的旺盛生长后，某些养分物质被消耗，有害代谢物质积存以及pH、氧化复原电位、无机离子浓度等的变化，限制了菌体连续高速度增使增殖的细胞数与老细胞死亡数几乎相等，处于动态平衡，细菌数到达最高水平。接着死亡数超过增殖数，曲线消灭下降趋势。衰亡期稳定期后，环境变得更不适合于细菌的生长，细胞生活力衰退，死亡率增加，以致死亡数大大超过生数，细菌总数急剧下降。(三)生物发酵的培育方法的速度排出培育物(包括菌体及代谢产物)，使流淌系统内的液量，细胞数量和养分状态维持恒定，使培育的微生物处于对数生长期的时间连续延长下去，这种方法称连续培育。同步培育一般争论细菌的生理、生化和性状难以用单个细胞进展，必需用群体，往往把群体内的细胞分裂同步化，这种培育法叫同步培育法。利用同步培育技术使它们处于同一生长阶段，使全部的细胞都能同时分裂，这种生长方法叫同步生长。同步培育法有两种，即筛选法和诱导法。筛选法又称淘析法，主要有过滤法、区带密度梯度离心法和膜洗脱法等。过滤法是将微生物细胞用滤器过滤，让处于细胞周期较早阶段的小细胞通过，收集这些细胞，转入颖培育基中，即能获得同步细胞。区带密度梯度离心法是将随机生长的细胞悬浮置于蔗糖梯度溶液外表，然后离心，不同生长周期的细胞由于体积和质量大小不同，沉降系数不同，同一生长周期的细胞就聚拢在离心液的一个区带上，小细胞在上，大细胞在下。这方法可便于收集处于较早周期的小细胞，本法已成功地应用于芽殖和裂殖酵母、大肠杆菌等细胞的同步培育。膜洗脱法是依据某些滤膜可以吸附与该滤膜相反的电荷的细胞而设计的，可获得比上述两法数量更大、同步性更高的细胞。法。化学诱导是承受停顿或限制供给微生物细胞分裂所必需的某种养料的方法使全部的细胞都进入临分裂状态(但不分裂)，然后在某一时刻恢复供给细胞分裂所必需的养分，就能诱导出同步细胞群体。物理诱导是利用某些物理因子，使处于马上分裂的细胞的代谢活动受到掌握，从而使细胞在分裂阶段前停顿，以求得以后分裂的同步。2-4)。2-4发酵工业的生产流程(引自吴金鹏，1990)菌种阶段菌种阶段首先应做好菌种的保藏，防止其优良性状的衰退，同时要防止杂菌的污染。原始菌种培育方法分：液体震荡培育、外表培育和固体培育等。要求培育诞生产性能优良，并具有肯定数量强健的种子(菌体或孢子)。是生殖大量的菌体，而不是要求产生大量的目的产物。因此，在选择培育基以及掌握培育条件等方面都要围绕此目的来进展。一般要求种子培育基的养分成分比较丰富，有利于菌的生长生殖。但同时又必需留意种子培育基的成分不能与发酵液的成分相差太大，否则当种子接人发酵培育基后将会影响菌的生长和代谢3产生和积存所需的微生物产物。因此，必需严格掌握好各项发酵条件，使菌体有肯定量的生长生殖，但又必需留意防止菌体生殖过量，影响目的产物的产生和积存。在生产中，必需把握菌的生长规律，掌握好发酵条件，使菌体生长强健，具有肯定数量同时又能产生最大量的目的产物。4．提炼阶段提炼阶段的任务是将发酵产物进展加工处理，以获得所需的产品。加工处理的方法很多，依据所需产品的不同而实行不同方法。如蒸铝喷雾枯燥、离子交换过滤、盐析、分子筛等。(五)几种饲料添加剂生产典型工艺流程氨基酸发酵法制造工艺(图2—5)。2-5氨基酸发酵生产法1．纯培育物2．接种3．锅炉4．空压机5．空气过滤器6．种子罐，pH调整剂8．发酵罐 9．灭菌器10．培育基 11．配制槽12．离心分别机13．离子交换柱14．结晶槽 15．晶体分别器16．枯燥器17．氨基酸成品<引自(化工百科全书))2-6)。2-6马杜拉霉素法制造工艺(引自佟建明等，2000)第三节分别提取A，在鱼类肝脏中含量很高；维生素E和分别。因此，分别提取技术是每一种饲料添加剂原料所必需的方法和步骤。一、自然物中饲料添加剂有效成分提取与分别(一)提取方法1．溶剂萃取法选择溶剂的理论依据于提取自然物中化学成分的溶剂，按其亲水性强弱挨次表示如下：水>甲醇>乙醇>丙酮>乙酸乙酯>乙醚>氯仿>苯>石油醚性基的数目越多，则亲水性越强，如单糖、低聚糖等；反之称为亲脂性成分。溶剂，难溶于亲脂性溶剂，亲脂性成分则易溶于亲脂性溶剂。提取方法①浸渍法。用适当的溶剂在常温或温热(60-80E)的状况下浸渍以溶出其中成分。本法适用于有效成分遇热易破坏及含多量淀粉、树胶、果胶、黏液质的自然物的提取。但浸出率较差，特别是用水为溶剂，其提取液易于发霉变质，需留意加人适量防霉剂。提高浸出效率。但遇热易破坏的成分不宜用此法。③连续提取法。为了弥补回流提取中需要溶剂量大，操作较烦的缺乏，可承受连续提取法。试验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。此法提取液受热时间长，因此对受热易分解的成分不易用此法。2．水蒸气蒸馏法此法只适用于具有挥发性的、能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反响，且难溶或发油、某些小分子化合物的提取可承受水蒸气蒸馏。(二)各种分别纯化方法简洁萃取法和连续萃取法。态而结晶析出，从而到达分别或精制的目的。结晶溶剂、适宜的温度、适当的时间是结晶的三个重要条件，其中最重要的是选择适宜的溶剂。沉淀法在自然物提取液中参加某种试剂，使产生沉淀，以获得有效成分或除去杂质。。常用的无机盐试剂有氯化钠、硫酸钠、硫酸镁等。方法。色谱法是分别化学成分的有效方法。用一般方法难以分别的化合物，借助于色谱法的分别，一般能得到单体成分。层析法种类很多，包括吸附层析法、安排层析法、离子交换层析法等。二、化工或生物发酵制品的提取与分别(一)粉碎 将固体原料、中间产品或成品进展裂开或磨成细粉末，称之为粉碎。常用粉碎方法如下：粗碎处理直径为40～1500mm5—50mm。如生产磷酸氢钙。中碎和细碎处理直径为5～50mm0.1～5mm。磨碎或研碎处理直径为2—5mm0.1mm。0.2mm0.01mm，如各种制成品的粉碎。(二)结晶与重结晶结晶是指物质从溶液或气体中析出结晶体的过程，然后再经过滤或离心方法将结晶体从溶液中分别出来。重结晶是依据不同的物质溶解度的差异原理，制备固体化学品，滤除机械杂质的重要方法。重结晶方法具有操作简洁、效果明显、设备通用性强等特点，承受的溶剂可以是单一溶剂，也可以是复合溶剂。在工业生产过程中，可在液相中反响生成产物后，以浓缩、结晶、母液再浓缩、结晶的工艺过程获得最高生产效率和最高产品质量。各种方法生产微量元素添加剂时，必需经过结晶工艺。氨基酸从发酵液中的提取和精制常承受重结晶法。(三)萃取有时称提取或浸提，它是借助与溶液不相混溶的有机溶剂，从溶液的假设干组分中，提取出一个组分的过程。参加的溶剂叫萃取剂，萃取后的液体需要再经过蒸发或蒸馏、结晶、枯燥等方法进展分别。是获得饲料添加剂精品的有效手段。在生产中，可应用的离子交换材料多为带有官能团的高分子材料，如离子交换树脂、离子交换薄膜、离子交换纤维等。近年来，分子筛等型吸附材料在饲料添加剂生产中的广泛应用。(五)过滤其原理是使液体通过过滤介质的细孔，而固体颗粒不能通过，被过滤介质所阻流而得到分别。简易的过滤是通过“过滤筛”进展。过滤几乎应用于全部饲料添加剂原料的生产工艺中。(六)蒸发浓缩溶质不能挥发，而溶剂能挥发的溶液，可承受蒸发浓缩的工艺使有效成分浓度提高。蒸发浓缩可承受高温加热、常温或低温真空方法。如马杜拉霉素生产工艺中几乎都承受真空浓缩或枯燥。活性炭、骨炭、亚硫酸、高锰酸钾等。脱色方法有两种，一是直接将脱色剂与需要脱色处理的产品混合，搅拌均匀，肯定时间后分别即可；二是将活性炭等固体脱色剂作为过滤介质放在过滤容器中或过滤管中，使液体通过而脱色。目前工业化生产饲料添加剂原料多承受活性炭脱色，如氨基酸、酸化剂等。(八)离心分别利用旋转产生的离心力，将液体中的颗粒分别出来到达分别提纯目的。离心分别也是饲料添加剂生产中普遍应用的生产工艺。2-72-7第四节基因工程技术的应用基因技术是利用生物有机体或其组成局部进展产品、工艺的一种技术体系，一般包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个方面。基因工程主要涉及一般生物类型所共有的遗传物质——核酸的分别纯化、体外剪切、拼接重组及扩增与表达等技术。细胞工程则包括一切生物类型的根本单位——细胞的离体培育、、生殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的生殖与改建等操作技术。酶工程是利用生物有机体内酶所具有的某些特异催化功能，借助固定化技术、生物反响器和生物传感器等技术、装置生产特定产品的技术。发酵工程，也称微生物工程，是给微生物供给发酵等条件，利用微生物的代原料生产中，如氨基酸、抗生素、酸化剂、生物色素等的规模化生产。一、基因工程的根本方法DNA杂种DNA分子。然后再将这些杂种DNA分子输入到受体细胞(微生物)内，进展无性生殖，并使所需要的基这一技术在美国于1973年首次获得成功，并于1981年首次形成基因工程制品——牛生长激素和人胰岛素等，开头投放市场。利用基因工程育种，将不同来源的基因在体外经重组和改造后，引入微生物细胞获得工程菌。然后应用微生物发酵工程技术大批量生产饲料添加剂，如激素、酶、抗生素、氨基酸。这一技术已经成为生物技术开发的热门技术。DNADNA，并使重组体最终特性化，成为“工程菌”。DNA成出来。目的基因与载体相结合用同一种限制性内切酶处理目的基因和基臣载体，可以形成一样的黏性末端，DNADNADNA。DNADNA产生人类所需要的产物，通过筛选，便可获得具有工业生产价值的“工程菌”。二、基因工程技术应用工程、化学工程等的结合，很多饲料添加剂的生产已经进入的时代。用基因工程生产高性能、高效能的酶制剂现通过基因工程技术，可以使其他通常在难于培育的微生物中少量存在的酶，用经选择在廉价原料中简洁培育并且发酵液中简洁纯化酶的宿主微生物来生产；也可使从动物植物中提取的酶的生产不依靠于动物植物组织，如小牛凝乳酶已可用发酵法生产。对一些存在性能不佳或产毒素致病的微生物中存在的优良性能酶，可将酶基因转移到安全宿主中。通过基因工程技术可在生物体间转移基因，而且还可以修饰构造基因，从而使生产过程易进展，并可按应用要求剪接得到具有特有性能的酶。用甘氨酸和甲醛为原料制造丝氨酸，再由丝氨酸和吲哚转化生成色氨酸。因工程将会生产出很多高性能高效能的酶制剂，从而导致酶在很多应用领域中取得更大突破。基因工程在氨基酸合成中的应用自20世纪70细胞工程技术主要承受以下两种方法。细胞融合技术争论觉察，由乳糖发酵短杆菌(Brevibacteriumlactofermentum)野生型菌