CN106431651B - 一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，该方法通过将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合堆肥，实现对庆大霉素药渣中庆大霉素的降解，减少庆大霉素废弃药渣中庆大霉素的含量，从而缓解庆大霉素直接排放引起微生物种群结构失衡和对生态环境及人类健康造成的极大危害。

Description

一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，尤其涉及一种高效去除庆大霉素药渣中残留的庆大霉素的方法。
背景技术
庆大霉素作为中国人在70年代自主研制的抗生素，至今仍然被广泛的应用。而作为发酵产生的抗生素，庆大霉素生产过程中产生的抗生素废渣数不胜数。这些抗生素废渣中含有大量的抗生素残留，若不被有效的去除而直接利用，会使得庆大霉素大量的进入土壤环境或者通过渗漏和污水排放进入水体环境。研究发现，长期暴露在抗生素环境下，不仅人和动物的患病和发病率会升高，而且对植物的叶绿素合成、酶分泌和根系生长都有影响。此外微生物也会逐渐适应抗生素环境，并产生抗生素耐药性和抗性基因(antibioticresistance genes,ARGs)。同时，低浓度抗生素对生态环境中微生物种群也能够起到筛选作用，使具有抗生素耐药性的微生物种群得以保留并逐渐壮大，而对其敏感的种群不断死亡消失，直接后果就是使微生物种群结构失衡，对生态环境及人类健康造成极大的危害。据报道，2014年全球有70万人因抗生素耐药性的产生而死亡，因此庆大霉素药渣中庆大霉素残留问题的解决，是其无害化和资源化的首要前提。但是经文献和专利检索，目前虽然有一些对畜禽粪便中四环素类抗生素的去除方法，但尚未发现高效去除庆大霉素药渣中残留庆大霉素的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，以降低庆大霉素的制药废渣中残留的庆大霉素的含量，防止庆大霉素药渣直接排放到自然环境中，而对生态环境造成严重影响。
本发明的技术方案包括：
一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，是通过将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合堆肥，实现对庆大霉素药渣中庆大霉素的降解。
其中，所述方法还包括向所述堆肥中加入土曲霉Aspergillus terreus FZC3，保藏号CGMCC12072，保藏日期2016年1月15日；其保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。
其中，所述堆肥是以庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的质量比5：1～15:1混合堆肥，优选为10:1。
其中，所述方法通过所述外源性氮源，调节堆肥中的C/N比至30：1、或40：1或50：1。
其中，所述外源性氮源选择为尿素。
其中，所述堆肥的初始含水量约为60-65％。
庆大霉素和洛伐他汀都属于发酵产品，庆大霉素药渣的主要成分是豆粕和玉米等发酵物，会有少量的树脂和残余的庆大霉素；洛伐他汀药渣，其主要含有未消耗完的蛋白质、脂肪、菌尸、纤维素等物质。
本发明通过将药厂发酵制备庆大霉素的固体药渣和发酵制备洛伐他汀的固定药渣混合堆肥，实现对庆大霉素药渣中残留的庆大霉素的有效降解和去除，减少庆大霉素废弃药渣中庆大霉素的含量，从而缓解庆大霉素直接排放引起微生物种群结构失衡和对生态环境及人类健康造成的极大危害。对洛伐他汀的固体药渣来说，本发明方法也不失为一种具有重大意义的固体废物再利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1显示不同的庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的质量比5:1、10:1、15:1对堆肥中庆大霉素降解的影响。
图2显示向庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的堆肥中添加FZC3(2.5％，v/w)和不添加FZC3对堆肥中庆大霉素降解的影响。
图3显示庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的堆肥中的C/N比30：1、40：1、50：1对堆肥中庆大霉素降解的影响。
具体实施方式
本发明是关于一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，是通过将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合堆肥，实现对庆大霉素药渣中庆大霉素的降解。
其中，所述方法还包括向所述堆肥中加入土曲霉Aspergillus terreus FZC3，保藏号CGMCC12072，保藏日期2016年1月15日，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。
其中，所述堆肥是以庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的质量比5：1～15:1混合堆肥，优选为10:1。
其中，所述方法通过所述外源性氮源，调节堆肥中的C/N比至30：1、或40：1或50：1。
其中，所述外源性氮源为尿素。
其中，所述堆肥的初始含水量约为60-65％。
现参照下列意在举例说明本发明(而非限定本发明)的实施例来描述本发明。
实验材料的准备：
(1)庆大霉素药渣(Q)：pH 11.64；水分61.38％；有机质32.06％；有机碳18.60％；氮0.10％：。
(2)洛伐他汀渣(L)：pH 4.1；水分72.10％；有机质89.47％；有机碳51.90％；氮0.24％。
(3)尿素：N：46％，CO(NH2)2。
(4)FZC3土曲霉(保藏号CGMCC12072，保藏日期:2016年1月15日)。
堆肥方法：
将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣按一定的质量比混合，即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边添加外源性氮源尿素和/或FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)并混匀，使堆肥的初始含水量保持在60-65％，通过该外源氮源将堆肥中的C/N调节为一确定值。
采样和样品检测：
采样：采样时间分别为1d、3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将每个堆体分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测定庆大霉素的含量，计算其降解率。
温度测定：每天早上9点和下午4点测堆体温度和环境温度。
翻堆时间：堆体温度上升到50℃后开始翻堆，此后每2天翻堆一次，当堆体温度下降到50℃以下后每隔4天翻堆一次。
实施例1：
实施例1对庆大霉素药渣质量与洛伐他汀药渣质量比值，对堆肥中庆大霉素降解率的影响进行研究，堆肥底物设计如下：
堆体1：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1400混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素和FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，再次混匀均匀后，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。
堆体2：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为10:1：0.1009混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素和FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，再次混匀均匀后，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。
堆体3：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为5:1：0.0618混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素和FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，再次混匀均匀后，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。
采样时间分别为3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体1-3分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测定庆大霉素的含量，计算其降解率。
测定和计算结果如图1：
在第3天测定堆体1-3中庆大霉素的含量，即使是最低的堆体3中庆大霉素降解率已达到26％；再于第21天测量堆体1-3中的庆大霉素的含量，经计算，惊奇地发现，堆体1-3中庆大霉素降解率甚至超过95％。由此可见，将庆大霉素药渣与洛伐他汀药渣以一定比例混合堆肥，在堆肥中加入少量的FZC3土曲霉，经一定时间堆肥处理，对混合物中残留庆大霉素具有非常显著的降解效果。且当庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣的比例为10：1时庆大霉素的去除效果最好，在堆肥处理21天后，堆体2中去除率甚至接近98％。
另外，发明人还试验过将100Kg庆大霉素药渣单独和1.5Kg尿素混合，并加入FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，使最终含水量保持在60-65％。但经过实验观察和测定，大量的庆大霉素药渣堆放在一起不会发酵；随着时间推移，堆体内庆大霉素含量有一定的平缓波动，但未发生明显变化。据推测，可能是由于庆大霉素在FZC3土曲霉存在条件下有一定量降解，但同时大量的庆大霉素药渣的堆积，其堆体中间的环境条件会促进能够产生庆大霉素的菌体的活性，造成堆体内庆大霉素的总含量未发生明显降低。
实施例2：
实施例2对添加和不添加FZC3土曲霉，对堆肥中庆大霉素降解率的影响进行研究，实施例2的堆肥底物设计如下：
堆体1：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1400混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素和FZC3土曲霉(土曲霉2.5％，v/w)，再次混匀均匀后，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。
堆体4：堆体4与堆体1的区别仅在于，不向堆体中混入FZC3土曲霉，具体的操作步骤如下：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1400混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素，将三者混匀，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。堆体4中不添加FZC3土曲霉(CGMCC：12072)，标记为CK组(control check)。
采样时间分别为3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体2和堆体5分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测定庆大霉素的含量，计算其降解率。
测定和计算结果如图2：
由图2可以看出，堆体1中庆大霉素的降解率在每一个采样时间，其中庆大霉素的降解率都比堆体4中要高。其中，最高出现在第7天、第11天，堆体1中庆大霉素的降解率比堆体4高出约10％；在其他采样时间，堆体1中庆大霉素的降解率比堆体4高约5％。由此可见，FZC3土曲霉的添加对堆肥中庆大霉素的降解具有促进作用。但同时，本实验也能够证明，在堆肥处理中，即使不添加FZC3土曲霉(CGMCC：12072)，仅通过将庆大霉素药渣与洛伐他汀药渣二者按照一定比例堆肥处理，随着时间推移，堆体内庆大霉素会发生明显的降解作用。这一发现，为解决庆大霉素制药残渣中残留抗生素对环境生态平衡的破坏问题，提供了新方法和新思路，同时也为生产企业解决洛伐他汀制药固定废弃物的处理问题，提供了一种有效和有价值回收利用途径。
实施例3：
实施例3对不同的C/N比对堆肥中庆大霉素降解率的影响进行研究，堆肥底物设计如下：
堆体:5：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1991混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素，将三者混匀，使最终含水量保持在60-65％，C/N为30：1。
堆体6：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1400混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素，将三者混匀，使最终含水量保持在60-65％，C/N为40：1。
堆体7：将庆大霉素药渣、洛伐他汀药渣和尿素按质量比为15:1：0.1045混合，总重量为100Kg；即先称量好庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣混合，然后边搅拌边撒施尿素，将三者混匀，使最终含水量保持在60-65％，C/N为50：1。
采样时间分别为3d、7d、11d、15d、21d。采样方法为将堆体2和堆体6和堆体7分别采上、中、下样品混合均匀后放入自封袋中，保存于4℃中，测定庆大霉素的含量，计算其降解率。
测定和计算结果如图3：
图3结果显示，C/N比值不会对堆肥中庆大霉素的降解效果产生明显的影响。在堆肥的第3-6天内，堆体7(C/N＝50：1)中庆大霉素的降解率要高于堆体6(C/N＝40：1)和堆体5(C/N＝30：1)；第7天，堆体6(C/N＝40：1)中庆大霉素的降解率又要高于堆体5(C/N＝30：1)和堆体7(C/N＝50：1)。在第11天以后，三种C/N的堆肥处理，堆体5、6、7中庆大霉素降解率基本处于持平状态。由于庆大霉素药渣与洛伐他汀药渣中固定含有C、N两种元素，且本实验又验证了，C/N比值大小对于庆大霉素的降解效果没有明显和确定的影响趋势。可以在很大程度上推断，即使实施例1、实施例2中不加入外来氮源(尿素)调节堆肥处理中的C/N比，只需要通过将庆大霉素药渣与洛伐他汀药渣堆肥处理一段时间，同样可以对堆体中庆大霉素产生降解作用，换句话说，外来氮源尿素调节C/N不是庆大霉素降解方法的必要条件；为了获得优质的肥料，可以适当的添加尿素。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣按照质量比5:1～15:1混合；
(2)边搅拌边添加土曲霉FZC3，并混和均匀，所述土曲霉FZC3的保藏号为CGMCC12072；
(3)将上述材料混合堆肥。
2.根据权利要求1所述的高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，其特征在于：向所述堆肥中添加外源性氮源，用以调节堆肥中的C/N比；通过所述外源性氮源调节堆肥中的C/N比至30∶1或40∶1或50∶1。
3.根据权利要求2所述的高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，其特征在于：所述外源性氮源为尿素。
4.根据权利要求1所述的高效去除庆大霉素药渣中庆大霉素的方法，所述庆大霉素药渣和洛伐他汀药渣按照质量比优选10∶1。
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