年产600吨薯渣固态发酵生产单细胞蛋白饲料工厂设计

摘要马铃薯渣污染问题一直困扰着马铃薯淀粉行业广大厂家，以马铃薯渣固态通风培养单细胞蛋白的技术在解决此问题上有良好的应用前景。

本方案设计了年产600吨以马铃薯渣为原料固态通风培养生产单细胞蛋白工厂，方案对工艺及主要设备进行了设计论证，并绘制了全厂工艺、主要设备及厂区平面布置图等图纸。

AbstractThe potato residue pollution problem has been perplex the potato starch factorys. The technique of fermenting potato residue into single cell protein(SCP) was considered a good way to solve the prblem.This project designed a factory to produce 600t SCP per year ,using potato residue as the raw material well ventilated to produce SCP. the project carried on the design argument to the craft and the main equipments, and draw diagram papers such as whole factory craft,main equipments and the factory area flat surface diagram etc.第1章绪论我国马铃薯种植面积达7000万亩，居世界第一位，有数据显示，2005年全国总产量为7086.5万吨。

目前，马铃薯生产淀粉及利用淀粉进一步深加工是马铃薯增值的主要途径，但是马铃薯淀粉生产在产生巨大经济效益的同时，也带来了马铃薯渣污染这个不可忽视的环境问题，如何妥善解决此问题，达到马铃薯产业经济效益环境效益双丰收，是行业内一个重大课题。

统计显示，我国马铃薯淀粉企业每年产生的薯渣大约有800万吨。

由于马铃薯渣蛋白质含量低，粗纤维含量较高，营养价值不高，适口性不好，饲喂效果差，将薯渣作为饲料应用并不是解决问题的方法，即使应用，也只能消化部分薯渣，不能完全解决问题。

菌体蛋白是一种营养价值很高的饲料，某些特殊菌种生产的蛋白饲料由于菌种原因，还具有特殊香味。

实验表明，菌体蛋白饲料的饲喂效果比玉米、豆粕要好，与鱼粉饲喂效果相当。

在多种禽畜及水产养殖动物的饲喂实验中均有优良的表现。

近年来，随着世界各国对环境问题的关注，工业产品中的废渣综合利用越来越受到研究者的重视。

在这个方面的研究以欧美、日本等国家和地区为代表。

我国的研究起步较晚，但是进展很快。

东南沿海地区关于发酵工业废渣和木薯渣综合利用的研究较多，但是对马铃薯渣的研究成果仅限于实验室研究，用于实际应用的成果极少。

目前尚未有关于薯渣综合利用中试规模应用的报道[1]。

以薯渣为原料生产菌体蛋白是解决马铃薯渣问题的一个出路。

经过多菌种混合培养，将马铃薯渣中的糖类转化为菌体。

微生物菌体含有丰富的蛋白质、脂类、核酸和其他营养成分，通过底物→菌体的转化，将低营养价值的底物转化为高营养价值的菌体，同时由于某些菌体能产生具有特殊香味的物质，如酯类等，在培养的同时还可以改善饲料的适口性[2]。

有数据表明，薯渣经过多菌种混合培养，粗蛋白含量可增加12～15%（以干物质计），同时其风味也可以明显改善，同时由于营养成分的增加和风味的改善，也能够使马铃薯渣饲料的价值比原料高。

综上所述，以马铃薯渣为原料生产单细胞蛋白是有着良好的经济效益和环境效益的。

经过培养、干燥等工艺过程，可以将低营养价值高含水量的鲜薯渣转化为高营养价值、低含水量的高蛋白饲料，应用面更加广泛，更易保存。

菌体蛋白是以适当的培养基在合适的条件下培养微生物，以获得高蛋白微生物菌体为目标的一个生物工程过程。

菌体蛋白作为饲料与传统饲料相比，其优势主要表现为：1、生长速度快、蛋白含量高；2、原料来源广泛，成本低；3、生产过程不易受气候等影响，容易控制。

菌体蛋白除能提供蛋白质外，还能提供丰富的维生素、核酸以及脂类等营养成分。

由于菌体蛋白生产基本上不依赖于外部环境，因此其生产受气候、自然灾害等因素影响比较小，甚至可用于特殊环境下的应急使用。

二战时期，德国就有生产啤酒酵母蛋白补充食品紧缺的先例[3]。

菌体蛋白多以工农业生产废渣、下脚料等为原料，开发此项目不仅可综合利用废渣等，还可以获得优质蛋白。

由于人民生活水平的提高，广大居民的饮食结构发生了巨大变化，肉、蛋、奶等动物性食品需求大幅增加，带动了养殖业的发展，在养殖业发展的同时，也带来了人畜争粮的问题。

生产菌体蛋白饲料可有效缓解这一问题。

我国每年产生4～5亿吨农作物秸秆，如将其中的20%转化为菌体蛋白饲料，仅此一项，就可获得相当于400亿千克的饲料粮，相当于目前全国饲料用粮的一半[4]。

受到欧盟马铃薯淀粉反倾销案调查裁定胜利的影响，我国国内马铃薯淀粉价格一路上扬，部分地区已经达到5300元/吨的价格。

国内马铃薯淀粉企业产销两旺。

在可预见的情况下，我国马铃薯及马铃薯淀粉产量将进一步走高，随之产生的副产品——薯渣也将大量增加，解决此问题已迫在眉睫。

利用薯渣生产菌体蛋白饲料，一方面可解决薯渣污染问题，另一方面可以缓解饲料用粮紧张，还可以大幅提高薯渣附加值，为提高淀粉厂经济效益作贡献，使得马铃薯产业链上的各个环节均可不同程度受益。

1.1 设计任务，意义与指导思想通过四年的大学学习，学到许多发酵理论，原理及相应产品的具体工艺，通过这次设计，使我将所学到的知识条理化，系统化；使得基础知识和专业知识充分结合，联系生产实习和实践，对自己的专业水平进行一次测试和提高；同时也为了获得一些经验去组织生产，管理生产，为走向社会时在自己的工作岗位上做出应有的贡献。

通过这次的设计，可以使我们在大学期间所学的发酵理论、原理及相应产品的具体工艺条理化、系统化；使基础的专业知识与生产实践相结合，以提高自己的知识和专业水平，为今后的工作与学习奠定基础。

1.2 课题研究的内容及拟采用的方法主要内容：包括工艺设计、物料衡算、热衡算、主要设备选型、制图。

生产工艺采用多菌种混合固态培养，菌种采用啤酒酵母:白地霉:黑曲霉:热带假丝酵母:产朊假丝酵母＝1:4:2:4:2混合菌种。

培养基采用马铃薯渣：麸皮：氮素：磷酸二氢钠：硫酸镁＝12.5：10.6：4.5：0.4：0.1（折干物质）配比方案。

技术路线：（1）斜面→种子培养基→单菌、混菌接种（28℃180r/min，24 h）→培养种子（2）原料（马铃薯渣、麸皮、氮素等）→配料→高压灭菌（0.1MPa）→糖化酶糖化（63℃,4h）→接种→静置培养（28℃,3d）→产品。

1.3 课题研究中的主要难点以及解决的方法主要难点1、国内外直接资料很少可供参考；2、没有多菌种固态培养生产菌体蛋白的成熟经验可供借鉴；3、多菌种固态发酵中菌种配比以及由此引起的饲料适口性问题尚未完全解决。

解决方法：大量查阅整理相关资料，尽可能应用往届同学关于薯渣固态生产单细胞蛋白方面的实验成果，广泛借鉴同为固态发酵的酱油制曲工艺流程，在设备选型中多选用已有成熟设备，以保证设计方案的可操作性、经济性。

1.4 厂址选择正确选择厂址是保障企业生产安全的重要前提。

在进行区域规划、选择厂址时，经常涉及的内容有工程地质条件的优劣，厂区范围能否适应和满足总平面和安全距离的要求、自然灾害的威胁程度与抵御能力，可能出现的次生灾害，“三废”的处理，与外部的联系及协作等。

为此，在选择工厂厂址时，必须统筹兼顾，正确处理局部与整体、生产与安全、重点与一般、近期与远期、原则性与灵活性的关系.所以要选出投资省、建设快、运营费低、具有最佳经济效益、环境效益和社会效益的厂址。

在此设计中我选择的饲料厂厂址选在齐齐哈尔市依安县，因为它足以满足以下几个方面：1．近原料厂地及产品销售地区，运输方便。

2．燃料质量符合要求，能够保证供应。

3．地形便于车间布置、运输安排及工厂给排水。

4．场地地基承载力一般应不低于0.1MPa 。

5．根据工厂运货量、物料性质、外部运输条件、运输距离等因素合理确定采用的运输方式（铁路、公路）。

6．运输路线应最短，方便，工程量小，经济合理。

7．靠近水源，保证供水的可靠性，并符合生产对水质、水量、水温的要求。

8．污水便于排入附近江河或城市下水系统。

9．电力来源于东北电网，电力供应稳定充足。

临近齐齐哈尔市，燃料运输方便10．工厂与工厂之间，工厂与居住区之间有足够的距离，满足了现行安全、卫生、环保各项有关规定。

第2章生产工艺的确定及论证2.1 原料及产品标准2.1.1 产品成分由于菌体蛋白饲料尚处于起步阶段，国内外均没有成熟的标准，为保证产品质量，我分别参照鱼粉、玉米蛋白、玉米胚芽粕、玉米胚芽饼等类似产品的标准以及实验结果，草拟出菌体蛋白饲料的工厂标准。

因为数据不完全，尚不能对饲料中其他成分进行详细规定。

此标准仅对成品含水量和粗蛋白含量进行规定。

具体标准有待同行业以及国家相关部门规定。

标准内容如下：含水量：≤10%粗蛋白含量：≥20%参考2.1.2产品卫生标准[]重金属含量参照国家相关标准执行。

其中由于在生产过程中采用霉菌菌种，故对霉菌数不做要求。

其他标准均参照该项目所允许的最低值。

2.1.2 原料1.马铃薯渣 马铃薯渣为主要原料，含水量80%。

马铃薯渣是一种粗饲料，经过实际测定，薯渣成分为粗蛋白含量 4.6%～5.5，粗脂肪含量0.16%，粗纤维9.46%，糖类1.05%（以上各数据均为测定平均值）。

薯渣中各个成分还受到马铃薯产地、栽培管理、以及当年气候等多种因素影响。

但是总体来说，薯渣的营养价值是非常低的。

同时由于其较高的粗纤维含量，导致其适口性比较差，禽畜不爱吃，消化率低，显然薯渣直接作为饲料是不合适的。

2.麸皮麸皮为辅助原料，含水13%。

麸皮是小麦加工面粉时产生的副产品，麸皮的含水量不一，但是一般麸皮含水量都在13%左右。

麸皮含纤维和磷的有机化合物比较多，质地蓬松，可直接作为饲料，同时麸皮也是发酵工业中常用的疏松料。

麸皮中粗蛋白含量可达12%～17%，赖氨酸0.67%，蛋氨酸0.11%，维生素B 族含量较高，但是麸皮中钙含量较低，有轻泄性，牲畜长期以麸皮为单一饲料有发生元素缺乏症的危险。

3.尿素、磷酸二氢钠、硫酸镁尿素、磷酸二氢钠、硫酸镁为营养添加剂。

氮是构成生物体内蛋白质的及核酸的主要元素之一，众所周知，蛋白质和核酸是生物生命活动的基础物质。

氮素缺乏会引起生物生长不良等一系列问题。

氮源主要有无机氮化合物和有序号 项目 最高允许含量 （无特别说明为mg/Kg ）≤测定方法1 砷（以总砷计） 2.0 GB/T130792 铅（以Pb 计） 5.0 GB/T130803 氟（以F 计） 50 GB/T130834 霉菌，X103个 35 GB/T130925黄曲霉毒素B 1，μg10GB/T17480或 GB/T83816 铬（以Cr 计） 10 GB/T130887 汞（以Hg 计） 0．1 GB/T13081 8 镉（以Cd 计）0．5 GB/T13082 9 氰化物（以ＨＣＮ计）50 GB/T1308410 亚硝酸盐（以NaNO 2）计15 GB/T13085 11 游离棉酚20 GB/T1308612 异硫氰酸酯(以丙烯基异硫氰酸酯计)500 GB/T13087 13 六六六 0.05 GB/T1309014 滴滴涕 0.02 GB/T13086 15 沙门氏杆菌 不得检出GB/T13091 16细菌总数X106个2GB/T13093机氮化合物两大类。