CN102732589A - 一种苏氨酸母液处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种苏氨酸母液的处理方法，具体为利用复合酶酶解发酵废弃菌体及利用双极性膜电渗析处理其它废液的方法。本发明过程不仅解决了对苏氨酸母液中有效成分分离的问题，能够使苏氨酸发酵残糖等组分得到充分的利用，而且能效高，废水排放量少，污染低；此外，电渗析技术具有操作简单、无污染、使用寿命长久等优点，不仅减低企业投资成本，而且节能减排，有一举多得之功效。

Description

一种苏氨酸母液处理的方法

技术领域

本发明属于苏氨酸生产技术领域，涉及一种处理苏氨酸母液的方法，具体为利用复合酶酶解发酵废弃菌体及利用双极性膜电渗析处理其它废液的方法。

背景技术

苏氨酸，学名2-氨基-3-羟基丁酸。苏氨酸是一种必需的氨基酸，苏氨酸主要用于医药、化学试剂、食品强化剂、饲料添加剂等方面。特别是饲料添加剂方面的用量增长快速，它常添加到未成年仔猪和家禽的饲料中，是猪饲料的第二限制氨基酸和家禽饲料的第三限制氨基酸。在配合饲料中加入L-苏氨酸，具有如下的特点：①可以调整饲料的氨基酸平衡，促进禽畜生长；②可改善肉质；③可改善氨基酸消化率低的饲料的营养价值；④可降低饲料原料成本；因此在欧盟国家(主要是德国、比利时、丹麦等)和美洲国家，已广泛地应用于饲料行业。

通常所说的苏氨酸母液是指发酵液提取苏氨酸后排放的母液。母液中含有的大量菌体，它是一种单细胞蛋白，含有丰富的蛋白质，对干燥后菌体蛋白的化学成分进行分析发现苏氨酸废弃菌体中蛋白质的含量高达80％以上，高于目前蛋白酶解物常用的原料豆粕、酵母等。其氨基酸种类和配比都比较齐全，并且含有丰富的维生素、核酸、多糖等其他营养物质。且苏氨酸发酵过程中所加入糖类物质与苏氨酸一起经过发酵后会生成低聚异麦芽糖和麦芽糖等。苏氨酸发酵产生母液经过超滤膜过滤后进行双极性膜电渗析进行脱盐处理，脱盐后的废水可用于制取肥料，得到的脱盐后的清液含有大量的低聚异麦芽糖。这些有用物质白白排放，每年造成约10多亿元人民币的损失。因此，根据苏氨酸发酵工艺的特点，必须采取切实有效的措施，对其进行综合治理。

因此，研究一种系统的对苏氨酸母液的利用方法，以减少废水污染、变废为宝，是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

发明人经过一系列研究开发了一种苏氨酸母液的处理方法，该方法采用了母液通过碟片分离机和膜过滤分离母液中的菌体蛋白，将上述菌体蛋白浆液加入适量复合酶制剂使菌体蛋白酶解。该酶解液经高速碟片粉机分离去除细胞壁，所得澄清酶解液经低温浓缩后制成酶解菌体蛋白膏；另外，提取过程中产生的废水经过超滤膜过滤除去杂质后进行双极性膜电渗析进行除盐分离，所产生的废水用作生产肥料，清液通过多效板式蒸发器进行浓缩后经过两次阴、阳离子交换膜进一步除盐后得到清液，将清液浓缩得到低聚异麦芽糖和麦芽糖等。本发明过程不仅解决了对苏氨酸母液中有效成分分离的问题，能够使苏氨酸发酵菌体蛋白、残糖得到充分的利用，而且能效高，废水排放量少，污染低，电渗析技术具有操作简单、无污染、使用寿命长久等优点，不仅减低企业投资成本，而且节能减排，有一举多得之功效。

上述酶解菌体蛋白膏由于富含大量动物所必需氨基酸，可以其作为复合氨基酸原料，并适当添加部分赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸等饲料氨基酸制成复合氨基酸饲料预混剂，大幅度降低该产品成本；双极性膜电渗析进行脱盐处理，脱盐率为98％左右，脱盐后的废水更适于生产肥料，且盐分基本脱除干净，能够提高低聚糖的品质，变废为宝，实现商业利用价值。

为实现上述目的，本发明一种苏氨酸母液的处理方法，其具体操作步骤为：

1、离心分离：利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速大约为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液。

2、膜过滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收菌体蛋白，并收集滤液。

3、菌体蛋白处理：将步骤1)和步骤2)的菌体蛋白合并加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³，酸性蛋白酶25kg/m³以及β-葡聚糖酶5kg/m³，缓慢搅拌，酶解时间为6h获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后，得到膏状物，其干基含量＞65％，将上述膏状物直接包装制成酶解菌体蛋白膏。

4、糖分回收：将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电沉降提取苏氨酸，产生的废水经过超滤膜过滤后将杂质和清液进行分离，将分离得到的清液通过双极性膜电渗析进行脱盐除杂处理，得到的脱盐清液通过多效板式蒸发器浓缩至1.2g/cm²，浓缩液经过阴、阳离子交换柱两级过柱循环后得到过柱清液，蒸发浓缩生产低聚异麦芽糖和麦芽糖；其中双极性膜电渗析参数为：电极和膜的间距为0.5cm，膜间距为10cm，单膜面积为500cm²，电压恒定为50V，操作温度为26℃，操作时间为40-60min；双极性电渗析器采用钛镀铂金电极板，为盐/酸二室式。

本发明首先使用高速碟片分离机和膜过滤将母液中的苏氨酸料液和菌体蛋白进行分离，收集发酵菌体，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，通过以上条件，高效便捷地将苏氨酸母液中的菌体蛋白分离，碟片式分离机是沉降式离心机中的一种，用于分离难分离的物料，其对菌体蛋白的提取率达到98％左右，具备操作便捷的优点，更适于大规模工业化生产。

本申请无需加入絮凝剂等化学试剂，避免了絮凝剂单体存在的饲料安全隐患，所得菌体蛋白容易酶解，提高了产品质量，此方法工艺简单，可广泛用于苏氨酸及其它氨基酸发酵菌体蛋白的提取。

本发明人通过创造性劳动及多因子实验对酶解反应的酶解体系、添加量、PH、温度等进行大量实验，得出最佳的酶解反应参数体系，从大量酶解蛋白酶中确定最佳复合酶组合为溶菌酶、酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，且确定了其最佳添加比例，该组合酶酶解反应条件温和，酶解液营养保持完整，更能协作互应，提高反应效率及转化率；

酶反应结果随PH值的改变而发生显著的变化，每个酶促反应均存每一酶促反应均存在一个最适宜作用pH值，在低于最适pH值时，蛋白质酶解率随pH值的增大而增大，当达到最适pH值后，随pH值的增大，酶解率反而下降。本发明确定复合酶的最佳酶解PH为6.5；酶量的增大会提高酶对底物的作用能力，由此可引起酶解率的提高，当酶加量增大到一定数值时，蛋白质分子对酶的需求量达到饱和，酶不再是提高蛋白质酶解率的限制性因素，所以酶解率随着酶加量的增大变得平缓，进一步增大，其酶解率反而下降，本研究确定最佳复合酶添加量为5-7％；酶促反应对温度也极为敏感，在保持酶活力的情况下，蛋白质酶解率随温度升高而升高，达最高峰后，继续升高温度，酶活力开始减小，酶解速度迅速下降，蛋白质酶解率随之下降。本研究确定最佳反应温度为55℃；

本发明与常规对苏氨酸母液的处理工艺相比较，不仅苏氨酸发酵糖得到充分提取，在降低污水处理的同时减少了低聚糖生产成本，达到了节能减排、降低投资和增加企业效益双收益的效果。本发明过程不仅解决了对苏氨酸母液中有效成分分离的问题，能够使苏氨酸发酵残糖得到充分的利用，而且能效高，废水排放量少，污染低，电渗析技术具有操作简单、无污染、使用寿命长久等优点。本新型工艺的发明不仅减低企业投资成本，而且节能减排，有一举多得之功效。

其制备的蛋白膏可直接包装制成市售酵母膏替代产品，所得酶解蛋白膏作为氮源替代市售酵母粉，进行苏氨酸发酵试验，连续5罐平均发酵参数分别为：用酶解蛋白膏作为氮源的发酵液产酸12％左右，发酵周期28小时，发酵糖酸转化率66％左右。用市售酵母粉作为氮源的发酵液产酸14％，发酵周期28小时，发酵糖酸转化率67％。通过上述比较本发明所制产品用于苏氨酸发酵完全可替代市售酵母粉产品，从而大幅度降低苏氨酸发酵成本。通过高效液相色谱分析上述低聚异麦芽糖组分发现，低聚异麦芽糖占90％左右，麦芽糖为6％左右，其余为其它微量糖份；低聚异麦芽糖含量较高，适合一般市场需求。

本发明整个工艺过程操作简便，生产成本较低，经济效益显著，十分适合于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

一种处理苏氨酸母液的方法，包括如下步骤：

离心分离：利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速大约为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液。

膜过滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收菌体蛋白，并收集滤液。

菌体蛋白处理：将步骤1)和步骤2)的菌体蛋白合并加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³，酸性蛋白酶25kg/m³以及β-葡聚糖酶5kg/m³，缓慢搅拌，酶解时间为6h获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后，所述蒸发器一效进料温度78℃，末效出料温度43℃，得到膏状物，其干基含量＞65％，将上述膏状物直接包装制成酶解菌体蛋白膏。

糖分回收：将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电沉降提取苏氨酸，产生的废水经过超滤膜过滤后将杂质和清液进行分离，将分离得到的清液通过双极性膜电渗析进行脱盐除杂处理，得到的脱盐清液通过多效板式蒸发器浓缩至1.2g/cm²，浓缩液经过阴、阳离子交换柱两级过柱循环后得到过柱清液，蒸发浓缩生产低聚异麦芽糖和麦芽糖；其中双极性膜电渗析参数为：电极和膜的间距为0.5cm，膜间距为10cm，单膜面积为500cm²，电压恒定为50V，操作温度为26℃，操作时间为40-60min；双极性电渗析器采用钛镀铂金电极板，为盐/酸二室式。

实施例2

用实施例1所得酶解蛋白膏作为氮源替代市售酵母粉，进行苏氨酸发酵试验，连续5罐平均发酵参数分别为：

用实施例1制备的酶解蛋白膏作为氮源的发酵液产酸12％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率66％。

用市售酵母粉作为氮源的发酵液产酸14％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率67％。

通过上述比较本发明所制产品用于苏氨酸发酵完全可替代市售酵母粉产品，从而大幅度降低苏氨酸发酵成本。

通过高效液相色谱分析上述低聚异麦芽糖组分发现，低聚异麦芽糖占90％左右，麦芽糖为6％左右，其余为其它微量糖份；低聚异麦芽糖含量较高，适合一般市场需求。

实施例3

将实施例1制备的酶解蛋白膏经通过喷浆造粒流化床干燥，得到的成品包装制成酶解菌体蛋白粉(喷浆造粒流化床热风温度＜150℃)，替代标准YPD培养基中的酵母粉，其余成分不变，在相同条件下培养酿酒酵母和毕赤酵母，通过比较细胞的生长情况评价产品的培养效果。

利用比浊法测定OD₆₀₀表征细胞的生长情况，表明以本产品可以替代市售酵母粉产品，并取得预期的效果。

本发明和常规工艺相比，产品质量稳定可靠，生产成本大幅度降低，对于味精生产企业来讲，不但能够减少环境污染，减少污水处理费用，同时对资源进行充分利用，达到了节能减耗的目的，必将产生客观的社会效益和经济效益。

Claims (2)

1.一种苏氨酸母液的处理方法，其具体操作步骤为：

1)离心分离：利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体蛋白分离，高速碟片机分离菌体的转速大约为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液。

2)膜过滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收菌体蛋白，并收集滤液。

3)菌体蛋白处理：将步骤1)和步骤2)的菌体蛋白合并加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³，酸性蛋白酶25kg/m³以及β-葡聚糖酶5kg/m³，缓慢搅拌，酶解时间为6h获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后，得到膏状物，其干基含量＞65％，将上述膏状物直接包装制成酶解菌体蛋白膏。

4)糖分回收：将步骤2)收集的滤液通过浓缩、等电沉降提取苏氨酸，产生的废水经过超滤膜过滤后将杂质和清液进行分离，将分离得到的清液通过双极性膜电渗析进行脱盐除杂处理，得到的脱盐清液通过多效板式蒸发器浓缩至1.2g/cm²，浓缩液经过阴、阳离子交换柱得到过柱清液，蒸发浓缩生产低聚异麦芽糖和麦芽糖；其中双极性膜电渗析参数为：电极和膜的间距为0.5cm，膜间距为10cm，单膜面积为500cm²，电压恒定为50V，操作温度为26℃，操作时间为40-60min；双极性电渗析器采用钛镀铂金电极板，为盐/酸二室式。

2.一种利用苏氨酸母液制备菌体蛋白膏方法，其具体操作步骤为：

1)离心分离：利用高速碟片分离机将发酵液中的苏氨酸母液和菌体蛋白进行分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，回收菌体蛋白沉淀，并收集上清液；

2)滤二次去除菌体蛋白：将步骤1)获得的上清液采用陶瓷膜过滤，膜孔径40nm，其中，过滤温度为37℃，进膜压力为2.0bar，过滤回收菌体蛋白，并收集滤液；

3)菌体蛋白处理：将步骤1)和步骤2)的菌体蛋白合并加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³，酸性蛋白酶25kg/m³以及β-葡聚糖酶5kg/m³，缓慢搅拌，酶解时间为6h获得酶解液，然后采用碟片分离机离心去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后，得到膏状物，其干基含量＞65％，将上述膏状物直接包装制成酶解菌体蛋白膏。