CN109136096A - 一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺 - Google Patents

一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于苏氨酸母液处理技术领域，公开了一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺，其包括如下步骤：1）过滤和调整pH，2）添加农业废弃物，3）微生物处理。本发明工艺能够有效处理废母液中的污染物，同时制备了饲用菌体和藻体蛋白，节能减排，同时提高了企业经济效益。

Description

一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺
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废母液的分离和使用工艺。
背景技术
L-苏氨酸，是构成人类及动植物蛋白质的一种必需氨基酸，主要用于医药、化学试剂、食品强化剂、饲料添加剂等方面。据有关统计，1993年全世界苏氨酸产量仅4000t，1999年增长至2.5万t，2002年超过4万t，2015年已经超过20万t。苏氨酸发展之迅速体现了其在氨基酸发酵领域的重要性。
目前，苏氨酸的生产方法主要有发酵法、蛋白质水解法和化学合成法三种，其中微生物发酵法已经成为生产苏氨酸的主流方法。发酵法生产苏氨酸需经过发酵、膜过滤、浓缩结晶、离心分离、干燥、筛分、包装等工艺操作，产生大量母液，其含有菌体蛋白、氨基酸、维生素、核酸、多糖等其他营养物质。收集上述营养物质的废水仍然含有高浓度的工业COD、氨氮等污染物，处理成本较高，制约了苏氨酸行业的发展。虽然生产企业、科研机构及有关的大专院校都对治理进行了大量的研究。但是，目前国内外都还没有成熟的成套技术应用于生产实践。主要的问题是一次性投资过大，或者日常运行费用过高，多数厂家无法承受，不得不长期维持超标排放的现状。
申请人先前的研究主要包括两个方面：1、将废水用作制备肥料，其适合具备肥料生产资质和能力的企业，但是对于其他氨基酸生产企业，并不能达到生产肥料的目的；2、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。现有技术也有研究表明，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、废母液使用量有限等缺陷。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废母液的分离和使用工艺。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺，其包括如下步骤：1）过滤和调整pH，2）添加农业废弃物，3）微生物处理。
具体地，所述工艺包括如下步骤：
1）过滤和调整pH：苏氨酸废母液首先经过无机陶瓷膜过滤，截留分子量为10000Da，过滤温度为32℃，收集菌体蛋白，滤液排入到酸碱调节池，通过添加KOH溶液调整液体的pH为6.5；
2）添加农业废弃物：从酸碱调节池排出的废液进入微生物反应池，然后添加5wt%的稻草粉、2wt%的麦麸以及1wt%的豆粕，300rpm搅拌120min；
3）微生物处理：往步骤2）所得液体中按照3-5%的接种量接种斜生栅藻藻液，培养12-18h后，再6-8%的接种量接种里氏木霉菌液，继续培养12h，然后按照8-10%的接种量接种黑曲霉菌液，继续培养48-72h，过滤收集藻体和菌体，菌体用于饲用菌，藻体用于饲料蛋白，滤液用于制备肥料。
进一步地，所述斜生栅藻液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加糖蜜30g，玉米浆30g，蔗糖10g，尿素10g，MnSO4 3g，ZnSO4 1g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得斜生栅藻驯化培养基；
（2）将斜生栅藻按照常规培养获得种子液，然后按照1:10的体积比转入斜生栅藻驯化培养基，培养12小时，得到斜生栅藻液。
进一步地，所述里氏木霉菌液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO4 10g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
（2）将里氏木霉按照常规培养获得里氏木霉种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:20的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到里氏木霉菌液。
进一步地，所述黑曲霉菌液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO4 10g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
（2）将黑曲霉按照常规培养获得种子液，然后按照1:15的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到黑曲霉菌液。
优选地，所述里氏木霉为ATCC 56764 ；所述黑曲霉为ATCC 16404；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、乳杆菌、木霉菌等单一菌株发酵所产生的酶不能完全满足发酵原料对酶的需求量，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。
本发明中，与里氏木霉单独培养相比较，与黑曲霉共培养后，纤维素酶活力明显增加；可能是因为里氏木霉与黑曲霉共生，黑曲霉分解纤维素能力较弱，里氏木霉的葡萄糖苷酶的活力较强，形成的产物有互补作用；而且黑曲霉在生长发育过程中消耗培养基被纤维素酶水解的葡萄糖，酶促底物含量的降低，会加速纤维素酶的合成。
本发明采用斜生栅藻与霉菌共生培养，可协同菌株增殖，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，促使有霉菌的活性或繁殖率提高，从而产生较多的酶蛋白，提高霉菌对废母液的利用效率；
本发明在利用废母液培养微生物时，首先接入斜生栅藻，可以提供氧气，增加废液中的含氧量，有助于霉菌的增殖；然后接入里氏木霉产纤维素酶分解纤维素产生的养料可供黑曲霉使用，待养料达到一定浓度后，再接入黑曲霉，避免同时接入造成黑曲霉不能形成优势菌株而导致死亡。
本发明霉菌和藻类首先经过废液驯化培养，能够更快速适应发酵废母液，有效利用发酵废母液中的养料，在获得饲料菌体和藻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。
附图说明
图1：斜生栅藻与里氏木霉接种间隔时间对里氏木霉产纤维素酶和葡萄糖苷酶能力的影响。
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。
本发明所述的微生物属于已知产品，均可以从ATCC、CGMCC等商业途径购买得到。本发明的各微生物的斜面培养、摇瓶种子培养和扩大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
一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺，其包括如下步骤：
苏氨酸废母液首先经过无机陶瓷膜过滤，截留分子量为10000Da，过滤温度为32℃，收集菌体蛋白，滤液排入到酸碱调节池，通过添加KOH溶液调整液体的pH为6.5；
从酸碱调节池排出的废液进入微生物反应池，然后添加5wt%的稻草粉、2wt%的麦麸以及1wt%的豆粕，300rpm搅拌120min，再按照3%的接种量接种斜生栅藻藻液，培养12h后，按照6%的接种量接种里氏木霉菌液，继续培养12h后，按照8%的接种量接种黑曲霉菌液，继续培养72h，过滤收集藻体和菌体，菌体可用于饲用菌，藻体可用于饲料蛋白，滤液可用于制备肥料；
所述斜生栅藻液按照如下步骤制备而得：
取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加糖蜜30g，玉米浆30g，蔗糖10g，尿素10g，MnSO4 3g，ZnSO4 1g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得斜生栅藻驯化培养基；
将斜生栅藻按照常规培养获得种子液（浓度控制在1×105个/ml），然后按照1:10的体积比转入斜生栅藻驯化培养基，培养12小时，得到斜生栅藻液。
所述里氏木霉菌液和黑曲霉菌液按照如下步骤制备而得：
取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO410g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
将里氏木霉按照常规培养获得里氏木霉种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:20的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到里氏木霉菌液；
将黑曲霉按照常规培养获得种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:15的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到黑曲霉菌液。
所述里氏木霉为ATCC 56764 ；所述黑曲霉为ATCC 16404；所述斜生栅藻为CGMCCNo.8015。
实施例2
一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺，其包括如下步骤：
苏氨酸废母液首先经过无机陶瓷膜过滤，截留分子量为10000Da，过滤温度为32℃，收集菌体蛋白，滤液排入到酸碱调节池，通过添加KOH溶液调整液体的pH为6.5；
从酸碱调节池排出的废液进入微生物反应池，然后添加5wt%的稻草粉、2wt%的麦麸以及1wt%的豆粕，300rpm搅拌120min，再按照5%的接种量接种斜生栅藻藻液，培养18h后，按照8%的接种量接种里氏木霉菌液，继续培养12h后，按照10%的接种量接种黑曲霉菌液，继续培养48h，过滤收集藻体和菌体，菌体可用于饲用菌，藻体可用于饲料蛋白，滤液可用于制备肥料；
所述斜生栅藻液按照如下步骤制备而得：
取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加糖蜜30g，玉米浆30g，蔗糖10g，尿素10g，MnSO4 3g，ZnSO4 1g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得斜生栅藻驯化培养基；
将斜生栅藻按照常规培养获得种子液（浓度控制在1×105个/ml），然后按照1:10的体积比转入斜生栅藻驯化培养基，培养12小时，得到斜生栅藻液。
所述里氏木霉菌液和黑曲霉菌液按照如下步骤制备而得：
取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO410g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
将里氏木霉按照常规培养获得里氏木霉种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:20的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到里氏木霉菌液；
将黑曲霉按照常规培养获得种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:15的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到黑曲霉菌液。
所述里氏木霉为ATCC 56764 ；所述黑曲霉为ATCC 16404；所述斜生栅藻为CGMCCNo.8015。
实施例3
本发明各微生物之间协同效果试验：
1、试验组为实施例1；对照组1采用里氏木霉单一菌株，其余同实施例1；对照组2采用黑曲霉单一菌株，其余同实施例1；分别检测了培养物中纤维素酶、葡萄糖苷酶、酸性蛋白酶的酶活力，具体结果见表1：
表1
组别 纤维素酶U/g 葡萄糖苷酶U/g 碱性蛋白酶U/g
试验组 3207 413 7516
对照组1 2639 308 -----
对照组2 ----- ----- 5745
结论：本发明选择的里氏木霉和黑曲霉之间具备较好的协同作用，大大提高了纤维素酶、葡萄糖苷酶以及酸性蛋白酶的酶活力，有助于废液中糖类、废弃蛋白以及农作物纤维素的降解。
2、斜生栅藻接种时间对霉菌产酶能力的影响：分别设置与里氏木霉不同的间隔时间，0小时，6小时，12小时，18小时，24小时，30小时，还设置了不添加藻类的空白对照；分别检测了纤维素酶、葡萄糖苷酶的酶活力；见图1所示，与里氏木霉接种的间隔时间为18小时，纤维素酶酶活力最高；二者接种间隔时间为12小时，葡萄糖苷酶的酶活力最高，可达到400U/g以上，较0小时组可提高15%，较不添加藻类的空白对照可提高30%以上；因此，可选择12-18小时的间隔时间添加里氏木霉最为合适。
实施例4
本发明苏氨酸废母液经过过滤后的废液主要组分含量为：糖类化合物11.5g/L、蛋白物质8.9g/L、COD 2036mg/L、氨氮223mg/L以及SS 154mg/L。以实施例2为例，检测了斜生栅藻与菌株共生培养对微生物产量以及废液中各污染物水平的影响。收集菌体和藻体之后的水中各组分为：COD为16.1mg/L、氨氮为13.9mg/L以及SS 为8.8mg/L，微生物产量为117.5g/L，微生物中粗蛋白含量可达到45%以上（干重计）。对照组为：不添加藻类，其余同实施例2，结果发现，微生物产量仅为68.2g/L，COD、氨氮以及SS等污染物的含量也大大提高，可见，斜生栅藻与里氏木霉-黑曲霉共生效果好，协同作用明显。
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 (6)

1.一种苏氨酸废母液的分离和使用工艺，其包括如下步骤：1）过滤和调整pH，2）添加农业废弃物，3）微生物处理。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1）过滤和调整pH：苏氨酸废母液首先经过无机陶瓷膜过滤，截留分子量为10000Da，过滤温度为32℃，收集菌体蛋白，滤液排入到酸碱调节池，通过添加KOH溶液调整液体的pH为6.5；
2）添加农业废弃物：从酸碱调节池排出的废液进入微生物反应池，然后添加5wt%的稻草粉、2wt%的麦麸以及1wt%的豆粕，300rpm搅拌120min；
3）微生物处理：往步骤2）所得液体中按照3-5%的接种量接种斜生栅藻藻液，培养12-18h后，再6-8%的接种量接种里氏木霉菌液，继续培养12h，然后按照8-10%的接种量接种黑曲霉菌液，继续培养48-72h，过滤收集藻体和菌体，菌体用于饲用菌，藻体用于饲料蛋白，滤液用于制备肥料。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述斜生栅藻液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加糖蜜30g，玉米浆30g，蔗糖10g，尿素10g，MnSO4 3g，ZnSO4 1g，FeSO4 3g，CaCO3 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得斜生栅藻驯化培养基；
（2）将斜生栅藻按照常规培养获得种子液，然后按照1:10的体积比转入斜生栅藻驯化培养基，培养12小时，得到斜生栅藻液。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述里氏木霉菌液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO4 10g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
（2）将里氏木霉按照常规培养获得里氏木霉种子液（浓度控制在1×108个/ml），然后按照1:20的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到里氏木霉菌液。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述黑曲霉菌液按照如下步骤制备而得：
（1）取从酸碱调节池排出的废液，往废液中添加葡萄糖60g，蛋白胨20g，玉米浆20g，MgSO4 10g，K2HPO4 5g，ZnSO4 1g，FeSO4 1g，搅拌均匀，定容至1L，制得霉菌驯化培养基；
（2）将黑曲霉按照常规培养获得种子液，然后按照1:15的体积比转入霉菌驯化培养基，培养24小时，得到黑曲霉菌液。
6.根据权利要求2-5任其一所述的工艺，其特征在于，所述里氏木霉为ATCC 56764 ；所述黑曲霉为ATCC 16404；所述斜生栅藻为CGMCC No.8015。
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