CN102390906B

CN102390906B - 一种赖氨酸发酵废水的处理方法和发酵制柠檬酸的方法

Info

Publication number: CN102390906B
Application number: CN 201110222285
Authority: CN
Inventors: 周勇; 熊结青; 卢宗梅; 张继学; 杨儒文
Original assignee: Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Current assignee: Cofco Biochemical Anhui Co Ltd; Anhui BBCA Biochemical Co Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102390906A

Abstract

本发明提供一种赖氨酸发酵废水的处理方法，该方法包括将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触后，得到接触后的液体，接触条件使得接触后的液体中的硫酸根离子的含量小于0.05重量％；将得到的接触后的液体与赖氨酸湿法制糖废水进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.01-0.1重量％，蛋白含量为0.1-1.0重量％；将得到的混合溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到酶解后的产物。本发明还提供一种发酵制柠檬酸的方法，该方法包括使用所述酶解后的产物作为培养基。根据本发明的方法，不仅提高了赖氨酸废水的循环利用，而且在有效降低了废水处理费用的同时，可以节约柠檬酸生产用水、提升柠檬酸发酵水平和降低柠檬酸的生产成本。

Description

一种赖氨酸发酵废水的处理方法和发酵制柠檬酸的方法

技术领域

本发明涉及一种赖氨酸发酵废水的处理方法和发酵制柠檬酸的方法。

背景技术

赖氨酸企业原料预处理采用的是湿法工艺，在湿法制糖工艺中存在大量的洗蛋白水、洗过滤滤布水等，统称赖氨酸湿法工艺水(以下也称为赖氨酸湿法制糖废水)。赖氨酸湿法工艺水中含有较丰富的蛋白和少量的淀粉淀粉，同时还含有钙离子、镁离子和磷。赖氨酸发酵废水指的是赖氨酸发酵液经去除菌体、提取赖氨酸后的废液，是高浓度废液，具有高COD、BOD、SOD和NH₄ ⁺浓度高的特点。

由于赖氨酸发酵废水含有较大量的SO₄ ⁺和NH₄ ⁺，无法进行厌氧发酵，并且，即使进行好氧处理也很难达到硫化物1mg/L，氨氮50mg/L的标准。目前，对赖氨酸发酵废水的处理，一般先采取浓缩结晶提取硫酸铵副产品后，与预处理工艺产生的湿法工艺水一起再浓缩，然后添加到制糖残渣中一起烘干或直接喷雾造粒制成蛋白饲料。但是，浓缩结晶提取的硫酸铵因废液中色素较多，影响成品质量；并且，采取浓缩烘干或喷雾干燥法制成饲料因设备投入大、能耗高，企业无法承受，一直困扰赖氨酸企业发展。

现有技术中，制备柠檬酸主要是采用淀粉质原料(玉米、木薯等)液化制糖、液体深层二级发酵法生产柠檬酸，柠檬酸菌种主要采用黑曲霉菌。黑曲霉种子培养主要采取玉米粉酶解液为培养基，发酵培养主要采用淀粉质原料酶解清液、一定比例的玉米粉酶解液和补充有机氮为培养基，进行发酵生产柠檬酸。但是，在该方法中，淀粉原料调浆酶解需要使用大量的水，其用水占柠檬酸生产吨酸水耗的1/5左右，这从经济上考虑不理想。

因此，迫切需要开发一种不仅能够以低成本、有效地处理赖氨酸生成过程中产生的赖氨酸废水的方法，且能够有效地降低柠檬酸生成成本、提升柠檬酸发酵水平的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决赖氨酸生产中高浓度废水处理困难的难题，同时提升柠檬酸发酵水平，提供一种新的赖氨酸发酵废水的处理方法和柠檬酸发酵的方法。该方法不仅解决了赖氨酸废水的处理难题，提高了赖氨酸废水的循环利用，而且在有效降低了废水处理费用的同时，可以节约柠檬酸生产用水、提升柠檬酸发酵水平和降低柠檬酸的生产成本。

本发明人对赖氨酸废水进行研究发现，赖氨酸湿法制糖废水中含有较丰富的蛋白和少量的淀粉、钙、镁、磷和微生物生长因子等物质；赖氨酸发酵废水经过阴离子交换树脂处理去除硫酸根离子后，得到的赖氨酸废水和上述赖氨酸湿法制糖废水中，没有其他对柠檬酸发酵有毒害的物质，并且上述物质都具有很好的可发酵性。由此，得到了本发明。

即，本发明提供一种赖氨酸发酵废水的处理方法，其中，该方法包括以下步骤：

1)将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触后固液分离，得到接触后的液体，接触条件使得接触后的液体中的硫酸根离子的含量小于0.05重量％；

2)将步骤1)中得到的接触后的液体与稀释剂进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.01-0.1重量％，蛋白含量为0.1-1.0重量％，所述稀释剂至少部分为赖氨酸湿法制糖废水；

3)将步骤2)中得到的混合溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到酶解后的产物。

本发明还提供一种发酵制柠檬酸的方法，该方法包括在生成柠檬酸的条件下，将柠檬酸发酵菌接种至种子发酵培养基中进行种子培养，得到种子发酵液，将该种子发酵液接种至发酵培养基中进行培养，得到柠檬酸发酵液，其特征在于，所述种子发酵培养基为上述方法所得到的所述酶解后的产物；和/或所述发酵培养基为上述方法所得到的所述酶解后的产物经固液分离后得到的清液。

根据本发明的方法，由于湿法制糖废水和经过上述处理后的赖氨酸发酵废水中不含有对黑曲霉有毒害作用的物质，相反还有比较明显的促进作用。其原因可能为：其中的蛋白、铵离子等可以作为黑曲霉生长的氮源，由于黑曲霉对无机氮源的偏好，铵离子对黑曲霉的促进作用比较明显；从而替代柠檬酸发酵过程为补充氮源而添加的玉米浆、玉米粉酶解液或尿素等。同时，由于赖氨酸生产菌不具有糖化能力且只能利用葡萄糖，而赖氨酸培养基碳源中的葡萄糖含量为96％，其发酵工艺导致的赖氨酸发酵液中非葡萄糖碳源(发酵残糖)不断富集，而在柠檬酸发酵中，上述发酵残糖因黑曲霉的强大糖化能力而被利用，从而提高柠檬酸产酸率。

具体实施方式

本发明提供一种赖氨酸发酵废水的处理方法，其中，该方法包括以下步骤：

根据本发明的方法，所述赖氨酸湿法制糖废水是指赖氨酸湿法制糖工艺中存在大量的洗蛋白水、洗过滤滤布水等。赖氨酸湿法制糖工艺广泛采用的是淀粉湿磨法工艺，为将淀粉质材料(玉米)经过二氧化硫浸渍、胚芽分离、筛分、精磨、纤维洗涤、淀粉洗涤制成精淀粉乳，再进行糖化、压滤制得赖氨酸发酵用糖化液的工艺。湿法工艺水是在淀粉洗涤过程产生的淀粉洗涤水，淀粉洗水量约为2-4吨水/吨淀粉。所述赖氨酸湿法制糖废水(淀粉洗涤水)中含有丰富的蛋白、和少量的淀粉、钙离子、镁离子、磷以及微生物生长因子等，其中以蛋白质为主，蛋白质含量在0.7-1.6重量％，淀粉含量在0.25-0.60重量％，pH在3.7-4.7，淀粉洗涤水浓缩成蛋白饲料，需要消耗大量蒸汽成本太高，如果作为废水处理和排放给企业带来巨大的环保压力。

根据本发明的方法，所述赖氨酸发酵废水指的是赖氨酸发酵液经去除菌体、提取赖氨酸后的废液。优选的情况下，所述赖氨酸发酵废水可以为赖氨酸发酵液经色谱分离提取过程中产生的废水，也可以为采用离子交换树脂提取过程中产生的废水。所述赖氨酸发酵废水中含有硫酸根离子、铵离子和蛋白。所述赖氨酸发酵废水中硫酸根离子的含量可以为1-11重量％，优选2-6重量％；铵离子的含量可以为0.25-4.4重量％，优选为0.3-2.0重量％；蛋白的浓度可以为0.1-0.9重量％，优选0.3-0.7重量％。

根据本发明的处理方法，为了后续的柠檬酸发酵过程中能够提高柠檬酸产品的外观，提升产品价值。优选该方法还包括在将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触之前，将赖氨酸发酵废水与吸附剂接触，对赖氨酸发酵废水进行脱色。

上述吸附剂可以为本领域所公知的各种吸附剂。优选的情况下，所述吸附剂为活性炭、硅藻土、氧化硅、活性氧化铝和沸石中的一种或多种；更优选所述吸附剂为活性炭。所述活性炭可以是粉末状的，也可以是颗粒状的。

上述吸附剂的用量可以根据所述赖氨酸发酵废水来选择，其具体选择方法为本领域所公知。例如：在使用活性碳作为吸附剂时，相对于1L的赖氨酸发酵废水，所述活性碳的用量为0.5-10g，优选1-5g。

另外，脱色的方法也是本领域所公知的。例如可以将按吸附剂和赖氨酸发酵废水在温度为15-100℃下搅拌5-120分钟后过滤。也可以在温度为15-100℃下，将赖氨酸发酵废水以0.5-5小时^-1的体积空速通过吸附剂层。

本发明中，所述体积空速是指单位时间通过单位体积的吸附剂的液体量，单位为m3/(m3吸附剂·h)，可简化为h^-1。

根据本发明的处理方法，对所述阴离子交换树脂没有特别的限制，只要能够去除硫酸根就行。因此，可以为本领域所公知的各种能够吸附硫酸根离子的阴离子树脂。优选的情况下，所述阴离子交换树脂可以为强碱性季胺型阴离子交换树脂、弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂和弱碱性环氧系阴离子交换树脂中的一种或多种；更优选为大孔强碱性季胺阴离子交换树脂、大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、大孔弱碱性环氧系阴离子交换树脂、大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂中的一种或多种。由于弱碱类阴离子交换树脂更容易洗脱硫酸根离子，从树脂再生的简便性上考虑，进一步优选为大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、大孔弱碱性环氧系阴离子交换树脂、大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂中的一种或多种。

在本发明中，对所述阴离子交换树脂的交换容量没有特别的限制。为了节省离子交换过程中的物耗、能耗和时间，优选使用具有较大交换容量的阴离子交换树脂，具体地，优选所述阴离子交换树脂的交换容量大于5毫摩尔/克干树脂，进一步优交换容量为5.5-9.5毫摩尔/克干树脂。

根据本发明的处理方法，所述所述接触条件使得接触后的液体中硫酸根离子的含量小于0.05重量％即可。优选的情况下，所述接触条件使得接触后的液体中硫酸根离子的含量小于0.04重量％。

根据本发明的处理方法，赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触的条件还可以包括：接触的温度可以为5-60℃，优选为10-45℃。

在本发明中，所述赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触的方式可以从本领域常用的各种方式中来选择。具体地，例如让赖氨酸发酵废水以一定的速度通过阴离子交换树脂床层；将阴离子交换树脂赖氨酸发酵废水进行均匀混合等方式。由于让含柠檬酸的溶液以一定的速度通过阴离子交换树脂床层的接触方式具有分离效果好、分离稳定等优点，因此，被本发明所优选。

根据本发明的处理方法，将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触的方式可以为使赖氨酸发酵废水通过阴离子交换树脂床层，所述接触的条件还可以包括：赖氨酸发酵废水的体积空速可以为1.3-3小时^-1，优选为1.6-2.3小时^-1。

本发明中，所述体积空速是指单位时间通过单位体积的阴离子交换树脂的液体量，单位为m3/(m3阴离子交换树脂·h)，可简化为h^-1。

根据本发明的处理方法，可以通过将步骤1)中得到的接触后的液体与稀释剂进行混合，所述接触后的液体与稀释剂的用量使得到的混合液体中的铵离子含量为0.01-0.1重量％，蛋白含量为0.1-1.0重量％；优选的情况下，所述接触后的液体与稀释剂的用量使得到的混合液体中的铵离子含量为0.02-0.05重量％，蛋白含量为0.25-0.6重量％。所述稀释剂至少部分为赖氨酸湿法制糖废水。一般情况下，所述稀释剂为赖氨酸湿法制糖废水和自来水。通过使用自来水以使混合液体中的铵离子含量以及蛋白含量在上述范围内。

将上述将步骤1)中得到的接触后的液体与稀释剂进行混合，只要能够使得混合后的溶液中的铵离子含量以及蛋白含量在上述范围内，可以采用任何方式进行混合。例如可以先将所述接触后的液体与赖氨酸湿法制糖废水混合后，根据需要再混合自来水；也可以先将自来水与所述接触后的液体与赖氨酸湿法制糖废水中任意一种混合后，再混合另一种。

根据本发明的处理方法，该方法包括：将步骤2)中得到的混合溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到酶解后的产物。

根据本发明的处理方法，上述混合溶液、粉碎后的淀粉质原料以及淀粉酶的用量只要能够满足得到的酶解后的产物适合柠檬酸发酵的要求即可。具体地，以每克粉碎后的淀粉质原料的干重计，所述淀粉酶的用量为15-40个酶活力单位，所述混合溶液的用量为1-5克；优选地，所述淀粉酶的用量为20-30个酶活力单位，所述混合溶液的用量为2-4克。

本发明所述酶的酶活力单位的定义为：在pH值为6.0、温度为70℃的条件下，1分钟将1毫克淀粉转化为还原糖所需的酶量为一个酶活力单位。

所述酶解的温度可以在很大范围内改变，优选为70-105℃，更优选为90-95℃。所述酶解的时间理论上越长越好，考虑到设备利用率，优选所述酶解的时间为90-150分钟，更优选为100-120分钟。所述酶解的pH值可以在很大范围内改变，优选为5.0-7.0，更优选pH值为5.8-6.2。

淀粉酶是指能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称，所述淀粉酶一般包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶。

α-淀粉酶又称淀粉1，4-糊精酶，它能够任意地、不规则地切开淀粉链内部的α-1，4-糖苷键，将淀粉水解为麦芽糖、含有6个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生产此酶的微生物主要有枯草杆菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。

β-淀粉酶又称淀粉1，4-麦芽糖苷酶，能够从淀粉分子非还原性末端切开1，4-糖苷键，生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和内孢霉产生。

糖化酶又称淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1，6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉、红曲霉。

异淀粉酶又称淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝链淀粉分子分枝点处的α-1，6-糖苷键，将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌气杆菌、芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。

根据本发明，优选使用α-淀粉酶和/或异淀粉酶。

按照本发明，所述淀粉质原料可以为本领公知的各种可以用于酶解、发酵制备柠檬酸的含有淀粉的原料，例如，可以选自玉米、薯类(如木薯)和小麦中的一种或多种。优选地，所述含有淀粉的原料为玉米。

根据本发明的柠檬酸的发酵方法，所述种子发酵培养基可以为上述得到的酶解后的产物；所述发酵培养基可以为上述得到的酶解后的产物经过固液分离后，得到的酶解清液。上述种子发酵培养基和发酵培养基无需添加任何碳源或氮源，可直接使用。

根据本发明的柠檬酸的处理方法，该方法还包括将上述得到的酶解后的产物经过固液分离后，得到的淀粉质原料酶解残渣烘干后，用作蛋白质饲料。

根据本发明的柠檬酸的发酵方法，在本发明的一个优选的实施方式中，将酶解后的产物的5-15重量％直接作为种子发酵培养基使用，另外的85-95重量％经固液分离后，将得到的酶解清液作为发酵培养基使用。

上述固液分离的方法与装置为本领域技术人员所公知，例如，压滤机或离心机。

根据本发明的柠檬酸的发酵方法，所述柠檬酸发酵菌可以为本领域所公知的柠檬酸发酵菌。具体地，可以为黑曲霉、酵母或细菌。优选地，所述柠檬酸发酵菌为黑曲霉。本发明发酵所使用的黑曲霉可以为商购的黑曲霉固体制剂或黑曲霉菌种，例如，黑曲霉Co827(上海工业微生物研究所)和黑曲霉T01(天津工业微生物所)。

本发明中，所述柠檬酸发酵菌的接种量可以在很大范围内改变，优选情况下，以每毫升发酵培养基为基准，发酵菌的接种量为5×10⁴-2.5×10⁵个菌落形成单位，优选1×10⁵-1.5×10⁵个菌落形成单位。

所述菌落形成单位的定义为将稀释后的一定量的菌液通过浇注或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上，待培养后，每一活细胞就形成一个菌落。即每毫升菌液中含有的单细胞的数目。

所述菌落形成单位可以通过本领域公知的方法测定，例如，通过血球计数板计数。

根据本发明的处理方法，可以采用常规的方法接种，例如，在被接种至所述发酵培养基中之前，将所述发酵菌经过种子培养处理，之后将得到的种子液加入到所述发酵培养基中。发酵菌种子培养的程度可以通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0-2.5、酸度0.5-2.0％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时停止培养。

上述种子培养的条件可以在很大范围内改变，例如所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为25-45℃，pH值可以为1.5-7，通气量可以为0.1-0.5体积∶体积·分钟，培养的时间可以为18-70小时；更优选的情况下，所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为34-38℃，pH值可以为2.5-5.5，通气量可以为0.15-0.3体积∶体积·分钟，所述培养的时间可以为22-40小时。

根据本发明，所述将柠檬酸发酵菌接种至所述发酵培养基中进行发酵的条件可以在很大范围内改变，例如所发酵的条件可以包括：培养的温度可以为30-42℃，pH值可以为1-7，通气量可以为0.03-0.2体积∶体积·分钟，培养的时间可以为45-65小时；更优选的情况下，所述培养的条件可以包括：培养的温度可以为30-40℃，pH值可以为1.5-4.0，通气量可以为0.06-0.1体积∶体积·分钟，所述培养的时间可以为50-60小时。

术语“通气量”一般以通气比来表示，通常以每分钟内通过单位体积培养液的空气体积比来表示(V/V·min)，例如通气比为1∶0.1-1，简称通气量为0.01-1体积∶体积·分钟。

所述培养的设备为本领域技术人员所公知，例如，可以使用发酵罐进行培养。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明并不仅限于下述实施例。

按照GB3595-83的方法测定赖氨酸发酵废水中铵根离子的含量。

按照标准比浊方法测定赖氨酸发酵废水中硫酸根离子的含量。

按照凯氏定氮法测定赖氨酸发酵废水和赖氨酸湿法制糖废水中蛋白的含量。

以下实施例中的赖氨酸发酵废水为赖氨酸发酵液经过膜滤、色谱分离而得到的废水。

以下实施例中的赖氨酸制糖废水为玉米经过二氧化硫浸渍、胚芽分离、筛分、精磨、纤维洗涤、淀粉洗涤、糖化的制糖过程中，淀粉洗涤分离淀粉与蛋白质过程中产生的废水，又称麸质水。

根据GB 1987-2007标准检测以下实施例中所得柠檬酸溶液的浓度(简称酸度)，计算柠檬酸的发酵转化率，发酵转化率(％)＝柠檬酸溶液的浓度(简称酸度)×柠檬酸溶液的体积/总糖的重量×100％。

实施例1

1)在温度为60℃下，将赖氨酸发酵废水(蛋白含量为0.3重量％、硫酸根离子含量为2重量％、铵离子含量为0.3重量％)泵入G17活性碳(商购于广州劲林环保科技有限公司有限公司，以下相同)床层，泵入体积空速为0.8m³/(m³·h)。将通过G17活性碳床层的赖氨酸发酵废水以1.6m³/(m³·h)的体积空速导入到D318大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂(商购于苏青水处理工程集团公司，交换容量为6.5mmol/g(干))床层。得到经过阴离子交换后的赖氨酸发酵废水(以下称为处理后的赖氨酸发酵废水)，该处理后的赖氨酸发酵废水中的蛋白含量为0.35重量％、硫酸根离子含量为0.02重量％、铵离子含量为0.35重量％；

2)将步骤1)中得到的处理后的赖氨酸发酵废水、赖氨酸湿法制糖废水(蛋白含量为0.7重量％)以及水(自来水)进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.02重量％，蛋白含量为0.25重量％；

3)将收获的100重量份玉米(具体量为55吨)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物。将粉碎后的产物与200重量份的步骤2)中得到的混合液体和淀粉酶(相当于每克粉碎的玉米使用30个酶活力单位的淀粉酶，诺维信公司，α-淀粉酶)混合均匀后，进入喷射器，在95℃、pH为5.8的条件下酶解90分钟后得到酶解液，将92重量％的酶解液通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和淀粉质原料酶解残渣。将得到的酶解清液灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵培养基。

4)将步骤3)中剩余的8重量％的酶解后的产物投入种子罐，加热到121℃消毒，维持30分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解清液10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.3体积∶体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养的黑曲霉菌种加入到步骤3)中的发酵罐中进行发酵，接种量为：每克发酵培养基1.5×10⁵个菌落形成单位，发酵条件包括温度为35℃，pH值为3，通气量为0.09体积∶体积·分钟，发酵进行到第55小时的时候进行固液分离，得到柠檬酸溶液和淀粉质原料酶解残渣，其发酵转化率、酸度以及粮耗见表1。

5)将步骤3)中分离出的淀粉质原料酶解残渣烘干至12重量％水分，得到蛋白质饲料13.1吨，其中，蛋白含量为29.8重量％。

实施例2

1)在温度为60℃下，将赖氨酸发酵废水(蛋白含量为0.5重量％、硫酸根离子含量为5重量％、铵离子含量为重量1.0％)泵入G17活性碳床层，泵入体积空速为0.8m³/(m³·h)。将通过G17活性碳床层的赖氨酸发酵废水以2.1m³/(m³·h)的体积空速导入到D818大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂(商购于江苏苏青水处理工程集团有限公司，交换容量为6.5mmol/g(干))床层。得到经过阴离子交换后的赖氨酸发酵废水(以下称为处理后的赖氨酸发酵废水)，该处理后的赖氨酸发酵废水中的蛋白含量为0.55重量％、硫酸根离子含量为0.03重量％、铵离子含量为1.1重量％；

2)将步骤1)中得到的处理后的赖氨酸发酵废水、赖氨酸湿法制糖废水(蛋白含量为1.2重量％)以及水(自来水)进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.03重量％，蛋白含量为0.4重量％；

3)收获的100重量份玉米(具体量为55吨)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物。将粉碎后的产物与300重量份的步骤2)中得到的混合液体和淀粉酶(相当于每克粉碎的玉米使用30个酶活力单位的淀粉酶，诺维信公司，α-淀粉酶)混合均匀后，进入喷射器，在95℃、pH为5.8的条件下酶解90分钟后得到酶解液，将92重量％的酶解液通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和淀粉质原料酶解残渣。将得到的酶解清液灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵培养基。

4)将步骤3)中剩余的8重量％的酶解后的产物并投入种子罐，加热到121℃消毒，维持30分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解清液10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.3体积∶体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

5)将步骤3)中分离出的淀粉质原料酶解残渣烘干至12重量％水分，得到蛋白质饲料13.6吨，其中，蛋白含量为32.3重量％。

实施例3

1)在温度为60℃下，将赖氨酸发酵废水(蛋白含量为0.7重量％、硫酸根离子含量为6重量％、铵离子含量为2.0重量％)泵入G17活性碳床层，泵入体积空速为0.8m³/(m³·h)。将通过G17活性碳床层的赖氨酸发酵废水以2.6m³/(m³·h)的体积空速导入到330大孔弱碱性环氧系阴离子交换树脂(商购于蚌埠市天星树脂有限公司，交换容量为9mmol/g(干))床层。得到经过阴离子交换后的赖氨酸发酵废水(以下称为处理后的赖氨酸发酵废水)，该处理后的赖氨酸发酵废水中的蛋白含量为0.7重量％、硫酸根离子含量为0.04重量％、铵离子含量为2.1重量％；

2)将步骤1)中得到的处理后的赖氨酸发酵废水、赖氨酸湿法制糖废水(蛋白含量为1.6重量％)以及水(自来水)进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.05重量％，蛋白含量为0.6重量％；

3)收获的100重量份玉米(具体量为55吨)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物。将粉碎后的产物与400重量份的步骤2)中得到的混合液体和淀粉酶(相当于每克粉碎的玉米使用30个酶活力单位的淀粉酶，诺维信公司，α-淀粉酶)混合均匀后，进入喷射器，在95℃、pH为5.8的条件下酶解90分钟后得到酶解液，将92重量％的酶解液通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和淀粉质原料酶解残渣。将得到的酶解清液灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵培养基。

将上述培养的黑曲霉菌种加入到步骤3)中的发酵罐中进行发酵，接种量为：每克发酵培养基1.5×10⁵个菌落形成单位，发酵条件包括温度为35℃，pH值为3，通气量为0.09体积∶体积·分钟，发酵进行到第60小时的时候进行固液分离，得到柠檬酸溶液和淀粉质原料酶解残渣，其发酵转化率、酸度以及粮耗见表1。

5)将步骤3)中分离出的淀粉质原料酶解残渣烘干至12重量％水分，得到蛋白质饲料13.8吨，其中，蛋白含量为33.3重量％。

实施例4

采用实施例3的方法进行，不同的是混合液体中的铵离子含量为0.01重量％，蛋白含量为0.1重量％；得到柠檬酸溶液，其发酵转化率、酸度以及粮耗见表1。得到蛋白质饲料12.2吨，其中，蛋白含量为25.0重量％。

实施例5

采用实施例3的方法进行，不同的是混合液体中的铵离子含量为0.1重量％，蛋白含量为0.9重量％；得到柠檬酸溶液，其发酵转化率、酸度以及粮耗见表1。得到蛋白质饲料12.6吨，其中，蛋白含量为26.9重量％。

对比例1

1)收获的100重量份玉米(具体量为55吨)进行粉碎，得到平均粒子直径为400微米的粉碎产物。将粉碎后的产物与400重量份的源水(自来水)和淀粉酶(相当于每克粉碎的玉米使用30个酶活力单位的淀粉酶，诺维信公司，α-淀粉酶)混合均匀后，进入喷射器，在95℃、pH为5.8的条件下酶解90分钟后得到酶解后的产物。将92重量％的酶解后的产物通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液和淀粉质原料酶解残渣。将得到的酶解清液和10重量％的酶解后的产物(相当于发酵培养基的总量)灭菌后加入到发酵罐中，得到发酵培养基。

2)将步骤1)中剩余的8重量％的酶解后的产物并投入种子罐，加热到121℃消毒，维持30分钟后快速降温至36℃，接入黑曲霉菌种(黑曲霉T01，天津工业微生物所，接种量为：每克酶解清液10⁵个菌落形成单位)，在36℃、0.3体积∶体积·分钟的通气条件下进行菌种培养；通过取样显微镜镜检、酸度测定和pH测定对黑曲霉的生长进行观察，当pH在2.0、酸度1％、菌球大小均匀、菌丝粗壮伸出时，停止培养。

将上述培养的黑曲霉菌种加入到步骤1)中的发酵罐中进行发酵，接种量为：每克发酵培养基1.5×10⁵个菌落形成单位，发酵条件包括温度为35℃，pH值为3，通气量为0.09体积∶体积·分钟，发酵进行到第55小时的时候进行固液分离，得到柠檬酸溶液和淀粉质原料酶解残渣，其发酵转化率、酸度以及粮耗见表1。

3)将步骤3)中分离出的淀粉质原料酶解残渣烘干至12重量％水分，得到蛋白质饲料12吨，其中，蛋白含量为24.5重量％。

表1

	发酵产酸率/％	发酵转化率/％	发酵粮耗(吨玉米/吨柠檬酸)
				实施例1	13.9	97.7	1.58
实施例2	14.3	99.3	1.54
				实施例3	14.0	98.5	1.57
实施例4	13.75	96.7	1.60
				实施例5	13.65	96.1	1.61
对比例1	13.5	95.0	1.63

从表1的结果可以看出，实施例1-5的发酵酸度以及发酵转化率要明显高于对比例1，且粮耗也低于对比例1。说明采用本发明得到的混合溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到酶解后的产物，不仅有效地利用赖氨酸废水，降低了废水处理费用的同时，还节约柠檬酸生产用水、提高了柠檬酸发酵水平和降低柠檬酸的生产成本。

Claims

1.一种赖氨酸发酵废水的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触后，得到接触后的液体，接触条件使得接触后的液体中的硫酸根离子的含量小于0.05重量%；

2）将步骤1）中得到的接触后的液体与稀释剂进行混合，使得到的混合液体中的铵离子含量为0.01-0.1重量%，蛋白含量为0.1-1.0重量%，所述稀释剂至少部分为赖氨酸湿法制糖废水；

3）将步骤2）中得到的混合溶液与粉碎后的淀粉质原料在淀粉酶存在下接触，得到酶解后的产物。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述赖氨酸发酵废水中含有硫酸根离子、铵离子、蛋白和发酵残糖。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其中，该方法还包括在将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触之前，将赖氨酸发酵废水与吸附剂接触。

4.根据权利要求3所述的处理方法，其中，所述吸附剂为活性炭、硅藻土、氧化硅、活性氧化铝和沸石中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的处理方法，其中，所述吸附剂为活性碳，相对于1L的赖氨酸发酵废水，所述活性碳的用量为0.5-10g。

6.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤1）中所述接触条件使得接触后的液体中的硫酸根离子的含量小于0.04重量%。

7.根据权利要求1或6所述的处理方法，其中，将赖氨酸发酵废水与阴离子交换树脂接触的方式为使赖氨酸发酵废水通过阴离子交换树脂床层，所述接触的条件还包括赖氨酸发酵废水的体积空速为1.3-3小时^-1。

8.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述阴离子交换树脂为强碱性季铵型阴离子交换树脂、弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂和弱碱性环氧系阴离子交换树脂中的一种或多种；

所述阴离子交换树脂的交换容量容量大于5毫摩尔/克干树脂。

9.根据权利要求8所述的处理方法，其中，所述阴离子交换树脂为大孔强碱性季铵阴离子交换树脂、大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、大孔弱碱性环氧系阴离子交换树脂、大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤1）所述接触条件还包括：接触温度为10-45℃。

11.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述稀释剂为赖氨酸湿法制糖废水和自来水。

12.根据权利要求1或11所述的处理方法，其中，步骤2）中所述赖氨酸湿法制糖废水中含有蛋白和淀粉。

13.根据权利要求1或11所述的处理方法，其中，所述接触后的液体与稀释剂的用量使得所述混合液体中的铵离子含量为0.02-0.05重量%，蛋白含量为0.25-0.6重量%。

14.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤3）中，以每克粉碎后的淀粉质原料的干重计，所述淀粉酶的用量为15-40个酶活力单位，所述混合溶液的用量为1-5克。

15.根据权利要求1所述的处理方法，其中，步骤（3）中所述接触的条件为温度：70-105℃；接触的时间：90-150分钟；pH值：5.6-6.4。

16.一种发酵制柠檬酸的方法，该方法包括在生成柠檬酸的条件下，将柠檬酸发酵菌接种至种子发酵培养基中进行种子培养，得到种子发酵液，将该种子发酵液接种至发酵培养基中进行培养，得到柠檬酸发酵液，其特征在于，所述种子发酵培养基为权利要求1-15中任意一项所述方法所得到的所述酶解后的产物；和/或所述发酵培养基为权利要求1-15中任意一项所述方法所得到的所述酶解后的产物经固液分离后得到的清液。