CN104844468A - 一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，公开了一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备苏氨酸晶体和母液，步骤2）制备颗粒蛋白，步骤3）制备鸡饲料，以及步骤4）制备肥料。本发明工艺同时制备了颗粒蛋白、饲料以及肥料，充分利用了发酵母液成分，全过程无废弃物产生，环保无污染，真正实现了变废为宝。

Description

一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺

技术领域

本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，具体涉及一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺。

背景技术

苏氨酸，简称Thr，化学式是C4H9NO3，是一种必需的氨基酸，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，随着赖氨酸、蛋氨酸合成品在配合饲料中的广泛应用，苏氨酸逐渐成为影响畜禽生长的主要限制性因素。苏氨酸主要用做饲料添加剂，其生产步骤为浓缩、结晶、提取菌体蛋白，而其过程中产生的菌体蛋白和母液处理难度较大，成本较高，难以获得性价比较高的副产品。

目前，苏氨酸的生产方法主要有发酵法、蛋白质水解法和化学合成法三种，其中微生物发酵法已经成为生产苏氨酸的主流方法。发酵法生产苏氨酸需经过发酵、膜过滤、浓缩结晶、离心分离、干燥、筛分、包装等工艺操作，产生大量有机废水，其含有菌体蛋白，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，不仅严重污染了自然环境，而且制约了苏氨酸行业的发展。虽然生产企业、科研机构及有关的大专院校都对治理进行了大量的研究。但是，目前国内外都还没有成熟的成套技术应用于生产实践。主要的问题是一次性投资过大，或者日常运行费用过高，多数厂家无法承受，不得不长期维持超标排放的现状。

中国专利CN 201410559142A公开了利用生物制剂处理苏氨酸发酵废水的环保工艺，该工艺将菌体蛋白制备了益生菌剂，将废水通过微生物制剂处理后排放；上述工艺没有充分利用废水，造成了浪费，并且没有对菌体蛋白之外的其他糖类，蛋白以及纤维成分充分利用，没有给企业带来利润。因此，研究一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，以减少废水污染、降低污水处理负担，增加企业的经济效益，最大限度提高工业附加值，具有重要战略意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，该工艺同时制备了颗粒蛋白、饲料以及肥料，有效利用了废弃母液成分，全过程无废弃物产生，环保无污染，节能减排。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，其包括如下步骤：1）制备苏氨酸晶体和母液，2）制备颗粒蛋白，3）制备鸡饲料，以及4）制备肥料。

具体地，所述工艺包括如下步骤：

1）制备苏氨酸晶体和母液：苏氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集苏氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到母液；

     2）制备颗粒蛋白：将母液进行加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以3500r/min的转速离心15min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，随后紫外线照射8min；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入相当于菌体两倍质量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应20min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到颗粒蛋白；

   3）制备鸡饲料：将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、麦麸、鱼骨粉、高粱粉以及稻糠按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%质量分数，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到鸡饲料；

4）制备肥料：往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉以及草木灰，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸以及硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得肥料。

其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为36℃；

所述纤维素酶的酶活为5000U/g；所述鱼骨粉和高粱粉分别由鱼骨和高粱粉碎制得；

其中，步骤3）所得上清液、腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉、草木灰以及氨水的质量比为50：15：12：10：6：5；所述玉米秸秆粉是由玉米秸秆粉碎制得。

本发明有益效果主要包括：

由于苏氨酸母液含有大量的发酵菌体、蛋白、糖分以及纤维类物质，本发明在生产苏氨酸的同时，利用了废弃母液，省去了母液处理过程，降低生产成本，实现了变废为宝，大幅度提高了资源的利用率；本发明同时制备了高纯度颗粒蛋白、饲料以及肥料，有效利用了废弃母液成分，全过程无废弃物产生，环保无污染；本发明采用分级处理方式，制备的高纯度蛋白工业附加值高，制备的饲料养殖效果好，制备的肥料肥效持久，成本低廉；本发明结合高速离心、紫外照射以及酸水解多种技术，大大提高了菌体的裂解率，提高了蛋白产量；本发明饲料采用氨化和酶处理技术，有效利用了发酵废料和农业废料，使得饲料营养成分更全面；本发明采用废水来制备肥料，避免了浪费水资源，并且提供了微量元素和氨基酸成分，使得肥料养分更加全面持久。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，其包括如下步骤：

1）制备苏氨酸晶体和母液：苏氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集苏氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到母液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000 Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300 Da，超滤温度为36℃；

     2）制备颗粒蛋白：将母液进行加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以3500r/min的转速离心15min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，然后紫外线照射8min，菌体厚度为10cm，紫外线强度为2000uW/cm²；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入相当于菌体两倍质量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应20min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到颗粒蛋白；

   3）制备鸡饲料：将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、麦麸、鱼骨粉、高粱粉以及稻糠按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%质量分数，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到鸡饲料；所述纤维素酶的酶活为5000U/g；所述鱼骨粉和高粱粉分别由鱼骨和高粱粉碎制得；

4）制备肥料：往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉以及草木灰，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸以及硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得肥料；其中，步骤3）所得上清液、腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉、草木灰以及氨水的质量比为50：15：12：10：6：5；所述玉米秸秆粉是由玉米秸秆粉碎制得。

实施例2

本发明将实施例1制备的颗粒蛋白，纯度可达到90%以上，替代市售标准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（OD600）评价产品的培养效果。具体见表1：

                            表1

组别	酿酒酵母培养20h	毕赤酵母培养20h
			实施例1	2.35	1.64
市售酵母粉	1.99	1.51

结论：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，培养效果更佳，能给企业带来巨大的经济效益。

实施例3

实施例1制备的饲料养殖试验：

实施例1制备的饲料对于鸡生长发育的影响

对照组：基础日粮：普通型饲料＝8：1；

试验组：基础日粮：实施例1饲料＝8：1；

选用健康雏鸡，共40只，随机分为两组，包括对照组和试验组，每组20只，试验时间40天。

分别于第1天和第40天称重，统计各组饲料喂养后鸡的平均日增重（g/只），具体见表2。

表2  鸡的平均日增重对比表 

组别	第1天均重（g/只）	第40天均重（g/只）	平均增重（g/只）
				对照组	42.1	1419.6	1377.5
试验组	41.8	1623.9	1582.1

结论：由表2可知，试验组的鸡平均日增重大于对照组，说明本发明的饲料喂养的鸡的生长速度显著快于普通型饲料喂养的鸡的生长速度。

实施例4

 本发明肥料种植效果试验：以水稻为例。

水稻试验田共设四个区，每个区的面积为一亩。试验设如下2个处理组：试验组：实施例1肥料；对照组：复合肥：氮-磷-钾=23-7-6。施用方式：每亩地施用40kg，土下15cm施用。

试验发现，施用本发明肥料在一定程度上有增产的效果，并且空秕粒比例大大降低，其中试验组的水稻产量平均为502kg/亩，对照组的产量为478kg/亩，试验组的水稻空秕粒比例仅为6.7%，对照组的产空秕粒比例为12.3%。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，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作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种处理苏氨酸发酵母液的环保工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：步骤1）制备苏氨酸晶体和母液，步骤2）制备颗粒蛋白，步骤3）制备鸡饲料，以及步骤4）制备肥料。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

步骤1）制备苏氨酸晶体和母液：苏氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集苏氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到母液；

    步骤2）制备颗粒蛋白：将母液进行加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以3500r/min的转速离心15min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，随后紫外线照射8min；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入相当于菌体两倍质量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应20min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到颗粒蛋白；

   步骤3）制备鸡饲料：将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、麦麸、鱼骨粉、高粱粉以及稻糠按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%质量分数，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到鸡饲料；

步骤4）制备肥料：往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉以及草木灰，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸以及硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得肥料。

3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤1）中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000 Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300 Da，超滤温度为36℃。

4.根据权利要求2或3所述的工艺，其特征在于，所述纤维素酶的酶活为5000U/g。

5.根据权利要求2或3所述的工艺，其特征在于，所述步骤4）中，步骤3）所得上清液、腐植酸钾、硅藻土、玉米秸秆粉、草木灰以及氨水的质量比为50：15：12：10：6：5；所述玉米秸秆粉是由玉米秸秆粉碎制得。