饲料添加剂种类繁多，性质各异，目前饲料添加剂原料的生产方法普遍应用的是化学法、发酵法、提取法和基因工程技术等。 第一节 化学法
化学法是指用化学工程生产各种产品的方法。化学工程则是研究化学工业与其他工业生产过程中所进行的化学过程、物理过程及其所用设备设计与操作和优化共同规律的一门工程学科。
一、饲料添加剂原料生产中应用的化学工程技术
饲料添加剂原料的化学法生产涉及无机化工、石油化工、精细化工、高分子化工和生物化工等主要类型。
（一）石油化工和高分子化工 为饲料添加剂原料生产提供初级原料，如烟酸生产需要的3—甲基吡啶和2—甲基—5—乙基吡啶，维生素B6生产需要的等。
（二）无机化工 饲料用尿素的生产是无机化工在饲料添加剂原料生产中的用途之一。
（三）精细化工 是饲料添加剂原料化学法生产的主要途径，大部分维生素、微量元素添加剂原料都是精细化工产品。
（四）生物化工 在饲料添加剂方面，可用于饲料改良剂和维生素生产，后来应用于某些抗生素添加剂的合成，如喹乙醇等。目前，生物化工已与发酵工程和基因工程结合，用于抗生素、烟酸，甚至氨基酸的合成工业。
二、常用饲料添加剂原料化学法生产
(一) 用化学法生产的饲料添加剂 能用化学法生产的添加剂种类很多，所有矿物质添加剂、大部分维生素和饲料改良剂都是用化学法生产的。
表2—1 化学法生产的维生素添加剂
维生素名称 | 起始原料 | 常用方法 | 最终产品 |
维生素A | ß—紫罗兰酮 | O.Islet法(甲醛合成法) | 维生素A棕榈酸酯 |
维生素K | 甲基苯醌或ß-甲基萘 | 加成反应 | 硫酸甲萘醌 |
维生素E | 1,2,4-三甲苯 | 缩合反应 | 己酸维生素E |
维生素B1 | 丙烯腈 | 加成、缩合反应 | 盐酸维生素B1 |
维生素B2 | 葡萄糖 | 缩合、环化 | 维生素B2 |
烟酸 | 2-甲基-5-乙基吡啶 | 硝化氧化法 | 烟酸 |
| 3-甲基吡啶 | 氨或高锰酸钾氧化 | |
维生素B6 |
| 缩合、环化反应 | 盐酸维生素B6 |
氯化胆碱 | 环氧乙烷或氯乙醇 | | 氯化胆碱 |
泛酸 | 异丁醛 | | D泛酸钙 |
B11 | 对硝基苯甲酸 | 酰化反应 | 叶酸 |
| | | |
(二) 化学法生产工艺示例
1．烟酸化学法生产的典型工艺 用2—甲基—5—乙基吡啶生产烟酸的工艺过程见图2—1。
首先是2—甲基—5—乙基吡啶和硝酸混合，进入反应器，反应后产物经膨胀分成两相。液相经脱水后进人结晶器，分出的二氧化氮气体进入吸收器与水反应生成硝酸，回收再利用。从结晶器出来的粗烟酸硝酸盐经离心机与水分开，分离的固体经溶解、中和后制成烟
酸，经结晶、离心、干燥、过筛得烟酸产品。该法的特点是生产规模大，技术成熟，产品纯度高，原料价廉易得，生产成本低。
2．硫酸亚铁化学法生产工艺 用废铁和硫酸反应生产硫酸亚铁是微量元素酸解法生产的典型方法，简单工艺流程如图2-2。整个工艺过程分酸解、过滤、结晶、干燥等过程，该法工艺简单。
3．尿素生产工艺 尿素的生产方法是用无机化工进行化学合成饲料添加剂的典型方法。其原料只用液氨和二氧化碳，生产中只涉及气液相非催化反应。反应过程比较简单，中间产物只有氨基甲酸铵，产物只有尿素和水，生产工艺流程图见图2-3。
图2-3尿素生产流程
(引自《化工基础》)
第二节 微生物发酵法
一、添加剂原料微生物发酵法生产的发展历程
微生物发酵生产技术都起源于天然发酵技术，如酿酒、制酱、奶酪等。1905年开始利用纯粹培养发酵技术，建立了酒精、酵母、淀粉酶等产品的制造工艺。1929年青霉素的发现、化学工程和酶化学的进步，形成了微生物深层发酵技术，从而使抗生素、有机酸、维生素
、酶制剂、激素等的工业化生产成为现实。20世纪50年代，生物化学和微生物遗传学在发酵工程中的应用，实现了应用微生物代谢控制发酵技术工业化生产氨基酸的新工艺。60年代，随着石油微生物研究的进展，发现了微生物非碳水化合物原料的发酵技术，从而开始利用石油化工产品、污水、废弃物生产单细胞蛋白，实现了微生物发酵工程资源开发与环境保护的综合利用。进人70年代后，随着分子生物学、细胞工程、酶工程、分子育种等的发展，建立了应用生物工程和生物技术生产酶、干扰素、激素等的现代化工艺。至此，微生物发酵工程已经成为饲料添加剂原料生产的主要途径。
二、微生物发酵工程特点
目前公认的发酵工程的定义为：利用微生物的某种特性，通过现代工程技术手段进行工业化规模生产的技术。它主要包括工业生产菌菌种的选育、最佳发酵条件的选择和控制、生物反应器(发酵罐)的设计和产品的分离、提取和精制等过程。微生物发酵工程生产与化学工程生产相比有以下特点。
（一）微生物一般特点 微生物个体小、结构简单，常用于发酵工业的细菌、放线菌和部分真菌都是单细胞。其特点为：第一，繁殖快。一般细菌在最适条件下每20min就能繁殖一
代。一个细胞，在不受任何影响的条件下24h可繁殖到4万亿个。第二，易于变异。由于微生物个体小、结构简单、代谢旺盛、繁殖快，因此容易受到环境条件变化的影响，引起遗传性变异。第三，易于培养。微生物中大多数种类，都能用人工的方法，采用各种发酵形式(液体的或固体的)进行发酵，生产各种微生物产品，因此易于工厂化和商业化生产。
（二）生物学特性 发酵工程是以微生物细胞来催化的，发酵过程中所有中间步骤都在细胞中进行，不像化学工业生产那样需要经过几个中间产物的步骤。
（三）生产安全、能源消耗低 微生物具有比任何高等动物和植物都快得多的生长速度。同时生产条件为常温常压条件，不像化学法生产那样需要高温高压条件。
（四）原料便宜、易于选材 发酵工业需要的主要原料都是农产品、副产品、工业废弃物，其最大的特点是再生性强，在短时间内即能重复生产。而化学生产多采用石油、煤、天然气等不可再生的原料，生产中常受到自然资源的限制。
（五）投资少，成本低 发酵工程生产中的多步反应都是以生命体的自然调节方式进行的，一系列的反应过程都在生物反应器(发酵罐)中进行，同一种设备具有多种用途。
（六）有利于环保 发酵工程产品是微生物菌体、酵母等，富含微生物蛋白、维生素、酶等，对动物营养价值全面。除特殊产品外，有害物质产生少，生产安全性强。饲料加工工艺
发酵工程生产的缺点是发酵产物的浓度低，并且有较多的异构体，提取、纯化和精制的工艺比较复杂，同时成本较高。除此之外，发酵废液、废渣的处理不当会污染环境，如抗生素粉渣处理不当会造成敏感菌株的耐药性等。
三、微生物发酵与饲料添加剂原料生产
(一) 微生物发酵在饲料添加剂工业中的应用
1．利用微生物菌种和内含物 在人工控制的条件下，利用农副产品、有机废水或石油制品等为原料可生产大量饲用酵母蛋白。通过饲用菌种培养发酵、过滤、吸附、提取等工艺可生产维生素B2、维生素B1：等。
2．利用微生物产生的酶 微生物发酵的基础是细胞内产生的大量代谢酶，在人工控制下，可从发酵液中提取生产各种酶。酶制剂的生产已成为微生物发酵工程的又一重要用途。饲料添加剂用的大多数酶是微生物发酵工程产品。
3．利用微生物某些代谢产物 人工控制微生物发酵过程，使某种中间代谢产物大量积累，经提炼加工制成添加剂，如柠檬酸、氨基酸等。大多数抗生素也是微生物代谢中产生的代谢产物。
(二) 用于添加剂生产的微生物 可用于生产饲料添加剂的微生物主要有三大类，细菌和放线菌、酵母菌和霉菌。它们与饲料添加剂生产的关系见表2—2。
表2-2 微生物与饲料添加剂原料生产
四、微生物发酵生产添加剂原料的工艺
(一) 微生物代谢规律
1．合成代谢 微生物从体外吸收各种营养物质，在细胞内各种酶的催化下，生成各种复杂的有机物质，为个体的生长、发育、繁殖提供物质基础。在合成代谢中，微生物可以吸收有机物或者由CO2合成各种碳水化合物构成细胞壁的结构物质或成为细胞内的贮存物质，利用有机酸或无机酸等合成脂类，构成细胞膜，吸收氮素与有机酸合成氨基酸。饲料添加剂原料的微生物工程生产过程当中，通过人工控制合成代谢的某一过程，从而导致某种中间产物的大量积累，达到规模化生产的目的。如：赖氨酸、维生素C、有机酸的生产等。微生物发酵工程法生产抗生素、生长激素、某些素等都属于微生物的次生代谢产物。
2．微生物的分解代谢 是细胞内的碳水化合物、脂肪、蛋白质等大分子化合物，在一系列酶促反应下分解的过程。碳水化合物可进行无氧条件下的酵解，此过程属于不完全分解，可以形成各种中间产物，如各种有机酸等；也可以在有氧的条件下彻底氧化分解，人工控制发酵的过程，也可以得到不同的中间发酵产物。
(二) 微生物的生长规律 微生物在适宜的条件下，不断从周围环境中吸收营养物质转化为构成细胞物质的组分和结构，使个体细胞质量增加和体积增加，称为生长。根据细菌生长繁殖速度的不同可分为四个时期。
1．滞留适应期 细菌接种到新的培养基中，一般不立即进行繁殖，需要经一段时间自身调整，诱导合成必需的酶、辅酶或合成某些中间代谢产物。此时，细胞重量增加，体积增大，但不分裂繁殖。这个时期的长短自几分钟至几个小时，因菌种、菌龄和培养条件不同而异。
2．对数生长期 这个时期细胞代谢活性最强，组成新细胞物质最快，所有新分裂形成的细胞生活旺盛，繁殖的细胞数按几何级数增加。此时期细菌数的对数与培养时间成直线关系。
3．稳定期 又称最高生长期，在一定容积的培养基中，由于经细菌对数生长期的旺盛生长后，某些营养物质被消耗，有害代谢物质积累以及pH、氧化还原电位、无机离子浓度等的变化，限制了菌体继续高速度增殖。初期细菌分裂间隔的时间开始延长，曲线上升逐渐缓慢。随后部分细胞停止分裂，少数细胞开始死亡，使新增殖的细胞数与老细胞死亡数几乎
相等，处于动态平衡，细菌数达到最高水平。接着死亡数超过新增殖数，曲线出现下降趋势。
4．衰亡期 稳定期后，环境变得更不适合于细菌的生长，细胞生活力衰退，死亡率增加，以致死亡数大大超过新生数，细菌总数急剧下降。
(三) 生物发酵的培养方法
1．连续培养 在一恒定培养容器的流动系统中，以一定流动速度不断补充人新的营养物质，同时以相同的速度排出培养物(包括菌体及代谢产物)，使流动系统内的液量，细胞数量和营养状态维持恒定，使培养的微生物处于对数生长期的时间继续延长下去，这种方法称连续培养。
2．同步培养 一般研究细菌的生理、生化和性状难以用单个细胞进行，必须用体，往往把体内的细胞分裂同步化，这种培养法叫同步培养法。利用同步培养技术使它们处于同一生长阶段，使所有的细胞都能同时分裂，这种生长方法叫同步生长。
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