CN107129372A - 利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其是向调节pH值后的谷氨酸母液中依次加入螯合剂、有机质及含钾化合物，最终制得谷氨酸钾水溶肥成品。本发明的优点在于，有效利用了谷氨酸母液中的高含量的氨基酸生产谷氨酸钾水溶肥，降低了肥料生产成本，同时谷氨酸母液中的高含量的氨基酸可以协同螯合剂很好的螯合钾离子，生产出的谷氨酸钾水溶肥，增产效果好，肥效持久，增加了谷氨酸母液的附加值，增加了味精生产企业的经济效益；有效缓解了味精生产企业谷氨酸母液的处理压力，解决了谷氨酸母液污染环境的问题，增加了味精生产企业的社会效益。

Description

利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法
技术领域：
本发明涉及一种生物发酵行业发酵废液处理的方法，特别涉及一种利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法。
背景技术：
谷氨酸钠俗称味精，在国人饮食中，是一种较为常用的调味品，市场需求量日益增大。目前，味精主要是采用富含淀粉的原料通过微生物发酵制得，例如以玉米为原料通过微生物发酵生产味精，其生产步骤为：原料的预处理及淀粉水解糖的制取、谷氨酸生产菌种子的扩大培养、谷氨酸发酵、谷氨酸的提取与分离、谷氨酸制成味精成品。谷氨酸发酵液经等电提取谷氨酸后，产生的大量谷氨酸母液是一种较难处理的工业废水，且谷氨酸母液产量较大，处理规模大，难度大，成本较高，难以获得性价比较高的副产品，一般采用喷浆造粒的方法将其制成土壤调理剂使用。
但由于谷氨酸母液产量较大，将其全部进行喷浆造粒，无疑加重了谷氨酸母液的处理压力，而且谷氨酸母液中的氨基酸含量较高，直接将其喷浆造粒制成土壤调理剂，并不能物尽其用，降低了谷氨酸母液的附加值，造成了资源的浪费。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种增加谷氨酸母液附加值、缓解谷氨酸母液处理压力的利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法。
本发明由如下技术方案实施：利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其是向调节pH值后的谷氨酸母液中依次加入螯合剂、有机质及含钾化合物，最终制得谷氨酸钾水溶肥成品。
进一步的，其包括如下步骤：
所述步骤(1)调节pH：量取重量份为60-90份的玉米发酵后的谷氨酸母液并转移至调酸罐，将所述调酸罐内的所述谷氨酸母液升温至45-50℃，用轻质氧化镁粉末将升温后的所述谷氨酸母液的pH调节至6.0-7.0，得到中性谷氨酸母液；
所述步骤(2)一级反应：将所述步骤(1)所得的所述中性谷氨酸母液转移至一级反应罐内，将所述一级反应罐内的所述中性谷氨酸母液升温至60-70℃，并向升温后的所述中性谷氨酸母液中加入重量份为0.1-2份的所述螯合剂，以100-300r/min的转速搅拌10-15min，得到螯合母液；之后，再向所述螯合母液中添加重量份为5-15份的所述有机质，所述有机质是细度为60-100目的腐植酸粉末，以100-300r/min的转速搅拌30-60min，再将所述螯合母液升温至70-80℃，得到有机质母液；
所述步骤(3)二级反应：将所述步骤(2)所得的所述有机质母液转移至二级反应罐中，以100-200r/min的转速对所述二级反应罐内的所述有机质母液进行恒温搅拌，同时向所述有机质母液中加入所述含钾化合物，所述含钾化合物为依次加入的、重量份的为2-8份黄腐酸钾、1-9份硝酸钾、1-10份氧化钾和1.0-10份磷酸二氢钾，在所述黄腐酸钾、所述硝酸钾、所述氧化钾及所述磷酸二氢钾每种物质加入后均分别搅拌10-30min，冷却后制得粗成品；
所述步骤(4)研磨制膏：将所述步骤(3)所得的所述粗成品研磨制成所述谷氨酸钾水溶肥成品。
进一步的，所述螯合剂为糖醇类物质。
进一步的，所述糖醇类物质为木糖醇、山梨糖醇、甘露醇中的任意一种或几种组合。
进一步的，所述谷氨酸母液的pH为3.5-4.5，氨基酸含量≥100g/L，总养分≥100g/L，有机质含量≥150g/L。
本发明的优点：1、有效利用了谷氨酸母液中的高含量的氨基酸生产谷氨酸钾水溶肥，降低了肥料生产成本，同时谷氨酸母液中的高含量的氨基酸可以协同螯合剂很好的螯合钾离子，生产出的谷氨酸钾水溶肥，增产效果好，肥效持久，增加了谷氨酸母液的附加值，增加了味精生产企业的经济效益；2、有效缓解了味精生产企业谷氨酸母液的处理压力，解决了谷氨酸母液污染环境的问题，增加了味精生产企业的社会效益。
具体实施方式：
实施例1：
利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其包括如下步骤：
步骤(1)调节pH：量取质量为600Kg的玉米发酵后的谷氨酸母液并转移至调酸罐，谷氨酸母液的pH为3.5，氨基酸含量≥100g/L，总养分≥100g/L，有机质含量≥150g/L；将调酸罐内的谷氨酸母液升温至45℃，升温是为了更好的溶解轻质氧化镁粉末；用轻质氧化镁粉末将升温后的谷氨酸母液的pH调节至6.0，得到中性谷氨酸母液，轻质氧化镁是碱性物质，其成本低，且溶解度高，可以均匀、稳定的调节谷氨酸母液的pH；步骤(1)调节pH是为了后续更好的溶解螯合剂，使螯合剂的螯合性能更稳定，螯合功效更稳定的发挥；
步骤(2)一级反应：将步骤(1)所得的中性谷氨酸母液转移至一级反应罐内，将一级反应罐内的中性谷氨酸母液升温至60℃，在此温度下，螯合剂的溶解性较好，螯合结构稳定，螯合功效可以稳定的发挥；并向升温后的中性谷氨酸母液中加入质量为1Kg的螯合剂，螯合剂与谷氨酸母液中的氨基酸协同作用，准备对后续步骤中添加的钾离子进行螯合，本实施例中的螯合剂为甘露醇；以300r/min的转速搅拌10min，得到螯合母液；搅拌是为了使螯合剂均匀分布在中性谷氨酸母液中，有利于后续螯合反应的进行，可以使螯合剂更好的、更彻底的螯合各种营养元素；之后，再向螯合母液中添加质量为50Kg、细度为60目的腐植酸粉末，腐植酸粉末可以提供有机质，以300r/min的转速搅拌30min，再将螯合母液升温至70℃，得到有机质母液；升温的目的是为后续螯合剂螯合营养元素做准备，因为温度过低，螯合反应进行的不彻底、不稳定，螯合效果不好；
步骤(3)二级反应：将步骤(2)所得的有机质母液转移至二级反应罐中，在70℃条件下，以200r/min的转速对二级反应罐内的有机质母液进行恒温搅拌，同时向有机质母液中依次加入20Kg黄腐酸钾、10Kg硝酸钾、10Kg氧化钾和10Kg磷酸二氢钾，黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾为有机质母液中加入钾离子，以形成谷氨酸钾；在黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾每种物质加入后均搅拌10min，冷却后制得粗成品；恒温搅拌就是为了螯合反应进行的更彻底、稳定，若不搅拌，则会造成物料沉淀，螯合反应进行的不彻底，肥料不稳定，螯合效果不好；步骤(3)二级反应主要是对钾元素进行的螯合作用，改变钾元素的形态，将其由化合态变为螯合态，使其结构更稳定，吸收率更高，有机质母液中的钾离子的浓度更高；
步骤(4)研磨制膏：将步骤(3)所得的粗成品研磨制成谷氨酸钾水溶肥成品。
实施例2：
利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其包括如下步骤：
步骤(1)调节pH：量取质量为750Kg的玉米发酵后的谷氨酸母液并转移至调酸罐，谷氨酸母液的pH为4.0，氨基酸含量≥100g/L，总养分≥100g/L，有机质含量≥150g/L；将调酸罐内的谷氨酸母液升温至47℃，升温是为了更好的溶解轻质氧化镁粉末，用轻质氧化镁粉末将升温后的谷氨酸母液的pH调节至6.5，得到中性谷氨酸母液，轻质氧化镁是碱性物质，其成本低，且溶解度高，可以均匀、稳定的调节谷氨酸母液的pH；步骤(1)调节pH是为了后续更好的溶解螯合剂，使螯合剂的螯合性能更稳定，螯合功效更稳定的发挥；
步骤(2)一级反应：将步骤(1)所得的中性谷氨酸母液转移至一级反应罐内，将一级反应罐内的中性谷氨酸母液升温至65℃，在此温度下，螯合剂的溶解性较好，螯合结构稳定，螯合功效可以稳定的发挥；并向升温后的中性谷氨酸母液中加入质量为10Kg的螯合剂，螯合剂与谷氨酸母液中的氨基酸协同作用，准备对后续步骤中添加的钾离子进行螯合，本实施例中的螯合剂为木糖醇和山梨糖醇，木糖醇与山梨糖醇的添加比例为1:1，得到螯合母液；以150r/min的转速搅拌13min，搅拌是为了使螯合剂均匀分布在中性谷氨酸母液中，有利于后续螯合反应的进行，可以使螯合剂更好的、更彻底的螯合各种营养元素；之后，再向螯合母液中添加质量为100Kg、细度为80目的腐植酸粉末，腐植酸粉末可以提供有机质，以200r/min的转速搅拌45min，再将螯合母液升温至75℃，得到有机质母液；升温的目的是为后续螯合剂螯合营养元素做准备，因为温度过低，螯合反应进行的不彻底、不稳定，螯合效果不好；
步骤(3)二级反应：将步骤(2)所得的有机质母液转移至二级反应罐中，在75℃条件下，以150r/min的转速对二级反应罐内的有机质母液进行恒温搅拌，同时向有机质母液中依次加入40Kg黄腐酸钾、50Kg硝酸钾、50Kg氧化钾和50Kg磷酸二氢钾，黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾为有机质母液中加入钾离子，以形成谷氨酸钾；在黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾每种物质加入后均搅拌20min，冷却后制得粗成品；恒温搅拌就是为了螯合反应进行的更彻底、稳定，若不搅拌，则会造成物料沉淀，螯合反应进行的不彻底，肥料不稳定，螯合效果不好；步骤(3)二级反应主要是对钾元素进行的螯合作用，改变钾元素的形态，将其由化合态变为螯合态，使其结构更稳定，吸收率更高，有机质母液中的钾离子的浓度更高；
步骤(4)研磨制膏：将步骤(3)所得的粗成品研磨制成谷氨酸钾水溶肥成品。
实施例3：
利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其包括如下步骤：
步骤(1)调节pH：量取质量为900Kg的玉米发酵后的谷氨酸母液并转移至调酸罐，谷氨酸母液的pH为4.5，氨基酸含量≥100g/L，总养分≥100g/L，有机质含量≥150g/L；将调酸罐内的谷氨酸母液升温至50℃，升温是为了更好的溶解轻质氧化镁粉末，用轻质氧化镁粉末将升温后的谷氨酸母液的pH调节至7.0，得到中性谷氨酸母液，轻质氧化镁是碱性物质，其成本低，且溶解度高，可以均匀、稳定的调节谷氨酸母液的pH；步骤(1)调节pH是为了后续更好的溶解螯合剂，使螯合剂的螯合性能更稳定，螯合功效更稳定的发挥；
步骤(2)一级反应：将步骤(1)所得的中性谷氨酸母液转移至一级反应罐内，将一级反应罐内的中性谷氨酸母液升温至70℃，在此温度下，螯合剂的溶解性较好，螯合结构稳定，螯合功效可以稳定的发挥；并向升温后的中性谷氨酸母液中加入质量为20Kg的螯合剂，螯合剂与谷氨酸母液中的氨基酸协同作用，准备对后续步骤中添加的钾离子进行螯合，本实施例中的螯合剂为甘露醇、木糖醇和山梨糖醇，甘露醇、木糖醇、山梨糖醇的添加比例为2:1:1，得到螯合母液；以100r/min的转速搅拌15min，搅拌是为了使螯合剂均匀分布在中性谷氨酸母液中，有利于后续螯合反应的进行，可以使螯合剂更好的、更彻底的螯合各种营养元素；之后，再向螯合母液中添加质量为150Kg、细度为100目的腐植酸粉末，腐植酸粉末可以提供有机质，以100r/min的转速搅拌60min，再将螯合母液升温至80℃，得到有机质母液；升温的目的是为后续螯合剂螯合营养元素做准备，因为温度过低，螯合反应进行的不彻底、不稳定，螯合效果不好；
步骤(3)二级反应：将步骤(2)所得的有机质母液转移至二级反应罐中，在80℃的条件下，以100r/min的转速对二级反应罐内的有机质母液进行恒温搅拌，同时向有机质母液中依次加入80Kg黄腐酸钾、90Kg硝酸钾、100Kg氧化钾和100Kg磷酸二氢钾，黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾为有机质母液中加入钾离子，以形成谷氨酸钾；在黄腐酸钾、硝酸钾、氧化钾及磷酸二氢钾每种物质加入后均搅拌30min，冷却后制得粗成品；恒温搅拌就是为了螯合反应进行的更彻底、稳定，若不搅拌，则会造成物料沉淀，螯合反应进行的不彻底，肥料不稳定，螯合效果不好；冷却后制得粗成品；步骤(3)二级反应主要是对钾元素进行的螯合作用，改变钾元素的形态，将其由游化合态为螯合态，使其结构更稳定，吸收率更高，有机质母液中的钾离子的浓度更高；
步骤(4)研磨制膏：将步骤(3)所得的粗成品研磨制成谷氨酸钾水溶肥成品。
实施例4：
利用本发明制得的谷氨酸钾水溶肥成品与市售普通高钾肥，在同一试验田内，相同的种植条件下，进行连续4季对花生进行长效实验；每季种植开始前，均施用本发明制得的谷氨酸钾水溶肥成品与市售普通高钾肥，施用量为40kg/亩。施用本发明制得的谷氨酸钾水溶肥成品的花生田为实验组，施用市售普通高钾肥的花生田为对照组，两组产量对比数据如表1所示。
表1实验组与对照组产量对比数据
实验组产量(kg/亩) 对照组产量(kg/亩) 增产百分比(％)
第一季 324.46 311.24 4.2％
第二季 332.52 314.42 5.8％
第三季 341.61 317.38 7.6％
第四季 343.34 309.98 10.8％
由表1可知，实验组的每季花生种植产量均比对照组产量高，4季种植的增产百分比平均为7.1％，表明利用了谷氨酸母液中高含量的氨基酸生产出的谷氨酸钾水溶肥，肥效好；从4季花生种植的结果来看，对照组4季花生产量先升后降，表明市售普通高钾肥的肥效持久性较差，而实验组4季花生产量持续增长，表明本发明制得的谷氨酸钾水溶肥成品的肥效持久性较好。
从成本上来看，谷氨酸母液本身是味精生产企业产出的一种工业废水，处理难度大、费用高，利用谷氨酸母液生产谷氨酸钾水溶肥，没有废水废渣的排放；不但缓解了味精生产企业处理废水的压力，降低了企业废水处理成本，解决了谷氨酸母液污染环境的问题，而且将其变废为宝，实现资源利用最大化；产出的谷氨酸钾水溶肥成品成本为每吨2000元，较市售普通高钾肥每吨降低1500-2000元，降低了肥料生产的成本，增加了谷氨酸母液的附加值，增加了味精生产企业的经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (5)

1.利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其特征在于，其是向调节pH值后的谷氨酸母液中依次加入螯合剂、有机质及含钾化合物，最终制得谷氨酸钾水溶肥成品。
2.根据权利要求1所述的利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
所述步骤(1)调节pH：量取重量份为60-90份的玉米发酵后的谷氨酸母液并转移至调酸罐，将所述调酸罐内的所述谷氨酸母液升温至45-50℃，用轻质氧化镁粉末将升温后的所述谷氨酸母液的pH调节至6.0-7.0，得到中性谷氨酸母液；
所述步骤(2)一级反应：将所述步骤(1)所得的所述中性谷氨酸母液转移至一级反应罐内，将所述一级反应罐内的所述中性谷氨酸母液升温至60-70℃，并向升温后的所述中性谷氨酸母液中加入重量份为0.1-2份的所述螯合剂，以100-300r/min的转速搅拌10-15min，得到螯合母液；之后，再向所述螯合母液中添加重量份为5-15份的所述有机质，所述有机质是细度为60-100目的腐植酸粉末，以100-300r/min的转速搅拌30-60min，再将所述螯合母液升温至70-80℃，得到有机质母液；
所述步骤(3)二级反应：将所述步骤(2)所得的所述有机质母液转移至二级反应罐中，以100-200r/min的转速对所述二级反应罐内的所述有机质母液进行恒温搅拌，同时向所述有机质母液中加入所述含钾化合物，所述含钾化合物为依次加入的、重量份的为2-8份黄腐酸钾、1-9份硝酸钾、1-10份氧化钾和1.0-10份磷酸二氢钾，在所述黄腐酸钾、所述硝酸钾、所述氧化钾及所述磷酸二氢钾每种物质加入后均分别搅拌10-30min，冷却后制得粗成品；
所述步骤(4)研磨制膏：将所述步骤(3)所得的所述粗成品研磨制成所述谷氨酸钾水溶肥成品。
3.根据权利要求1或2任一所述的利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其特征在于，所述螯合剂为糖醇类物质。
4.根据权利要求3所述的利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其特征在于，所述糖醇类物质为木糖醇、山梨糖醇、甘露醇中的任意一种或几种组合。
5.根据权利要求1或2或4中任一所述的利用玉米发酵后的谷氨酸母液生产谷氨酸钾的方法，其特征在于，所述谷氨酸母液的pH为3.5-4.5，氨基酸含量≥100g/L，总养分≥100g/L，有机质含量≥150g/L。
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