年产300吨蛹虫草工厂设计课程样本.doc
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1、第1章 绪论1.1 蛹虫草介绍蛹虫草(Cordyceps militaris) 又称北虫草, 属子囊菌亚门、麦角菌科、 虫草属。蛹虫草中虫草素含量较冬虫夏草高约3 6 倍1。虫草素含有抗病毒、抑菌、抑制肿瘤生长功效,和环磷酰胺有显著协同作用,并有降血糖作用;腺苷是一个遍布人体细胞内源性核苷,可直接进入心肌经磷酸化生成腺苷酸,参与心肌能量代谢,同时还参与扩张冠脉血管,增加血流量,对心血管系统和肌体很多其它系统及组织全部有显著生理作用2。蛹虫草作为传统珍贵中药材,中国人民对其药用价值早有认识。李时珍 (1518) 在本草纲目中指出,蝉花能主治“小儿天吊惊痫,夜啼,心悸”3。1.2蛹虫草药理作用1.
2、2.1抗肿瘤作用 蛹虫草对多个肿瘤全部有良好疗效。陈桂宝等 (1997)证实蛹虫草对人黑色素瘤 B16细胞,人白血病HL- 60细胞,人体红血病K562细胞及喉癌细胞含有很好抑制效果,且部分作用优于冬虫夏草3。 1.2.2抗病原微生物 蛹虫草对多个病源微生物全部有抑制作用。现在已发觉蛹虫草活性成份中起抗菌作用关键成份是虫草素。Sugar等 (1998)发觉虫草素对念珠菌表现出良好拮抗作用。Ahn等 ()利用平板试纸法证实了蛹虫草对类腐败梭菌和产气荚膜梭菌有强烈抑制作用,并确定是虫草素起关键作用,认为虫草素可用于防治梭菌引发肠道疾病3。 1.2.3 保护肝肾及呼吸系统 蛹虫草菌丝能显著改善慢性肾
3、功效衰竭患者身体情况如提升肌酐清除率,促进蛋白质合成,纠正负氮平衡等,提升患者生活质量。程晓霞等 ()认为人工虫草提取物能够防治庆大霉素造成急性肾小管损伤,抑制人体本身低密度脂蛋白 ( LDL)引发人肾小球膜细胞增生3。 1.2.4 清除人体自由基 蛹虫草对体内自由基含有很好清除能力。王 琦 ( )报道,蛹虫 草能提升老龄老鼠体内超氧化物歧化酶 ( SOD )和谷胱甘肽过氧化物酶 ( GSH2Px ) 活性并降低过氧化脂质 ( LPO)含量,延缓器官及机体衰老3。 1.2.5 调整免疫系统作用 蛹虫草关键在免疫器官、免疫细胞及免疫分子等水平上发挥作用,增强机体免疫功效。崔新奇等 ( )报道蛹虫
4、草能显著提升小鼠脾、胸腺重量和腹腔巨噬细胞数量及吞噬活性3。 1.2.6调整内分泌和抗疲惫作用 蛹虫草还含有其它作用,如雄激素样作用 ,能提升胰岛素分泌;贾景明等 ( )证实了蛹虫草对血乳酸消除及延缓疲惫发生也有较显著作用3。1.3蛹虫草工艺生产中国研究现实状况中国是第一个对蛹虫草进行商业化栽培生产国家。1986年吉林省蚕科研究所以家蚕和柞蚕为寄主培养蛹虫草,取得和天然蛹虫草相一致子实体 ,开启了中国蛹虫草人工栽培新纪元。大米、小米或高粱米等可为蛹虫草子实体生长提供部分碳源3。 沈阳市农科所等单在1986 - 1987年在大米培养基和柞蚕蛹上接种北虫草菌,均取得完整子座。经检测和临床研究证实,
5、人工培育北虫草含有和野生虫草相同化学成份、药理作用及临床疗效,完全能够作野生虫草替换品,用于医疗及保健等领域4。张显科(1997)成功利用小米加上合适营养液培育出正常子实体。李 以大米为基础培养基加入营养液培养出正常子座,而以小米替换大米时则只形成橙红色菌丝结块,营养液对子实体正常形成可能相关键作用3。刘荻()证实了蛹虫草能利用植物蛋白,但仍以动物蛋白为佳。在培养条件方面,温度以 152 5 为宜,不能连续低于 10 ,亦不能高于 30 ,不然会造成菌丝停滞生长或死亡。湿度要求在 60 90 之间。子实体生长阶段天天需要光照长达 1012 h ,生长周期约为 45 60 d 。利用蚕蛹及蝉蛹等
6、昆虫寄主生产子实体是另一关键培育路径3。多年来,宁德市华林微生物技术研究所和广东省梅州市华芝源食用菌推广站生产基地合作,经多年攻关,业已形成较为成熟具低成本、高工效、 便于推广等特点盆栽北虫草技术。第一潮转化率平均达 5 5 以上,子实体形态、色泽靠近于天然北虫草产品,品质优良。以直径为35厘米,高 l2 厘米一般塑料盆为例。每盆装入 130克大米,蚕蛹粉 35克,磷酸二氢钾 4克,葡萄糖4克,维生素 B1 l0毫克,水 160毫升5。冉翠香等认为温差刺激对子实体原基形成效果很好, 发觉人工蛹虫草培育成功关键在于诱发子实体原基形成6。现在蛹虫草栽培关键采取以下3种方法: 将蛹虫草菌接种在柞蚕、
7、 家蚕、 蓖麻蚕等昆虫活蛹体内, 于一定温湿度和光照条件下培养。 古恒生、蒋本律、朱宏图等前后用此法成功地人工培育出蛹虫草6。陈顺志等研究表明, 子座色泽和光线强弱相关, 并瓶栽蛹虫草取得成功,开始以活蛹为培养基蛹虫草规模化生产6。 采集野生蛹虫草进行菌种分离、 纯化, 然后将蛹虫草菌接种在固体培养基上, 于2 02 5及一定湿度和光照条件下培养, 经3 5 4 5 d子实体即可达成采收标准6。郑晴霞等直接利用液体培养基进行菌丝体培养, 首次将蛹虫草菌直接栽培在固体培养基上, 并长出子座6。姜明兰等用野生菌进行组 织分离, 在 PDA培养基上分离、 纯化出优良原种, 经人工驯化原种在PDA液体
8、培养基中扩大培养后, 接种到大米培养 基上, 取得先端膨大呈棒状子实体6。张显科等研究认为,高粱米、小米、玉米渣和蚕蛹能够替换大米栽培蛹虫草6。刘守华等得出大米加猪血培养基更适宜虫草菌丝生长,使产量有所提升6。钱康南等用鸡蛋做培养基成功培育出蛹虫草。真正实现了蛹虫草工厂化生产6。采取液体深层发酵培养蛹虫草菌丝体。继人工固体栽培蛹虫草取得成功 后,经过长久探索性研究,经过液体深层培养法取得虫草菌丝体,菌丝体化学组成和从自然界中采集蛹虫草化学组成靠近, 而且可 以从发酵液中得到大家需要物质 ,还能大大缩短生产周期,很多研究人员对蛹虫草液体培养基配方进行了研究6。邵爱娟等研究得出虫草在进行菌丝发酵时
9、碳源以蛋白胨为最优,采取 1 : 2或 1:3碳氮比较为适宜6。 李宗军等研究表明,蛹虫草菌丝发酵最好培养基组成为5大米粉、15豆饼粉、15麦芽粉 、01KH2P04,005MgS047H206。陈晋安等研究得出蛹虫草发酵适宜培养基组成(蔗糖5O、玉米浆3O、 酵母膏O5、 MgS047H20 005、 KH2PO4005)6。柴建萍等得出玉米粉为最优碳源,蚕蛹粉为最优氮源,MgSO4为最优无机盐6。汪宇等以发酵得率为指标优化培养基成份,初步得到蛹虫草液体培养条件和生长动力学,为蛹虫草液体培养工业化生产提供了一定理论依据6。1.4蛹虫草工艺生产国外研究现实状况明代中叶1400-1465年间蛹虫
10、草从浙江传到日本,并在贵族中广泛食用。1723年由欧洲传教士尚加特利茨库把从中国西北采到冬虫夏草带到法国,由Reaumur在法国科学院学士大会作了介绍,并登在会议纪要上;Vaillant于1723年在( Botanicon Parisiense )中报道了大团囊虫草和蛹虫草,20世纪以前大家只对野生蛹虫草进行研究, 20世纪3060 年代,国外研究人员进行了相关蛹虫草生态调查和驯化、人工栽培研究6。1878年由Saccardo归为虫草属(Cordyceps),冬虫夏草研究在国外引发重视,中国虫草也开始驰名于世。1932年,日本小林和久山首次利用米饭为主培养基培养出蛹虫草子座3。1943年,Be
11、rkeley判定了中国冬虫夏草,正式定名为:中国虫草Sphaeri sienesis。1.5未来发展趋势冬虫夏草以其药性温和、补而不峻特点一直以来倍受关注,但其特殊生长条件又使其成为稀缺资源7。多年来,很多研究全部表明,人工栽培蛹虫草化学成份及药理作用和冬虫夏草相同,但价格却远远低于冬虫夏草,所以,蛹虫草开发应用含有极大潜在市场6。因为巨大市场需求和极其有限自然资源,造成了市场上蛹虫草产品良莠不齐,所以,必需加强对蛹虫草开发和利用研究8。现在,蛹虫草人工栽培技术已经成熟, 并进入了产业化生产阶段,但在栽培过程中仍有很多难题, 如菌种退化、 栽培技术不易掌握等问题还有待于深入研究。在栽培时因为蛹
12、虫草分布广,种类繁多等原因,其药理作用存在一定差异,应加强蛹虫草菌种选育和保留,选育出药理成份高品种。在人工栽培方法上,因为发酵法生产菌丝体生产周期短,能够有针对性地提升某种或一些有效成份含量,液体发酵法生产菌丝体将是以后蛹虫草产业化生产关键发展方向,为蛹虫草在医药学方面深入开发提供基础。同时,应加强蛹虫草医药基础研究,从分子水平揭示蛹虫草药理作用,为临床使用蛹虫草提供客观科学依据,从而拓宽蛹虫草临床应用范围6。伴随大家对蛹虫草研究越来越深入,蛹虫草这一药用真菌必将含有更宽广开发应用前景,为蚕业资源开发利用开拓新领域9。现在蛹虫草生产有多重方法,多个标准。最大问题是需要人工地方太多,未来发展趋
13、势必将是标准化,工业化机器生产模式。第2章 生产工艺步骤2.1工艺步骤在试验室配制液体菌种,贮存等候接种培养基各个成份进行装瓶操作对灌装完成培养基进行灭菌操作(121,0.1MP30分钟)冷却到室温 无菌操作下接种进行暗培养(避光20-25,湿度50%-80%RH)3d光培养(日光灯20-25 50%-80%RH) 采收(通常从见光到采收需要40d) 烘干 包装进入储藏库2.2菌种选择生产过程中出现菌种退化现象大大限制了蛹虫草大规模生产,严重影响了蛹虫草产量8。所以配置专门配置军菌种试验室,选择菌丝雪白、适应性强、见光后转色和出草快、性状稳定速生高产优质菌种,是取得栽培成功和高产关键。2.3培
14、养基制备培养基配方 大米700,蚕蛹粉230,蔗糖4.5,蛋白胨15,酵母粉05 ,维生素B 0.5%。每瓶干料约50g,加入水50g。原料精选验收大米选择无霉变、无异味、无杂质粳米,要求是当年新产干燥无霉粒米,湿度大则不宜储存且易滋生杂菌,这对蛹虫草生产是致命,刚收购表面上附着很多尘土和麦壳,浸泡装瓶前应进行清理除杂。2.4灭菌装瓶后用专用小推车将装好栽培瓶推入灭菌柜内灭菌。采取高压灭菌柜进行高压灭菌,在121,0.1MP压力下蒸气高压灭菌30 min即可。灭菌后瓶内米饭应上下干湿一致,米粒间有空隙,不能粘稠成糊状。2.5冷却灭菌后,打开灭菌室后门,取出小推车,推入冷却室进行冷却处理,冷却室
15、配有降温排风系统,能快速将高温栽培瓶降至25摄氏度左右2.6接种消毒:接种工具、菌种外壁、操作人员双手等,用75酒精擦拭或浸沾消毒10。接种前用优质气雾消毒剂或常规方法对接种室密闭消毒30min,即可穿戴消毒衣服进入接种室接种。 接种:培养基冷却到30以下时,在无菌条件下接种,每瓶接液体菌种l0 ml。为预防污染,可合适增加接种量,以利菌丝加紧生长,快速占领料面。接种完后可移人经杀菌消毒和防虫处理暗培养室内培养。2.7暗培养接种后立即推入暗培养室进行暗培养,时间约3天左右,暗培养室应处于黑暗无光照环境中,配有控温控湿及温度湿度监测系统,确保培养室温度控制在20-25C,湿度65%RH左右。天天
16、检验栽培瓶,观察菌丝生长情况。发觉污染瓶,应立即将其清理出培养室,预防出现大面积杂菌污染。2.8光培养(日光灯)菌丝成熟后,由白色逐步转成橘黄色时,表明菌丝营养生长已经完成。此时,增加光照同时给10左右温差刺激,促进大转色。当培养基表面和四面有橘黄色色素出现,开始分泌黄色水珠,并伴有大小不一圆丘状橘黄色隆起物时,为子座开始形成。此时室内温度保持18 一23,空气相对湿度8O一90。湿度太大轻易产生气生菌丝,对子实体生长不利;湿度太低轻易使培养基失水而影响产量。在子座形成以后,应依据实际情况合适调整光源方向,确保受光均匀。整个培养期间要合适通风,但不可揭掉封口塑料薄膜,可在薄膜上用针穿刺小孔,以
17、利于气体交换2.9采收,分级在管理正常情况下,从见光到子囊成熟需要40 d左右,每瓶可生长子座1O一20支。采收标准:子座呈橘红色或橘黄色棒状,高度达58 cm,头部出现龟裂状花纹,表面可见黄色粉末状物,此时应立即采收。2.10烘干采取箱式烘干机,将刚采收鲜蛹虫草平铺在托盘上,放入烘干机内进行烘干处理,烘干至水分含量少于14%即可。2.11包装、储存新鲜蛹虫草不易储存,除了以散装供给外,均需以一定包装形式供给消费者11。采取哪一个包装是生产厂一个重大问题,决定成品保藏期,也影响质量增加成本,在建厂时应进行考虑,做出决议。包装材料轻巧,一次性消费无需回收,这对运输、销售和消费均带来方便包装后运入
18、成品库储存,待后续销售。该工艺步骤有以下特点:生产周期短、设备投资少、大米利用率高、自动化程度高、生产成本低。第3章 工艺计算3.1 工艺生产线总体设计蛹虫草工厂工艺设计包含厂区总体布局、建筑结构形式选择、车间内部工艺布局和对建筑、给排水、电、汽等其它专业提出要求,做为土建工程设计依据。合理、科学工艺设计是决定蛹虫草工厂加工步骤优劣一个关键方面,是决定蛹虫草产品质量关键过程。3.1.1 蛹虫草工厂选址虫草厂址选择基础要求以下12:(1)虫草工厂厂址由当地城镇部门统一计划,以适应该地发展计划统一布局。(2)节省用地,尽可能不占用或少占用良田,便于生产销售,应该建在城市郊区或远郊区。(3)地质条件
19、和水源可靠。虫草厂址选择要远离流沙,土崩断裂层,放射性物质,文物风景区,污染源存在区,易发生洪水和滑坡地带,有严重粉尘灰沙,昆虫孳生场所。(4)厂区标高要高于当地洪水水位,自然排水坡度在4/10008/1000之间。(5)水源充足且水质符合生活饮用水国家标准,若采取地下水,江水,湖水等需要建立水质监测和水质处理系统。(6)交通运输方便是虫草厂址选择关键条件之一,尽可能靠近铁路公路或水路便于原料输入和产品输出。(7)动力要有充足确保,电力负荷足够,电压平稳。(8)有足够面积美化厂区环境,充足绿化,改善周围空气,噪声,杜绝生产中污染。3.1.2厂区部署虫草厂区部署应该满足一下几点:(1) 厂区各个
20、建筑物和构筑物设置和分布要满足食品工厂需要,考虑整个生产过程连续性,各建筑物件关系紧凑,确保生产作业最短,最方便,运输最小。(2)考虑节能要求,变电站应该靠近耗电量大厂房。(3)卫生条件符合。各个车间,原料仓库,产品仓库和生活区如宿舍,食堂,商店浴室等严格分开,确保生产过程卫生条件完全满足。车间内人流和物流要分开洁净区和非洁净区要设置隔离缓冲带。(4)考虑风向,洁净要求高车间在上风向。(5)考虑消防安全。火灾,爆炸危险大车间,设备应该竟可能敞开半敞开,有道路屎消防设备能够从两个方向快速抵达。(6)节省用地。厂区要预留用地用来发展,同时土地利用合理紧凑,采取多层厂房向空中发展,降低土地使用面积。
21、3.1.3 生产区域划分根据加工对象和产品方案确定加工生产线工艺步骤,依据工艺路线及食品加工相关要求将厂区按功效划分以下多个功效区域:生产区域、生活区域、办公区域、隶属区域等。在计划设计中,要遵照整体布局合理,各区域明晰,无交叉污染。3.1.4 厂区道路和绿化厂区道路设计要遵照食品卫生规范,做到物流和人流、洁净区和非洁净区专设不一样道路。厂区绿化是总体计划关键组成部分,要充足结合厂区自然条件和环境污染情况,合理布局,符合生态原理,要尤其考虑植物景观和美学标准,设计要达成四季常青,三季花香。新建企业厂区绿化面积达成20%以上。3.1.5 确定蛹虫草生产工厂规模依据题目要求,整年生产300天,天天
22、三班二十四小时生产,一班8小时,生产过程中包含意外,染菌虫草损失率为5%,鲜草转化为干草百分比为7:1。则:年产300吨蛹虫草干草,300天连续生产,那么天天要产出1吨干草,转化为鲜草为 鲜草=干草7=7吨。天天生产出7吨鲜草,依据生物转化率培养基和鲜草百分比为2:1,计算得出需要配置培养基72=14吨培养基,转为千克是14000千克。设计采取瓶装容器,每瓶装培养基干料50g,那么每日生产约所以该厂属于大型工厂,需采取四套生产线。本设计采取传送带运输方法,每套生产线保持速度一致,接种速度50瓶/min,每小时3000瓶,每套生产线标准日产量为70000瓶,那么天天二十四小时中有40min用于设
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