CN113461454A

CN113461454A - 一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺

Info

Publication number: CN113461454A
Application number: CN202110792389.8A
Authority: CN
Inventors: 赵兰坤; 孙钦波; 边建军; 尤学波; 张传松; 吴学峰
Original assignee: Hulunbeier Northeast Fufeng Biotechnologies Co ltd
Current assignee: Hulunbeier Northeast Fufeng Biotechnologies Co ltd
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2021-10-01

Abstract

本发明属于氨基酸生产技术领域，公开了一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺，其包括如下步骤：步骤1）分离菌体蛋白，步骤2）酶解菌体蛋白，步骤3）降糖，步骤4）腐熟发酵，步骤5）造粒。本发明对苏氨酸全过程废母液及玉米下脚料进行了二次利用，变废为宝，在减轻污水处理负担的基础上，实现了资源的高效利用。

Description

一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺

技术领域

本发明属于氨基酸生产技术领域，具体涉及一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺。

背景技术

随着经济发展和技术进步，我国已成为苏氨酸生产和需求大国，并大量销往海外。目前，传统工艺苏氨酸主要采用生物发酵法生产，但生产过程中废水产生量约25-30m³/t，处理量较大。且苏氨酸全过程废液富含氨基酸、菌体、蛋白质等固体物质悬浮物，多种无机盐、有机酸、生物素及还原糖等，并且COD和菌体含量高，pH 低，是一种治理难度很大的工业废水。

目前大多数苏氨酸生产企业对苏氨酸高浓度废水普遍采用絮凝沉淀提取菌体蛋白，再进多效蒸发器蒸发浓缩到一定倍数后，采用滚筒干燥机喷浆造粒生产肥料。该工艺一方面需要消耗大量蒸汽，且产品只能作为土壤调理机等肥料原料附加价值较低；另一方面喷浆造粒过程中产生大量尾气，造粒尾气更是味精厂异味的主要来源，其治理问题又带来了氨基酸行业另一难题，虽配套文丘里、电除雾、等离子除味等设施，但处理效果不佳，大气污染严重。氨基酸废液处理问题现已成为限制行业发展的重要原因之一。

发明内容

本发明的目的是针对传统工艺的不足，本发明是从苏氨酸全过程废液无害化处理入手，并添加另一种较难处理废弃物玉米下脚料，采用腐熟发酵方法，生产生物有机肥，在解决生产污水处理负担的同时，提高了产品附加价值，实现资源的合理利用。因此，本发明提供了一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺。

为了实现本发明目的，采用如下技术方案：

一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺，其包括如下步骤：步骤1）分离菌体蛋白，步骤2）酶解菌体蛋白，步骤3）降糖，步骤4）腐熟发酵，步骤5）造粒。

进一步地，所述步骤1）分离菌体蛋白，包括：将苏氨酸发酵液通过高速碟片离心机按照5000rpm的速度离心4min，分离出菌体蛋白和清液，清液用于提取苏氨酸。

进一步地，所述步骤2）酶解菌体蛋白，包括：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固体含量8%，调整温度为55℃，然后采用高速剪切机以10000rpm的速度处理30-90s，停止剪切，加硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³ 和β-葡聚糖酶5 kg/m³，缓慢搅拌，酶解时间8h 获得酶解液，然后采用碟片分离机去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后得到膏状物，其固形物含量70%，为酶解菌体蛋白膏作为菌体培养基。

进一步地，所述步骤3）降糖，包括：

调节苏氨酸发酵废液的pH为6.5，按照1%的接种量接入日本裂殖酵母发酵液，培养3h，再按照1%的接种量接入尼泊尔葡萄球菌发酵液，继续培养36h，加热至70℃，并加入0.5‰重量份的丙烯酸钠絮凝剂，搅拌均匀，静置3h，然后经过板框过滤，收集菌体和降糖废液。

进一步地，所述步骤4）腐熟发酵，包括：

取苏氨酸降糖废液，蒸发浓缩4-5倍作为腐熟配料，然后与粉碎后的玉米下脚料按照2:1的质量比混合搅拌均匀，pH 调节至6.5 左右，作为腐熟原料；将原料与活化后产黄纤维单胞菌液和绿色木霉菌液按照1kg：1L：1L的比例一起混合后放入生物反应器内，控制温度在20℃左右，时间控制在10-12小时；对生物反应器内含有活化腐熟剂的混合物继续添加7倍重量的发酵原料送入混拌设备，混合后依次进入保温发酵滚筒和加热发酵槽，进行两段分别为期3天的升温式发酵。

进一步地，所述步骤5）造粒，包括：对腐熟发酵后的混合物进一步粉碎，经过筛分、辊压造粒得到肥料。

优选地，所述溶菌酶的添加量为10kg/m³ ，所述β-葡聚糖酶的添加量为5kg/m³。

优选地，所述高速剪切机以10000rpm的速度处理60s。

优选地，所述产黄纤维单胞菌液和绿色木霉菌液的浓度均约为10¹⁰cfu/ml。

优选地，所述蒸发浓缩的倍数为5倍。

本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

本发明为解决苏氨酸菌体蛋白利用率低、废液处理难，玉米下脚料外售价值低的弊端；试图采用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解液作为生物培养基，将微生物降糖分解后的苏氨酸全过程废液作为主要原料，添加粉碎后的玉米下脚料、腐熟菌种等辅料，利用两段式升温发酵技术进行腐熟发酵，来克服东北地区季节温差大对发酵工艺的影响，然后采用造粒法生产生物有机肥。

本发明苏氨酸废液与玉米下脚料二次利用生产生物有机肥技术，通过对苏氨酸全过程废液和玉米下脚料两种废弃物的高效利用，采用微生物腐熟发酵的方法生产生物有机肥，实现了工业反哺农业的循环经济产业链，对提高整个氨基酸行业的环保治理水平、竞争能力和系统创新能力具有积极作用，具有低碳环保，变废为宝等优点。新技术可推广到其他氨基酸行业，对整个氨基酸行业的节能降耗、清洁生产、循环经济有着积极的示范效应。

本发明不仅提高了经济效益，而且提升了氨基酸生产在同行业中的竞争力，符合国家节能减排的政策，在同行业中能够起到模范带头作用。且产品为高效生物有机肥，可有效促进土壤改良和农民增产增收。所产生的效益对加快扎兰屯乃至呼伦贝尔地区产业结构升级，促进农业、畜牧业、物流业及相关行业的快速发展解决当地就业，服务“三农”均有着积极而深远的意义。从长远角度出发，如本发明在整个行业中推广实施，必将促进氨基酸行业的迅速发展。因此苏氨酸废

液与玉米下脚料二次利用生产生物有机肥技术具有显著的社会效益。

随着国家环保要求的日益增高，污水处理成本过高，一直是限制企业发展的重要因素，本发明对苏氨酸全过程废母液及玉米下脚料进行了二次利用，变废为宝，在减轻污水处理负担的基础上，实现了资源的高效利用。且采用干法辊压造粒方法，改变了传统蒸发浓缩喷浆造粒方法，从源头克服了喷浆造粒烟气处理工艺复杂，有焦糊性异味等弊端，环境效益显著。

附图说明

图1：不同浓缩比例物料粘稠情况；

图2：发酵温度与时间关系曲线。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

菌体蛋白分离和酶解：

对苏氨酸发酵液中提取的菌体蛋白进行靶向酶解。将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固体含量8%，调整温度为55℃，然后采用高速剪切机以10000rpm的速度处理1min，停止剪切，加硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³ 和β-葡聚糖酶5 kg/ m³，缓慢搅拌，酶解时间8h 获得酶解液，然后采用碟片分离机去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后得到膏状物，其固形物含量70%，为酶解菌体蛋白膏作为菌体培养基。替代标准YPD 培养基中的酵母粉，其余成分不变，在相同条件下培养酿酒酵母和毕赤酵母，通过比较细胞的生长情况如表1，

评价产品的培养效果。

表1

由上述实验可以看出，利用比浊法测定OD600 表征细胞的生长情况进行评价，本产品可以替代市售酵母粉产品，并取得预期效果。

实施例2

苏氨酸全过程废液微生物降糖：

试验微生物降糖可行性。苏氨酸全过程废液主要为发酵原料中未分解的玉米多糖，而腐熟发酵过程采用的产黄纤维单胞菌、巨大芽孢杆菌、啤酒酵母菌、褐球固氮菌等菌种，对多糖吸收率不高，故研究采用特定微生物菌种对苏氨酸全过程废液进行降糖分解，降低废液中多糖含量，以促进腐熟过程中菌种吸收率。

调节苏氨酸发酵废液的pH为6.5，按照1%的接种量接入日本裂殖酵母发酵液（OD600=12），培养3h，再按照1%的接种量接入尼泊尔葡萄球菌发酵液（OD600=10），继续培养36h，加热至68℃，并加入0.5‰重量份的丙烯酸钠絮凝剂，搅拌均匀，静置3h，然后经过板框过滤，收集菌体蛋白和降糖废液。

废液主要组分：COD3.04g/L，含盐14.1％(质量百分比)，含糖量3.59％(质量百分比)。设置对照组，处理后的检测结果见表2：

表2

组别	COD g/L	含糖量 %
			日本裂殖酵母+尼泊尔葡萄球菌	0.12	0.16
日本裂殖酵母	0.64	0.89
			尼泊尔葡萄球菌	0.53	0.74
酿酒酵母+尼泊尔葡萄球菌	0.91	1.13
			毕赤酵母+尼泊尔葡萄球菌	0.67	0.96

实施例3

苏氨酸全过程废液蒸发浓缩：

腐熟原料主要为降糖后的苏氨酸全过程废液、粉碎玉米下脚料、及微生物菌种，其中玉米下脚料为米加工过程中筛出的无法加工的碎玉米及玉米皮。

苏氨酸降糖废液虽为高浓度废液，但浓度仍然较低、水分较多，直接作为腐熟氮源，用量过大，造成腐熟失败，且对升温不利，需蒸发浓缩后再作为氮源利用。由于苏氨酸废液自身性质，浓度过高就会造成沉淀物大量增加物料成稠状，无法与辅料混合。选择适宜的苏氨酸废液浓缩比例是腐熟的关键。故对苏氨酸降糖废液进行不同浓度浓缩，试验最优浓度比例。

试验步骤：各取苏氨酸降糖废液10m³，进行不同浓缩比例蒸发浓缩，检测并观察不同浓缩比例物料粘稠情况，具体见表3。

表3

试验结论：如上表3和图1所示，苏氨酸降糖废液随浓缩比例的增加液体由澄清变粘稠，当浓缩6倍时已成半固态，故最佳浓缩比例在4-5 倍左右，本发明选择5倍浓缩液为腐熟配料。

实施例4

腐熟工艺研究：

通过不断优化腐熟工艺，寻找最佳工艺路线，确保腐熟工艺快速、高效。将发酵原料混合后，pH 调节至6.5 左右，作为腐熟原料。将原料与活化后产黄纤维单胞菌液（约10¹⁰cfu/ml）和绿色木霉菌液（约10¹⁰cfu/ml）按照1kg：1L：1L的比例，一起混合后放入标准生物反应器内，控制温度在20℃左右，腐熟时间控制在10-12小时。对标准生物反应器内含有活化腐熟剂的混合物继续添加7倍量的发酵原料送入混拌设备，混合后分别进入保温发酵滚筒和加热发酵槽，进行两段分别为期3 天的升温式发酵。即二级腐熟发酵，一方面确保腐熟剂和发酵原料充分混合；另一方面根据发酵的不同时期确保反应条件适宜，保证腐熟质量。具体见表4：

表4

实验结果：如表4和图2所示，前期的温度上升主要由苏氨酸浓缩液储罐的升温装置控制温度条件，通过调整料液的温度进而调整物料温度到菌种发酵最适宜温度，后续无其他加热热源，温度缓慢上升证明发酵正在进行，三天后进入发酵槽，发酵温度缓慢下降，腐熟接近完成。通过成品检测，确认腐熟成功。

腐熟后的半成品成固体半粉末状，颗粒度不高，试验采用多种方法后，选择干法辊压造粒方法，通过挤压造粒，生产颗粒肥。指标：有机质含量大于60%，养分大于10%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种苏氨酸发酵废液二次增值利用工艺，其包括如下步骤：步骤1）分离菌体蛋白，步骤2）酶解菌体蛋白，步骤3）降糖，步骤4）腐熟发酵，步骤5）造粒。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤1）分离菌体蛋白，包括：将苏氨酸发酵液通过高速碟片离心机按照5000rpm的速度离心4min，分离出菌体蛋白和清液，清液用于提取苏氨酸。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤2）酶解菌体蛋白，包括：将菌体蛋白加入到搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固体含量8%，调整温度为55℃，然后采用高速剪切机以10000rpm的速度处理30-90s，停止剪切，加硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³和β-葡聚糖酶5 kg/ m³，缓慢搅拌，酶解时间8h 获得酶解液，然后采用碟片分离机去除细胞壁，收集上清液，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发后得到膏状物，其固形物含量70%，为酶解菌体蛋白膏作为菌体培养基。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤3）降糖，包括：

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤4）腐熟发酵，包括：

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤5）造粒，包括：对腐熟发酵后的混合物进一步粉碎，经过筛分、辊压造粒得到肥料。

7.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述溶菌酶的添加量为10kg/m³，所述β-葡聚糖酶的添加量为5kg/m³。

8.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述高速剪切机以10000rpm的速度处理60s。

9.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述产黄纤维单胞菌液和绿色木霉菌液的浓度均约为10¹⁰cfu/ml。

10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述蒸发浓缩的倍数为5倍。