一種微生物新農(nóng)藥干燥技術(shù)的研究

李學(xué)紅 , 李春田 , 楊永軍 , 孫耀華

(華北制藥集團(tuán) 愛諾公司 , 河北 石家莊　052165)

一種微生物新農(nóng)藥干燥技術(shù)的研究

李學(xué)紅 , 李春田 , 楊永軍 , 孫耀華

(華北制藥集團(tuán) 愛諾公司 , 河北 石家莊052165)

摘要：甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌是一種新型微生物農(nóng)藥,簡稱BAC-9912?；谄錈崦粜詮姷奶匦?在產(chǎn)品制備過程由于干燥方式、溫度及時間對產(chǎn)品中活菌存活率有著顯著的影響,因此干燥過程要同時考慮物料含水量和活菌存活率兩項指標(biāo)。本文對甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌的真空干燥工藝進(jìn)行了深入的研究,對各項參數(shù)進(jìn)行了細(xì)化和優(yōu)化,通過實驗,得到了合理的工藝控制參數(shù),在溫度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥時間8 h條件下,產(chǎn)品活菌率達(dá)到80%,為該產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌 ； 存活率 ； 物料含水量 ； 真空干燥

甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌是從遼寧黃海和渤海海域的海泥樣品中成功篩選、分離出的一株海洋細(xì)菌。經(jīng)培養(yǎng)后產(chǎn)生的物質(zhì)具有很強的抗菌活性,其發(fā)酵產(chǎn)物對蔬菜根腐病、大豆根腐病、蘋果腐爛病等真菌病毒具有很強的拮抗作用,而且對人畜、環(huán)境無不良影響,是一種有著廣泛應(yīng)用前景的新型生物農(nóng)藥[1]。但是,由于甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌是一種熱敏性物質(zhì),干燥過程中極易造成活菌的死亡,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的有效成分含量及使用效果。

考慮到干燥技術(shù)中針對熱敏性物質(zhì)的噴霧干燥、冷凍干燥等技術(shù)生產(chǎn)成本高、工藝較復(fù)雜的特點,我們決定采用真空干燥來進(jìn)行試驗[2]。在真空環(huán)境下,水的沸點降低,較低溫度下即可完成干燥過程、可以實現(xiàn)低溫干燥,為熱敏性物料的干燥提供了有利條件[3]。本文就此問題,將甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌發(fā)酵液經(jīng)過濾所得的濾餅放置于雙錐回轉(zhuǎn),將甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌發(fā)酵液經(jīng)過過濾所得的菌絲體放置于雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥器中進(jìn)行干燥試驗,以求獲得最佳的干燥溫度、時間、真空度等技術(shù)參數(shù)[4]。

1材料與方法

1.1　實驗材料

甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌發(fā)酵液經(jīng)板框過濾機過濾后所得的濾餅,甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌發(fā)酵液經(jīng)過濾機過濾后所得的菌絲體。

1.2　實驗儀器

雙錐真空干燥器,SZG,常州市力度干燥設(shè)備有限公司；水環(huán)真空泵,SZ,上海中球泵業(yè)有限公司；電子天平,FA1004B,上海市精密科學(xué)儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱,101-3,天津市泰斯特儀器有限公司；微粉碎機,WF-130,江陰市宏達(dá)粉體設(shè)備有限公司；智能振蕩器,HZQ-QX,哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；生化培養(yǎng)箱,LRH-250-Ⅱ,廣大省醫(yī)療器械廠；生物安全柜,BSC-1300-ⅡA2,蚌埠市珠城凈化設(shè)備有限公司。

1.3　實驗方法

1.3.1濾餅制備

甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌發(fā)酵液,經(jīng)板塊過濾機過濾后所得濾餅和菌絲體,為實驗物料[5]。如下：甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌菌種→甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌的發(fā)酵液→板框過濾→濕濾餅和濕菌絲體(含水量)。

1.3.2活菌存活率的測定方法

測試項目為活性成分計數(shù)；測試方法采用菌落單位形成法(CFU)。具體測試步驟為：稱取經(jīng)粉碎后的試樣10 g,放入100 mL無菌容量瓶中,用無菌水定容至100 mL,振搖約20 min,使試樣與水充分混合,將菌分散, 該儲備液為制備成10-1倍稀釋液[6]。用一支1 mL無菌吸管從10-1倍稀釋液中吸取1 mL懸液注入盛有9 mL無菌水的試管中,吹吸三次,并振蕩使之充分混勻,該稀釋液為得到10-2倍稀釋液。以此類推制成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍稀釋液。上述稱量及稀釋過程進(jìn)行5個重復(fù),即分別稱量5個樣品進(jìn)行稀釋。稀釋完成后吸取10-7倍稀釋液100 μL分別涂布到預(yù)先準(zhǔn)備好的改良淀粉瓊脂培養(yǎng)基上,用無菌玻璃涂棒在培養(yǎng)基表面輕輕地涂布均勻,每個濃度涂布5個平板。將接菌的平板倒置于37 ℃溫室中培養(yǎng)1～3日,根據(jù)活性成分的菌落特征進(jìn)行計數(shù),之后進(jìn)行含量計算,每平板菌落數(shù)30～300個為宜[7]。

1.3.3物料含水量的測定方法

用分析天平(精確度0.1 mg)稱取試樣(g,準(zhǔn)確至1 mg),置于預(yù)先稱重的稱量瓶中(扁形稱量瓶：直徑40 mm),將此瓶放入105 ℃±2 ℃電熱恒溫干燥箱內(nèi)干燥,1 h后取出,在干燥器中冷卻至室溫,稱重[8]。

測定結(jié)果,干燥減量X(%)即物料含水量按下式計算：

式中：X,干燥減量,%；m,試樣的質(zhì)量,g；m1,干燥后試樣的質(zhì)量,g。

1.3.4甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌真空干燥實驗方法與終點判定

實驗方法：將發(fā)酵液過濾后所得濾餅置于雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥器中將發(fā)酵液過濾后所得菌絲體置于雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥器中[9],緩慢升溫(1 h內(nèi))至干燥溫度,開始計時,控制適當(dāng)真空度,進(jìn)行干燥試驗。

干燥終點：根據(jù)生產(chǎn)要求,本實驗應(yīng)同時滿足干燥后活菌存活率>80%且物料含水量(按干燥減量式計算)>5%兩項指標(biāo)時,即為干燥終點[10]。

2實驗研究及結(jié)果分析

2.1　真空干燥單因素試驗分析

2.1.1干燥溫度對活菌存活率影響的試驗研究

干燥溫度是影響產(chǎn)品中活菌存活率的重要因素,根據(jù)甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌特性,理論上的存活溫度范圍為<100 ℃,選取適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)化干燥溫度范圍50～95 ℃進(jìn)行試驗(雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥器裝料量為容積的50%,干燥時間12 h),表1為不同干燥溫度與對應(yīng)活菌存活率的三組數(shù)據(jù)。

表1　活菌存活率實驗數(shù)據(jù)表

從表1可知,物料中活菌的存活率隨干燥溫度的升高而逐漸降低,溫度高于80 ℃時,物料中活菌的存活率低于80%且迅速大幅下降,難以滿足產(chǎn)品質(zhì)量的需求,因此在后面的多因素試驗中,干燥溫度參數(shù)選取50～80 ℃的試驗區(qū)間。

2.1.2干燥時間對活菌存活率影響的實驗研究

選取干燥溫度60 ℃,以下為不同干燥時間與對應(yīng)活菌存活率的試驗數(shù)據(jù)。結(jié)果見表2。

表2　活菌存活率實驗數(shù)據(jù)表

從表2可知,物料中活菌的存活率在干燥前期變化很小,隨著干燥時間的增加,超過8 h后活菌存活率開始降低,超過14 h后存活率迅速下降,因此在后面的多因素試驗中,干燥時間參數(shù)選取8～14 h的試驗區(qū)間。

2.2　甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌干燥工藝參數(shù)的正交試驗分析

根據(jù)以上實驗分析,選取影響甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌濾餅干燥的溫度、時間以及真空度作為試驗因素,將干燥后物料的活菌存活率及物料含水量作為結(jié)果指標(biāo),進(jìn)行三因素四水平的正交試驗[11]。試驗因素水平表如表3所示。

表3　甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌干燥正交試驗因素水平表

選取正交試驗表L16(45)進(jìn)行試驗,實驗結(jié)果如表4所示。

表4　正交試驗方案與結(jié)果

從實驗結(jié)果直觀來看,在滿足物料含水量≤5%的條件下,試驗2活菌存活率98%結(jié)果最好。對實驗數(shù)據(jù)以活菌存活率和物料含水量分別為指標(biāo)進(jìn)行極差分析如表5所示。

表5　以活菌存活率為指標(biāo)的極差分析

通過極差計算,三因素對指標(biāo)干燥后活菌存活率影響的主次順序為：時間>溫度>真空度。通過趨勢圖可以看出隨著溫度、真空度、時間的增加活菌存活率呈下降趨勢。

表6　以物料含水量分別為指標(biāo)的極差分析

通過極差計算,三因素對指標(biāo)干燥后物料含水量影響的主次順序為：溫度>真空度>時間。通過趨勢圖可以看出隨著溫度、真空度的提高物料含水量呈下降趨勢。

通過以上數(shù)據(jù)分析可以看出,溫度、時間、真空度對提高活菌存活率和降低物料含水量呈相反的影響,經(jīng)綜合考慮并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)分析,我們選擇干燥溫度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥時間8 h作為優(yōu)選參數(shù),經(jīng)進(jìn)一步實驗驗證,效果良好。

通過以上實驗,最終確定最佳干燥溫度、真空度、時間水平組合為70 ℃、0.09 MPa和8 h。

3小結(jié)

本項研究以如何在甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌產(chǎn)業(yè)化干燥過程中,既可達(dá)到要求含水量又最大限度減少活菌損失為出發(fā)點,尋求甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌真空干燥技術(shù)的最優(yōu)工藝參數(shù)。結(jié)合正交試驗分析真空干燥條件對甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌指標(biāo)的影響規(guī)律,得到如下結(jié)論：

甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌真空干燥過程中,干燥溫度、真空度和時間是影響指標(biāo)的重要因素。最佳干燥工藝參數(shù)為干燥溫度70 ℃,真空度0.09 MPa,干燥時間8 h。

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廢橡膠利用業(yè)確定綠色轉(zhuǎn)型目標(biāo)

綠色轉(zhuǎn)型將成為廢橡膠綜合利用行業(yè)“十三五”的一個重要目標(biāo),實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是提高廢橡膠利用價值,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；通過自主創(chuàng)新研發(fā)并推廣新的再生工藝裝備。這是媒體從浙江天臺召開的2015全國首屆廢橡膠綠色應(yīng)用現(xiàn)場會上了解到的情況。

中國橡膠工業(yè)協(xié)會廢橡膠綜合利用分會秘書長曹慶鑫對媒體表示,工藝綠色化是廢橡膠行業(yè)實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的根本途徑。工藝綠色化主要包括三個方面：一是用連續(xù)常壓工藝替代間歇式動態(tài)脫硫工藝,二是通過標(biāo)準(zhǔn)提升等推進(jìn)煤焦油淘汰進(jìn)程,三是捏煉等工藝環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化。

中國橡膠工業(yè)協(xié)會名譽會長范仁德表示,再生膠行業(yè)面臨的最大問題是勞動生產(chǎn)率低和二次污染尚未完全解決。行業(yè)應(yīng)該走智能制造之路,建立再生膠及膠粉全封 閉、自動化、綠色化生產(chǎn)線,將設(shè)備、產(chǎn)品、工藝、原材料、物流等集成在一起,改變傳統(tǒng)而單一的生產(chǎn)模式,全面提高產(chǎn)品的精度和質(zhì)量,以及生產(chǎn)效率和智能化程度。

據(jù)了解,廢橡膠綜合利用行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型已經(jīng)初步具備條件。脫硫關(guān)鍵工藝方面,采用常壓連續(xù)脫硫工藝與設(shè)備,再生膠產(chǎn)品達(dá)到了動態(tài)脫硫工藝產(chǎn)品質(zhì)量,而且脫硫環(huán)節(jié)不再產(chǎn)生廢水、廢氣,生產(chǎn)安全水平也得到提升。廢橡膠資源化、無害化、智能化螺桿擠出再生新工藝,已列入石化行業(yè)環(huán)境保護(hù)與清潔生產(chǎn)重點支撐技術(shù)。在 工藝自動化方面,自動稱量下片機的開發(fā),為生產(chǎn)線智能化管理、配備機器人奠定了基礎(chǔ)。

目前,加速解決再生橡膠生產(chǎn)二次污染問題已經(jīng)成為行業(yè)的共識,并引起企業(yè)高度重視。都江堰市新時代工貿(mào)有限公司、天臺坤榮橡膠有限公司、臺州市中宏廢橡膠 綜合利用有限公司等表示,淘汰“小三件”,改變輪胎粉碎工藝;改變工藝配方,淘汰煤焦油;改變高溫高壓脫硫工藝,采用常壓連續(xù)脫硫工藝,將是廢橡膠綜合利 用行業(yè)實現(xiàn)低碳綠色轉(zhuǎn)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

作者簡介：李學(xué)紅(1962-),女,高級工程師,從事科研開發(fā)工作,電話：13933003935。

基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(2011AA10A205)。

收稿日期：2015-05-07

中圖分類號：TQ458.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-3467(2015)07-0014-04