CN107267427A - 一种苏氨酸母液回收利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于苏氨酸母液处理技术领域，公开了一种苏氨酸母液回收利用方法，其包括如下步骤：步骤1）离心，步骤2）菌株驯化，步骤3）藻驯化，步骤4）制备发酵培养基，步骤5）发酵处理。本发明方法能够有效处理发酵母液，并且同时制备了微生物蛋白，节能环保，适合推广使用。

Description

一种苏氨酸母液回收利用方法
技术领域
本发明属于苏氨酸母液处理技术领域，具体涉及一种苏氨酸母液回收利用方法。
背景技术
苏氨酸，学名2-氨基-3-羟基丁酸。苏氨酸是一种必需的氨基酸，苏氨酸主要用于医药、化学试剂、食品强化剂、饲料添加剂等方面。特别是饲料添加剂方面的用量增长快速，它常添加到未成年仔猪和家禽的饲料中，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。在配合饲料中加入L-苏氨酸，具有如下的特点：①可以调整饲料的氨基酸平衡，促进禽畜生长；②可改善肉质；③可改善氨基酸消化率低的饲料的营养价值；④可降低饲料原料成本；因此在欧盟国家（主要是德国、比利时、丹麦等）和美洲国家，已广泛地应用于饲料行业。
通常所说的苏氨酸母液是指发酵液提取苏氨酸后排放的母液。母液中含有的大量菌体蛋白、残余氨基酸、多糖、核酸以及维生素等营养物质，同时也含有较高浓度的COD以及氨态氮。如果将其进行直接排放，会严重污染环境。如何处理和利用氨基酸废液一直是国内氨基酸生产厂家关注的热点。申请人之前的专利技术大多采用废水处理系统对其进行净化处理；加热浓缩工艺可以获得饲料产品，同时去除污染物，但是成本较高，耗时费力，资源回收与废水处理相脱节，且有高温蒸发浓缩后有机物容易变质等缺点；也有研究表明，可以利用氨基酸工业废水生产饲用菌体蛋白，例如中国专利技术“利用高含盐氨基酸废水发酵生产饲用汉逊德巴利酵母的方法”公开了一种回收利用氨基酸废水进行发酵生产菌体蛋白的方法，该方法利用废水制备了培养基，培养基组分为，高含盐氨基酸污水：125g/L-330g/L，碳源：30-100g/L，磷酸二氢钾（KH2PO4）：5-15g/L，酵母粉：0-10g/L，硫酸镁（MgSO4）：3-9g/L，碳酸钙（CaCO3）：0.75-2g/L，硫酸亚铁（FeSO4）：1.5-4g/L，培养基pH为3.5-7.5，该方法有效处理了废水，并且制备了菌体蛋白；但是该方法也存在一些缺陷：培养基原料成本较高、废水使用量有限等缺陷。为了降低企业成本，同时提高废液处理量，需要对上述工艺进行改进。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种苏氨酸母液回收利用方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种苏氨酸母液回收利用方法，其包括如下步骤：步骤1）离心，步骤2）菌株驯化，步骤3）藻驯化，步骤4）制备发酵培养基，步骤5）发酵处理。
进一步地，所述方法包括如下步骤：
步骤1）离心：利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体分离，回收菌体沉淀，并收集上层废液；
步骤2）菌株驯化：将枯草芽孢杆菌种子液和地衣芽孢杆菌种子液按照3:1的体积比混合，然后按照6%的体积比接种量转到驯化培养基A中，32℃培养12h，得到驯化菌液；
步骤3）藻驯化：将斜生栅藻藻液按照8%的体积比接种量转到驯化培养基B中，30℃培养24h，得到驯化藻液：
步骤4）制备发酵培养基：将玉米秸秆粉和麦麸投入到步骤1）所得废液中，300rpm搅拌60min，得到发酵培养基；所述玉米秸秆粉、麦麸与步骤1）所得废液的比例为50-70g：20-30g：1L；
步骤5）发酵处理：将驯化菌液和驯化藻液同时投入到发酵培养基中，控制在30-32℃，发酵培养72小时，收集菌体和藻体；所述驯化菌液、驯化藻液以及发酵培养基的体积比为2-3:1-2:20-30；
作为步骤1）的一个替代方案，利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体分离，回收菌体沉淀，并收集上层废液，因为上层废液中还含有一些苏氨酸，本发明还可以对其进行进一步地分离纯化，具体地，经四效蒸发器进行浓缩，获得浓缩液；再经模拟移动床色谱进行分离，操作温度55-60℃，获得含有较高浓度苏氨酸的分离液，结晶得到苏氨酸，上述过程收集的废弃液体用于下一步骤；
优选地，所述高速碟片机分离菌体的转速为4000-5000rpm。
优选地，所枯草芽孢杆菌种子液的浓度为1×108个/ml；所述地衣芽孢杆菌种子液的浓度为1×108个/ml。
优选地，所述驯化培养基A的组分为，以配置1L为例：葡萄糖90g，酵母粉30g，MgSO412g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 1g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液。
优选地，所述斜生栅藻藻液的浓度为1×105个/ml。
优选地，所述驯化培养基B的组分为，以配置1L为例：糖蜜50g，玉米浆50g，蔗糖20g，MnSO4 5g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液。
优选地，所述枯草芽孢杆菌为ATCC 6633；所述地衣芽孢杆菌ATCC 为14580；所述斜生栅藻为CGMCC No.8015。
本发明研究的出发点以及取得的有益效果主要包括以下几个方面：
申请人在研究中发现，单独利用酵母、芽孢杆菌以及乳杆菌等单一菌株发酵所产生的酶不能完全满足原料对酶的需求量，利用外加饲用酶对原料进行协同发酵在一定程度上能够弥补单独利用微生物进行发酵的不足，但是该方法需要消耗大量的酶制剂，增加了企业负担；混合菌种发酵中，很难找到适合共生协同功能的菌种，而且菌种数目过多时容易造成杂菌污染，发酵工艺过程较难控制，因此一般菌种组合数目相对较少会减少污染的可能性。研究表明，芽孢杆菌的淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶活力较高，能降解原料中的纤维素、多糖、蛋白质，使之变成易于菌体利用的低分子糖类、肽类及氨基酸，故对原料的利用率高，粗蛋白含量也相对较高。
本发明的母液有多重用途，可用来制备驯化培养基A、驯化培养基B以及发酵培养基。
本发明采用枯草芽孢杆菌-地衣芽孢杆菌混合发酵，纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶以及中性蛋白酶较采用单一菌株发酵的酶活力大大提高，明显优于单一菌株发酵水平，说明两种菌株可以发挥协同作用，改善产酶水平，有助于提高母液中废弃物和秸秆的降解；
本发明采用斜生栅藻与菌株共生培养，可协同芽孢杆菌增殖，其作用主要为在光合作用下提供产生的氧气或代谢产物，以增加培养基中的含氧量或营养分成，促使有菌株的活性或繁殖率提高，从而产生较多的酶蛋白，提高废液利用效率；
本发明菌株和藻类首先经过驯化培养，能够更快速适应发酵废液，有效利用发酵废液中的养料，在获得菌体蛋白的同时净化了水质，减轻污水处理装置负荷，生态与经济效益显著。
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，对本申请的技术方案进行清楚、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。
本发明所述的菌种属于已知菌株，均可以从ATCC等商业途径购买得到。本发明的各菌种的斜面培养、摇瓶种子培养和发酵罐培养为本领域的常规培养方式，不是本发明创新点，此处不详述。本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
实施例1
一种苏氨酸母液回收利用方法，其包括如下步骤：
步骤1）利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000rpm，回收菌体沉淀，并收集上层废液；
步骤2）将枯草芽孢杆菌种子液（1×108个/ml）和地衣芽孢杆菌种子液（1×108个/ml）按照3:1的体积比混合，然后按照6%的体积比接种量转到驯化培养基A中，32℃培养12h，得到驯化菌液；所述驯化培养基A的组分为，以配置1L为例：葡萄糖90g，酵母粉30g，MgSO412g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 1g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液；
步骤3）将斜生栅藻藻液（1×105个/ml）按照8%的体积比接种量转到驯化培养基B中，30℃培养24h，得到驯化藻液：所述驯化培养基B的组分为，以配置1L为例：糖蜜50g，玉米浆50g，蔗糖20g，MnSO4 5g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液；
步骤4）将玉米秸秆粉和麦麸投入到步骤1）所得废液中，300rpm搅拌60min，得到发酵培养基；所述玉米秸秆粉、麦麸与步骤1）所得废液的比例为50-70g：20-30g：1L；
步骤5）将驯化菌液和驯化藻液同时投入到发酵培养基中，控制在30-32℃，发酵培养72小时，收集菌体和藻体；所述驯化菌液、驯化藻液以及发酵培养基的体积比为3:2:30。
所述枯草芽孢杆菌为ATCC 6633；所述地衣芽孢杆菌ATCC 为14580；所述斜生栅藻为CGMCC No.8015。
实施例2
一种苏氨酸母液回收利用方法，其包括如下步骤：
步骤1）利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体分离，高速碟片机分离菌体的转速为5000rpm，回收菌体沉淀，并收集上层废液；
步骤2）将枯草芽孢杆菌种子液（1×108个/ml）和地衣芽孢杆菌种子液（1×108个/ml）按照3:1的体积比混合，然后按照6%的体积比接种量转到驯化培养基A中，32℃培养12h，得到驯化菌液；所述驯化培养基A的组分为，以配置1L为例：葡萄糖90g，酵母粉30g，MgSO412g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 1g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液；
步骤3）将斜生栅藻藻液（1×105个/ml）按照8%的体积比接种量转到驯化培养基B中，30℃培养24h，得到驯化藻液：所述驯化培养基B的组分为，以配置1L为例：糖蜜50g，玉米浆50g，蔗糖20g，MnSO4 5g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液；
步骤4）将玉米秸秆粉和麦麸投入到步骤1）所得废液中，300rpm搅拌60min，得到发酵培养基；所述玉米秸秆粉、麦麸与步骤1）所得废液的比例为50-70g：20-30g：1L；
步骤5）将驯化菌液和驯化藻液同时投入到发酵培养基中，控制在30-32℃，发酵培养72小时，收集菌体和藻体；所述驯化菌液、驯化藻液以及发酵培养基的体积比为2:1:20。
所述枯草芽孢杆菌为ATCC 6633；所述地衣芽孢杆菌ATCC 为14580；所述斜生栅藻为CGMCC No.8015。
实施例3
本发明采用的苏氨酸母液是从发酵液中提取苏氨酸之后的残液，各主要组分含量为：糖类20-30g/L、脂肪类物质5-8 g/L、粗蛋白30-50g/L、COD2000-3000mg/L、氨氮300-500mg/L以及SS 100-200mg/L。
以实施例1为例，分析发酵液中各组分为：COD为38mg/L、氨氮为12m g/L以及SS 为16mg/L；菌体含量较高，同时液体中的污染物水平大大降低。
实施例4
各微生物种类之间协同效果检测：
1、枯草芽孢杆菌-地衣芽孢杆菌混合发酵对产酶影响，以采用枯草芽孢杆菌单一发酵为对照组，主要检测了发酵液中枯草芽孢杆菌中的纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶以及中性蛋白酶酶活力，具体数据见表1：
表1
组别 纤维素酶U/ml 淀粉酶U/ml 脂肪酶U/ml 中性蛋白酶U/ml
实施例1组 123.6 370.8 219.5 474.1
对照组 79.4 230.2 167.6 301.9
结论：可见，本发明选择的芽孢杆菌之间具备较好的协同作用，提高了纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶以及中性蛋白酶酶活力，有助于母液中废弃物以及农作物纤维素的降解。
2、斜生栅藻与菌株共生培养对微生物产量、纤维素酶活以及废液中各污染物水平的影响。以实施例2为例，对照组为只采用菌株进行发酵处理，具体结果见表2：
表2
组别 微生物产量g/L COD去除率% 氨氮去除率% SS去除率% 纤维素酶U/ml
实施例2组 132.8 98.7 96.4 89.2 130.7
对照组 81.6 81.5 76.9 80.1 112.3
结论：本发明采用斜生栅藻与菌株共生培养，可协同芽孢杆菌增殖，可能是因为斜生栅藻在光合作用下提供产生的氧气或代谢产物，以增加培养基中的含氧量或营养分成，促使有菌株的活性或繁殖率提高，从而产生较多的酶蛋白，提高废液中各类污染物的降解。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种苏氨酸母液回收利用方法，其包括如下步骤：步骤1）离心，步骤2）菌株驯化，步骤3）藻驯化，步骤4）制备发酵培养基，步骤5）发酵处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1）离心：利用高速碟片分离机将苏氨酸母液中的菌体分离，回收菌体沉淀，并收集上层废液；
步骤2）菌株驯化：将枯草芽孢杆菌种子液和地衣芽孢杆菌种子液按照3:1的体积比混合，然后按照6%的体积比接种量转到驯化培养基A中，32℃培养12h，得到驯化菌液；
步骤3）藻驯化：将斜生栅藻藻液按照8%的体积比接种量转到驯化培养基B中，30℃培养24h，得到驯化藻液：
步骤4）制备发酵培养基：将玉米秸秆粉和麦麸投入到步骤1）所得废液中，300rpm搅拌60min，得到发酵培养基；所述玉米秸秆粉、麦麸与步骤1）所得废液的比例为50-70g：20-30g：1L；
步骤5）发酵处理：将驯化菌液和驯化藻液同时投入到发酵培养基中，控制在30-32℃，发酵培养72小时，收集菌体和藻体；所述驯化菌液、驯化藻液以及发酵培养基的体积比为2-3:1-2:20-30。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高速碟片机分离菌体的转速为4000-5000rpm。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所枯草芽孢杆菌种子液的浓度为1×108个/ml；所述地衣芽孢杆菌种子液的浓度为1×108个/ml。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述驯化培养基A的组分为，以配置1L为例：葡萄糖90g，酵母粉30g，MgSO4 12g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 1g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述斜生栅藻藻液的浓度为1×105个/ml。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述驯化培养基B的组分为，以配置1L为例：糖蜜50g，玉米浆50g，蔗糖20g，MnSO4 5g，K2HPO4 5g，KH2PO4 5g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，余量为步骤1）所得废液。
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