CN101544951A - 氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，特征是包含以下步骤：氨基酸发酵液或提取废液流入换热器内，和来自维持罐的发酵液或提取废液进行换热，换热后的发酵液或提取废液流入加热器加热，然后再和低温的原液换热冷却，通过换热冷却后氨基酸发酵液或提取废液进入储罐，再打入喷射器，吸入空气并借助泵叶轮将空气打碎成小气泡，然后在混合器中加入絮凝剂使菌体细胞凝聚成团；絮凝后进入气浮罐，吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清发酵液或提取废液从气浮罐侧面流出；溢流到收集罐的菌体细胞，经过滤机过滤，得到的清液和气浮罐流出的清液合并。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，具体地说是主要指从谷氨酸、赖氨酸等氨基酸发酵液或氨基酸提取后的废液中回收菌体细胞，属发酵食品工业技术领域。
背景技术
我国是氨基酸生产大国，2007年国内谷氨酸年产量达到150万吨，赖氨酸75万吨，另外，还有苏氨酸、色氨酸、精氨酸等大量小品种氨基酸。在各种氨基酸发酵液中，一般含有1.0～10.0％的菌体细胞，给提取工作带来一定的困难，导致产品的提取收率和纯度下降。从发酵液中去除菌体细胞，不仅可以为提取工序创造良好的条件，同时也可以回收副产物菌体蛋白质。对于带菌体提取氨基酸后排放的废水中同样含有大量的菌体蛋白，如未经处理即向外排放，不仅给环境带来了极大的污染，同时也浪费了宝贵的蛋白资源。因此，从氨基酸发酵液或提取废液中分离回收菌体是降低生产成本和实现废物资源化极其重要的一步。
氨基酸发酵用菌体细胞直径约为1.0～3.0微米，与溶液的密度相差小，在发酵液或提取废液中形成胶体溶液，极难用一般的方法分离。
目前分离菌体细胞的方法有：高速离心法、过滤法、絮凝法等。
高速离心法存在设备投资大、运行费用高、分离效率不太高等诸多缺点，如用瑞典ALFA-LAVAL公司的蝶片式高速离心机分离是较先进的机械分离，但除菌率平均只有70％左右，且设备昂贵、耗能多；
过滤法因用介质不同分膜过滤和板框压滤机压滤等方法。膜过滤能有效去除发酵液或提取废液中的菌体细胞，但投资费用高，且使用过程中因膜污染等原因导致过滤速率低，膜寿命有限；采用板框过滤，滤布表面形成的可压缩的胶粘状滤饼，极易把滤布堵死，过滤速率迅速下降，耗时耗能且效率低；
絮凝剂能促使分散在发酵液或提取废液中的固形颗粒结合成团，容易沉降、过滤，具有提高固液分离速度和液体澄清度等特点，因而在发酵氨基酸行业广泛采用絮凝除菌工艺。然而，单纯添加絮凝剂，菌体细胞去除率低，也不能除去发酵液或提取废液中的水溶性蛋白，另外，絮凝剂用量大，一般要达到300mg/L，处理费用高。而且，菌体细胞絮凝后的过滤仍然比较困难，滤渣含水率高，不仅增加了产品损失，也增加了后续滤渣干燥的能耗。
长期以来，为了加快絮凝菌体细胞的过滤速率，主要采用向发酵液或提取废液中添加硅藻土、木屑、甘蔗蔗髓等助滤剂，取得了良好的效果，但是添加助滤剂后，滤渣蛋白质含量降低，作为饲料的效价降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种絮凝剂消耗低、菌体细胞及可溶性蛋白去除率高、菌体细胞过滤容易的从氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法。
按照本发明提供的技术方案，一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，采用以下工艺步骤：
1、氨基酸发酵液或提取废液(原液)流入换热器内，和来自维持罐的高温的发酵液或提取废液进行间壁换热，换热后发酵液或提取废液的温度达到40～80℃；
2、换热后的发酵液或提取废液流入加热器，用水蒸汽或其他热源加热到60～130℃，然后进入维持罐，在维持罐内停留10～80分钟；
3、维持罐的发酵液或提取废液回流到步骤1中所述的换热器中，和相对低温的氨基酸发酵液或提取废液(原液)进行间壁换热，60～130℃的发酵液或提取废液被冷却降温到20～60℃；
4、通过换热冷却后氨基酸发酵液或提取废液进入储罐，然后用泵将发酵液或提取废液打入喷射器，在喷射器中吸入空气并回到泵前的管道上，发酵液或提取废液和空气的混合物再流入泵腔，被泵腔内高速旋转(1400～2900rpm)的叶轮打碎成小气泡；
5、10～50％体积的含有小气泡的发酵液或提取废液回到喷射器继续吸气，50～90％体积的含有小气泡的发酵液或提取废液流入混合器，在混合器中同时加入10～60mg/L的絮凝剂，使菌体细胞、蛋白质凝聚成团；
6、絮凝后的发酵液或提取废液进入缓冲罐，并在缓冲罐内停留10～30分钟；
7、缓冲罐内的絮凝后的发酵液或提取废液流入气浮罐底部，在气浮罐内，因吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清发酵液或提取废液从气浮罐侧面流出；
8、溢流到收集罐的菌体细胞，用泵打入过滤机过滤，过滤机采用100目以上工业滤布，得到的清液和气浮罐流出的清液合并，过滤机内的滤渣卸出后干燥或直接作为商品出售。
本发明所述的换热器及加热器，可以是管式或板式的换热器。
本发明所述的维持罐可以是一个容器，也可以是多个容器串联，满足发酵液或提取废液停留10～80分钟即可。
本发明所述的混合器可以是静态混合器，也可以是喷射器。
本发明所述的絮凝剂可以是壳聚糖、聚丙烯酸钠、聚合铝盐或聚合铁盐，或其中两种混合物。所述的絮凝剂使用前溶解配制成0.1～2％的水溶液。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1、发酵液(提取废液)加热到60～130℃，并维持10～80分钟，可有效促进菌体细胞和水溶性蛋白的变性，将菌体、蛋白的热变性和絮凝剂的凝聚作用结合在一起，可以大幅度降低絮凝剂的添加量，降低处理成本；
2、将菌体、蛋白的热变性和絮凝剂的凝聚作用结合在一起，不仅彻底去除了发酵液(或提取废液)中的菌体细胞，也彻底去除了发酵液(或提取废液)中的水溶性蛋白质，得到的清液清澈透明，菌体、蛋白的收率最大。
3、菌体细胞和水溶性蛋白受热变性后，可压缩性降低，改善了过滤特性，无需添加助滤剂即可用常用板框过滤机过滤，且滤饼含水率低；
4、采用喷射吸入气浮用空气，并借助液体输送泵将吸入气体分散成小气泡，动力消耗小。
5、先通过气浮将菌体蛋白和大部分清液分开，可大幅度减少菌体蛋白过滤的处理量，提高过滤效率，降低动力消耗。
附图说明
图1为本发明除菌工艺流程图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
实施例一：一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，采用以下工艺步骤：
1、谷氨酸发酵液，谷氨酸浓度12％，温度32℃，连续送入换热器内的管程，换热器管程内是步骤3中来自维持罐的温度100℃的谷氨酸发酵液，两股物料在换热器内间壁换热，换热后原32℃的发酵液被加热到76℃，而原先100℃的发酵液被冷却到50℃；
2、被加热到76℃的发酵液流入加热器，用压力为0.3Mpa的水蒸汽加热到100℃，然后进入维持罐，在维持罐内停留30分钟；
3、维持罐100℃的发酵液回流到步骤1中所述换热器的管程，和32℃的发酵液换热，即被冷却降温到50℃；
4、冷却到50℃的发酵液进入储罐，然后用离心泵将该发酵液打入喷射器，在喷射器中吸入空气并回到泵前的管道上，发酵液和空气的混合物再流入泵腔，被泵腔内高速旋转(2900rpm)的叶轮打碎成小气泡；
5、发酵液体积40％的含有小气泡的发酵液回到喷射器继续吸气，剩余60％的含有小气泡的发酵液流入混合器，在混合器中同时加入60mg/L的絮凝剂聚丙烯酸钠溶液，聚丙烯酸钠预先用水溶解成浓度0.3％的水溶液，使菌体细胞凝聚成团；
6、絮凝后的发酵液进入缓冲罐，并在缓冲罐内停留30分钟；
7、缓冲罐内的絮凝后的发酵液流入气浮罐底部，在气浮罐内，因吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清发酵液从气浮罐侧面流出；
8、溢流到收集罐的菌体细胞，用泵打入过滤机过滤，所用滤布为普通工业滤布，得到的清液和气浮罐流出的清液合并，过滤机内的滤渣卸出后干燥作为商品出售。
实施例二：一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，采用以下工艺步骤：
1、谷氨酸提取废液，谷氨酸浓度2％，温度15℃，连续送入换热器内的壳程，换热器管程内是步骤3中来自维持罐的温度80℃的谷氨酸提取废液，两股物料在换热器内换热，换热后原15℃的提取废液被加热到45℃，而原先80℃的提取废液被冷却到48℃；
2、被加热到45℃的提取废液流入加热器，用压力为0.2Mpa的水蒸汽加热到80℃，然后进入维持罐，在维持罐内停留20分钟；
3、维持罐80℃的提取废液回流到步骤1中所述换热器的管程，和15℃的提取废液换热，即被冷却降温到48℃；
4、冷却到48℃的提取废液进入储罐，然后用离心泵将该发酵液打入喷射器，在喷射器中吸入空气并回到泵前的管道上，提取废液和空气的混合物再流入泵腔，被泵腔内高速旋转(2900rpm)的叶轮打碎成小气泡；
5、提取废液体积20％的含有小气泡的提取废液回到喷射器继续吸气，剩余80％的含有小气泡的提取废液流入混合器，在混合器中同时加入40mg/L的絮凝剂聚丙烯酸钠溶液，使菌体细胞凝聚成团；
6、絮凝后的提取废液进入缓冲罐，并在缓冲罐内停留10分钟；
7、缓冲罐内的絮凝后的提取废液流入气浮罐底部，在气浮罐内，因吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清提取废液从气浮罐侧面流出；
8、溢流到收集罐的菌体细胞，用泵打入过滤机过滤，过滤机采用300目以上工业滤布，得到的清液和气浮罐流出的清液合并，过滤机内的滤渣卸出后干燥作为商品出售。
实施例三：一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，采用以下工艺步骤：
1、赖氨酸发酵液，赖氨酸浓度16％，温度30℃，连续送入换热器内的壳程，换热器管程内是步骤3中来自维持罐的温度80℃的赖氨酸发酵液，两股物料在换热器内换热，换热后原30℃的提取废液被加热到50℃，而原先80℃的赖氨酸发酵液被冷却到53℃；
2、被加热到50℃的赖氨酸发酵液流入加热器，用压力为0.3Mpa的水蒸汽加热到80℃，然后进入维持罐，在维持罐内停留25分钟；
3、维持罐80℃的赖氨酸发酵液回流到步骤1中所述换热器的管程，和30℃的赖氨酸发酵液换热，即被冷却降温到53℃；
4、冷却到53℃的赖氨酸发酵液进入储罐，然后用离心泵将该发酵液打入喷射器，在喷射器中吸入空气并回到泵前的管道上，赖氨酸发酵液和空气的混合物再流入泵腔，被泵腔内高速旋转(1400rpm)的叶轮打碎成小气泡；
5、赖氨酸发酵液体积10％的含有小气泡的赖氨酸发酵液回到喷射器继续吸气，剩余90％的含有小气泡的赖氨酸发酵液流入混合器，在混合器中同时加入20mg/L的絮凝剂(聚丙烯酸钠和聚合铝盐，两者按6∶4的质量比混合)，使菌体细胞凝聚成团；
6、絮凝后的赖氨酸发酵液进入缓冲罐，并在缓冲罐内停留10分钟；
7、缓冲罐内的絮凝后的赖氨酸发酵液流入气浮罐底部，在气浮罐内，因吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清赖氨酸发酵液从气浮罐侧面流出；
8、溢流到收集罐的菌体细胞，用泵打入过滤机过滤，过滤机采用200目以上工业滤布，得到的清液和气浮罐流出的清液合并，过滤机内的滤渣卸出后干燥作为商品出售。
Claims (7)
1、一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，采用以下工艺步骤：
(1)、氨基酸发酵液或提取废液流入换热器内，和来自维持罐的高温的发酵液或提取废液进行换热，换热后发酵液或提取废液的温度达到40～80℃；
(2)、换热后的发酵液或提取废液流入加热器，用水蒸汽或其他热源加热到60～130℃，然后进入维持罐，在维持罐内停留10～80分钟；
(3)、维持罐的发酵液或提取废液回流到步骤1中所述的换热器中，和60～130℃的氨基酸发酵液或提取废液换热，60～130℃的发酵液或提取废液被冷却降温到20～60℃；
(4)、通过换热冷却后的氨基酸发酵液或提取废液进入储罐，然后用泵将发酵液或提取废液打入喷射器，在喷射器中吸入空气并回到泵前的管道上，发酵液或提取废液和空气的混合物再流入泵腔，被泵腔内高速旋转1400～2900rpm的叶轮打碎成小气泡；
(5)、10～50％体积的含有小气泡的发酵液或提取废液回到喷射器继续吸气，50～90％体积的含有小气泡的发酵液或提取废液流入混合器，在混合器中同时加入10～60mg/L的絮凝剂，使菌体细胞凝聚成；
(6)、絮凝后的发酵液或提取废液进入缓冲罐，并在缓冲罐内停留10～30分钟；
(7)、缓冲罐内的絮凝后的发酵液或提取废液流入气浮罐底部，在气浮罐内，因吸附有小气泡的絮团的比重低而自动上浮到罐顶部，并溢流到菌体细胞收集罐，除菌后的清发酵液或提取废液从气浮罐侧面流出；
(8)、溢流到收集罐的菌体细胞，用泵打入过滤机过滤，得到的清液和气浮罐流出的清液合并，过滤机内的滤渣卸出后干燥或直接作为商品出售。
2、根据权利要求1所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的换热器，可以是管式或板式的换热器。
3、根据权利要求1所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的维持罐可以是一个容器，也可以是多个容器串联而成，可满足发酵液或提取废液停留10～80分钟。
4、根据权利要求1所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的混合器可以是静态混合器，也可以是喷射器。
5、根据权利要求1所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的絮凝剂可以是壳聚糖、聚丙烯酸钠、聚合铝盐或聚合铁盐，或其中两种混合物。
6、根据权利要求5所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的絮凝剂使用前溶解配制成0.1～2％的水溶液。
7、根据权利要求1所述的一种氨基酸发酵液/提取废液中回收菌体细胞的除菌方法，其特征在于所述的过滤机过滤采用100目以上工业滤布。
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