其次章飼料添加劑原料的生產(chǎn)方法和基因工程技術(shù)等。第一節(jié)化學法的化學過程、物理過程及其所用設(shè)備設(shè)計與操作和優(yōu)化共同規(guī)律的一門工程學科。一、飼料添加劑原料生產(chǎn)中應用的化學工程技術(shù)飼料添加劑原料的化學法生產(chǎn)涉及無機化工、石油化工、精細化工、高分子化工和生物化工等主要類型。〕3—甲基吡啶和2—甲基—5—乙基吡啶，維生素B6

生產(chǎn)需要的氯乙酸等?！捕碂o機化工飼料用尿素的生產(chǎn)是無機化工在飼料添加劑原料生產(chǎn)中的用途之一。〔三〕精細化工是飼料添加劑原料化學法生產(chǎn)的主要途徑，大局部維生素、微量元素添加劑原料都是精細化工產(chǎn)品。〔四〕生物化工在飼料添加劑方面，可用于飼料改進劑和維生素生產(chǎn)，后來應用于某些抗生素添加劑的合成，如喹乙醇等。目前，生物化工已與發(fā)酵工程和基因工程結(jié)合，用于抗生素、煙酸，甚至氨基酸的合成工業(yè)。二、常用飼料添加劑原料化學法生產(chǎn)(一)用化學法生產(chǎn)的飼料添加劑 生產(chǎn)的添加劑種類很多，全部礦物質(zhì)添加劑、大局部維生素和飼料改進劑都是用化學法生產(chǎn)的。表2—1 化學法生產(chǎn)的維生素添加劑維生素A維生素KEB1B2煙酸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-甲基吡啶氯乙酸異丁醛對硝基苯甲酸

常用方法加成反響縮合反響縮合、環(huán)化反響?；错?/p>

最終產(chǎn)品硫酸甲萘醌EB1B2煙酸B6D葉酸(二)化學法生產(chǎn)工藝例如煙酸化學法生產(chǎn)的典型工藝 甲基—5—乙基吡啶生產(chǎn)煙酸的工藝過程見圖2—1。結(jié)晶器，分出的二氧化氮氣體進入吸取器與水反響生成硝酸，回收再利用。從結(jié)晶器出來的粗煙酸硝酸鹽經(jīng)離心機與水分開，分別的固體經(jīng)溶解、中和后制成煙酸，經(jīng)結(jié)晶、離心、枯燥、過篩得煙酸產(chǎn)品。該法的特點是生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)成熟，產(chǎn)品純度高，原料價廉易得，生產(chǎn)本錢低。硫酸亞鐵化學法生產(chǎn)工藝用廢鐵和硫酸反響生產(chǎn)硫酸亞鐵是微量元素酸解法生產(chǎn)的典型方法，簡潔和二氧化碳，生產(chǎn)中只涉及氣液相非催化反響。反響過程比較簡潔，中間產(chǎn)物只有氨基甲酸銨，產(chǎn)物只有2-3。2-3(引自《化工根底》)其次節(jié)微生物發(fā)酵法一、添加劑原料微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的進展歷程190519292050年月，生物化學和微生物遺傳學在發(fā)酵工程中的應用，實現(xiàn)了應用微生物代謝掌握發(fā)酵技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)60和生物技術(shù)生產(chǎn)酶、干擾素、激素等的現(xiàn)代化工藝。至此，微生物發(fā)酵工程已經(jīng)成為飼料添加劑原料生產(chǎn)的主要途徑。二、微生物發(fā)酵工程特點目前公認的發(fā)酵工程的定義為：利用微生物的某種特性，通過現(xiàn)代工程技術(shù)手段進展工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)。它主要包括工業(yè)生產(chǎn)菌菌種的選育、最正確發(fā)酵條件的選擇和掌握、生物反響器(發(fā)酵罐)的設(shè)計和產(chǎn)品的分別、提取和精制等過程。微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)與化學工程生產(chǎn)相比有以下特點。〔一〕微生物一般特點 小、構(gòu)造簡潔，常用于發(fā)酵工業(yè)的細菌、放線菌和局部真菌都是單細胞。其特點為：第一，生殖快。一般細菌在最適條件下每20min就能生殖一代。一個細胞，在不受任何影響的條件下24h可生殖到4萬億個。其次，易于變異。由于微生物個體小、構(gòu)造簡潔、代謝旺盛、生殖快，因此簡潔受到環(huán)境條件變化的影響，引起遺傳性變異。第三，易于培育。微生物中大多數(shù)種類，都能用人工的方法，承受各種發(fā)酵形式(液體的或固體的)進展發(fā)酵，生產(chǎn)各種微生物產(chǎn)品，因此易于工廠化和商業(yè)化生產(chǎn)?！捕成飳W特性 以微生物細胞來催化的，發(fā)酵過程中全部中間步驟都在細胞中進展，不像化學工業(yè)生產(chǎn)那樣需要經(jīng)過幾個中間產(chǎn)物的步驟?！踩成a(chǎn)安全、能源消耗低 常溫常壓條件，不像化學法生產(chǎn)那樣需要高溫高壓條件?！菜摹吃狭畠r、易于選材 要的主要原料都是農(nóng)產(chǎn)品、副產(chǎn)品、工業(yè)廢棄物，其最大的特點是再生性強，在短時間內(nèi)即能重復生產(chǎn)。而化學生產(chǎn)多承受石油、煤、自然氣等不行再生的原料，生產(chǎn)中常受到自然資源的限制。〔五〕投資少，本錢低 過程都在生物反響器(發(fā)酵罐)中進展，同一種設(shè)備具有多種用途?！擦秤欣诃h(huán)保 程產(chǎn)品是微生物菌體、酵母等，富含微生物蛋白、維生素、酶等，對動物養(yǎng)分價值全面。除特別產(chǎn)品外，有害物質(zhì)產(chǎn)生少，生產(chǎn)安全性強。的耐藥性等。三、微生物發(fā)酵與飼料添加劑原料生產(chǎn)(一)微生物發(fā)酵在飼料添加劑工業(yè)中的應用利用微生物菌種和內(nèi)含物 在人工掌握的條件下，利用農(nóng)副產(chǎn)品、有機廢水或石油制品等為原料可生產(chǎn)大量飼用酵母蛋白通過飼用菌種培育發(fā)酵過濾吸附提取等工藝可生產(chǎn)維生素B維生素B等2 1利用微生物產(chǎn)生的酶微生物發(fā)酵的根底是細胞內(nèi)產(chǎn)生的大量代謝酶，在人工掌握下，可從發(fā)酵液中提取生產(chǎn)各種酶。酶制劑的生產(chǎn)已成為微生物發(fā)酵工程的又一重要用途。飼料添加劑用的大多數(shù)酶是微生物發(fā)酵工程產(chǎn)品。利用微生物某些代謝產(chǎn)物人工掌握微生物發(fā)酵過程，使某種中間代謝產(chǎn)物大量積存，經(jīng)提煉加工制成添加劑，如檸檬酸、氨基酸等。大多數(shù)抗生素也是微生物代謝中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。(二)用于添加劑生產(chǎn)的微生物可用于生產(chǎn)飼料添加劑的微生物主要有三大類，細菌和放線菌、酵母菌2—2。2-2微生物與飼料添加劑原料生產(chǎn)四、微生物發(fā)酵生產(chǎn)添加劑原料的工藝(一)微生物代謝規(guī)律1．合成代謝微生物從體外吸取各種養(yǎng)分物質(zhì)，在細胞內(nèi)各種酶的催化下，生成各種簡單的有機物質(zhì)，為合成各種碳水化合物構(gòu)成細胞壁的構(gòu)造物質(zhì)或成為細胞內(nèi)的貯存物質(zhì)，利用有機酸或無機酸等合成脂類，構(gòu)成細胞膜，吸取氮素與有機酸合成氨基酸。飼料添加劑原料的微生物工程生產(chǎn)過程當中，通過人工掌握合成代謝的某一C、有機酸的生產(chǎn)等。微生物發(fā)酵工程法生產(chǎn)抗生素、生長激素、某些色素等都屬于微生物的次生代謝產(chǎn)物。2．微生物的分解代謝是細胞內(nèi)的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等大分子化合物，在一系列酶促反響下分解的過程。碳水化合物可進展無氧條件下的酵解，此過程屬于不完全分解，可以形成各種中間產(chǎn)物，如各種滯留適應期細菌接種到的培育基中，一般不馬上進展生殖，需要經(jīng)一段時間自身調(diào)整，誘導合成必需的酶、輔酶或合成某些中間代謝產(chǎn)物。此時，細胞重量增加，體積增大，但不分裂生殖。這個時期的長短自幾分鐘至幾個小時，因菌種、菌齡和培育條件不同而異。對數(shù)生長期這個時期細胞代謝活性最強，組成細胞物質(zhì)最快，全部分裂形成的細胞生活旺盛，生殖的細胞數(shù)按幾何級數(shù)增加。此時期細菌數(shù)的對數(shù)與培育時間成直線關(guān)系。穩(wěn)定期又稱最高生長期，在肯定容積的培育基中，由于經(jīng)細菌對數(shù)生長期的旺盛生長后，某些養(yǎng)分物質(zhì)被消耗，有害代謝物質(zhì)積存以及pH、氧化復原電位、無機離子濃度等的變化，限制了菌體連續(xù)高速度增使增殖的細胞數(shù)與老細胞死亡數(shù)幾乎相等，處于動態(tài)平衡，細菌數(shù)到達最高水平。接著死亡數(shù)超過增殖數(shù)，曲線消滅下降趨勢。衰亡期穩(wěn)定期后，環(huán)境變得更不適合于細菌的生長，細胞生活力衰退，死亡率增加，以致死亡數(shù)大大超過生數(shù)，細菌總數(shù)急劇下降。(三)生物發(fā)酵的培育方法的速度排出培育物(包括菌體及代謝產(chǎn)物)，使流淌系統(tǒng)內(nèi)的液量，細胞數(shù)量和養(yǎng)分狀態(tài)維持恒定，使培育的微生物處于對數(shù)生長期的時間連續(xù)延長下去，這種方法稱連續(xù)培育。同步培育一般爭論細菌的生理、生化和性狀難以用單個細胞進展，必需用群體，往往把群體內(nèi)的細胞分裂同步化，這種培育法叫同步培育法。利用同步培育技術(shù)使它們處于同一生長階段，使全部的細胞都能同時分裂，這種生長方法叫同步生長。同步培育法有兩種，即篩選法和誘導法。篩選法又稱淘析法，主要有過濾法、區(qū)帶密度梯度離心法和膜洗脫法等。過濾法是將微生物細胞用濾器過濾，讓處于細胞周期較早階段的小細胞通過，收集這些細胞，轉(zhuǎn)入穎培育基中，即能獲得同步細胞。區(qū)帶密度梯度離心法是將隨機生長的細胞懸浮置于蔗糖梯度溶液外表，然后離心，不同生長周期的細胞由于體積和質(zhì)量大小不同，沉降系數(shù)不同，同一生長周期的細胞就聚攏在離心液的一個區(qū)帶上，小細胞在上，大細胞在下。這方法可便于收集處于較早周期的小細胞，本法已成功地應用于芽殖和裂殖酵母、大腸桿菌等細胞的同步培育。膜洗脫法是依據(jù)某些濾膜可以吸附與該濾膜相反的電荷的細胞而設(shè)計的，可獲得比上述兩法數(shù)量更大、同步性更高的細胞。法。化學誘導是承受停頓或限制供給微生物細胞分裂所必需的某種養(yǎng)料的方法使全部的細胞都進入臨分裂狀態(tài)(但不分裂)，然后在某一時刻恢復供給細胞分裂所必需的養(yǎng)分，就能誘導出同步細胞群體。物理誘導是利用某些物理因子，使處于馬上分裂的細胞的代謝活動受到掌握，從而使細胞在分裂階段前停頓，以求得以后分裂的同步。2-4)。2-4發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)流程(引自吳金鵬，1990)菌種階段菌種階段首先應做好菌種的保藏，防止其優(yōu)良性狀的衰退，同時要防止雜菌的污染。原始菌種培育方法分：液體震蕩培育、外表培育和固體培育等。要求培育誕生產(chǎn)性能優(yōu)良，并具有肯定數(shù)量強健的種子(菌體或孢子)。是生殖大量的菌體，而不是要求產(chǎn)生大量的目的產(chǎn)物。因此，在選擇培育基以及掌握培育條件等方面都要圍繞此目的來進展。一般要求種子培育基的養(yǎng)分成分比較豐富，有利于菌的生長生殖。但同時又必需留意種子培育基的成分不能與發(fā)酵液的成分相差太大，否則當種子接人發(fā)酵培育基后將會影響菌的生長和代謝3產(chǎn)生和積存所需的微生物產(chǎn)物。因此，必需嚴格掌握好各項發(fā)酵條件，使菌體有肯定量的生長生殖，但又必需留意防止菌體生殖過量，影響目的產(chǎn)物的產(chǎn)生和積存。在生產(chǎn)中，必需把握菌的生長規(guī)律，掌握好發(fā)酵條件，使菌體生長強健，具有肯定數(shù)量同時又能產(chǎn)生最大量的目的產(chǎn)物。4．提煉階段提煉階段的任務是將發(fā)酵產(chǎn)物進展加工處理，以獲得所需的產(chǎn)品。加工處理的方法很多，依據(jù)所需產(chǎn)品的不同而實行不同方法。如蒸鋁噴霧枯燥、離子交換過濾、鹽析、分子篩等。(五)幾種飼料添加劑生產(chǎn)典型工藝流程氨基酸發(fā)酵法制造工藝(圖2—5)。2-5氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)法1．純培育物2．接種3．鍋爐4．空壓機5．空氣過濾器6．種子罐，pH調(diào)整劑8．發(fā)酵罐 9．滅菌器10．培育基 11．配制槽12．離心分別機13．離子交換柱14．結(jié)晶槽 15．晶體分別器16．枯燥器17．氨基酸成品<引自(化工百科全書))2-6)。2-6馬杜拉霉素法制造工藝(引自佟建明等，2000)第三節(jié)分別提取A，在魚類肝臟中含量很高；維生素E和分別。因此，分別提取技術(shù)是每一種飼料添加劑原料所必需的方法和步驟。一、自然物中飼料添加劑有效成分提取與分別(一)提取方法1．溶劑萃取法選擇溶劑的理論依據(jù)于提取自然物中化學成分的溶劑，按其親水性強弱挨次表示如下：水>甲醇>乙醇>丙酮>乙酸乙酯>乙醚>氯仿>苯>石油醚性基的數(shù)目越多，則親水性越強，如單糖、低聚糖等；反之稱為親脂性成分。溶劑，難溶于親脂性溶劑，親脂性成分則易溶于親脂性溶劑。提取方法①浸漬法。用適當?shù)娜軇┰诔鼗驕責?60-80E)的狀況下浸漬以溶出其中成分。本法適用于有效成分遇熱易破壞及含多量淀粉、樹膠、果膠、黏液質(zhì)的自然物的提取。但浸出率較差，特別是用水為溶劑，其提取液易于發(fā)霉變質(zhì)，需留意加人適量防霉劑。提高浸出效率。但遇熱易破壞的成分不宜用此法。③連續(xù)提取法。為了彌補回流提取中需要溶劑量大，操作較煩的缺乏，可承受連續(xù)提取法。試驗室常用脂肪提取器或稱索氏提取器。此法提取液受熱時間長，因此對受熱易分解的成分不易用此法。2．水蒸氣蒸餾法此法只適用于具有揮發(fā)性的、能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞，與水不發(fā)生反響，且難溶或發(fā)油、某些小分子化合物的提取可承受水蒸氣蒸餾。(二)各種分別純化方法簡潔萃取法和連續(xù)萃取法。態(tài)而結(jié)晶析出，從而到達分別或精制的目的。結(jié)晶溶劑、適宜的溫度、適當?shù)臅r間是結(jié)晶的三個重要條件，其中最重要的是選擇適宜的溶劑。沉淀法在自然物提取液中參加某種試劑，使產(chǎn)生沉淀，以獲得有效成分或除去雜質(zhì)。。常用的無機鹽試劑有氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂等。方法。色譜法是分別化學成分的有效方法。用一般方法難以分別的化合物，借助于色譜法的分別，一般能得到單體成分。層析法種類很多，包括吸附層析法、安排層析法、離子交換層析法等。二、化工或生物發(fā)酵制品的提取與分別(一)粉碎 將固體原料、中間產(chǎn)品或成品進展裂開或磨成細粉末，稱之為粉碎。常用粉碎方法如下：粗碎處理直徑為40～1500mm5—50mm。如生產(chǎn)磷酸氫鈣。中碎和細碎處理直徑為5～50mm0.1～5mm。磨碎或研碎處理直徑為2—5mm0.1mm。0.2mm0.01mm，如各種制成品的粉碎。(二)結(jié)晶與重結(jié)晶結(jié)晶是指物質(zhì)從溶液或氣體中析出結(jié)晶體的過程，然后再經(jīng)過濾或離心方法將結(jié)晶體從溶液中分別出來。重結(jié)晶是依據(jù)不同的物質(zhì)溶解度的差異原理，制備固體化學品，濾除機械雜質(zhì)的重要方法。重結(jié)晶方法具有操作簡潔、效果明顯、設(shè)備通用性強等特點，承受的溶劑可以是單一溶劑，也可以是復合溶劑。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，可在液相中反響生成產(chǎn)物后，以濃縮、結(jié)晶、母液再濃縮、結(jié)晶的工藝過程獲得最高生產(chǎn)效率和最高產(chǎn)品質(zhì)量。各種方法生產(chǎn)微量元素添加劑時，必需經(jīng)過結(jié)晶工藝。氨基酸從發(fā)酵液中的提取和精制常承受重結(jié)晶法。(三)萃取有時稱提取或浸提，它是借助與溶液不相混溶的有機溶劑，從溶液的假設(shè)干組分中，提取出一個組分的過程。參加的溶劑叫萃取劑，萃取后的液體需要再經(jīng)過蒸發(fā)或蒸餾、結(jié)晶、枯燥等方法進展分別。是獲得飼料添加劑精品的有效手段。在生產(chǎn)中，可應用的離子交換材料多為帶有官能團的高分子材料，如離子交換樹脂、離子交換薄膜、離子交換纖維等。近年來，分子篩等型吸附材料在飼料添加劑生產(chǎn)中的廣泛應用。(五)過濾其原理是使液體通過過濾介質(zhì)的細孔，而固體顆粒不能通過，被過濾介質(zhì)所阻流而得到分別。簡易的過濾是通過“過濾篩”進展。過濾幾乎應用于全部飼料添加劑原料的生產(chǎn)工藝中。(六)蒸發(fā)濃縮溶質(zhì)不能揮發(fā)，而溶劑能揮發(fā)的溶液，可承受蒸發(fā)濃縮的工藝使有效成分濃度提高。蒸發(fā)濃縮可承受高溫加熱、常溫或低溫真空方法。如馬杜拉霉素生產(chǎn)工藝中幾乎都承受真空濃縮或枯燥。活性炭、骨炭、亞硫酸、高錳酸鉀等。脫色方法有兩種，一是直接將脫色劑與需要脫色處理的產(chǎn)品混合，攪拌均勻，肯定時間后分別即可；二是將活性炭等固體脫色劑作為過濾介質(zhì)放在過濾容器中或過濾管中，使液體通過而脫色。目前工業(yè)化生產(chǎn)飼料添加劑原料多承受活性炭脫色，如氨基酸、酸化劑等。(八)離心分別利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，將液體中的顆粒分別出來到達分別提純目的。離心分別也是飼料添加劑生產(chǎn)中普遍應用的生產(chǎn)工藝。2-72-7第四節(jié)基因工程技術(shù)的應用基因技術(shù)是利用生物有機體或其組成局部進展產(chǎn)品、工藝的一種技術(shù)體系，一般包括基因工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程四個方面。基因工程主要涉及一般生物類型所共有的遺傳物質(zhì)——核酸的分別純化、體外剪切、拼接重組及擴增與表達等技術(shù)。細胞工程則包括一切生物類型的根本單位——細胞的離體培育、、生殖、再生、融合以及細胞核、細胞質(zhì)乃至染色體與細胞器的生殖與改建等操作技術(shù)。酶工程是利用生物有機體內(nèi)酶所具有的某些特異催化功能，借助固定化技術(shù)、生物反響器和生物傳感器等技術(shù)、裝置生產(chǎn)特定產(chǎn)品的技術(shù)。發(fā)酵工程，也稱微生物工程，是給微生物供給發(fā)酵等條件，利用微生物的代原料生產(chǎn)中，如氨基酸、抗生素、酸化劑、生物色素等的規(guī)?；a(chǎn)。一、基因工程的根本方法DNA雜種DNA分子。然后再將這些雜種DNA分子輸入到受體細胞(微生物)內(nèi)，進展無性生殖，并使所需要的基這一技術(shù)在美國于1973年首次獲得成功，并于1981年首次形成基因工程制品——牛生長激素和人胰島素等，開頭投放市場。利用基因工程育種，將不同來源的基因在體外經(jīng)重組和改造后，引入微生物細胞獲得工程菌。然后應用微生物發(fā)酵工程技術(shù)大批量生產(chǎn)飼料添加劑，如激素、酶、抗生素、氨基酸。這一技術(shù)已經(jīng)成為生物技術(shù)開發(fā)的熱門技術(shù)。DNADNA，并使重組體最終特性化，成為“工程菌”。DNA成出來。目的基因與載體相結(jié)合用同一種限制性內(nèi)切酶處理目的基因和基臣載體，可以形成一樣的黏性末端，DNADNADNA。DNADNA產(chǎn)生人類所需要的產(chǎn)物，通過篩選，便可獲得具有工業(yè)生產(chǎn)價值的“工程菌”。二、基因工程技術(shù)應用工程、化學工程等的結(jié)合，很多飼料添加劑的生產(chǎn)已經(jīng)進入的時代。用基因工程生產(chǎn)高性能、高效能的酶制劑現(xiàn)通過基因工程技術(shù)，可以使其他通常在難于培育的微生物中少量存在的酶，用經(jīng)選擇在廉價原料中簡潔培育并且發(fā)酵液中簡潔純化酶的宿主微生物來生產(chǎn)；也可使從動物植物中提取的酶的生產(chǎn)不依靠于動物植物組織，如小牛凝乳酶已可用發(fā)酵法生產(chǎn)。對一些存在性能不佳或產(chǎn)毒素致病的微生物中存在的優(yōu)良性能酶，可將酶基因轉(zhuǎn)移到安全宿主中。通過基因工程技術(shù)可在生物體間轉(zhuǎn)移基因，而且還可以修飾構(gòu)造基因，從而使生產(chǎn)過程易進展，并可按應用要求剪接得到具有特有性能的酶。用甘氨酸和甲醛為原料制造絲氨酸，再由絲氨酸和吲哚轉(zhuǎn)化生成色氨酸。因工程將會生產(chǎn)出很多高性能高效能的酶制劑，從而導致酶在很多應用領(lǐng)域中取得更大突破。基因工程在氨基酸合成中的應用自20世紀70細胞工程技術(shù)主要承受以下兩種方法。細胞融合技術(shù)爭論覺察，由乳糖發(fā)酵短桿菌(Brevibacteriumlactofermentum)野生型菌