CN104804899B - 一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法 - Google Patents

Abstract

一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，该方法是以水酶法提取油茶籽油后的工艺废水为原料，于工艺废水加白土搅拌去杂，得清液；将清液灭菌，冷却后，先后接入经扩大培养的枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌进行二次发酵，最后将所得发酵液离心，除菌体，所得离心液即为洗涤剂基础液。本发明采用本方法处理工艺废水，将工艺废水变废为宝，并且采用微生物发酵，既将工艺废水中茶皂素直接回收利用，极大降低了环境污染风险；同时利用微生物产生的蛋白酶和脂肪酶形成复合性洗涤剂，不仅增强了洗涤效果，而且延伸了产业链，完善了这类新工艺，提升企业产品附加值。

Description

一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法

技术领域

本发明涉及一种洗涤液基础液的制备方法，具体涉及一种通过回收水酶法提取油茶籽油后的工艺废水来制备洗涤液基础液的方法。

背景技术

油茶(camelliaoleifera)是中国特有的油料作物。全国年产油茶籽60万吨，其中湖南、江西两省产量占全国产量的60％以上。油茶籽的茶皂素含量约为8.0-12.0％，其含油量高达35.0-60.0％，油茶籽油的脂肪酸组成与橄榄油相似，特别是油酸和亚油酸的含量高达90％以上，且还含有多种功能性成分，具有明显的预防心血管硬化、降血压、降血脂等功效，作为高档油发展潜力极大。茶皂素(teasaponin，TS)，又称茶皂苷、茶皂甙，是一种性能优良的非离子表面活性剂，具有较强的发泡、乳化、分散、湿润等作用，并具有抗渗、消炎、镇痛、抗癌等生理活性，可广泛应用于食品、医药、日化、农药等行业，经济价值较高。

茶籽油提取方法主要有压榨法和浸提法。压榨法可以保持产品的特殊风味。但此法残油率高(7-10％)、劳动强度大、成本高、动力消耗大，而且饼粕中蛋白质变性严重，只能用作肥料，造成大量优质植物蛋白的浪费。与之相比，浸出法生产效率高且残油率低(1-4％)。但浸出法也有不足之处：设备多、投资大；毛油成分复杂，需要严格的精炼处理，油品风味损失大；湿粕在高温脱溶过程中变性大；对于含油率高的油料种籽，采用直接浸出法溶剂回收系统负荷大；使用有机溶剂增加了工艺的繁琐性、降低了生产的安全性、造成了环境的污染；成品油中残留的微量有机溶剂对人类健康不利。也有两种方法同时采用的预榨-浸出法，即将原料中70-80％的油先用压榨法压出，再将剩余的油用浸出法提取出来。预榨浸出法虽然提油率高(粕残油率1％以下，粉状料2％以下)，但提油过程不同程度引起蛋白质变性，从而影响其营养价值和功能性质，且溶剂浸出过程需脱溶剂，设备多，投资大，污染重。相比之下，水相提取法条件温和、设备简单、环境友好、油品质高，但因为较易引起大量的乳化导致清油得率不高。

茶皂素的提取方法主要有水浸提法、有机溶剂浸提法等。其中，水浸提法的生产工艺、设备简单，但在生产过程中产生大量废水和残渣，后续分离困难，产品纯度低，能耗大。有机溶剂提取法主要是醇提法，常用甲醇提取和乙醇提取，因甲醇溶剂不仅易燃易爆、沸点低，且毒性大、安全生产要求高。水提醇沉法是水提法和有机溶剂法的改进，吸取了两者的优点。水提法杂质多、纯度低，后处理相当困难；有机溶剂法投资大、成本高、工艺复杂。

目前，已经有水酶法从油茶籽提取油脂和茶皂素的研究报道，如：CN101569329提出先用有机溶剂提取茶籽中茶皂素，接着采用减压蒸发回收了茶籽残渣中的有机溶剂再进行水酶法提取茶籽残渣中的油脂，该工艺综合利用并回收了油茶籽中的茶籽油及茶皂素，其提油率为85％，但是能耗较大，未能对油茶籽资源实现高效利用。ZL201110165902.7是一种从油茶籽中提取油茶籽油和茶皂素的方法，该方法包括油茶籽仁预处理、水相提取油茶籽油、茶皂素提取和溶剂回收等步骤。该方法提油率可以达到95％以上，茶皂素回收率达到85％以上，茶籽油油品质优良；并且使用乙醇或异丙醇为溶剂，安全无毒，且沸点较低，易于回收重复利用，能降低生产成本，环境友好。

郭玉宝、屠康、薛正莲等(农业工程学报，2010，9，9(26)：362-366)利用盐溶液辅助水代法从油茶籽中提取茶籽油，清油得率较高，达到96.33％，与浸提法相当，但用盐量极大，每100g原料需消耗约85gNa₂CO₃，所用盐无法回收利用，不仅提升成本且容易造成环境污染。ZL201010585020.1的用茶皂素液生产天然洗涤剂原料液的方法，克服了现有茶皂素液去污能力不强的缺点。该方法是将茶皂素液经微生物发酵后获得用于制备洗涤剂的原料液；所说的微生物为能够在茶皂素水溶液中生长，发酵过程中能产生脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶的细菌、酵母菌、霉菌。该方法选择在茶皂素环境下能够生长的微生物对茶皂素液进行发酵，使其产生一系列具有去污效果的酶系，显著提高了茶皂素液的去污效果与去污范围，同时消耗了其中不具有去污能力的成分，也相应提高了茶皂素的去污效果，但该方法是以现有茶皂液为原料。

目前，水酶法提取油茶籽油的研究已取得了一定的成效并实现产业化，同时水酶法提油过程中产生的工艺废液的处理技术逐步被人们所关注。采用水酶法提取油茶籽油后的工艺水为粘稠的浆液，其中含有大量的粗蛋白、碳水化合物和茶皂素等活性功能成分。油茶籽中的大分子糖类，在油脂提取过程中被糖化酶水解为还原糖类，若不及时处理，极易滋生腐败微生物，尤以产酸细菌和霉菌为甚，直接排放将给环境造成污染。油茶籽油提取废水中含有较高的皂素，是一种较好的清洗剂原料，单独提取成本较高，况且目前洗涤剂基本上以蛋白酶和脂肪酶为主，茶籽油工艺水中含有的大量蛋白质、多糖可以被微生物利用，将具有产酶能力的微生物接种到工艺水中，进行蛋白酶、脂肪酶的优化培养，以达到产酶的目的，结合工艺水中的茶皂素，使工艺水具有一定的去污效果，并应用到目前的洗涤产品中，应该是目前处理该类废水较佳的途径。

碱性蛋白酶是目前应用较为广泛的一种洗涤产品用酶，微生物蛋白酶均为胞外酶，与动、植物源蛋白酶相比具有下游技术处理相对简单、价格低廉、来源广、菌体易于培养、产量高、高产菌株选育简单、快速，具有动植物蛋白酶所具有的全部特性，同时易于实现工业化大批量生产。而且碱性蛋白酶比中性蛋白酶具有更强的水解能力和耐碱能力，有较大耐热性。

本发明通过微生物的筛选，选择具有较高产碱性蛋白酶能力的微生物，接种到水酶法提取油茶籽油的工艺废水中使其产碱性蛋白酶，并通过产酶条件优化提高蛋白酶产量，为今后油茶籽油工艺废水的有效利用提供了参考。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，该方法是以水酶法提取油茶籽油后的工艺废水为原料，进行适当处理后，降低水中有机物质的含量，然后在适当补充营养元素的情况下，通过微生物发酵，形成大量的蛋白酶和脂肪酶，同时利用发酵液中本身存在的茶皂素，获得了具有去污能力强、酶系全面的洗涤剂，提高了茶皂素的去污能力，减少了排放，实现废水回收利用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，该方法步骤如下：

a、以水酶法提取油茶籽油后的工艺废水为原料，按1L工艺废水加6-60g白土的比例，于工艺废水中加入白土，室温搅拌、处理2-4h，采用板框过滤得到清液，备用。

上述工艺废水的主要成分包括蛋白质4％-6％、总糖6％-8％、油脂0.7-1.5％及茶皂素0.6-4.0％。使用时，当天生产的工艺废水，存放不能超过12h使用，或者将生产工艺废水加温到50℃保温备用；

b、将清液于85-100℃进行热处理灭菌20-30min，降温至25-45℃；

c、将经扩大培养的枯草芽孢杆菌按2％(V/V)的接种量接种到清液中，同时适当补充适当的营养素MgSO₄·7H₂O和吐温-80，充分混合，将发酵基质的pH值调整到7.5-8.5之间，在温度为37℃、时间为72-120h、转速为180-220r/min条件下进行第一次发酵；发酵后的蛋白酶活力为100-500u/mL(GB/T23527-2009)。其中，该MgSO₄·7H₂O的加入量为1L工艺废水加1-10gMgSO₄·7H₂O，吐温-80的加入量为1L工艺废水加3-8g吐温-80。

再将经扩大培养的铜绿假单胞菌按2％(V/V)接种量接种入上述发酵后所得的发酵液，同时适当补充适当的营养素K₂HPO₄，该K₂HPO₄的加入量为1L工艺废水加1-3gK₂HPO₄，充分混合，在温度为20-30℃，时间为72h、转速为150-250r/min、pH值为6.5-7.5条件下进行第二次发酵；形成的脂肪酶活性为30-100u/mL(GB/T23535-2009)，终止发酵。

上述该枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌CICC23708，铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌CICC20546。该枯草芽孢杆菌CICC23708和铜绿假单胞菌CICC20546的扩大培养均采用二级扩大培养，即由斜面培养到三角瓶一级扩大培养，再到5-100L发酵罐二级培养。将枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌经一级扩大培养后分别按4％(V/V)量接入发酵罐培养基中，培养条件控制时间为24-72h，要求二级培养的微生物OD值净增在0.6以上，发酵罐培养时的培养基如下。如无特殊说明，扩大培养的其它条件按现有常规技术进行：

上述二级培养时，所用培养基如下：

枯草芽孢杆菌培养基(1L)：酵母浸粉2％、蔗糖1.0％、吐温-800.5％、硫酸镁0.02％、pH9.0，接种量4％(V/V)；

铜绿假单胞菌培养基(1L)：蛋白胨2.0％、蔗糖0.5％、茶油0.5-1.0％、(NH₄)₂SO₄0.1％、MgSO₄·7H₂O0.05％、K₂HPO₄0.1％、pH6.0-6.5，接种量4％(V/V)。

d、将所得发酵液离心除菌体，离心机转速为4000-8000r/min，时间为30s-180s，获得的离心液的茶皂素含量在0.6-6.0％之间，蛋白酶活力在100-500u/mL之间，脂肪酶的活力在30-100u/mL，获得一种具有三种洗涤功能成分的洗涤液基础液。

配制洗涤液时，以本发明的洗涤液基础液为主要成分，添加表面活性剂如直链烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(AESA)、月桂醇硫酸钠(K12或SDS)、壬基酚聚氧乙烯(10)醚(TX-10)、平平加O、二乙醇酰胺(6501)硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐(石油磺酸盐)等，搅拌均匀即可。其中，洗涤液基础液的添加重量为洗涤液重量的85-90％。

本发明的核心是首先必须采用白土对水酶法工业废水进行简单的去杂清理，适当降低其中的有机物质的含量，同时降低工艺废水的粘度，增强微生物的可发酵性能。同时，本发明的工艺废水在原有产酶培养基的基础上配制工艺废水优化产酶培养基，相对有利于枯草芽孢杆菌产蛋白酶和铜绿假单胞菌产生脂肪酶。

本发明的关键要求微生物本身耐一定浓度的茶皂素并且不能利用茶皂素，即在生产形成废水中，含有的一定茶皂素对微生物的发酵不会产生抑制作用，也就是说微生物具有一定的耐茶皂素的能力。

本发明的另外关键就是需要利用微生物连续发酵，适当区分其发酵的条件才能达到效果。其中枯草芽孢杆菌的发酵条件为37℃/72-120h、180-220r/min、pH值在7.5-8.5之间进行，形成蛋白酶达到100-500u/mL(GB/T23527-2009)之间；然后采用铜绿假单胞菌进行发酵，发酵条件为20-30℃/72h、150-250r/min、pH值在6.5-7.5之间，形成脂肪酶活性在30-100u/mL(GB/T23535-2009)。

水酶法与传统的溶剂法和压榨法比较油脂营养素得到极大地提高，产品品质稳定，条件温和，无安全隐患。但产生大量的生产废水，其中有机质含量非常高，COD值和BOD值较大，直接排放环境污染严重，一般企业采用物理化学结合曝气等方法处理成本高，企业无法承受。本发明就解决这个问题，将工艺废水变废为宝，并且采用微生物发酵，既将工艺水中茶皂素直接回收利用，同时利用微生物产生的蛋白酶和脂肪酶形成复合性洗涤剂，增强了洗涤效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：企业采用这种方法处理工艺废水，极大降低了环境污染风险。同时在一次性投入不很大的前提下，发酵处理成为新型复合洗涤剂，延伸了产业链，完善了这类新工艺，提升企业产品附加值。

具体实施方式

采用枯草芽孢杆菌CICC23708和铜绿假单胞菌CICC20546。

采用现有技术配合本发明中提及的发酵罐培养基及发酵条件通过二级扩大培养方式分别制备OD值净增在0.6以上的枯草芽孢杆菌CICC23708和铜绿假单胞菌CICC20546。

实施例1

当天生产的工艺废水，主要成分包括蛋白质4.6％、总糖6％、油脂0.7％、茶皂素3.4％。

(1)于上述工艺废水中，按1L工艺废水加16g白土的比例加入白土，室温处理3.0h，期间进行搅拌，采用板框过滤得到清液，备用。

(2)将上述清液进行简单85℃/30min热处理，降温到25℃。按照2％(V/V)比例将经扩大培养好的枯草芽孢杆菌CICC23708接种到清液中，同时补充营养素MgSO₄·7H₂O和吐温-80(1L工艺废水加5gMgSO₄·7H₂O和5g吐温-80)，充分混合，在37℃、220r/min、72h、pH7.5条件下发酵，此时蛋白酶的活力为135u/mL(GB/T23527-2009)，中止发酵。

(3)将经扩大培养的铜绿假单胞菌CICC20546按2％(V/V)接种量接种入上述发酵后所得的发酵液中，同时补充营养素K₂HPO₄(1L工艺废水加2gK₂HPO₄)，充分混合，在20℃、72h、150r/min、pH值7.5条件下进行第二次发酵；形成脂肪酶活性为38u/mL(GB/T23535-2009)，终止发酵。

(4)将上述发酵液离心(6000r/min，150s)除菌体，获得的离心液的茶皂素含量为3.1％，蛋白酶活力为132u/mL，脂肪酶活力为35.8u/mL，获得一种具有三种洗涤功能成分的洗涤液基础液。

实施例2

当天生产的工艺废水，主要成分包括：蛋白质4.0％、总糖5.5％、油脂1.0％、茶皂素1.4％。

(1)于上述工艺废水中，按1L工艺废水加60g白土的比例加入白土，室温处理2.0h，期间进行搅拌，采用板框过滤得到清液，备用。

(2)将上述清液进行简单100℃/20min热处理，降温到45℃。按照2％(V/V)比例将经扩大培养好的枯草芽孢杆菌CICC23708接种到清液中，同时补充营养素MgSO₄·7H₂O和吐温-80(1L工艺废水加10gMgSO₄·7H₂O和8g吐温-80)，充分混合，在37℃、180r/min、120h、pH8.5条件下发酵，此时蛋白酶的活力为235u/mL(GB/T23527-2009)，中止发酵。

(3)将经扩大培养的铜绿假单胞菌CICC20546按2％(V/V)接种量接种入上述发酵后所得的发酵液中，同时补充营养素K₂HPO₄(1L工艺废水加3gK₂HPO₄)，充分混合，在28℃、72h、200r/min、pH值6.5条件下进行第二次发酵；形成脂肪酶活性为58u/mL(GB/T23535-2009)，终止发酵。

(4)将上述发酵液离心(8000r/min，30s)除菌体，获得的离心液的茶皂素含量为1.2％，蛋白酶活力为231u/mL，脂肪酶活力为55.8u/mL，获得一种具有三种洗涤功能成分的洗涤液基础液。

实施例3

当天生产的工艺废水，主要成分包括：蛋白质3.8％、总糖5％、油脂1.5％、茶皂素3.2％。

(1)于上述工艺废水中，按1L工艺废水加6g白土的比例加入白土，室温处理4.0h，期间进行搅拌，采用板框过滤得到清液，备用。

(2)将上述清液进行简单92℃/25min热处理，降温到30℃。按照2％(V/V)比例将经扩大培养好的枯草芽孢杆菌CICC23708接种到清液中，同时补充营养素MgSO₄·7H₂O和吐温-80(1L工艺废水加1gMgSO₄·7H₂O和3g吐温-80)，充分混合，在37℃、200r/min、100h、pH8.0条件下发酵，此时蛋白酶的活力为167u/mL(GB/T23527-2009)，中止发酵。

(3)将经扩大培养的铜绿假单胞菌CICC20546按2％(V/V)接种量接种入上述发酵后所得的发酵液中，同时补充营养素K₂HPO₄(1L工艺废水加1gK₂HPO₄)，充分混合，在30℃、72h、250r/min、pH值7.0条件下进行第二次发酵；形成脂肪酶活性为34.8u/mL(GB/T23535-2009)，终止发酵。

(4)将上述发酵液离心(4000r/min，180s)除菌体，获得的离心液的茶皂素含量为2.9％，蛋白酶活力为163u/mL，脂肪酶活力为32u/mL，获得一种具有三种洗涤功能成分的洗涤液基础液。

Claims (4)

1.一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

a、以水酶法提取油茶籽油后的工艺废水为原料，按1L工艺废水加6-60g白土的比例，于工艺废水中加入白土搅拌2-4h，采用板框过滤去杂，得清液；

b、将清液于85-100℃灭菌20-30min，冷却至25-45℃；

c、于清液中先接种经扩大培养的枯草芽孢杆菌进行第一次发酵，发酵条件：接种量为2％体积、温度为37℃、时间为72-120h、转速为180-220r/min、pH值为7.5-8.5；再接种经扩大培养的铜绿假单胞菌进行第二次发酵，发酵条件：接种量为2％体积、温度为20-30℃，时间为72h、转速为150-250r/min、pH值为6.5-7.5；其中，该枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌CICC23708，铜绿假单胞菌为铜绿假单胞菌CICC20546；

其中，第一次发酵时，清液中加入有MgSO₄·7H₂O和吐温-80，该MgSO₄·7H₂O的加入量为1L工业废水加1-10gMgSO₄·7H₂O，吐温-80的加入量为1L工业废水加3-8g吐温-80；

第二次发酵时，于第一次发酵后的发酵液中加入有K₂HPO₄，该K₂HPO₄的加入量为1L工业废水加1-3gK₂HPO₄；

d、将所得发酵液离心除菌体，离心转速为4000-8000r/min，时间为30s-180s，离心液即为洗涤剂基础液。

2.如权利要求1所述的一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，其特征在于，所述步骤c中枯草芽孢杆菌的扩大培养采用二级扩大培养，发酵罐培养时，时间为24-72h，至OD值净增在0.6以上，1L培养基组成为：酵母浸粉2％、蔗糖1.0％、吐温-800.5％、硫酸镁0.02％、pH9.0，接种量4％体积。

3.如权利要求1所述的一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，其特征在于，所述步骤c中铜绿假单胞菌的扩大培养采用二级扩大培养，发酵罐培养时，时间为24-72h，至OD值净增在0.6以上，1L培养基组成为：蛋白胨2.0％、蔗糖0.5％、茶油0.5-1.0％、(NH₄)₂SO₄0.1％、MgSO₄·7H₂O0.05％、K₂HPO₄0.1％、pH6.0-6.5，接种量4％体积。

4.如权利要求1所述的一种回收水酶法制油工艺废水制备洗涤液基础液的方法，其特征在于，所述工艺废水的主要成分包括蛋白质4％-6％、总糖6％-8％、油脂0.7-1.5％及茶皂素0.6-4.0％。