CN103695337A

CN103695337A - 采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法

Info

Publication number: CN103695337A
Application number: CN201310661306.7A
Authority: CN
Inventors: 刘永跃; 何璧梅; 许宜北; 汪涌
Original assignee: DADI LVYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY (BEIJING) CO LTD
Current assignee: DADI LVYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY (BEIJING) CO., LTD.
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN103695337B

Abstract

本发明提供一种采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法，在抗菌素菌渣中加入嗜热微生物菌剂，使抗菌素菌渣减量化，并使菌渣中的抗菌素残留降低。在有氧发酵条件下，抗菌素菌渣减量85%以上，菌渣中的抗菌素残留去除率达90%以上。本方法的优点是抗菌素菌渣减量化程度高，残留去除率高。本发明将抗菌素菌渣减量,减量后的菌渣再焚烧，大大节约了焚烧成本。此法简单，易于操作，占地面积小，投资成本低，不会对环境产生二次污染，具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。

Description

采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法

技术领域

本发明属于生物降解领域，具体地说，涉及一种采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法。

背景技术

抗菌素在人类的生存和发展以及畜牧业生产中发挥着巨大的作用。到目前为止，抗菌素在其应用领域依然是无法被其他物质所取代的。抗菌素菌渣是抗菌素生产过程的必然产物。这些菌渣因含有丰富的蛋白质、多糖、氨基酸，2008年前一直被采用干燥加工等技术处理后或作为饲料、饲料添加剂，或作为肥料、生产复合肥的原料被进行综合利用。但因为抗菌素菌渣中抗菌素残留较高，如头孢菌素C在菌渣中的残留约2～2.5mg/g，青霉素在菌渣中的残留约1～2mg/g,红霉素在菌渣中的残留约0.2～0.9mg/g，土霉素在菌渣中的残留约0.5～2.1mg/g，四环素在菌渣中的残留约0.5～2mg/g。这些残留物最终都会通过食物链进入动物体内和人体内。长期摄入含有氨基糖苷类抗菌素残留的食品会导致肾毒性和耳毒性；长期摄入含有头孢类青霉素类抗菌素残留的食品导致哮喘、紫斑；另外它会使病原菌耐药性增加，从而带来预防与治疗某些人类疾病和牲畜家禽疾病的困难，最后导致无药可治；而将它们作肥料使用会造成土壤中的微生物生态环境的严重失调，土壤肥力下降，加速石漠化沙漠化；同时影响我国畜产品的出口贸易。

2008年后，国家将抗菌素菌渣列为危险废物，按危险废物处置只能焚烧。我国已经成为全球最大的抗菌素原料药生产国和出口国，原料药产量已占全球总产量的80%，其中出口占到全世界原料药市场的70%以上。2012年全国生产抗菌素约14万吨，其菌渣超过150万吨。菌渣的焚烧成本已成为抗菌素工业生存和发展的瓶颈。

对抗菌素菌渣的处理，一直都在寻求更妥善的处置途径。许多科研机构及制药企业开展了抗菌素菌渣无害化处置和不同用途的研究。环境保护部门也非常重视和鼓励抗菌素菌渣处置等新技术的开发。例如，比较成功的有1）药渣炭化处置；2）生物质能热电联供技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法。

为了实现本发明目的，本发明首先提供一种用于处理抗菌素菌渣的嗜热微生物复合菌剂，所述复合菌剂中有效成分包括保藏编号为CGMCC No.5641的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM01、保藏编号为CGMCC No.5642的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM02、保藏编号为CGMCC No.5643的芽孢杆菌（Bacillus sp.）UTM03、保藏编号为CGMCC No.5927的甲基营养性芽孢杆菌（Bacillusmethylotrophicus）UTM401、保藏编号为CGMCC No.5928的厌氧芽孢杆菌（Anoxybacillus mongoliensis）UTM501、保藏编号为CGMCCNo.5929的嗜热兼氧芽孢杆菌（Anoxybacillus pushchinoensis）UTM601，它们都是从高温环境中筛选出的微生物。

本发明还提供所述嗜热微生物复合菌剂的制备方法，包括菌株的斜面培养、种子培养和发酵培养的步骤，待菌液OD₆₀₀≥1.9，合并各菌液，即得嗜热微生物复合菌剂。所述嗜热微生物复合菌剂中活菌数≥1×10¹¹CFU/mL。

斜面培养基：蛋白胨10g、酵母膏10g、氯化钠10g、琼脂16～20g，水1000mL，pH自然。

种子培养基：蛋白胨10g、酵母膏10g、氯化钠10g，水1000mL，pH6.5～7.2。

发酵培养基：葡萄糖5g、酵母膏10g、蛋白胨10g、氯化钠10g，水1000mL，pH6.0～7.0。

摇瓶种子培养：分别从各菌株斜面上刮菌苔接种于种子培养基中,40℃培养20～24小时，摇床转速200～220rpm。待各菌液OD₆₀₀≥1.5，并瓶。并瓶后的种子液接种于发酵罐。

发酵罐培养：50L发酵罐内装30L发酵培养基，接种量0.1～0.5%（v/v），40℃培养20～24小时，发酵罐转速100～200rpm，通气量1:0.1～0.3,OD₆₀₀≥1.9终止培养。

菌剂成品：发酵液直接分装25kg/桶或制粒后分装10kg/袋。

本发明还提供采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法，即利用本发明所述的嗜热微生物复合菌剂处理抗菌素菌渣。处理后的抗菌素菌渣被减量化85%以上，抗菌素菌渣中抗菌素残留的去除率可达90%以上。

其中，所述抗菌素菌渣的水分含量被调整为55～65%，每吨菌渣中加入菌剂1L或1kg。所述抗菌素菌渣包括但不限于头孢菌素菌渣、土霉素菌渣、红霉素菌渣和洛伐他汀菌渣等。

其是利用所述嗜热微生物复合菌剂通过好氧静态发酵技术处理抗菌素菌渣。发酵温度可达90℃以上，发酵周期为15～20天。发酵过程中保持通气量在1:0.05～0.2（v/v）。

本发明提供的采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法，还包括对菌剂处理后的菌渣进行焚烧的步骤。

具体地，本发明的抗菌素菌渣好氧静态发酵技术，发酵车间的发酵槽大小和个数视菌渣处理量而定，设有拌混区、行车道（图1、2）。每个发酵槽地面设有1～3个凹沟，凹沟中铺有通气管，通气管上有多通气孔，用风机供气。用铲车在拌混区将菌渣、水分调节剂拌混均匀，使其水分含量在55～65%范围内。再按1吨菌渣加入1L或1kg嗜热微生物复合菌剂，混匀。混匀好的上述物料用铲车移到发酵槽中，放置高度不得低于2.2M。采用风机对堆体间断或不间断供气。如100吨堆体使用风机功率约4KW，全风压14kpa,风量700M³/h。

发酵一定时间后采用铲车以倒槽的形式对物料进行翻抛或采用翻抛机对物料进行翻抛。翻抛次数视发酵情况而定，一个发酵周期约3～4次。

发酵过程中温度、含水量的变化与菌渣减量和抗菌素残留的关系：

菌渣中含有大量的蛋白质、多糖、氨基酸和少量抗菌素等物质。微生物利用这些营养物质和其它有机物大量繁殖的同时放出热量使堆体温度逐渐升高，含水量逐渐减少，菌渣量减少，抗菌素残留的减少。发酵第3～4天堆体温度50～60℃，水分含量约45～52%，减量5～10%，去除率约1～2%；第5～6天堆体温度上升80～90℃，水分含约48%，减量15～20%，去除率约5%，第7～8天温度上升至100～105℃，水分含约45%，减量40～50%，去除率约20～30%，第9～16天一直维持100～105℃高温，直至水分含量降至30%，堆体温度开始下降，发酵结束，此时菌渣减量85%以上，抗菌素去除率90%以上，发酵周期15～20天（图3、4）。

本发明提供一种在抗菌素菌渣中加入嗜热微生物菌剂，使抗菌素菌渣减量化，并使菌渣中的抗菌素残留降低的方法。本发明采用嗜热微生物的复合菌剂作为抗菌素菌渣处理菌株，其在有氧发酵的条件下使抗菌素菌渣减量85%以上，菌渣中的抗菌素残留去除率达90%以上。本方法的优点是抗菌素菌渣减量化程度高，残留去除率高。本发明将抗菌素菌渣减量,减量后的菌渣再焚烧，大大节约了焚烧成本。此法简单，易于操作，占地面积小，投资成本低，并且不会对环境产生二次污染，具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。

附图说明

图1所示为本发明处理抗菌素菌渣使用的静态发酵槽。

图2所示为本发明发酵槽地面上的供气凹沟。

图3和图4所示为本发明抗菌素菌渣发酵时的状态。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

实施例1用于处理抗菌素菌渣的嗜热微生物复合菌剂及其制备

所述复合菌剂中有效成分包括保藏编号为CGMCC No.5641的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM01、保藏编号为CGMCC No.5642的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM02、保藏编号为CGMCC No.5643的芽孢杆菌（Bacillus sp.）UTM03、保藏编号为CGMCC No.5927的甲基营养性芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）UTM401、保藏编号为CGMCC No.5928的厌氧芽孢杆菌（Anoxybacillusmongoliensis）UTM501和保藏编号为CGMCC No.5929的嗜热兼氧芽孢杆菌（Anoxybacillus pushchinoensis）UTM601，它们都是从高温环境中筛选出的微生物。

所述嗜热微生物复合菌剂中活菌数≥1×10¹¹CFU/mL。

摇瓶种子培养：分别从各菌株斜面上刮菌苔接种于种子培养基中，40℃培养20～24小时，摇床转速200～220rpm。待各菌液OD₆₀₀≥1.5，并瓶。并瓶后的种子液接种于发酵罐。

菌剂成品：发酵液直接分装25kg/桶或制粒后分装10kg/袋。

实施例2头孢菌素菌渣的处理

从某公司运来40吨头孢菌素C（CPC）菌渣，含水量约75%，其中每g干重（%）含约粗蛋白42.9、粗脂肪2.9、糖类38.1、粗纤维3.5、粗灰粉8.7；其中，钙2.2、磷1.3；氨基酸含量见表1。头孢菌素含量为2414ppm。加入水分调节剂20吨（含水量约30%），充分拌混均匀，此物料含水量约60%。加入40L实施例1中制备的嗜热微生物菌剂再进一步拌混均匀。在发酵槽进行堆置好氧发酵。第1～3天，通气量低，为全量700m³/h的1/3～1/4，第4天后加大风量为全量的1/2～1，8天后为全量至发酵结束。

每天10:00和16:00从多点（3～5）检测物料的温度，并于0、3、5、8、10、13、15、18、20天用干燥失重法测定含水量、同时算出物料的减重情况。并按中国药典2010版有关规定HPLC法测定CPC含量，结果如表2所示。

表1头孢菌素C菌渣中氨基酸含量(干重，%)

表2头孢菌素C菌渣发酵过程中各指标的变化（N=4）

从表2可以看出，微生物在有氧条件下的生长繁殖过程中分解和利用菌渣中的大量残存蛋白质、糖、氨基酸、无机盐和其它有机物时放出热量使堆体温度升高，含水量减少，堆体重量减少，CPC残留减少。

实施例3土霉素菌渣的处理

从某公司运来21吨土霉素菌渣，含水量约72%，其中每g干重（%）含约粗蛋白44.7、粗脂肪1.1、糖类36.2、粗纤维4.3、粗灰粉10.1；其中，钙5.2、磷0.3；氨基酸含量见表3。土霉素菌渣中土霉素含量1103ppm。加入水分调节剂10吨（含水量约30%），充分拌混均匀，此物料含水量约58%。加入21L实施例1中制备的嗜热微生物菌剂再进一步拌混均匀。用铲车运至发酵槽中进行堆置好氧发酵。在好氧发酵的第1～4天，通气量低为全量700m³/h的1/3～1/4，第5天后加大风量为全量的1/2～1，8天后为全量至发酵结束。

每天10:00和16:00从多点（3～5）检测物料的温度，并于0、3、5、8、10、13、15、18、20天测定含水量、同时算出物料的减重情况。并用HPLC法测定青霉素含量,结果如表4所示。

表3土霉素菌渣中氨基酸含量(干重，%)

表4土霉素菌渣发酵过程中各指标的变化（N=4）

从表4可以看出，由于微生物在生长繁殖的过程中分解和利用菌渣中的蛋白质、糖、无机盐和其它有机物时放出热量使堆体温度升高，含水量在10天后快速减少，堆体重量在20天时减量化达85以上，菌渣中土霉素残留量大幅下降。

实施例5红霉素菌渣的处理

从某公司运来24吨红霉素菌渣，含水量约68%，其中每g干重（%）含约粗蛋白33.7、粗脂肪13.3、糖类29.7、粗纤维2.0、粗灰粉13.9；其中，钙3.4、磷2.5；氨基酸含量见表5。红霉素含量约821ppm。加入水分调节剂10吨（含水量30%），充分拌混均匀，此物料含水量约57%。加入24L实施例1中制备的嗜热微生物菌剂再进一步拌混均匀。在发酵槽进行堆置好氧发酵。第1～3天，通气量低为全量700m³/h的1/3～1/4，第4天后加大风量为全量700m³/h的1/2～1，8天后为全量至发酵结束。

每天10:00和16:00从多点（3～5）检测物料的温度，并于0、3、5、8、10、13、15、18、20天用干燥失重法测定含水量、同时算出物料的减重情况。并按中国药典2010版有关规定HPLC法测定菌渣中红霉素的含量，结果如表6所示。

表5红霉素菌渣中氨基酸含量(干重，%)

表6红霉素菌渣发酵过程中各指标的变化（N=4）

实施例6洛伐他汀菌渣的处理

从某公司运来16吨洛伐他汀菌渣，含水量约68%，其中每g干重（%）约含粗蛋白37.6、粗脂肪2.8、糖类40.7、粗纤维3.3、粗灰粉8.3；其中，钙1.2、磷0.5；乙酸乙酯3.9；氨基酸含量见表7。而含洛伐他汀含量为597ppm。加入水分调节剂7吨（含水量30%），充分拌混均匀，此物料含水量约56%。加入16L实施例1中制备的嗜热微生物菌剂后进一步拌混均匀。在发酵槽进行好氧发酵。第1～3天，通气量低为全量的700m³/h的1/3～1/4，第4天后加大风量为全量的1/2～1，8天后为全量至发酵结束。

每天10:00和16:00从多点（3～5）检测物料的温度，并于0、3、5、8、10、13、15、18、20天用干燥失重法测定含水量、同时算出物料的减重情况。并按中国药典2010版有关规定HPLC法测定菌渣中洛伐他汀的含量，结果如表8所示。

表7洛伐他汀菌渣中氨基酸含量(干重，%)

表8洛伐他汀菌渣发酵过程中各指标的变化（N=4）

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.用于处理抗菌素菌渣的嗜热微生物复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂中有效成分包括保藏编号为CGMCC No.5641的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM01、保藏编号为CGMCC No.5642的嗜热地芽杆菌（Geobacillus sp.）UTM02、保藏编号为CGMCC No.5643的芽孢杆菌（Bacillus sp.）UTM03、保藏编号为CGMCC No.5927的甲基营养性芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）UTM401、保藏编号为CGMCC No.5928的厌氧芽孢杆菌（Anoxybacillusmongoliensis）UTM501、保藏编号为CGMCC No.5929的嗜热兼氧芽孢杆菌（Anoxybacillus pushchinoensis）UTM601。

2.权利要求1所述嗜热微生物复合菌剂的制备方法，其特征在于，包括菌株的斜面培养、种子培养和发酵培养的步骤，待菌液OD₆₀₀≥1.9，合并各菌液，即得嗜热微生物复合菌剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述嗜热微生物复合菌剂中活菌数≥1×10¹¹CFU/mL。

4.采用嗜热微生物菌剂处理抗菌素菌渣的方法，其特征在于，利用权利要求1所述的嗜热微生物复合菌剂处理抗菌素菌渣。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抗菌素菌渣的水分含量为55～65%，每吨菌渣中加入菌剂1L或1kg。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述嗜热微生物复合菌剂通过好氧静态发酵技术处理抗菌素菌渣。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，发酵温度为90℃以上，发酵周期为15～20天。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，发酵过程中保持通气量在1:0.05～0.2（v/v）。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抗菌素菌渣包括但不限于头孢菌素菌渣、土霉素菌渣、红霉素菌渣和洛伐他汀菌渣。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括对菌剂处理后的菌渣进行焚烧的步骤。