CN106957129A - 一种核黄素发酵液的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核黄素发酵液的处理方法，属于核黄素生产技术领域。该方法包括以下步骤：将核黄素发酵液采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500‑800ppm和菌体2‑3wt%的废水；将固液分离得到的废水的pH值调整至8‑9，并加入废水重量0.005‑0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌溶解后静置沉降，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液；将沉降分离得到的发酵菌体浓缩液的pH值调整至5‑7，并采用搅拌的方式进行内脱水；将内脱水得到的液体在较低进料压力下进行压滤，压滤完成后，在较高压榨压力下进行高压压榨；干燥高压压榨得到的滤饼得到富含有机质的副产物。

Description

一种核黄素发酵液的处理方法

技术领域

本发明属于核黄素生产技术领域，特别涉及一种核黄素发酵液的处理方法。

背景技术

核黄素（Riboflavin）又名维生素B2，是一种人体必需的水溶性维生素。核黄素具有广泛的生理功能，可以在微生物和高等植物体内合成，而动物和人类则不能，必须从食物中摄取，因而被世界卫生组织（WHO）列为评价人体生长发育和营养状况的六大指标之一，其在临床医疗、饲料加工、食品工业及化妆品制造领域均有重要价值。

微生物发酵法制备核黄素是一种十分经济有效的方法，同其他制备核黄素方法相比，微生物发酵法制备核黄素成本低，污染少，目前世界核黄素大的生产商，都是采用微生物发酵法生产核黄素。湖北广济药业股份有限公司就是采用微生物发酵法生产核黄素大的生产商之一。

成熟的核黄素发酵液中除含有针状晶体的核黄素外，还含有菌体、细胞碎片以及核酸、蛋白质以及其他有机粘性物质。

在专利申请CN 104961740 A中，提供了一种新的核黄素制备方法，用该方法制备得到的核黄素具有更高的纯度，但该方法未提供发酵液固液分离后核黄素发酵液菌体的处理方法。

在专利申请 CN 101205230 A中，提供了一种多级连续膜过滤分离核黄素和核黄素菌体的方法，该方法将核黄素发酵液经过调碱，多级连续膜过滤洗涤除杂，稳定化处理、结晶、膜分离浓缩晶体步骤直接得到核黄素产品，菌体浓缩液由板框压滤机压滤并干燥，制成副产品饲料，由于该方法要求先将核黄素发酵液调碱处理，而核黄素在碱性条件下是不稳定的，核黄素容易产生降解，降低了产品品质，该方法还提供了一种将膜分离后的核黄素发酵液菌体由板框压滤机进行压滤并干燥，制成副产品饲料。由于普通的板框压滤机对于核黄素发酵液菌体这种高粘性有机物质，过滤效率极其低下，脱水效率不高，滤渣容易粘结在滤板上，滤饼固含量不高，清理不便等。

而本发明的发酵液为产核黄素的微生物在特定培养基中代谢生产核黄素的液体混合物，核黄素发酵液菌体中含有菌体、细胞碎片以及核酸、蛋白质及其他有机粘性物质，为了使得核黄素发酵液菌体能够被高压压榨，必须对核黄素发酵液菌体进行压榨前处理，包括絮凝、沉降、脱水等。

发明内容

本发明提供了一种核黄素发酵液的处理方法，该方法针对核黄素发酵液的特点调整固液分离的方式，使分离率达到99.5%以上且不会破坏核黄素的结构；同时通过絮凝、沉降和脱水等处理，解决传统过滤方式脱水率低的难题，使得该菌体能被高压压榨过滤，得到一种固含量达到35-40%的块状滤饼。所述方案如下：

参见图1，本发明实施例提供了一种核黄素发酵液的处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)发酵液固液分离：将核黄素发酵液采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm和菌体2-3wt%的废水。

(2)凝絮与沉降：将步骤(1)得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌溶解后静置沉降，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液。

(3)脱水：将步骤(2)得到的发酵菌体浓缩液的pH值调整至5-7，并采用搅拌的方式进行内脱水。

(4)高压压榨：将步骤(3)得到的液体在较低进料压力（本实施例中的较低只是针对后面的压榨压力来说，为相对概念，其较常规压滤的压力大，具体为1.8-2MPa）下进行压滤，压滤完成后，在较高压力（具体为25-30MPa）下进行高压压榨。

(5)干燥：干燥步骤(4)得到的滤饼得到富含有机质的副产物。

其中，在步骤(1)中，核黄素发酵液是指产核黄素的微生物（枯草芽孢杆菌）在特定培养基（包括无机盐、糖、含氮的有机物等）中代谢生产核黄素，核黄素发酵液中核黄素的含量为10000-15000ppm，其中除含有针状晶体的核黄素外，还含有菌体、蛋白质及其他有机粘性物质等。

其中，在离心前，将核黄素发酵液的粘度调整为100-150mpa.s（调整浓度）；在室温下采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm、菌体2-3wt%的废水，离心转速为3500-3800转/分。本发明中根据核黄素发酵液的特点，通过调节核黄素发酵液的粘度、温度等，同时控制离心转速将发酵液中核黄素和菌体有效分离，通过对该离心分离可以达到三个令人满意的效果，一是该分离完全是一种物理性分离，不会引起核黄素的降解；二是分离效率高（达到99.5%以上），使得该分离方法在实际工业化生产中能被采用，具有实际工业生产价值，三是该固液分离过程没有用到任何的化工原料，节省了生产成本。

其中，步骤(2)具体包括：加碱将步骤(1)得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌10-25分钟后，静置沉降40-60分钟，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液；碱选自氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液等，优选为氢氧化钙溶液，更优选为饱和氢氧化钙溶液。

其中，在步骤(2)中，阴离子絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺（PAM），该阴离子聚丙烯酰胺的固含量大于90%、分子量为8-20百万、离子度为5-30。

其中，在步骤(3)中，加酸调整发酵菌体浓缩液的pH值，酸选自硫酸或盐酸等。

本发明中通过对固液分离后废水中菌体进行絮凝、沉降和脱水等处理，解决传统过滤方式不能过滤的难题，使得该菌体能被高压压榨过滤，得到一种固含量达到35-40%的块状滤饼。

其中，步骤(4)具体包括：将步骤(3)得到的液体泵入高压压榨装置，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当进料压力达到设定值1.8-2MPa（优选为2MPa）时，停止进料进行高压压滤，压滤完成后（无或只有少量滤液排出，一般情况下达到预定值时即可），关闭进料阀进行高压压榨得到一种固含量为35-40%的块状滤饼，高压压榨的压榨压力为25-30MPa（液压泵的压力，优选为30MPa）。

具体地，在步骤(4)中，本发明使用的高压压榨装置（与高压压滤机类似）包括滤板、与滤板配合用于过滤介质的滤布、用于对滤板进行卸料的刮刀结构及用于清洗滤布的冲洗结构等。其中，该滤板的总过滤面积为100-120平方米，其直径为1.2-1.5m，其材质为高强防腐钢；进料流量为每小时5-10立方。

其中，步骤(5)具体包括：采用通风、晾干的方式对步骤(4)得到的滤饼进行干燥得到一种有机质含量大于96%的副产品，该副产品可用作饲料、有机肥料或燃料等。

优选地，参见图1，本发明实施例提供的方法具体包括：

S1离心分离：将核黄素的含量为10000-15000ppm的核黄素发酵液的粘度调整为100-150mpa.s，在室温下采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm和菌体2-3wt%的废水，离心转速为3500-3800转/分。

S2凝絮与沉降：加碱将步骤S1得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌10-25分钟后，静置沉降40-60分钟，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液，碱选自氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液等。

S3脱水：加酸将步骤S2得到的发酵菌体浓缩液的pH值调整至5-7，并采用搅拌的方式进行内脱水，搅拌时间为30-40分钟，搅拌转速为60-80转/分，酸选自硫酸或盐酸等。

S4高压压榨：将步骤S3得到的液体泵入高压压榨装置，当进料压力达到设定值1.8-2MPa时，停止进料进行中高压压滤，压滤完成后，关闭进料阀进行高压压榨得到一种固含量为35-40%的块状滤饼，高压压榨的压榨压力为25-30MPa。

S5干燥：采用通风、晾干的方式对步骤S4得到的滤饼进行干燥得到一种有机质含量大于96%的副产品，所述副产品可用作饲料、有机肥料或燃料。

其中，步骤S2得到的上层清液和步骤S4的滤液的COD值均为15000-20000mg/L，合并上层清液和滤液送生化处理后排放，能减轻废水处理的时间，减少整个生产流程所用的时间。

与现有技术相比，本发明提供的方法具有如下的优点：

(1)本发明直接由核黄素发酵液进行一次固液分离，将核黄素和核黄素菌体进行分离，分离效率达到99.5%以上，操作简单。由于在一次分离时完全是机械分离，在这个步骤过程中，可以达到两个令人满意的结果：一是由于其是机械分离，不会引起核黄素的降解，为产品质量提供了保证；二是分离效率高使得核黄素菌体浓度高，核黄素菌体基本形态基本与分离前保持一致，核黄素菌体富集状态很好，没有引起核黄素菌体的分解、断裂等，给后续高效过滤提供保证。

(2)处理流程短，由于含核黄素菌体废水的COD值在45000-60000mg/L之间,传统的处理方法如好氧、厌氧等时间长，能耗高，难于处理。而采用对核黄素发酵液菌体进行高压压榨后，滤液的COD值降至15000-20000mg/L,滤液进行生化处理，达标排放，大大降低了处理难度和处理成本，核黄素大规模工业化清洁生产得以实现。同时，对核黄素发酵液菌体进行高压压榨是一个物理过程，时间很短，与对核黄素发酵液菌体直接进行生化处理相比时间大大缩短，难度大大降低，极大提高了处理效率。

(3)降低了处理成本，使核黄素发酵液菌体水溶液达标排放得以实现，由于原有处理方法的局限性，含核黄素菌体水溶液处理后难以实现达标排放，并且周期很长，远远大于核黄素的生产周期，与核黄素的生产能力不相匹配，制约了核黄素的生产能力。采用对核黄素发酵液菌体进行高压压榨后，解决了以上的难题。

(4)进一步的，发明人发现，用高压压榨法处理该核黄素发酵液菌体得到了一种高有机质含量的块状固体，该产物，由于其有机质含量高，可以用来做饲料、有机肥料、燃料等，可降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的核黄素发酵液的处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施实例1

将40000L核黄素发酵液经一次高效离心固液分离，分离前在显微镜下观察核黄素晶体的形态与菌体的形态，该成熟的核黄素发酵液中核黄素含量为10779mg/L。离心前将核黄素发酵液的粘度调整为130mpa.左右，在室温下设定离心转速为3600转/分。经分离后得到浓缩的约450L核黄素重相，约33550L含有600ppm核黄素的发酵液菌体轻相，在显微镜下观察该发酵液菌体轻相，核黄素菌体基本形态基本与分离前保持一致，核黄素菌体富集状态很好，没有引起核黄素菌体的分解、断裂等。该39550L的发酵液菌体轻相中含菌体重量约为1000kg，COD含量为51000mg/L，向这个39550L的发酵液菌体轻相中加入氢氧化钙水溶液调节该发酵液菌体轻相的pH值为8-9，在该实施实例中具体pH为8.6，并且用来调节pH的氢氧化钙水溶液为饱和氢氧化钙水溶液，在搅拌的情况下加入质量浓度0.2wt%的絮凝剂聚丙烯酰胺阴离子PAM2000L,该阴离子PAM的固含量为91.8%、分子量为12百万、离子度为21，该阴离子PAM处于完全溶解均匀的状态。持续搅拌15分钟后，停止搅拌。静止该溶液40分钟，让发酵液菌体沉降，40分钟后，得到分层明显的一种溶液，上部为比较澄清的水溶液，体积约为35000L，该35000L的上清液的COD为15000mg/L，通过好氧、厌氧等生化处理该清液实现达标排放，下部为核黄素菌体浓缩液，体积约为5000L。排出上部清液，得到约5000L的发酵菌体浓缩液，用稀硫酸溶液调节该发酵菌体浓缩液的pH至5.5，控制搅拌速度在65转/分的情况下搅拌40分钟，对发酵菌体浓缩液进行菌体内脱水，准备高压压榨过滤该发酵菌体浓缩液，通过压榨装置进料泵将经过内脱水的发酵菌体浓缩液泵入压榨装置过滤，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当进料压力达到设定值2MPa时，进料过程结束，进行预过滤。预过滤结束后，关闭进料阀，开始高压压榨过滤，高压压榨压力30MPa，过滤结束。滤液与上面提到的35000L的上清液一起进行生化处理，同时得到一种块状菌体滤饼，用通风、晾干的方法干燥上述滤饼，滤饼固含量在37.6%。将上述方法制得的发酵液菌体滤饼进行重金属含量分析，结果如表1所示：

表1

项目	浓度限值（mg/L）	检测结果（mg/L）
			铅（以总铅计）	5	0.6
砷（以总砷计）	5	0.4
			汞（以总汞计）	0.1	0
镉（以总镉计）	1	0.3

从表1可以看出，得到的副产品完全满足用作饲料、有机肥料或燃料等的要求。

实施实例2

将60000L核黄素发酵液经一次高效离心固液分离，分离前在显微镜下观察核黄素晶体的形态与菌体的形态，该成熟的核黄素发酵液中核黄素含量为10385mg/L。离心分离处理同实施例1，经分离后得到浓缩的约700L核黄素重相，约59300L含有500ppm核黄素的发酵液菌体轻相，在显微镜下观察该发酵液菌体轻相，核黄素菌体基本形态基本与分离前保持一致，核黄素菌体富集状态很好，没有引起核黄素菌体的分解、断裂等。该59300L的发酵液菌体轻相中含菌体重量约为1500kg，COD含量为58000mg/L，向这个59300L的发酵液菌体轻相中加入氢氧化钠水溶液调节该发酵液菌体轻相的pH值为8-9，在该实施实例中具体pH为8.9，在搅拌的情况下加入质量浓度0.2wt%的絮凝剂阴离子PAM3000L,该阴离子PAM的固含量为91.8%、分子量为12百万、离子度为21，该阴离子PAM处于完全溶解均匀的状态。持续搅拌15分钟后，停止搅拌。静止该溶液40分钟，让发酵液菌体沉降，40分钟后，得到分层明显的一种溶液，上部为比较澄清的水溶液，体积约为52000L，该52000L的上清液的COD值为17000mg/L，下部为核黄素菌体溶液，体积约为8000L。排出上部清液，得到约8000L的发酵菌体浓缩液，用稀盐酸溶液调节该发酵菌体浓缩液的pH至6.0，控制搅拌速度在75转/分的情况下搅拌40分钟，对发酵菌体浓缩液进行菌体内脱水。准备高压压榨过滤该发酵菌体浓缩液，通过压榨装置进料泵将经过内脱水的发酵菌体浓缩液泵入压榨装置过滤，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当进料压力达到设定值1.8MPa时，进料过程结束，进行预过滤。预过滤结束后，关闭进料阀，开始高压压榨过滤，高压压榨压力28MPa，过滤结束，滤液与上面提到的52000L的上清液一起进行生化处理，同时得到一种得到块状菌体滤饼，用通风、晾干的方法干燥上述滤饼，滤饼固含量在38.5%。将上述方法制得的发酵液菌体滤饼进行重金属含量分析，其结果如表2所述：

表2

项目	浓度限值（mg/L）	检测结果（mg/L）
			铅（以总铅计）	5	0.5
砷（以总砷计）	5	0.4
			汞（以总汞计）	0.1	0
镉（以总镉计）	1	0.3

由上述实施实例可以看出，本发明所得菌体滤饼中重金属含量分析结果远远低于浓度限值，可以用来做饲料副产品、有机肥料、燃料等。

实施实例3

该实施实例是采用一种普通的板框压滤对浓缩后发酵液菌体进行过滤，是实施实例2的对比实例，

将60000L核黄素发酵液经一次高效离心固液分离，该成熟的核黄素发酵液中核黄素含量为10385mg/L。离心分离处理同实施例1，经分离后得到浓缩的约700L核黄素重相，约59300L含有500ppm核黄素的发酵液菌体轻相，该59300L的发酵液菌体中含菌体重量约为1500kg，COD含量为58000mg/L,向这个59300L的发酵液菌体中加入氢氧化钠水溶液调节该发酵液菌体水溶液PH值为8-9，在该实施实例中具体pH为8.9，在搅拌的情况下加入质量浓度0.2wt%的絮凝剂聚丙烯酰胺阴离子PAM3000L，该阴离子PAM的固含量为91.8%、分子量为12百万、离子度为21。持续搅拌15分钟后，停止搅拌。静止该溶液40分钟，让发酵液菌体沉降，40分钟后，得到分层明显的一种溶液，上部为比较澄清的水溶液，体积约为52000L，该52000L的澄清上部清液的COD为17000mg/L，下部为核黄素菌体溶液，体积约为8000L。排出上部清液，得到约8000L的浓缩发酵液菌体，用稀盐酸溶液调节该浓缩发酵液菌体pH至6.0，控制搅拌速度在75转/分的情况下搅拌40分钟，对浓缩发酵液菌体进行菌体内脱水. 准备普通板框过滤该浓缩发酵液菌体，通过进料泵将浓缩的发酵液菌体泵入普通板框压滤机过滤，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当压力达到设定值0.6MPa时，进料过程结束，拆开普通板框压滤机得到一种糊状的核黄素菌体，该糊状的核黄素菌体固含量在15-18%之间，不能形成块状，并且由于大部分菌体粘结在滤布上，难以清洗，不能满足实际生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)发酵液固液分离：将核黄素发酵液采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm和菌体2-3wt%的废水；

(2)凝絮与沉降：将步骤(1)得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌溶解后静置沉降，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液；

(3)脱水：将步骤(2)得到的发酵菌体浓缩液的pH值调整至5-7，并采用搅拌的方式进行内脱水；

(4)高压压榨：将步骤(3)得到的液体在较低进料压力下进行压滤，压滤完成后，在较高压榨压力下进行高压压榨；

(5)干燥：干燥步骤(4)得到的滤饼得到富含有机质的副产物。

2.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述核黄素发酵液中核黄素的含量为10000-15000ppm，将核黄素发酵液的粘度调整为100-150mpa.s，在室温下采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm、菌体2-3wt%的废水，离心转速为3500-3800转/分。

3.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：加碱将步骤(1)得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌10-25分钟后，静置沉降40-60分钟，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液；所述碱选自氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液。

4.根据权利要求1或3所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述阴离子絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，所述阴离子聚丙烯酰胺的固含量大于90%、分子量为8-20百万、离子度为5-30。

5.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，在步骤(3)中，加酸调整发酵菌体浓缩液的pH值，所述酸选自硫酸或盐酸。

6.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：

将步骤(3)得到的液体泵入高压压榨装置，当进料压力达到设定值1.8-2MPa时，停止进料进行压滤，压滤完成后，关闭进料阀进行高压压榨得到一种固含量为35-40%的块状滤饼，高压压榨的压榨压力为25-30MPa。

7.根据权利要求6所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述高压压榨装置包括滤板和与滤板配合用于过滤介质的滤布，所述滤板的总过滤面积为100-120平方米，其直径为1.2-1.5m；进料流量为每小时5-10立方。

8.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括：采用通风、晾干的方式对步骤(4)得到的滤饼进行干燥得到一种有机质含量大于96%的副产品，所述副产品可用作饲料、有机肥料或燃料。

9.根据权利要求1所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述方法具体包括：

(1)发酵液固液分离：将核黄素的含量为10000-15000ppm的核黄素发酵液的粘度调整为100-150mpa.s，在室温下采用离心方式进行固液分离，得到一种含核黄素500-800ppm和菌体2-3wt%的废水，离心转速为3500-3800转/分；

(2)凝絮与沉降：加碱将步骤(1)得到的废水的pH值调整至8-9，并加入废水重量0.005-0.01%的阴离子絮凝剂，搅拌10-25分钟后，静置沉降40-60分钟，排出上层清液得到发酵菌体浓缩液，所述碱选自氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；

(3)脱水：加酸将步骤(2)得到的发酵菌体浓缩液的pH值调整至5-7，并采用搅拌的方式进行内脱水，搅拌时间为30-40分钟，搅拌转速为60-80转/分，所述酸选自硫酸或盐酸；

(4)高压压榨：将步骤(3)得到的液体泵入高压压榨装置，当进料压力达到设定值1.8-2MPa时，停止进料进行压滤，压滤完成后，关闭进料阀进行高压压榨得到一种固含量为35-40%的块状滤饼，高压压榨的压榨压力为25-30MPa；

(5)干燥：采用通风、晾干的方式对步骤(4)得到的滤饼进行干燥得到一种有机质含量大于96%的副产品，所述副产品可用作饲料、有机肥料或燃料。

10.根据权利要求1-9任一项所述的核黄素发酵液的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的上层清液和步骤(4)的滤液的COD值均为15000-20000mg/L，合并所述上层清液和滤液送生化处理后排放。