CN108440557B - 一种盐霉素发酵液的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物发酵领域，特别涉及一种盐霉素发酵液的预处理方法。具体步骤为：1)取盐霉素发酵液直接加入絮凝剂絮凝，静置后得上清液I和沉淀物I；2)向上清液I中加入絮凝剂搅拌，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；3)沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼。本方法处理过程中无酸碱加入、助滤剂等多种试剂的加入，产品质量高；反应条件温和，属于物理反应，不存在化学反应，盐霉素收率高；絮凝剂使用量少、絮凝效果好、反应中无需加热，节能减耗；制备工艺所需设备少、占地小、劳动强度小。
Description
技术领域
本发明涉及生物发酵领域，具体涉及一种盐霉素发酵液的预处理方法。
背景技术
盐霉素系由白色链霉菌(Streptomyces albus)培养基中发酵产生一种聚醚类一元羧酸抗生素，具有特殊的环状结构，是典型的离子载体抗生素。能强烈的与细胞中的碱金属离子紧密结合，增强生物所必需的阳离子通过细胞膜上的脂质屏障的浸透性，抑制孢子体和裂殖体的正常离子平衡，从而起到对大多数革兰氏阳性菌和各种球虫较强的的抑制和杀灭作用。盐霉素通过干扰有害微生物生长，提高影响物质的消化和吸收，保证和促进畜禽的健康生长。
目前，盐霉素生产过程中，发酵所用培养基的主要碳源物质为大豆油，在发酵培养结束之后会残余2％-6％的大豆油。由于大豆油及其菌体代谢产生的其他脂类物质的存在，盐霉素发酵液在预处理板框过滤的过程中异常困难，工业上不得不采取加入NaOH的方式，在较高温度下对盐霉素发酵液残留的油脂类物质进行充分的皂化反应，皂化反应中使得盐霉素变成了盐霉素钠，待皂化反应完全之后再用酸将盐霉素钠反应为盐霉素。例如，中国专利CN102432623A公开了一种盐霉素发酵液固液分离方法，将盐霉素发酵液先加热至55-65℃，搅拌下加入30％的离子膜液碱调pH至10.0-11.0，然后再用浓硫酸调pH至7.0-8.0，再加入3％发酵液体积的碳酸钙和6％发酵液体积的泡花碱，搅拌2小时后得到盐霉素菌浆液；在压榨压力1.6MPa的条件下对盐霉素菌浆液进行隔膜压滤，得到盐霉素滤饼固体物。中国专利CN101884621A公开了盐霉素颗粒预混剂的制备方法，其中发酵液的处理方式为：首先将盐霉素发酵液用碱调节pH至6.5～10.0加热至40-42℃保温4小时，加入硅酸钠溶液并用酸调节pH至7—8，再向发酵液中加入碳酸钙得盐霉素料液。中国专利CN104546739A公开了一种盐霉素的提取工艺，首先在发酵液中加入2-5wt.％的絮凝剂，搅匀后，于25-35℃保温静置20-30分钟，然后加入5-10wt.％的轻质碳酸钙与2-4wt.％的NaHCO3搅拌均匀后得到预处理的发酵液；预处理后的发酵液板框过滤得到含有盐霉素的滤饼。
现有技术中对于盐霉素发酵液的预处理方式主要有以下缺点：反应过程中引入碱性物质，使得盐霉素变成了盐霉素盐，导致盐霉素收率降低，即使后续过程采用酸将盐霉素盐反应为盐霉素，这个过程中盐霉素有降解的问题，导致预处理过程中收率低，只有不到90％，损失掉10％以上的盐霉素，经济效益差；发酵液预处理过程需要在较高温度下进行，能源消耗大；经过皂化反应与酸的回调作用，生产出来的盐霉素杂质多，品质差，产品质量低；发酵液过滤速度慢，耗时长，过滤后滤饼水分含量高，加大了后续干燥过程的能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供盐霉素发酵液的预处理方法。该方法简便可控、处理时间短，有效的降低了盐霉素发酵液预处理过程中盐霉素的降解问题，制备出的产品质量高，且设备少、占地小、劳动强度小。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种盐霉素发酵液的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取盐霉素发酵液直接加入絮凝剂絮凝，静置后得上清液I和沉淀物I；
2)向上清液I中加入絮凝剂搅拌，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；
3)沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼。
本申请在发酵液的预处理过程中，只加入了絮凝剂，无任何酸碱、助滤剂等的加入，因而产品质量高，并且反应过程属于物理反应，不存在化学反应，避免了盐霉素的降解；发酵液首先用絮凝剂絮凝沉降，可以将发酵液中大部分菌丝体絮凝沉积，在向沉积后的上清液中加入絮凝剂进行二次絮凝，可以将菌丝体进一步絮凝，在通过不锈钢膜粗过滤，最后通过转鼓过滤机过滤，的盐霉素滤饼。目前国内无这样的工艺路线，该工艺制备出的产品质量高，且设备少、占地小、劳动强度小。
进一步，步骤1)和步骤2)中所述絮凝剂为有机改性生物炭。生物炭即生物质炭，是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。盐霉素发酵所用培养基的主要碳源物质为大豆油，在发酵培养结束之后会残余2％-6％的大豆油。由于大豆油及其菌体代谢产生的其他脂类物质的存在，盐霉素发酵液在过滤的过程中异常困难，而生物炭是一种价廉易得可以用来吸油的材料，经过热解工艺的生物质，纤维素、半纤维素分解，亲水性基团减少，同时产生的憎水性焦油质会附着在材料表面，大大提高了吸油材料的亲油选择性。但是生物炭的憎水性会在一定程度上降低对发酵液中油脂物质的吸收，而对生物炭进行有机改性，可以对油脂进行捕捉，从而利于吸附，而且有机物在这里还起到絮凝的作用，单纯的有机絮凝会出现液体粘滞力增大的问题，对后续过滤造成较大压力，而采用有机改性絮凝剂既可以起到絮凝的作用，也避免了液体粘滞力增大的问题，既能保证产品产量和质量，也能提高过滤效率，减轻后续工艺的负担。
更进一步，所述生物炭为炭化棉花秆、炭化杉木树皮、炭化大豆秸秆中的一种。
更进一步，所述有机改性生物炭中改性所用有机物为聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺(AM)单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，本身无毒。
进一步，所述生物炭的制备条件为：生物质干燥粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在300-450℃保温1-1.5h。
根据本申请的一个实施例，盘磨间隙为1.00mm。
更进一步，所述有机改性生物炭的制备方法为：将生物炭与聚丙烯酰胺采用球磨研磨法制成复合材料。
更进一步，所述生物炭与聚丙烯酰胺的质量比为(3-5):1，球磨时间为8-12h，球磨机转速为450-600rpm，旋转方法每一小时转换一次。
絮凝剂能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块，对于不同的发酵液，所需絮凝剂的种类、用量、反应时间也是不同的，絮凝剂添加量过少达不到絮凝效果，过多不仅造成浪费还会随着浓度增加引起自身絮凝，从而导致絮凝效果降低。本发明通过对絮凝剂的种类的选择，以及用量和反应时间的限制，实现了最优的絮凝效果，提高了后续的过滤效率、节约了时间、降低了能耗。
进一步，所述步骤1)中，絮凝剂的用量为1.5-2.0g/L盐霉素发酵液，反应时间为40-60min。
进一步，所述步骤1)中，絮凝反应时，搅拌转速为200-300rpm。
进一步，所述步骤2)中，絮凝剂的用量为1.0-1.5g/L盐霉素发酵液，反应时间为20-30min，不锈钢膜截留精度为10-20μm。
进一步，所述步骤2)中，絮凝反应时，搅拌转速为250-350rpm。
进一步，所述步骤2)中，采用不锈钢膜过滤时为真空过滤，真空度为-0.02MPa。
进一步，所述步骤3)中转鼓过滤机的转鼓转速为8-12r/min，运行真空度为0.05-0.07MPa。
转鼓过滤机属于外滤面转鼓真空过滤机，具有外滤面转鼓和刮刀卸料，在真空作用下连续工作的特点，过滤机与悬浮液接触之处，均采用不锈钢制造，结构紧凑、占地面积小、操作连续、自动运行；本申请工艺中将自沉降和不锈钢膜过滤后的料浆用转鼓过滤机进一步过滤，得水分含量低的滤饼；而板框过滤机不能连续运行，处理量小，滤布消耗大，易堵塞，需要使用高压泵；不适用于油性污泥的脱水；难以实现连续自动运行。相较而言，转鼓过滤机生产能力大，操作管理方便，能连续自动操作，省人力。
本发明的有益效果：
(1)预处理过程中，反应条件温和，属于物理反应，不存在化学反应，盐霉素收率高。
(2)预处理过程中无酸碱加入、助滤剂等多种试剂的加入，产品质量高。
(3)絮凝效果好、絮凝剂使用量少、反应中无需加热，节能减耗。
(4)该工艺制备出的产品质量高，且设备少、占地小、劳动强度小。
(5)制备出的盐霉素滤饼稳定性好、产品质量高。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步阐述。这些实施例仅是出于解释说明的目的，而不限制本发明的范围和实质。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件进行。
盐霉素发酵液由内蒙古拜克生物有限公司提供，放罐盐霉素效价为72000u/mL；聚丙烯酰胺由石家庄开发区德赛化工有限公司提供；转鼓过滤机型号为XDL20，由安丘市翼鑫机械有限公司提供。
实验例1
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的棉花杆粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在400℃保温1.5h，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按质量比为5:1混合，球磨10h，得有机改性生物炭；其中球磨机转速为600rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
发酵液预处理：
取盐霉素发酵液3000mL，加入上述絮凝剂，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂搅拌，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为20μm。
表1 一次絮凝影响因素实验结果
上清液效价越低，证明絮凝效果越好，根据实验结果可以得出，最优组合为一次絮凝剂加入量为6g，即2.0g/L盐霉素发酵液；一次絮凝时间40min，一次絮凝搅拌转速300rpm。通过R值的大小可以看出本实验因素存在显著性顺序，其主次关系为絮凝剂用量＞絮凝时间＝絮凝转速。
实验例2
当一次絮凝剂加入量为6g，一次絮凝时间40min，一次絮凝搅拌转速300rpm时，考察二次絮凝反应的影响因素。
表2 二次絮凝影响因素实验结果
根据实验结果，可以得出，当反应时间过低时，絮凝不完全，滤液中仍有部分目标产物存在，絮凝完全后继续增加只是造成了不必要的浪费。
实验例3
取盐霉素发酵液3000mL，加入絮凝剂6g，搅拌转速300rpm，反应40min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂4.5g，搅拌转速300rpm，反应20min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为20μm。
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的生物质粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，在一定温度下进行热解，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按一定质量比混合，球磨，得有机改性生物炭；其中球磨机旋转方法为每一小时转换一次。
表3有机改性生物炭絮凝效果的影响因素实验结果
根据实验结果可以看出，热解温度、热解时间、生物炭和有机物质量比都是影响絮凝剂絮凝效果的因素。
实验例4
取盐霉素发酵液3000mL，加入絮凝剂6g，搅拌转速300rpm，反应40min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂4.5g，搅拌转速300rpm，反应20min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为20μm。
表4有机改性生物炭絮凝效果的影响因素实验结果
实验结果可以看出，本申请使用的有机改性生物炭作为絮凝剂有非常好的絮凝效果。
实验例5
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的棉花杆粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在400℃保温1.5h，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按质量比为5:1混合，球磨10h，得有机改性生物炭；其中球磨机转速为600rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
取盐霉素发酵液100L，加入絮凝剂200g，搅拌转速300rpm，反应40min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂150g，搅拌转速300rpm，反应20min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为20μm。
将沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼。
表5转鼓过滤机参数改变对过滤效果的影响
过滤参数对于滤饼的质量和含水量有非常重要的影响，根据实验可以看出转速和真空度不同，所得滤饼含水量差异明显。
实施例1
盐霉素发酵液由内蒙古拜克生物有限公司提供，放罐盐霉素效价为80000u/mL
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的棉花杆粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在400℃保温1.5h，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按质量比为5:1混合，球磨10h，得有机改性生物炭；其中球磨机转速为600rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
取盐霉素发酵液500L，加入絮凝剂1kg，搅拌转速300rpm，反应40min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂0.75kg，搅拌转速300rpm，反应20min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为20μm。
将沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼；其中转鼓过滤机的转鼓转速为8r/min，运行真空度为0.05MPa。
盐霉素滤饼干燥后，得盐霉素粉105kg。
实施例2
盐霉素发酵液由内蒙古拜克生物有限公司提供，放罐盐霉素效价为80000u/mL
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的大豆秸秆粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在300℃保温1.5h，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按质量比为4:1混合，球磨12h，得有机改性生物炭；其中球磨机转速为500rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
取盐霉素发酵液500L，加入絮凝剂0.75kg，搅拌转速200rpm，反应60min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂0.75kg，搅拌转速350rpm，反应30min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为10μm。
将沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼；其中转鼓过滤机的转鼓转速为12r/min，运行真空度为0.07MPa。
盐霉素滤饼干燥后，得盐霉素粉110kg。
实施例3
盐霉素发酵液由内蒙古拜克生物有限公司提供，放罐盐霉素效价为80000u/mL
有机改性絮凝剂的制备：
将风干后的杉木树皮粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在450℃保温1.0h，得生物炭。其中，盘磨间隙为1.00mm。
将生物炭与聚丙烯酰胺按质量比为3:1混合，球磨8h，得有机改性生物炭；其中球磨机转速为450rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
取盐霉素发酵液500L，加入絮凝剂1.0kg，搅拌转速250rpm，反应50min，静置后得上清液I和沉淀物I；向上清液I中加入絮凝剂0.5kg，搅拌转速250rpm，反应30min，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；其中过滤方式为真空过滤，真空度为-0.02MPa，不锈钢膜截留精度为15μm。
将沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼；其中转鼓过滤机的转鼓转速为10r/min，运行真空度为0.06MPa。
盐霉素滤饼干燥后，得盐霉素粉99kg。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种盐霉素发酵液的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）取盐霉素发酵液直接加入絮凝剂絮凝，静置后得上清液I和沉淀物I；
2）向上清液I中加入絮凝剂搅拌，不锈钢膜过滤后得上清液II和沉淀物II；
3）沉淀物I和沉淀物II混合采用转鼓过滤机进行处理，得盐霉素滤饼；
其中，所述步骤1）和步骤2）中所述絮凝剂为有机改性生物炭；所述有机改性生物炭中生物炭为炭化棉花秆、炭化杉木树皮、炭化大豆秸秆中的一种；所述有机改性生物炭中改性所用有机物为聚丙烯酰胺；所述生物炭的制备条件为：生物质干燥粉碎，经盘磨帚化后置于密闭容器中，在限氧条件下置于马弗炉内，控制温度在300-450℃保温1-1.5h。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述有机改性生物炭的制备方法为：将生物炭与聚丙烯酰胺采用球磨研磨法制成复合材料。
3.根据权利要求2所述的预处理方法，其特征在于，所述生物炭与聚丙烯酰胺的质量比为(3-5):1，球磨时间为8-12h，球磨机转速为450-600rpm，旋转方法为每一小时转换一次。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述步骤1）中，絮凝剂的用量为1.5-2.0g/L盐霉素发酵液，反应时间为40-60min。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述步骤2）中，絮凝剂的用量为1.0-1.5g/L盐霉素发酵液，反应时间为20-30min，不锈钢膜截留精度为10-20μm。
6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述步骤3）中转鼓过滤机的转鼓转速为8-12r/min，运行真空度为0.05-0.07MPa。
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