一種高純度孢子粉生產工藝及所用的立式多層產孢箱的製作方法
2023-05-22 11:06:41
專利名稱：一種高純度孢子粉生產工藝及所用的立式多層產孢箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於立式多層產孢箱的高純度孢子粉生產工藝。
背景技術：
研究開發以有效侵染體為活性成份的微生物製劑來控制作物害蟲，昆蟲病原真菌是可利用的重要生防真菌(fungal biocontrol agents)，因為只有真菌能夠在自然條件下通過體壁接觸感染並殺死害蟲，可對付不同類型的農林害蟲。國內外目前重點研究和開發應用的絲孢類殺蟲菌種主要集中在白僵菌、綠僵菌及擬青黴等少數種類。根據現有研究報導，殺蟲真菌的分生孢子(有效侵染體)可附著到蟲體表面，在適宜條件下萌發並產生芽管，穿透寄主體壁進入血腔，繼而利用寄主的營養在血腔中繁殖，當血腔中充滿菌絲體時寄主死亡變僵，若遇適合的環境條件菌絲便從體壁長出並形成產孢結構和產生分生孢子，開始新的侵染。以此種方式產生的分生孢子是氣生分生孢子，是對昆蟲寄主最有效的自然侵染體。在真菌殺蟲劑的研究開發中，氣生分生孢子粉(以下簡稱孢子粉)是配製孢子油劑、孢子懸乳劑及孢子可溼性粉劑等各類孢子製劑的有效成份，其純度和質量直接關係到孢子製劑的質量、貨架壽命及田間應用效果。
孢子粉生產一般採用兩相發酵工藝，即液相發酵生產的菌絲液作為接種體，再轉入固體基質上發酵產孢(即固相發酵)，最後將孢子與固體基質分離並以適當方式收集起來，便獲得孢子粉。基於兩相發酵法的孢子粉生產過程包含液相發酵、固相發酵和收孢三個主要技術環節。液相發酵是十分成熟的非專利技術，相對簡單。固相發酵產孢則是整個生產過程最為重要的環節，也是一種生防真菌製劑能否產業化的關鍵。國內外的技術研發現狀表明，絲孢類生防真菌孢子粉的兩相發酵法生產工藝在原理上是很成熟的。對於特定的菌種菌株，主要技術關鍵在於因地制宜地篩選採用廉價易得的農副產品作為兩相發酵的營養基質，把生產成本降下來，由此形成了國內外現有的固相發酵產孢方法，一般採用室內開放式簡易支架結構的分層培養，生產線佔地面積大，規模化生產中易發生雜菌汙染，生產過程中的溼度控制較為困難，導致生產周期較長且難以控制。因此，缺乏固相發酵產孢的技術裝備是生防真菌孢子粉生產效率低、成本高的主要原因，也是制約生防真菌製劑產業化的關鍵因素。而現有的固相發酵罐或相關設備一般是為酵母及曲種生產而設計的全封閉金屬結構，不透光，不能用於以生產氣生分生孢子粉為目的的生防真菌固相產孢發酵。
發明內容
針對現有技術中存在的不足之處，本發明提供一種工藝流程簡單、能杜絕雜菌汙染、不汙染環境、效益高的高純度孢子粉生產工藝及所使用的立式多層產孢箱。
本發明為達到以上目的，是通過這樣的技術方案來實現的提供一種立式多層產孢箱，包括透明的箱體，箱體設有可開啟的箱門；在箱體的內腔設有至少二個物料盤，箱體上還分別設有貫通箱體的至少一個進溼孔和至少一個散溼孔。
作為本發明的立式多層產孢箱的一種改進在箱體內腔設置支撐架，物料盤與支撐架相連。
作為本發明的立式多層產孢箱的進一步改進物料盤與支撐架活動相連。
作為本發明的立式多層產孢箱的進一步改進物料盤為底部是金屬篩網、頂部無蓋的物料盤。
作為本發明的立式多層產孢箱的進一步改進在箱體的底部四角均設置可承重的萬向輪。
作為本發明的立式多層產孢箱的進一步改進物料盤之間間距相等。
本發明還提供了一種使用上述立式多層產孢箱的高純度孢子粉生產工藝，包括液相發酵步驟，還包括以下步驟1)選用稻米浸泡後經蒸汽滅菌、並熟化至5～6成熟，冷卻後作為發酵基質；2)在上述發酵基質中按8～15％的比例(v/w)混入上述液相發酵步驟所得的菌絲液，拌勻即成接種物料；3)將上述接種物料裝入物料盤，使接種物料在箱體的內腔進行封閉式發酵產孢；由淨水霧化裝置通過進溼孔向箱體的內腔連續緩慢加溼，保持箱體內相對溼度≥95％、溫度為15～30℃，進行發酵反應72～96小時；4)停止加溼，使箱體保持密封狀態，控制箱體內的溫度為15～30℃，繼續發酵反應72～120小時，得發酵物料；5)將上述發酵物料進行風乾處理，即可收穫孢子粉。
作為本發明的高純度孢子粉生產工藝的一種改進步驟3)將接種物料均勻平攤在物料盤上，使得接種物料的厚度為1.5～2.5cm。
作為本發明的高純度孢子粉生產工藝的進一步改進步驟5)的風乾處理為打開箱門，使發酵物料在25～30℃的溫度下自然散溼24～48小時；或將發酵物料轉入專用風乾設備，在30～35℃下風乾12～24小時。
採用本發明的立式多層產孢箱所進行的高純度孢子粉生產工藝，具有如下優點1.本發明的立式多層產孢箱，是為生防真菌高純度孢子粉的固相發酵生產而專門設計的，箱體透光的設計可使箱內發酵物料有效利用自然光而產孢，並方便生產檢查及監控，各層物料盤的設計既提供發酵物料的支撐，又使箱體內成為一個連續整體，可保證箱內溼度儘可能均勻。根據「固體顆粒越小表面積越大」的物理學原理和菌體產孢對氧氣及溼度的要求，採用熟化度恰到好處的稻米作為固相發酵物料，既可保證發酵過程中適度的通透性，又保證了足夠大的固相產孢面積，輔以淨水霧化供溼，即可維持固相產孢發酵所需的高溼條件。這是採用容積有限的多層產孢箱能夠最大限度生產氣生分生孢子粉的基本生物學和物理學原理，也是本發明最重要的技術特色，因而適用於絲孢類生防真菌孢子粉的規模化生產。
2.本發明的高純度孢子粉生產工藝，實現了固相發酵產孢裝備化、工藝流程簡化、生產周期可控及雜菌汙染杜絕固相產孢發酵採用立式多層產孢箱，實現了這一種重要生產環節的裝備化，大大簡化了工藝流程，生產周期可控制在7天左右，箱體全封閉的產孢發酵可杜絕雜菌汙染。
3.本發明的高純度孢子粉生產工藝，生產過程無廢水廢氣產生在整個生產過程中，液相發相的菌液全部按比例拌入適度熟化的米粒中，無任何廢液產生，更無廢氣產生，更加環保。
4.本發明的立式多層產孢箱，生產線佔地面積小、投資省、管理方便立式多層產孢箱是有效利用空間的固相發酵裝置，日處理一噸稻米物料的生產線所需車間面積不超過200平方米，可年產保證用菌100萬畝次的高純度孢子粉10噸，具有投資省、用人少、效率高、管理方便等特點。
5.原料易得、成本低、能耗少，效益高基於立式多層產孢箱，採用稻米作為主要原料生產生防真菌孢子粉，原料來源廣，生產成本低，並為低值稻米的合理利用開闢了一條新途徑。採用常規空調器控制發酵環境溫度，空調耗電是產孢發酵期間的唯一能耗，車間內安放推薦尺寸的產孢箱(0.6m×0.6m×2.0m，25層/箱)，每隻佔地面積僅0.36m2，加上必要的操作空間，每隻產孢箱平均不超過1m2，日處理1噸大米的連續產孢發酵生產車間總面積不超過200平方米，總能耗就等於空調用電。每公斤大米生產的球孢白僵菌孢子粉可滿足0.235公頃或3.52畝作物用菌一次，日處理1噸大米的生產線每天生產的孢子粉可滿足235公頃作物用菌一次。
圖1是本發明的立式多層產孢箱的立體結構示意圖。
具體實施例方式
參照上述附圖，對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。圖1給出了一種立式多層產孢箱，由防鏽金屬管搭建而成一個長方體形的外壁支架，鋼化玻璃面板設置在外壁支架的頂部及四壁，外壁支架的底部設置普通的金屬板，從而構成一個密封的透明的箱體1。在箱體1的正前方的側面上設有可開啟的箱門7。在箱體1的左、右側面的上端部各挖有一個貫通箱體1的進溼孔2，即進溼孔2的一端連通箱體1的內腔、另一端連通外界環境。在箱體1的左、右側面的下端部各挖有兩個貫通箱體1的散溼孔5，即散溼孔5的一端連通箱體1的內腔、另一端連通外界環境，用來散溼。在箱體1的內腔設置防鏽金屬管制成的長方體形的支撐架3，在箱體1的內腔設有至少二個物料盤4，這些物料盤4從下到上相互平行設置、且物料盤4相互之間間距相等。為了使箱體1內溼度控制儘可能均勻，物料盤4是底部採用金屬篩網、頂部無蓋的一種物料盤，這樣可使箱體1的內腔上下貫通為一個體系。為了方便裝料，這些物料盤4均與支撐架3可相互滑動的連接。為了方便整個箱體1的移動，在箱體1底部四角各設置1個可承重的萬向輪6。
依靠上述立式多層產孢箱，可生產一種高純度孢子粉，孢子粉的生產工藝步驟如下1)將菌種進行液相發酵(此步驟為現有技術)，獲得菌絲液。
2)選用低值稻米浸泡後經蒸汽滅菌並熟化至5～6成熟，冷卻後作為發酵基質。
3)在上述發酵基質中按8～15％的比例(v/w)混入所述液相發酵步驟所得的菌絲液，拌勻即成接種物料。
4)打開箱門7，將接種物料均勻平灘在物料盤4上，使得接種物料在物料盤4上的厚度為1.5～2.5cm。然後關閉箱門7，使得接種物料在箱體1內進行封閉式發酵產孢。此時，由外接的淨水霧化裝置通過加溼孔2向箱體1的內腔連續緩慢加溼，保持箱體1內相對溼度≥95％，環境溫度控制在15～30℃(通過外界的空調來控制)，接種物料在箱體1內發酵反應72～96小時。
5)然後停止加溼，使箱體1保持密封狀態，控制箱體1內的溫度為15～30℃，繼續發酵反應72～120小時，得發酵物料；6)將上述發酵物料進行風乾處理，即可收穫孢子粉。風乾處理可採用以下兩種方法①打開箱門7使發酵物料在25～30℃下自然散溼24～48小時；②將發酵物料轉入專用風乾設備，在30～35℃下風乾12～24小時。
本發明的立式多層產孢箱內設25個物料盤4，生產球孢白僵菌SG8702的高純度孢子粉的中試生產分別在杭州冬季(2005年1月中旬，中試I)、春季(2005年2月下旬，中試II)和初夏(2005年5月上中旬，中試III)共進行三箱次，每箱次裝米料50公斤。以薩氏培養液生產的菌絲種子液按10％的比例(v/w)與熟化至5～6成熟的稻米混合後製成接種物料裝箱，每盤裝接種物料2公斤(按幹米計)，環境溫度通過室內空調控制在25℃左右，產孢發酵的前3～4天通過淨水霧化裝置向箱體1內連續緩慢供溼，後3天停止供溼但始終維持箱門7閉合保溼，直至第6或7天產孢結束時才開門散溼。每次中試期間，在箱體1內上、中、下三個部位各安置溫溼度自動記錄儀一隻，每小時記錄箱內不同部位的溫溼度，三次中試的產孢發酵期間溫溼度控制均達到設計要求(表一)，尤其通常較難控制的發酵溼度得到很好的控制，一般發酵開始後2～3小時內即可通過水霧供溼使箱體1內相對溼度達到或接近飽和水平，並維持穩定至供溼停止。
表一立式多層產孢箱三次中試生產的溫溼度控制結果
由於不同季節中試的溫溼度控制均達到設計要求，三次中試的實際產孢發酵時間均為6～7天。發酵好的物料經1～2天風乾後，用MH-1型收孢機(英國ACIS公司生產)收穫孢子粉，主要產量及質量指標列於表二。三次中試生產的孢子粉含孢量都很高，平均達1710億/克(1390～1870億/克)，平均活孢率達93.4％(92.1％～94.1％)，絕對產孢量為2.36萬億/公斤米(1.81～2.73萬億/公斤米)。收孢機收穫的孢子粉平均含水量為11.1％(9.9％～12.0％)，再經數小時常溫真空抽乾，即可使孢子粉的含水量降至5％左右，便可直接用於配製高質量孢子製劑(油劑、懸乳劑、可溼劑、餌劑等)並有利於延長貯存期。
表二 立式多層產孢箱三次中試生產的孢子粉產量及質量指標
三次中試的副產品包括較粗的菌絲粉和殘餘米。菌絲粉不能用於孢子製劑的配製(會堵噴霧器噴頭)，但可製作為非噴施的菌劑用於土壤中防治地下害蟲。收孢機收粉後的殘餘米仍保持米粒的基本形狀。在連續生產過程中，每次收粉後的殘餘米可與新鮮米搭配作為下一次發酵的物料，如此循環利用，可進一步降低生產成本。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種立式多層產孢箱，其特徵是包括透明的箱體(1)，所述箱體(1)設有可開啟的箱門(7)；在所述箱體(1)的內腔設有至少二個物料盤(4)，所述箱體(1)上還分別設有貫通箱體(1)的至少一個進溼孔(2)和至少一個散溼孔(5)。
2.根據權利要求1所述的立式多層產孢箱，其特徵是在所述箱體(1)內腔設置支撐架(3)，所述物料盤(4)與支撐架(3)相連。
3.根據權利要求2所述的立式多層產孢箱，其特徵是所述物料盤(4)與支撐架(3)活動相連。
4.根據權利要求2或3所述的立式多層產孢箱，其特徵是所述物料盤(4)為底部是金屬篩網、頂部無蓋的物料盤。
5.根據權利要求4所述的立式多層產孢箱，其特徵是在所述箱體(1)的底部四角均設置可承重的萬向輪(6)。
6.根據權利要求5所述的立式多層產孢箱，其特徵是所述物料盤(4)之間間距相等。
7.一種使用權利要求1～6的立式多層產孢箱的高純度孢子粉生產工藝，包括液相發酵步驟，其特徵是還包括以下步驟1)選用稻米浸泡後經蒸汽滅菌、並熟化至5～6成熟，冷卻後作為發酵基質；2)在上述發酵基質中按8～15％的比例(v/w)混入所述液相發酵步驟所得的菌絲液，拌勻即成接種物料；3)將上述接種物料裝入物料盤(4)，使接種物料在箱體(1)的內腔進行封閉式發酵產孢；由淨水霧化裝置通過進溼孔(2)向箱體(1)的內腔連續緩慢加溼，保持箱體(1)內相對溼度≥95％、溫度為15～30℃，進行發酵反應72～96小時；4)停止加溼，使箱體(1)保持密封狀態，控制箱體(1)內的溫度為15～30℃，繼續發酵反應72～120小時，得發酵物料；5)將上述發酵物料進行風乾處理，即可收穫孢子粉。
8.根據權利要求7所述的高純度孢子粉生產工藝，其特徵是所述步驟3)將接種物料均勻平攤在物料盤(4)上，使得接種物料的厚度為1.5～2.5cm。
9.根據權利要求7或8所述的高純度孢子粉生產工藝，其特徵是所述步驟5)的風乾處理為打開箱門(7)，使發酵物料在25～30℃的溫度下自然散溼24～48小時；或將發酵物料轉入專用風乾設備，在30～35℃下風乾12～24小時。
全文摘要
本發明公開了一種立式多層產孢箱，包括透明的箱體(1)，箱體(1)設有可開啟的箱門(7)；在箱體(1)的內腔設有至少二個物料盤(4)，箱體(1)上還分別設有貫通箱體(1)的至少一個進溼孔(2)和至少一個散溼孔(5)。本發明還公開了使用上述立式多層產孢箱的一種高純度孢子粉生產工藝，包括液相發酵、製作發酵基質、製作接種物料、二階段式發酵產孢、風乾處理步驟。本發明的立式多層產孢箱，結構簡單；本發明的高純度孢子粉生產工藝，工藝流程簡單、能杜絕雜菌汙染、不汙染環境、能高效益生產高純度的孢子粉。
文檔編號C12M3/00GK1710059SQ200510050499
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月28日 優先權日2005年6月28日
發明者馮明光, 葉素丹, 應盛華, 陳春 申請人:浙江大學