年产300吨蛹虫草工厂设计

吉林化工学院毕业设计1第1章绪论1.1蛹虫草简介蛹虫草(Cordycepsmilitaris)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]。虫草素具有抗病毒、抑菌、抑制肿瘤生长的功效，与环磷酰胺有明显的协同作用，并有降血糖的作用；腺苷是一种遍布人体细胞的内源性核苷，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的许多其它系统及组织均有明显的生理作用[2]。蛹虫草作为传统珍贵中药材，我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1.2.1抗肿瘤作用蛹虫草对多种肿瘤均有良好的疗效。陈桂宝等(1997)证明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细胞及喉癌细胞具有较好抑制效果，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种病源微生物均有抑制作用。目前已发现蛹虫草活性成分中起抗菌作用的主要成分是虫草素。Sugar等(1998)发现虫草素对念珠菌表现出良好的拮抗作用。Ahn等(2000)利用平板试纸法证明了蛹虫草对类腐败梭菌和产气荚膜梭菌有强烈的抑制作用，并确定是虫草素起主要作用，认为虫草素可用于防治梭菌引起的肠道疾病[3]。1.2.3保护肝肾及呼吸系统蛹虫草菌丝能明显改善慢性肾功能衰竭患者的身体状况如提高肌酐清除率，吉林化工学院毕业设计2促进蛋白质的合成，纠正负氮平衡等，提高患者的生活质量。程晓霞等(2003)认为人工虫草提取物能够防治庆大霉素导致的急性肾小管损伤，抑制人体自身低密度脂蛋白(LDL)引起的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具有很好的清除能力。王琦(2002)报道，蛹虫草能提高老龄老鼠体内的超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH2Px)的活性并降低过氧化脂质(LPO)的含量，延缓器官及机体的衰老[3]。1.2.5调节免疫系统作用蛹虫草主要在免疫器官、免疫细胞及免疫分子等水平上发挥作用，增强机体的免疫功能。崔新颖等(2004)报道蛹虫草能显著提高小鼠脾、胸腺的重量和腹腔巨噬细胞数量及吞噬活性[3]。1.2.6调节内分泌与抗疲劳作用蛹虫草还具有其他作用，如雄激素样作用，能提高胰岛素的分泌；贾景明等(2003)证明了蛹虫草对血乳酸的消除及延缓疲劳的发生也有较明显的作用[3]。1.3蛹虫草工艺生产国内研究现状我国是第一个对蛹虫草进行商业化栽培生产的国家。1986年吉林省蚕科研究所以家蚕和柞蚕为寄主培养蛹虫草，获得与天然蛹虫草相一致的子实体，开启了我国蛹虫草人工栽培的新纪元。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]。沈阳市农科所等单位于1986-1987年在大米培养基和柞蚕蛹上接种北虫草菌，均获得完整的子座。经检测和临床研究证实，人工培育的北虫草具有和野生虫草相似的化学成分、药理作用及临床疗效，完全可以作野生虫草的替代品，用于医疗及保健等领域[4]。张显科(1997)成功利用小米加上适当的营养液培育出正常的子实体。李以大米为基本培养基加入营养液培养出正常子座，而以小米替代大米时则只形成橙红色菌丝结块，营养液对子实体的正常形成可能有重要作用[3]。吉林化工学院毕业设计3刘荻(2004)证明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15℃～25℃为宜，不能持续低于10℃，亦不能高于30℃，否则会导致菌丝停滞生长或死亡。湿度要求在60％～90％之间。子实体生长阶段每天需要光照长达10～12h，生长周期约为45～60d。利用蚕蛹及蝉蛹等昆虫寄主生产子实体是另一重要培育途径[3]。近年来，宁德市华林微生物技术研究所与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，业已形成较为成熟的具低成本、高工效、便于推广等特点的盆栽北虫草技术。第一潮转化率平均达55％以上，子实体的形态、色泽接近于天然北虫草产品，品质优良。以直径为35厘米，高l2厘米的普通塑料盆为例。每盆装入130克大米，蚕蛹粉3．5克，磷酸二氢钾4克，葡萄糖4克，维生素B1l0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的效果较好，发现人工蛹虫草培育成功的关键在于诱发子实体原基的形成[6]。目前蛹虫草的栽培主要采用以下3种方法：①将蛹虫草菌接种在柞蚕、家蚕、蓖麻蚕等昆虫的活蛹体内，于一定的温湿度和光照条件下培养。古恒生、蒋本律、朱宏图等先后用此法成功地人工培育出蛹虫草[6]。陈顺志等研究表明，子座的色泽与光线强弱有关，并瓶栽蛹虫草获得成功，开始以活蛹为培养基的蛹虫草规模化生产[6]。②采集野生的蛹虫草进行菌种的分离、纯化，然后将蛹虫草菌接种在固体培养基上，于20～25℃及一定的湿度和光照条件下培养，经35～45d子实体即可达到采收标准[6]。郑晴霞等直接利用液体培养基进行菌丝体的培养，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、纯化出优良的原种，经人工驯化的原种在PDA液体培养基中扩大培养后，接种到大米培养基上，获得先端膨大呈棒状的子实体[6]。张显科等研究认为，高粱米、小米、玉米渣和蚕蛹可以代替大米栽培蛹虫草[6]。刘守华等得出大米加猪血培养基更适宜虫草菌丝的生长，使产量有所提高[6]。吉林化工学院毕业设计4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]。③采用液体深层发酵培养蛹虫草菌丝体。继人工固体栽培蛹虫草获得成功后，经过长期的探索性研究，通过液体深层培养法获得的虫草菌丝体，菌丝体的化学组成与从自然界中采集的蛹虫草的化学组成接近，而且可以从发酵液中得到人们需要的物质，还能大大缩短生产周期，许多研究人员对蛹虫草液体培养基的配方进行了研究[6]。邵爱娟等研究得出虫草在进行菌丝发酵时碳源以蛋白胨为最优，采用1：2或1：3的碳氮比较为合适[6]。李宗军等研究表明，蛹虫草菌丝发酵最佳培养基组成为5％大米粉、1．5％豆饼粉、1．5％麦芽粉、0．1％KH2P04，0．05％MgS04·7H20[6]。陈晋安等研究得出蛹虫草发酵的适宜培养基组成(蔗糖5．O％、玉米浆3．O％、酵母膏O．5％、MgS04·7H200．05％、KH2PO40．05％)[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分，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的理论依据[6]。1.4蛹虫草工艺生产国外研究现状明代中叶1400-1465年间蛹虫草从浙江传到日本，并在贵族中广泛食用。1723年由欧洲的传教士尚加特利茨库把从中国西北采到的冬虫夏草带到法国，由Reaumur在法国科学院的学士大会作了介绍，并登在会议纪要上；Vaillant于1723年在(BotaniconParisiense)中报道了大团囊虫草和蛹虫草，20世纪以前人们只对野生蛹虫草进行研究，20世纪30～60年代，国外研究人员进行了有关蛹虫草生态调查和驯化、人工栽培的研究[6]。1878年由Saccardo归为虫草属（Cordyceps），冬虫夏草的研究在国外引起重视，中国虫草也开始驰名于世。1932年，日本的小林和久山首次利用米饭为主的培养基培养出蛹虫草子座[3]。吉林化工学院毕业设计51943年，Berkeley鉴定了中国的冬虫夏草，正式定名为：中国虫草Sphaerisienesis。1.5未来发展趋势冬虫夏草以其药性温和、补而不峻的特点一直以来倍受关注，但其特殊的生长条件又使其成为稀缺资源[7]。近年来，很多研究都表明，人工栽培的蛹虫草化学成分及药理作用与冬虫夏草相似，但价格却远远低于冬虫夏草，因此，蛹虫草的开发应用具有极大的潜在市场[6]。由于巨大的市场需求和极其有限的自然资源，造成了市场上的蛹虫草产品良莠不齐，因此，必须加强对蛹虫草的开发与利用研究[8]。目前，蛹虫草的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许多难题，如菌种退化、栽培技术不易掌握等问题还有待于进一步研究。在栽培时由于蛹虫草分布广，种类繁多等因素，其药理作用存在一定差异，应加强蛹虫草菌种的选育与保存，选育出药理成分高的品种。在人工栽培方法上，由于发酵法生产菌丝体的生产周期短，可以有针对性地提高某种或某些有效成分的含量，液体发酵法生产菌丝体将是今后蛹虫草产业化生产的重要发展方向，为蛹虫草在医药学方面进一步开发提供基础。同时，应加强蛹虫草的医药基础研究，从分子水平揭示蛹虫草的药理作用，为临床使用蛹虫草提供客观的科学依据，从而拓宽蛹虫草的临床应用范围[6]。随着人们对蛹虫草的研究越来越深入，蛹虫草这一药用真菌必将具有更广阔的开发应用前景，为蚕业资源开发利用开拓新的领域[9]。目前蛹虫草生产有多重方式，多个标准。最大的问题是需要人工的地方太多，未来的发展趋势必将是标准化，工业化的机器生产模式。吉林化工学院毕业设计6第2章生产工艺流程2.1工艺流程在实验室配制液体菌种，贮存等待接种培养基各个成分进行装瓶操作对灌装完成的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（一般从见光到采收需要40d）烘干包装进入储藏库2.2菌种选择生产过程中出现的菌种退化现象大大限制了蛹虫草的大规模生产，严重影响了蛹虫草的产量[8]。所以配备专门配备军菌种的实验室，选用菌丝洁白、适应性强、见光后转色和出草快、性状稳定的速生高产优质菌种，是获得栽培成功和高产的关键。吉林化工学院毕业设计72.3培养基制备培养基配方大米70．0％，蚕蛹粉23．0％，蔗糖4.5％，蛋白胨1．5％，酵母粉0．5％，维生素B0.5%。每瓶干料约50g,加入水50g。原料精选验收大米选用无霉变、无异味、无杂质的粳米，要求是当年新产的干燥无霉粒米，湿度大则不宜储存且易滋生杂菌，这对蛹虫草的生产是致命的，刚收购的表面上附着很多的尘土和麦壳，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的栽培瓶推入灭菌柜内灭菌。采用高压灭菌柜进行高压灭菌，在121℃，0.1MP压力下蒸气高压灭菌30min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，冷却室配有降温排风系统，能快速将高温的栽培瓶降至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l0ml。为防止污染，可适当增加接种量，以利菌丝加快生长，迅速占领料面。接种完后可移人经杀菌消毒和防虫处理的暗培养室内培养。吉林化工学院毕业设计82.7暗培养接种后马上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，保证培养室温度控制在20-25C，湿度65%RH左右。每天检查栽培瓶，观察菌丝生长情况。发现污染瓶，应及时将其清理出培养室，防止出现大面积杂菌污染。2.8光培养（日光灯）菌丝成熟后，由白色逐渐转成橘黄色时，表明菌丝营养生长已经完成。此时，增加光照同时给予10℃左右的温差刺激，促进大转色。当培养基表面和四周有橘黄色色素出现，开始分泌黄色水珠，并伴有大小不一的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％。湿度太大容易产生气生菌丝，对子实体生长不利；湿度太低容易使培养基失水而影响产量。在子座形成之后，应根据实际情况适当调整光源方向，保证受光均匀。整个培养期间要适当通