CN110759754B - 一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法 - Google Patents

一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，所述方法是利用氨基葡萄糖发酵提取过程中的废酸液处理发酵菌渣，实现了菌渣和废酸液的零排放；而且在处理菌渣的同时生成了液态肥，所述液态肥中含有植物生长所需的多种营养成分，可以促进植物生长，从而实现了氨基葡萄糖发酵菌渣的资源化利用，变废为宝；而且本发明所述方法操作简单，处理成本低，所述液态肥的产率大；本发明提供了一种前后工艺排放物的相互利用新思路，根据实际问题，建立了发酵菌渣和废酸液之间的最佳处理工艺。

Description

一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法
【技术领域】
本发明属于微生物发酵菌渣综合利用技术领域，具体涉及一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法。
【背景技术】
氨基葡萄糖又称氨基葡糖或葡糖胺，是葡萄糖的一个羟基被氨基取代后的化合物，在保健食品和医药领域具有广泛应用。目前氨基葡萄糖的生产方法可分为3种：甲壳素水解法、生物转化法和微生物发酵法。其中氨基葡萄糖发酵法是最目前主要的生产方法，主要采用大肠杆菌进行高密度发酵，但是由于氨基葡萄糖是胞外分泌产物，高密度发酵后菌体量大，给企业造成较大的环保压力，菌体处理不当，还会造成企业车间污染或染菌。
以目前氨基葡萄糖的发酵平均水平100g/L计算，每生产1吨氨基葡萄糖的发酵总体积为10吨，通过离心(或过滤)发现，发酵液中湿菌体含量在10％左右，经计算，则每生产1吨氨基葡萄糖会产生1吨湿菌体。我国是世界上最大的氨基葡萄糖发酵生产国，每年以发酵法生产氨基葡萄糖达3万吨，因此，湿菌体(发酵菌渣)无害化处理显得尤为重要。
如图1所示，氨基葡萄糖生产过程中的发酵液经板框过滤得到发酵湿菌体，即发酵菌渣，发酵菌渣中含有很多宝贵的资源：如氨基酸、蛋白质等营养物质及多种无机盐、有机酸等，目前国内企业处理发酵菌渣的资源化利用方法主要有：提取菌体蛋白后生产有机无机复混肥、生产饲料酵母蛋白及生产家禽饲料添加剂等，还有一些方法生产生物农药、生产生物絮凝剂等，其处理方式大都需要经过过滤、浓缩、烘干(或自然干燥)等步骤，因此尽管菌渣作为副产物带来一定的经济效益，但是综合考虑其处理成本后，在企业经济效益提升上收效甚微，甚至是入不敷出，对于企业常常仅仅是迫于减轻环保压力而不得不做的事情。因此，我们需寻求新的氨基葡萄糖的发酵菌渣综合处理途径，以减轻企业的环保压力，进而提升企业经济效益。
【发明内容】
本发明的目的在于，提供一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，解决目前氨基葡萄糖发酵菌渣的污染问题，变废为宝。
本发明采用如下技术方案：一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，所述方法是利用氨基葡萄糖发酵提取过程中的浓缩酸废液处理发酵菌渣，制备成液态肥，使得资源得到充分利用，从而实现氨基葡萄糖发酵菌渣的无害化处理和零排放，其具体过程如下：
(1)收集氨基葡萄糖发酵提取过程中的发酵菌渣；
(2)收集氨基葡萄糖发酵提取过程中的废酸液；
(3)将步骤(1)收集的菌渣和步骤(2)收集的废酸液按一定比例加入反应釜中混合，并进行加热、搅拌处理；
(4)向步骤(3)处理后的混合物中加入碱液，调节混合液的PH，制备成液态肥。
优选地，本发明所述的氨基葡萄糖发酵提取过程指的是按照现有技术中的方法从含氨基葡萄糖的发酵液中提取氨基葡萄糖的过程，其具体过程如下：
(A)向含氨基葡萄糖的发酵液内加入浓硫酸调节pH至4.0～4.5，然后加热至70～90℃保持15min得灭活菌体；
(B)将步骤(A)中的灭活菌体经陶瓷膜过滤，并用纯水顶洗得陶瓷膜透过液以及没有通过陶瓷膜的浓缩液；
(C)将步骤(B)中没有通过陶瓷膜的浓缩液经板框过滤分别得到发酵菌渣和废酸液a；
(D)将步骤(B)中的陶瓷膜透过液经活性炭脱色、过滤后经电渗析脱盐得到废酸液b和淡化水；
(E)将步骤(D)中经电渗析脱盐后的淡化水经反渗透膜浓缩得到浓缩液，将浓缩液放入浓缩罐进行浓缩制得氨基葡萄糖浓浆。
优选地，步骤(A)中所述含氨基葡萄糖的发酵液是利用市售大肠杆菌BL21参照江南大学硕士论文《氨基葡萄糖的发酵中试放大和提取工艺研究》梁芳，第11页中记载的培养基及培养条件进行发酵培养获得的含有氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖的发酵液，其中发酵培养基的配方为：蛋白胨12g/l、酵母粉24g/l、MnCl2·4H2O15mg/l、KH2PO42.31g/l、K2HPO412.54g/l、葡萄糖100g/l、乳糖10g/l；发酵条件为：5L发酵罐，培养温度30℃，搅拌转速400r/min，通气量1.5vvm，培养24h。
优选地，氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法中步骤(1)所述发酵菌渣指的是氨基葡萄糖发酵提取过程步骤(C)中得到的发酵菌渣，其主要成分包括菌体蛋白，以及酸解细胞破碎后的细胞内的氨基酸、有机酸等生物物质。
优选地，步骤(2)所述废酸液指的是氨基葡萄糖发酵提取过程中产生的所有废酸液，包括步骤(C)产生的废酸液a和步骤(D)产生的废酸液b，其主要成分为硫酸。
优选地，为了保证步骤(3)中所述的菌渣与废酸液能够充分反应，所述菌渣与废酸液的重量比为1:5～1:30。
进一步优选地，所述菌渣与废酸液的重量比为1:10～1:20；更进一步优选地，所述菌渣与废酸液的重量比为1:15，在此重量比下制备的液态肥肥效最好。
优选地，步骤(3)中所述的加热温度为80～100℃，减少杂质的产生，确保液态肥的肥效。
优选地，步骤(3)中所述的搅拌速度为20～60r/min，保证菌渣与废酸液均匀接触，使得反应完全。
优选地，步骤(3)中所述的处理时间为30～45min，确保菌渣与废酸液充分反应。
优选地，步骤(4)中所述碱液可以是NaOH、KOH等，优选为NaOH。
优选地，步骤(4)中所述的调节混合液的pH为6.5～7.5。
本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的液态肥。
本发明的有益效果：本发明采用氨基葡萄糖发酵提取过程中产生的废酸液处理菌渣，实现了菌渣和废酸液的零排放；在处理菌渣的同时形成了液态肥，而且无需加入其它原料即可制得液态肥，所述液态肥中含有植物生长所需的多种营养成分，可以促进植物生长，从而实现了氨基葡萄糖发酵菌渣的资源化利用，变废为宝；而且本发明所述方法操作简单，处理成本低，所述液态肥的产率大。本发明提供了一种前后工艺排放物的相互利用新思路，根据实际问题，建立了发酵菌渣和废酸液之间的最佳处理工艺。
【附图说明】
图1是现有技术中氨基葡萄糖发酵提取工艺流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明用以下具体实施例进行说明，但绝非仅限于此。以下所述为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的限制，应当指出的是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
按照图1所示的工艺流程图提取氨基葡萄糖，具体过程如下：
(A)向含氨基葡萄糖的发酵液内加入浓硫酸调节pH至4.0～4.5，然后加热至70～90℃保持15min得灭活菌体；
(B)将步骤(A)中的灭活菌体经陶瓷膜过滤，并用纯水顶洗得陶瓷膜透过液以及没有通过陶瓷膜的浓缩液；
(C)将步骤(B)中没有通过陶瓷膜的浓缩液经板框过滤分别得到发酵菌渣和废酸液a；
(D)将步骤(B)中的陶瓷膜透过液经活性炭脱色、过滤后经电渗析脱盐得到废酸液b和淡化水；
(E)将步骤(D)中经电渗析脱盐后的淡化水经反渗透膜浓缩得到浓缩液，将浓缩液放入浓缩罐进行浓缩制得氨基葡萄糖浓浆；
步骤(A)中所述含氨基葡萄糖的发酵液是利用市售大肠杆菌BL21参照江南大学硕士学位论文《氨基葡萄糖的发酵中试放大和提取工艺研究》梁芳，第11页中记载的培养基及培养条件进行发酵培养获得的含有氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖的发酵液，其中发酵培养基配方为：蛋白胨12g/l、酵母粉24g/l、MnCl2·4H2O 15mg/l、KH2PO4 2.31g/l、K2HPO412.54g/l、葡萄糖100g/l、乳糖10g/l；发酵条件为：5L发酵罐，培养温度30℃，搅拌转速400r/min，通气量1.5vvm，培养24h。
实施例2
(1)取1Kg实施例1中步骤(C)制得的发酵菌渣和2Kg废酸液a以及13Kg步骤(D)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为90℃，搅拌速度为40r/min，保持45min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入NaOH，调节混合液的pH至6.8，制备得液态肥。
实施例3
(1)取0.8Kg实施例1所述过程中步骤(3)制得的发酵菌渣和2Kg废酸液a以及14Kg步骤(4)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为80℃，搅拌速度为60r/min，保持30min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入KOH，调节混合液的pH至6.5，制备得液态肥。
实施例4
(1)取1.2Kg实施例1所述过程中步骤(3)制得的发酵菌渣和5Kg废酸液a以及7Kg步骤(4)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为100℃，搅拌速度为20r/min，保持40min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入NaOH，调节混合液的pH至7.2，制备得液态肥。
实施例5
(1)向60Kg氨基葡萄糖发酵液中加入0.59Kg浓硫酸调节pH至4.0～4.5，然后加热至80℃保持15min得灭活菌体60Kg；
(2)将步骤(2)中的灭活菌体经陶瓷膜过滤，并用40Kg纯水顶洗得80Kg陶瓷膜透过液以及没有通过陶瓷膜的20Kg浓缩液；
(3)将步骤(2)中没有通过陶瓷膜的浓缩液经板框过滤分别得到约9Kg发酵菌渣和11Kg废酸液a；
(4)将步骤(2)中的陶瓷膜透过液经活性炭脱色、过滤后经电渗析脱盐得到120.6Kg废酸液b和淡化水；
(5)将步骤(4)中经电渗析脱盐后的淡化水经反渗透膜浓缩得到浓缩液，将浓缩液放入浓缩罐进行浓缩制得氨基葡萄糖；
(6)将上述步骤(3)制得的9Kg发酵菌渣和11Kg废酸液a以及步骤(4)制得的120.6Kg废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜加热、搅拌，加热温度为85℃，搅拌速度为50r/min，保持40min；
(7)向步骤(6)处理后的混合液中加入NaOH，调节混合液的pH至7.5，制备得液态肥。
本实施例步骤(1)中所述含氨基葡萄糖的发酵液是利用市售大肠杆菌BL21参照江南大学硕士论文《氨基葡萄糖的发酵中试放大和提取工艺研究》梁芳，第11页中记载的培养基及培养条件进行发酵培养获得的含有氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖的发酵液。
对比例1
(1)取0.8Kg实施例1所述过程中步骤(3)制得的发酵菌渣和1Kg废酸液a以及1Kg步骤(4)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为80℃，搅拌速度为40r/min，保持30min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入KOH，调节混合液的pH至6.8，制备成液态肥。
对比例2
(1)取0.8Kg实施例1所述过程中步骤(3)制得的发酵菌渣和10Kg废酸液a以及20Kg步骤(4)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为80℃，搅拌速度为40r/min，保持30min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入KOH，调节混合液的pH至6.8，制备成液态肥。
对比例3
(1)取1Kg实施例1中步骤(4)制得的发酵菌渣和2Kg废酸液a以及13Kg步骤(5)制得的废酸液b加入反应釜中混合，然后对反应釜进行加热、搅拌，加热温度为50℃，搅拌速度为40r/min，保持20min。
(2)向步骤(1)处理后的混合液中加入NaOH，调节混合液的pH至6.8，制备成液态肥。
试验例1
对上述实施例2～5以及对比例1～3中制备的液态肥中的营养成分进行检测，结果如下表所示：
表1实施例2～5和对比例1～3制备的液态肥料营养成分分析表
Figure BDA0002261530040000061
由表1可知，本发明实施例2～5制备的液态肥中各营养成分含量均符合标准要求。
试验例2
肥效试验：
对本发明实施例2～5、以及对比例1～3制备的液态肥进行肥效试验，所述试验选择在山东润德生物科技有限公司厂区绿化带进行，所述绿化带的植被主要有牛筋草、三叶草、冬青、女贞等。
本发明以牛筋草为例，选取生长状态相似的区域分7个处理小区，每处理小区面积6平方米，随机区组排列，按照2L/m2的施肥量对每个处理小区进行施肥，15天后进行观察。观察其施肥前后的生长状态，选取5～8株具有代表性的植株测量其株高、茎秆直径，取其平均值。
发现使用本发明实施例2～5制备的液态肥施肥区域牛筋草生长茂盛、茎秆粗壮、叶片肥大浓绿；使用对比例1～3制备的液态肥施肥区域牛筋草稀疏、茎秆纤细、叶片呈现淡绿色甚至有些泛黄；空白对照区域牛筋草稀疏、茎秆纤细叶片干枯、部分有斑点。
液态肥肥效试验结果如下表所示：
表2本发明所述液态肥肥效试验结果
Figure BDA0002261530040000071
由表2可知，本发明所述方法制备的液态肥对植物生长有促进作用，可以满足植物生长对营养成分的需求。
由实施例5可知采用本发明所述的采用氨基葡萄糖发酵后提取工艺中的废酸处理发酵过程中产生的菌渣，可以实现菌渣和废酸液的零排放，而且由表1、表2中数据可知，进行处理后得到的液态肥完全符合标准要求。因此，本发明所述方法不仅处理了发酵过程中的菌渣以及后提取过程中的废酸液，而且制备了符合标准要求的液态肥，实现了氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用，变废为宝。

Claims (4)

1.一种氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，其特征在于，所述方法是利用氨基葡萄糖发酵提取过程中的废酸液处理发酵菌渣制得液态肥的过程，其具体过程如下：
(1)收集氨基葡萄糖发酵提取过程中的发酵菌渣；
(2)收集氨基葡萄糖发酵提取过程中的废酸液；
(3)将步骤(1)收集的菌渣和步骤(2)收集的废酸液按1:15的比例加入反应釜中混合均匀，并进行加热、搅拌处理，加热温度为80～100℃，搅拌速度为20～60r/min，处理时间为30～45min；
(4)向步骤(3)处理后的混合液中加入碱液，调节混合液的pH，制备成液态肥。
2.根据权利要求1所述的氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，其特征在于，步骤(4)中所述的碱液是NaOH、KOH中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的氨基葡萄糖发酵菌渣无害化处理及资源化利用方法，其特征在于，步骤(4)中所述的调节混合液的pH为6.5～7.5。
4.权利要求1～3任一项所述方法制备的液态肥。
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