《中国科技信息》杂志论文发表-提升生物卷烟菌种产量的探究

摘要：生物卷烟作为卷烟产品的新势力，将生物发酵技术与传统卷烟工艺相结合，为企业带来品牌效应、质量效益，实现了提质增效。微生物发酵是一个复杂的生化过程，菌种培养成活率涉及到许多纷繁复杂的因素，其生产性能与种子质量、培养环境和发酵工艺控制等息息相关。因此，要进一步扩大生物卷烟产量，必须经对菌种自身代谢规律和生长特性进行研究，通过实验进行实施验证，优化发酵工艺条件，达到提高产量的目的。

关键词：发酵参数、生长曲线、发酵同步性

生物卷烟发酵中搅拌速度、培养温度、培养时间、通气量、培养基、pH和发酵罐罐压等因素，都会在不同程度上影响微生物生长，进而影响发酵菌种离心质量，决定生物卷烟产量。发酵环境条件的优化是生物卷烟菌种培养过程中最重要的条件，也是最复杂、最难掌握的工艺过程。温度、溶氧、搅拌转速、培养时间、培养基浓度等因素和流程的优化，应结合不同的菌种特性而有所不同。通过发酵调取历史数据，在总结发酵生产经验的基础上，对现有影响菌种产量稳定性的因素进行排查，针对排查出的主要原因，采取相应对策，从根本上提高生物卷烟产量。

1. 优化菌种生长期通气量

发酵过程中的主要参数有：空气流量、电机转速、罐压、温度等，通过对发酵参数的精益控制，有力保障了微生物的大量累积的，提高发酵产量。由于罐压和温度属于恒定标准，现阶段发酵罐转速已调至最大，故将主要因素确定为通气量。在主要培养参数不变的条件下，结合菌种生长特性和泡沫生成情况，在标准范围内对各牌号菌种培养接种后通气量进行调整，满足菌种快速生长需要，提高菌种产量。

1.1实验原理

在其他参数不变的情况下，通过控制最大通气量通气时间，在其生长不同时间段，对发酵罐内发酵液取样，使用实验室离心机对样品进行离心，对离心后菌体质量进行统计。通过分析统计的离心质量数据，找出最大值，确定最大通气量通气时间。

1.2实验过程

根据工艺规范，采取最大通气量，选定最大通气量时间分别为：18h 17h 16h 15h 14h 13h 12h。培养时间到达后，取样500ml，并进行离心称重，记录获得数据。分析采集的数据，确定最大通气量通气时间。

1.3实验结果

对采集的所有数据进行分析，找出菌种离心质量最大样本，进行分析。经过试验测得，菌种最大通气量通气时间为18h，所以选定最大通气量通气时间为18h。

2.摸索菌种最佳培养时间

发酵种子质量高低决定最终离心产量，因此选择在菌种生命旺盛阶段进行下级移种最佳，移种后菌种能迅速生长，缩短延迟期。通过对生产中各批次菌种培养时间与菌种产量进行统计分析，结合菌种的生长曲线，选择菌种在快速生长期进行移种，缩短培养时间。

2.1实验原理

在其他参数不变的情况下，根据菌种的生长曲线，在其生长至稳定期时，每隔一小时取样一次，进行实验室离心，并对离心质量进行测量，直至菌种进入衰亡期。通过统计所有获得的离心质量，找出最大值，确定取样时间为菌种最佳培养时间。

2.2实验过程

根据菌种生长曲线，确定取样时间为培养12h-20h，每小时取样一次，每采集500ml菌液。菌种培养、取样菌种培养至12h开始，每小时取样一次，并进行离心，记录离心质量。

2.3实验结果

经过试验测得，菌种在培养时18h时离心质量最大，所以最佳培养时间为18h。

3.提高菌种生长同步性

由于生物卷烟生产任务紧张，产能压力大，必须进一步提高发酵菌种产量，以适应旺盛的市场需求。要保证烟丝产量的稳定，就必须保证菌种产量的稳定，菌种在发酵罐生长的同步性显得尤为重要。发酵罐培养结束后同时进行离心，提高菌种同步性能最大的保证烟丝生产的成功和稳定，保证生产成功。

由于不同菌种各自的生长曲线、所需营养成分、耗氧量、最适生长温度等均有不同，从而造成不同菌种离心产量不同。在发酵参数基本不变的情况下，菌种发酵过程中产生的生长情况并不一致。单株菌种产量的不足会形成木桶效应，增大产量波动风险。

随着菌种传代次数增加，菌种生长特性可能发生改变，原有生长曲线不能满足生产需要，实验室开展实验重新测算生长曲线，结合泡沫情况，在标准范围内对每种菌种，发酵培养接种后通气量进行调整。根据不同菌种性质，对每株菌种采取不同通气量，尽量满足每株菌种培养结束前处于旺盛、密度最大状态。

结合发酵过程主要参数控制情况，在其他培养参数不变的条件下，调整不同菌种的通气量，在菌种生长对数期给足通气，以满足菌种快速生长的需要，从而提高菌种离心产量。对策实施后菌种冷冻时间进行了统计，实施后所使用的菌种冷冻最大时间差为30min，相较对策实施前，最大冷冻时间差为120min，减少了90min，三株菌种冷冻时间基本实现同步，菌种离心平均产量明显提高。

4.结语

根据当前发酵生产实际，结合菌种的不同生长特性,探究新的提高菌种离心产量的方法,优化了发酵生产工艺，有效提高菌种离心产量，使设备作业率有效提升，进而提升发酵卷烟产量，满足市场日益增长的生物卷烟需求。

参考文献：

[1] 储炬，李友荣.现代工业发酵调控学 第3版.[M]. 化学工业出版社.(2016-11)

[2] 高学金,齐咏生,王普.生物发酵过程的建模、优化与故障诊断 [M]. 科学出版社.(2016-06)