CN105999763B - 一种槐糖脂发酵生物分离系统及方法 - Google Patents

一种槐糖脂发酵生物分离系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种槐糖脂发酵生物分离系统及方法，分离系统包括发酵罐12，第一泵13，第二泵14，纯品罐15，食用油罐16，发酵液收集罐17，还包括第一生物分离器10，第二生物分离器11，所述生物分离器为带有顶壁的漏斗状罐；本发明的系统先利用第一生物分离器实现槐糖脂与发酵液的分离，初步提高槐糖脂纯度；再通过第二生物分离器实现槐糖脂与食用油的分离，再次提高槐糖脂的纯度；本发明可实现发酵液菌体的回收利用，提高菌体利用率和产物产量。相比于使用有机溶剂萃取的传统方法，利用食用油提取发酵液中槐糖脂的办法更为环保和实用。本发明节约能耗，环境友好，成本低廉，通过简单的操作便实现发酵分离相耦合的方法生产槐糖脂。

Description

一种槐糖脂发酵生物分离系统及方法
技术领域
本发明涉及一种槐糖脂生物分离系统及方法。
背景技术
海上溢油事故时有发生，尽管围油栏、撇油器等方法能够回收部分石油，但仍有大量溢油难以回收，此时寻找合适的办法实现石油的分解是解决海上溢油问题的一大途径。目前，国际上较多应用溢油分散剂处理海上溢油，溢油分散剂能够加速石油的分解过程，加之海浪等自然因素的作用，可快速有效实现石油的生物降解。
溢油分散剂的主要成分是表面活性剂，表面活性剂可分为化学表面活性剂和生物表面活性剂。以往较多应用化学表面活性剂，但由于化学表面活性剂自身同样有污染环境的问题，因此化学消油剂的使用常常会引入海洋的二次污染。此时，以生物表面活性剂为原料制成的生物消油剂的优良性能展露无疑：更好地消油效果、良好的环境相容性、微弱的毒副作用等。但由于生物表面活性剂的生产成本过高，导致其大规模应用受阻。因此，降低生物表面活性剂的生产成本是实现生物法消油的必然前提。目前，国际上针对生物表面活性剂研究已取得一定的成果。且应用生物消油剂处理海上溢油已有不少先例，我国在2010年7月便首次应用生物消油剂处理某海域原油泄漏问题，并取得很好的海洋修复效果。加之人们对于环境保护的日益重视，生物法消油逐步取代化学法消油是时代发展的必然趋势。
槐糖脂作为一种生物表面活性剂，具有良好的分散性、增容性、乳化性以及环境相容性，目前已有针对以槐糖脂为原料生产溢油分散剂的研究，所得生物消油剂优势明显。此外，槐糖脂在食品添加、抗癌抑菌药物研究以及日化等行业均有广阔的应用空间。
目前，本实验室已通过对发酵罐的改造实现了槐糖脂的半连续生产，粗产量达484g/L，但由于粗产物中混有较多的菌体和发酵液，使得槐糖脂纯度较低，仅有60％。因此，如何提高产物纯度成为推广槐糖脂半连续发酵过程中要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能提高槐糖脂产量和纯度以及实现菌体的回收利用的、结构简易的、操作简单的和环境友好的槐糖脂发酵生物分离系统。
本发明的第二个目的是提供一种槐糖脂发酵生物分离方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种槐糖脂发酵生物分离系统，包括发酵罐12，第一泵13，第二泵14，纯品罐15，食用油罐16，发酵液收集罐17，还包括第一生物分离器10，第二生物分离器11，所述生物分离器为带有顶壁的漏斗状罐；发酵罐12的底部通过管道依次与第一阀门18和第一生物分离器10的顶壁连接；食用油罐16通过管道依次与第一泵13和第一生物分离器10的顶壁连接；第一生物分离器10的底部连接的管道分两路，一路通过依次与第二阀门20和第二生物分离器11的顶壁连接；另一路依次与第三阀门21、发酵液收集罐17、第二泵14和发酵罐12的顶部连接；第二生物分离器11的底部连接的管道分两路，一路依次与第四阀门24和纯品罐15连接；另一路依次与第五阀门25和食用油罐16连接；第一生物分离器10的顶壁上设置有连接第一压力平衡阀19的管道；第二生物分离器11的顶壁上设置有连接第二压力平衡阀22的管道。
一种槐糖脂生物分离方法，包括如下步骤：
(1)使用上述一种槐糖脂发酵生物分离系统；
(2)打开第一阀门18，使发酵罐12发酵获得的槐糖脂粗产物进入第一生物分离器10中，启动第一泵13，将贮存在食用油罐16的食用油泵入第一生物分离器10中，食用油与槐糖脂粗产物混匀后，分为两相，上层为食用油与槐糖脂的混合疏水相，下层为发酵液相，调节第一压力平衡阀19，使第一生物分离器10气压平衡，关闭第二阀门20，打开第三阀门21，使下层的发酵液相进入发酵液收集罐17，并通过第二泵14输入发酵罐12中；关闭第三阀门21，打开第二阀门20，使食用油与槐糖脂的混合疏水相进入第二生物分离器11中；静置15-30min，使槐糖脂与食用油分离，调节第二压力平衡阀22，使第二生物分离器11气压平衡，关闭第五阀门25，打开第四阀门24，使槐糖脂进入纯品罐15，关闭第四阀门24，打开第五阀门25，使食用油进入食用油罐16。
优选的是食用油与槐糖脂粗产物的质量比为2:1，还可以选用其它比例。
食用油优选豆油、菜籽油或玉米胚芽油，也可以选用其它的成本低的食用油。
本发明的优点：本发明的系统把现有的单纯连续发酵的生产方式转变为发酵分离相耦合的生产方式，先利用第一生物分离器实现槐糖脂与发酵液的分离，初步提高槐糖脂纯度；再通过第二生物分离器实现槐糖脂与食用油的分离，再次提高槐糖脂的纯度；本发明的系统，可以实现发酵液菌体的回收利用，提高菌体利用率和产物产量。相比于使用有机溶剂萃取的传统方法，利用食用油提取发酵液中槐糖脂的办法更为环保和实用。本发明节约能耗，环境友好，成本低廉，通过简单的操作便实现发酵分离相耦合的办法生产槐糖脂。
附图说明
图1为本发明一种槐糖脂发酵生物分离系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，本发明的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
一种槐糖脂发酵生物分离系统，见图1，包括发酵罐12，第一泵13，第二泵14，纯品罐15，食用油罐16，发酵液收集罐17，还包括第一生物分离器10，第二生物分离器11，所述生物分离器为带有顶壁的漏斗状罐；发酵罐12的底部通过管道依次与第一阀门18和第一生物分离器10的顶壁连接；食用油罐16通过管道依次与第一泵13和第一生物分离器10的顶壁连接；第一生物分离器10的底部连接的管道分两路，一路通过依次与第二阀门20和第二生物分离器11的顶壁连接；另一路依次与第三阀门21、发酵液收集罐17、第二泵14和发酵罐12的顶部连接；第二生物分离器11的底部连接的管道分两路，一路依次与第四阀门24和纯品罐15连接；另一路依次与第五阀门25和食用油罐16连接；第一生物分离器10的顶壁上设置有连接第一压力平衡阀19的管道；第二生物分离器11的顶壁上设置有连接第二压力平衡阀22的管道。
实施例1
一种槐糖脂生物分离方法，包括如下步骤：
(1)使用上述一种槐糖脂发酵生物分离系统；
(2)打开第一阀门18，使发酵罐12发酵获得的槐糖脂粗产物进入第一生物分离器10中，启动第一泵13，将贮存在食用油罐16的食用油泵入第一生物分离器10中，食用油与槐糖脂粗产物(食用油与槐糖脂粗产物的质量比为2:1)混匀后，分为两相，上层为食用油与槐糖脂的混合疏水相，下层为发酵液相，调节第一压力平衡阀19，使第一生物分离器10气压平衡，关闭第二阀门20，打开第三阀门21，使下层的发酵液相进入发酵液收集罐17，并通过第二泵14输入发酵罐12中；关闭第三阀门21，打开第二阀门20，使食用油与槐糖脂的混合疏水相进入第二生物分离器11中；静置30min，使槐糖脂与食用油分离，调节第二压力平衡阀22，使第二生物分离器11气压平衡，关闭第五阀门25，打开第四阀门24，使槐糖脂进入纯品罐15，关闭第四阀门24，打开第五阀门25，使食用油进入食用油罐16，实现重复利用。
在本实施例中，分离所用的食用油为价廉的豆油，从连续发酵的70h起到300h的期间，每隔4h排出一次槐糖脂粗产物(平均纯度为62％，质量比)，通过本发明的系统，至发酵300h结束时，获得纯度为84％的产物1.75kg。菌体回收量干重达30.2g。由于菌体循环使用，发酵结束时，使纯槐糖脂产量提高23％。
实施例2
一种槐糖脂生物分离方法，包括如下步骤：
除静置的时间为20min外，其余步骤同实施例1。
在本实施例中，分离所用的食用油为价廉的菜籽油，从连续发酵的70h起到300h的期间，每隔4h排出一次槐糖脂粗产物(平均纯度为62％，质量比)，通过本发明的系统，至发酵300h结束时，获得纯度为81％的产物1.72kg。菌体回收量干重达28.8g。由于菌体循环使用，发酵结束时，使纯槐糖脂产量提高17％。
实施例3
一种槐糖脂生物分离方法，包括如下步骤：
除静置的时间为15min外，其余步骤同实施例1。
在本实施例中，分离所用的食用油为价廉的玉米胚芽油，从连续发酵的70h起到300h的期间，每隔4h排出一次槐糖脂粗产物(平均纯度为62％，质量比)，通过本发明的系统，至发酵300h结束时，获得纯度为83.8％的产物1.66kg。菌体回收量干重达30.8g。由于菌体循环使用，发酵结束时，使纯槐糖脂产量提高16％。
实施例4
一种槐糖脂生物分离方法，包括如下步骤：
除静置的时间为25min外，其余步骤同实施例1。
在本实施例中，分离所用的食用油为价廉的玉米胚芽油，从连续发酵的70h起到300h的期间，每隔4h排出一次槐糖脂粗产物(平均纯度为62％，质量比)，通过本发明的系统，至发酵300h结束时，获得纯度为80％的产物1.80kg。菌体回收量干重达29.4g。由于菌体循环使用，发酵结束时，使纯槐糖脂产量提高20％。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种槐糖脂发酵生物分离系统，包括发酵罐(12)，第一泵(13)，第二泵(14)，纯品罐(15)，食用油罐(16)，发酵液收集罐(17)，其特征是还包括第一生物分离器(10)，第二生物分离器(11)，所述生物分离器为带有顶壁的漏斗状罐；发酵罐(12)的底部通过管道依次与第一阀门(18)和第一生物分离器(10)的顶壁连接；食用油罐(16)通过管道依次与第一泵(13)和第一生物分离器(10)的顶壁连接；第一生物分离器(10)的底部连接的管道分两路，一路通过依次与第二阀门(20)和第二生物分离器(11)的顶壁连接；另一路依次与第三阀门(21)、发酵液收集罐(17)、第二泵(14)和发酵罐(12)的顶部连接；第二生物分离器(11)的底部连接的管道分两路，一路依次与第四阀门(24)和纯品罐(15)连接；另一路依次与第五阀门(25)和食用油罐(16)连接；第一生物分离器(10)的顶壁上设置有连接第一压力平衡阀(19)的管道；第二生物分离器(11)的顶壁上设置有连接第二压力平衡阀(22)的管道。
2.一种槐糖脂生物分离方法，其特征是包括如下步骤：
(1)使用权利要求1的系统；
(2)打开第一阀门(18)，使发酵罐(12)发酵获得的槐糖脂粗产物进入第一生物分离器(10)中，启动第一泵(13)，将贮存在食用油罐(16)的食用油泵入第一生物分离器(10)中，食用油与槐糖脂粗产物混匀后，分为两相，上层为食用油与槐糖脂的混合疏水相，下层为发酵液相，调节第一压力平衡阀(19)，使第一生物分离器(10)气压平衡，关闭第二阀门(20)，打开第三阀门(21)，使下层的发酵液相进入发酵液收集罐(17)，并通过第二泵(14)输入发酵罐(12)中；关闭第三阀门(21)，打开第二阀门(20)，使食用油与槐糖脂的混合疏水相进入第二生物分离器(11)中；静置15-30min，使槐糖脂与食用油分离，调节第二压力平衡阀(22)，使第二生物分离器(11)气压平衡，关闭第五阀门(25)，打开第四阀门(24)，使槐糖脂进入纯品罐(15)，关闭第四阀门(24)，打开第五阀门(25)，使食用油进入食用油罐(16)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述食用油与槐糖脂粗产物的质量比为2:1。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征是所述食用油为豆油、菜籽油或玉米胚芽油。
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