甲醇蛋白的生产及发展前景

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在甲醇蛋白的生产中 , 原料甲醇的成本占总 成本的 50 %以上 。目前我国甲醇工业发展十分
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·6 ·
中氮肥
第3期
方 法 ICI 法
生产强度 kg/ ( m3·h)
5
发酵温度 ℃
37
表 1 6 种生产方法的工艺条件
平均甲醇质量分数 细胞密度
pH
×10 - 6
g/ L
617
1~10
30
蛋白质量分数 %
72
HU 法
5
38
615~715
100
M GC 法
5
2ห้องสมุดไป่ตู้~29
3
100
IFP 法
314
35~36
ICI 法的工艺流程为 : 发酵罐内加入经过消 毒的甲醇水溶液及一定量营养物质 (如磷酸及其 他营养元素) , 从罐底部通入被灭菌的培养液和 富氧空气 , 在高压下利用空气搅拌促进氧的溶 解 , 增大溶液的湍动 , 使各种物料混合均匀 ; 控 制温度在 35~40 ℃、p H = 617 , 开始 30 h 的发 酵过程 , 此间产生的空气起搅拌作用使罐内溶液 自然循环 , 产生的 CO2 (加以回收) 和剩余空气 从发酵罐顶部排出 , 密度增大后的溶液顺发酵罐 的一边流下 , 在底部完成热交换后从塔底连续取 出 ; 培养液和空气在发酵罐另一边上升循环 , 培 养液中的甲醇浓度保持在 (1~10) ×10 - 6 ; 调整 从塔底连续取出的发酵液的 p H , 使甲醇蛋白絮 凝 , 经离心分离除去水分 , 除水后的粗产品经过 闪蒸脱水 、干燥得甲醇蛋白产品 , 分离出的水返 回发酵罐继续循环 。产品分粒状和粉状两种 , 粒 状用作家畜 、家禽 、鱼等的饲料蛋白 , 粉状用以 代替奶粉 。 31112 德国的 Hoechst2Uhde 法
310~315
Phillips 法
30
415
Norprotein 法
15
70~90
50~60 60~62
60 81
发酵罐型式
空气提升 加压外循环
空气提升 内循环 空气提升式 升气式 搅拌式 加压式
313 环保问题 甲醇蛋白的在生产过程中无废渣 、废气排
出 , 但有大量污水产生 , 污水中主要含氨氮 。 314 生产工艺进展概况 31411 国外发展情况
ICI 法甲醇蛋白生产工艺主要由发酵 、采集 和干燥几个化工单元组成 , 采用连续甲醇发酵法 利用嗜甲醇营养菌生产单细胞蛋白 。其生产方法 是以甲醇为培养基 , 微生物在含有此营养源的气 升式压力循环罐中发酵 、繁殖 、生长 , 生成的料 液在含有絮凝剂的接收槽中经浓缩 、离心分离 、 干燥后 , 得到饲料级甲醇蛋白产品 。
第3期
李双娟 : 甲醇蛋白的生产及发展前景
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迅猛 , 现有生产能力加上在建和拟建项目 , 不远 的将来甲醇产能将达到 50 000 kt/ a 以上 , 这些 都需要下游产品消化 , 因此 , 发展甲醇蛋白的时 机已经成熟 。
3 甲醇蛋白的生产工艺及技术进展
311 生产工艺 国外以甲醇为碳源采用选择性微生物生产单
1968 年 , 英国 ICI 公司开始研究用甲醇制单 细胞蛋白的工艺 , 1980 年 , 其 100 kt/ a 规模的甲 醇蛋白装置建成投产 , 工艺技术居世界领先地位。 到 1982 年以后 , 装置的年产量已达到 50~70 kt , 且拥有世界上最大的连续发酵器 , 生产的甲醇蛋 白商品名为 “Pruteen”, 产品中含有 72 %的粗蛋 白 , 蛋氨酸和赖氨酸含量与白鱼粉非常相近。美 国于 1983 年开发出甲醇蛋白生产新工艺 , 其特点 是改进了发酵罐的热交换和氧传递条件 , 可生产 高密 度 的 甲 醇 蛋 白 , 细 胞 密 度 可 达 120 ~ 150 mg/ L (而此时其他工艺生产的甲醇蛋白的细胞密 度仅 30~40 mg/ L) , 并在 75 t/ a 中试装置基础上 建成 1 360~2 270 t/ a 的工业示范装置。随后 , 德 国 Hoechst2Uhde、日本三菱瓦斯化学、瑞典 Nor2 protein 和法国 IFP 等公司相继建立了中试装置。 目前 , 英国 ICI 公司和美国 Phillips 公司可承担设 计 100 kt/ a 级的甲醇蛋白生产装置 , 且正在进行 300 kt/ a 甲醇蛋白装置的可行性研究。 31412 国内发展情况
该法工艺流程为 : 将培养液生成的细胞悬浮 液装入发酵罐中 , 磷酸 、盐 、水和微量元素按比 例混合 , 经加热 、冷却 、消毒后泵入发酵罐 , 甲 醇经加热 、冷却 、消毒后单独送入发酵罐 ; 发酵 过程中加入氨水 , 使发酵液的 p H 保持在 615~ 715 ; 发酵罐出来的物料经浓缩 、离心分离 、干 燥得到产品 。该公司产品主要供人食用 (把发酵 罐中的细菌细胞分成蛋白质和核酸 , 当蛋白中核 酸含量 < 1 % 时 , 就可供人食用 , 如加入面包中 作强化剂) , 也可作为禽 、畜饲料蛋白 。 31113 瑞典的 Norprotein 法
第3期 2006 年 5 月
中 氮 肥 M2Sized Nit rogenous Fertilizer Progress
No13 May 2006
甲醇蛋白的生产及发展前景
李双娟
(山西焦化集团有限公司 , 山西 洪洞 041606)
[摘 要 ] 分析和预测了甲醇蛋白的市场需求 , 介绍了甲醇蛋白的工业生产方法 。在对引进 ICI 公司技术和设备建设甲醇蛋白装置进行效益分析的基础上 , 提出在我公司建一套 20 kt/ a 甲醇蛋白装 置的建议 。
该法工艺流程为 : 原料甲醇 、营养盐 、氨 、 空气 、水经严格灭菌后进入发酵罐 。发酵罐在严 格灭菌条件下操作 ; 从发酵罐出来的物料经絮 凝 、悬浮 、过滤 、干燥后得到产品 ; 发酵罐排出 气体的能量通过透平得到回收 , 与热空气混合后 用于产品干燥 。 31114 日本的 M GC 法
三菱瓦斯化学公司有 500 t/ a 的 M GC 法甲 醇蛋白中试装置 , 用以确定 60~100 kt/ a 的工 艺条件 。该中试装置的工艺流程为 : 原料经灭 菌 、过滤后加入发酵罐 , 发酵罐内设置多层多孔 隔板 , 以空气搅拌进行氧的迁移 , 罐中菌体密度 为 35 kg/ m3 , 生产强度达 5 kg/ (m3·h) ; 发酵罐 出来的培养液经离心机分离 , 清液返回发酵罐 , 离心后的物料经预处理 、混合 、粒化 、干燥 (可 用气体透平的废气进行菌体干燥) 后得粒状产 品。 31115 法国的 IFP 法
细胞蛋白主要有 6 种方法 : 英国的 ICI 法、德国 的 Hoechst2Uhde 法、瑞典的 Norprotein 法、日本 的 M GC 法、法 国 的 IFP 法、美 国 的 Phillips Petroleum 法。前 3 种采用细菌菌种 , 后 3 种采用 酵母菌种。其中以英国的 ICI 法 (在采用细菌菌 种上在世界上享有较高声誉) 和日本的 M GC 法 (在采用酵母菌种上较为典型) 最具代表性。 31111 英国的 ICI 法
L I Shuang2juan
( S hanxi Coki ng Co. , L t d , Hongtong 041606 , Chi na)
Abstract : Market demand of met hanol protein is analyzed and forecasted. Indust rial production met hod of met hanol protein is int roduced. Proposal of building a 20 kt/ a met hanol protein plant based on economic benefit s analysis of imported ICI technology and equipment is put forward. Key words : met hanol protein ; production process ; development prospect ; economic benefit s
[ 关键词 ] 甲醇蛋白 ; 生产工艺 ; 发展前景 ; 经济效益 [ 中图分类号 ] TQ 936121 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100429932 (2006) 0320004203
Production and Development Prospect of Methanol Protein
该法工艺流程为 : 培养基液体经喷管系统吸 入需要的空气量 , 然后进入一段 (或两段) 发酵 罐 ; 发酵罐出来的物料经离心分离 、过滤 、干燥 后得到产品 。 312 各生产工艺比较
6 种生产方法的工艺条件比较见表 1 。从表 1 和上述工艺介绍中可能看出 , ICI 法和 M GC 法在生产能力 、发酵温度上基本相近 , 但发酵液 的 p H、甲醇含量和细胞密度差别较大 , ICI 法 明显占有优势 , 蛋白含量高于 M GC 法 。
进一步比较 ICI、Hoechst2Uhde 、M GC 3 种 工艺的吨产品消耗可知 , 在原料消耗上 , ICI 法 占有一定的优势 。
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2 市场需求
据我国动物营养专家测算 , 如果我国人均摄 入动物蛋白质达到世界平均水平 , 则畜牧业蛋白 质饲料总需求在 60 000 kt/ a , 相对于国内的供 应量而言短缺 50 % , 即 30 000 kt/ a 。根据中国 农科院饲料研究所的有关专家分析 , 到 2010 年 和 2020 年 , 我国蛋白质饲料年需求量分别为 60 000 kt 和 72 000 kt , 而供给量仅为 22 000 kt 和 24 000 kt , 供 需 缺 口 分 别 为 38 000 kt 和 48 000 kt 。到 2010 年 , 如果 10 %的蛋白质缺口 由甲醇蛋白来填补 , 则甲醇蛋白的年需求量为 3 800 kt 。可见 , 我国蛋白质市场非常广阔 , 发 展甲醇蛋白前景看好 。
1 概 述
甲醇蛋 白 是 以 甲 醇 为 碳 源 生 产 的 单 细 胞 蛋 白 , 以甲醇 、氨 、硫酸和磷酸等为原料作为培养 基 , 通过微生物发酵在甲醇基体中生长 , 消耗甲 醇 , 生长成许多单细胞菌体 , 成为菌体单细胞蛋 白 , 简称 SCP 。甲醇蛋白的主要成分为粗蛋白 、 脂肪 、赖氨酸 、蛋氨酸 、胱氨酸 、矿物质和维生 素 , 其中 , 粗蛋白质量分数平均在 70 %以上 。 甲醇蛋白被称为第二代单细胞蛋白 , 营养价值 高 , 其粗蛋白含量甚至比鱼粉和大豆高得多 。
[ 收稿日期 ] 2005211222 [ 作者简介 ] 李双娟 (1978 - ) ,女 ,山西临汾人 ,技术员 。
成甲醇蛋白用作高能量的精饲料 , 每 10 kt 可节 省粮食 25 kt , 可配制 100 kt 饲料 , 社会效益和 经济效益均十分可观 。所以 , 发展甲醇蛋白是解 决我国养殖业及食品工业蛋白质短缺问题的重要 途径之一 , 对解决我国的粮食问题具有重大的战 略意义 。
甲醇蛋白主要用于动物饲料 , 可以代替鱼 粉 、大豆 、骨粉 、肉类和脱脂奶粉 。在国外 , 甲 醇蛋白已广泛用作仔猪 、肉鸡 、小牛和鱼的饲 料 , 目前还正在研究将甲醇蛋白用作人类食品的 蛋白质添加剂和调味品原料 。
相对于其他方法生产的单细胞蛋白来讲 , 甲 醇蛋白具有资源丰富 、生产不受气候条件影响 、 合成速度快 、质量稳定等特点 。以甲醇为原料合
20 世纪 70 年代以来 , 我国开始大力开展甲 醇蛋白的研究 , 主要研究单位包括中国科学院微 生物研究所 、北京市营养源研究所 、中国科学院 上海有机研究所等。特别是北京市营养源研究所 , 该所基本掌握了甲醇蛋白的生产技术 , 并解决了 安全问题 , 为甲醇蛋白工业化提供了基础条件。 目前国内蛋白质的生产尚未工业化 , 全国共有 40 多家工厂在生产 , 主要以酒精、糖、味精、纸张、 淀粉、豆制品、屠宰场等的废弃物为原料 , 但年 总产量仅 16~20 kt , 相当于国外一个中试装置的
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