CN114195856A - 一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法、蛋白胶粘剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法、蛋白胶粘剂的制备方法，属于抗生素废物处理技术领域。本发明采用碱液+研磨联合提取方法，物理化学方法相结合，将抗生素菌渣在碱液中通过研磨实现均质，抗生素菌渣中蛋白质在碱液中溶解，研磨过程蛋白质加速溶解，从而提高蛋白质提取率，经简单分离即可得到蛋白质提取液，无需蛋白质溶出沉淀，无需加热和沉淀，操作简便，能耗低。本发明通过提取抗生素菌渣中的蛋白质，然后用所得蛋白质提取液制备蛋白胶粘剂，实现了从提取蛋白到应用蛋白的连通，是针对抗生素药渣进行处理和二次资源综合利用的新方法，是医药、胶粘剂工业和板材工业绿色发展的可取途径。
Description
技术领域
本发明涉及抗生素废物处理技术领域，尤其涉及一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法、蛋白胶粘剂的制备方法。
背景技术
抗生素菌渣是抗生素生产过程中的主要副产品之一，其每年产量达到数百万吨。抗生素菌渣早期被用于饲料添加剂，但因抗生素残留被国家明确禁止用于动物饲料，此后企业对抗生素菌渣的处理方法主要为填埋或焚烧，但同样会引发环境污染问题。
中国专利(申请号：CN201810733145.0)公开了一种抗生素菌渣的炭化处理方法，将抗生素菌渣与硫酸、催化剂混合后直接加热炭化生成混合物，混合物再用溶剂洗涤得到生物质炭和稀酸；然而，由于抗生素菌渣中无机盐含量较高，且原料成分不稳定，炭化后得到的生物质炭内孔结构不均匀，难以实际应用。另有中国专利(申请号：CN202010571549.1)公开了一种抗生素菌渣的处理方法，将肉骨粉与抗生素菌渣混合，通过调节菌渣微环境，加入降解抗生素的菌落，激发微生物以降解抗生素，该方法需要在苛刻的温度条件下培养，微生物分解时间周期长，不便于处理大量的抗生素菌渣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法、蛋白胶粘剂的制备方法，能够实现抗生素菌渣的高值化利用和资源化处理。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法，包括以下步骤：
将抗生素菌渣和碱液混合，在研磨条件下进行提取，分离后，得到蛋白质提取液。
优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液或碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液；所述碱液的pH值为9～11。
优选的，所述抗生素菌渣和碱液的料液比为1g:(6～14)mL。
优选的，所述提取的次数为3次，每次提取的时间独立为30～90min。
优选的，所述分离的方式为离心，所述离心的转速为10000r/min，时间为10min。
本发明提供了一种蛋白胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
按照上述技术方案所述提取方法得到蛋白质提取液；
将所述蛋白质提取液进行浓缩，得到蛋白质浓缩液；
将所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料共混，得到蛋白胶粘剂。
优选的，所述浓缩的倍数为1～10倍；所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料的质量比为(50～100):(5～10):(1～5):(5～10):(5～10)。
优选的，所述改性剂为尿素、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基淀粉钠和聚乙烯醇的一种或几种。
优选的，所述交联剂为环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰胺环氧氯丙烷、马来酸酐和乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
优选的，所述填料为蛋白质提取残渣、淀粉、膨润土、高岭土、凹凸棒土、氧化铝和石英粉中的一种或几种；所述蛋白质提取残渣为上述技术方案所述提取方法得到的蛋白质提取残渣。
本发明提供了一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法，包括以下步骤：将抗生素菌渣和碱液混合，在研磨条件下进行提取，分离后，得到蛋白质提取液。本发明采用碱液+研磨联合提取方法，物理化学方法相结合，将抗生素菌渣在碱液中通过研磨实现均质，抗生素菌渣中蛋白质在碱液中溶解，研磨过程蛋白质加速溶解，从而提高蛋白质提取率，经简单分离即可得到蛋白质提取液，无需加热和沉淀，操作简便，能耗低。
本发明所提取的蛋白质提取液浓缩后可直接用于制备蛋白胶粘剂，无需蛋白质溶出沉淀，蛋白质提取液呈碱性，抗生素菌渣中蛋白质分子在碱性环境且经过研磨后解聚为小分子氨基酸，蛋白质分子的功能基团暴露更易与胶粘剂中添加剂的活性基团交联反应，形成耐水结构，从而增加胶粘剂的耐水性能，且不含甲醛，绿色环保。本发明利用从抗生素菌渣中提取的蛋白质制得绿色环保的蛋白胶粘剂，实现了对抗生素菌渣有机固废的无害化处理，同时实现了抗生素菌渣的高值化利用和资源化处理。
本发明通过提取抗生素菌渣中的蛋白质，然后用所得蛋白质提取液制备蛋白胶粘剂，实现了从提取蛋白到应用蛋白的连通，是针对抗生素药渣进行处理和二次资源综合利用的新方法，是医药、胶粘剂工业和板材工业绿色发展的可取途径。
具体实施方式
本发明提供了一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法，包括以下步骤：
将抗生素菌渣和碱液混合，在研磨条件下进行提取，分离后，得到蛋白质提取液。
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，由于抗生素发酵培养基主要包括大豆蛋白、花生饼和玉米淀粉，所述抗生素菌渣(干基)的成分包括菌丝体、残留培养基、中间代谢物和未提取抗生素，因此抗生素菌渣中含有丰富的有机质，其中蛋白质(包括大豆蛋白、植物蛋白和菌丝中的蛋白)含量达到30～40wt％。本发明对所述抗生素菌渣的来源没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式自抗生素生产过程获取即可。
在本发明中，所述碱液优选为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液或碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液；所述碱液的pH值优选为9～11，更优选为10；所述碱液所用溶剂优选为水。
在本发明中，所述抗生素菌渣和碱液的料液比优选为1g:(6～14)mL，更优选为1g:(10～12)mL。本发明对所述抗生素菌渣和碱液的混合过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。
在本发明中，所述研磨条件优选由胶体磨提供，本发明对所述胶体磨的型号没有特殊的限定，本领域熟知的对应设备即可。
在本发明中，所述提取的次数优选为3次；每次提取后，优选将所得提取液分离后，将所得残渣重复提取，合并3次提取液，得到蛋白质提取液；每次提取的时间独立优选为30～90min，更优选为45～75min，进一步优选为60min。在所述提取过程中，抗生素菌渣中的蛋白质在碱液中溶解，在研磨条件下加速蛋白质溶解，提高提取率。
在本发明中，所述分离的方式优选为离心，所述离心的转速优选为10000r/min，时间优选为10min。
完成所述分离后，所得上清液即为蛋白质提取液，下部沉淀为蛋白质提取残渣。
本发明优选采用凯氏定氮仪检测蛋白质提取液中的蛋白质含量，蛋白质含量计算公式为；
其中，C0为抗生素菌渣固体中蛋白质浓度，mg/g；M为抗生素菌渣的质量，g；C1为蛋白质提取液中蛋白质浓度，mg/L；V1为蛋白质提取液的体积，L；所述C0优选采用凯氏定氮仪测定。
本发明提供了一种蛋白胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
按照上述技术方案所述提取方法得到蛋白质提取液；
将所述蛋白质提取液进行浓缩，得到蛋白质浓缩液；
将所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料共混，得到蛋白胶粘剂。
在本发明中，所述浓缩的倍数优选为1～10倍，更优选为5倍；所述浓缩优选在旋转蒸发器中进行；本发明对所述浓缩的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程浓缩至上述倍数即可。
在本发明中，所述改性剂优选为尿素、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基淀粉钠和聚乙烯醇的一种或几种；当所述改性剂为上述中的两种以上时，本发明对不同种类改性剂的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
在本发明中，所述交联剂优选为环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰胺环氧氯丙烷、马来酸酐和乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种；当所述交联剂为上述中的两种以上时，本发明对不同种类交联剂的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
在本发明中，所述填料优选为蛋白质提取残渣、淀粉、膨润土、高岭土、凹凸棒土、氧化铝和石英粉中的一种或几种；所述蛋白质提取残渣优选为上述技术方案所述提取方法得到的蛋白质提取残渣。当所述填料为上述中的两种以上时，本发明对不同种类填料的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
在本发明中，所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料的质量比优选为(50～100):(5～10):(1～5):(5～10):(5～10)，更优选为(50～100):(6～10):(2～3):(6～7):(6～8)。
在本发明中，所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料共混的过程优选为在常温下向蛋白质浓缩液中加入大豆分离蛋白粉，搅拌分散20～120min，更优选为30～80min，依次加入改性剂、交联剂和填料，所述依次加入的时间间隔优选为20～120min，更优选为30～100min。本发明对所述搅拌的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
配制pH为9.5的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液，将抗生素菌渣(干基)与缓冲液按料液比1g:12mL混合，在胶体磨中研磨提取45min，将混合液以10000r/min的条件离心10min，重复提取三次，得到蛋白质提取液。
实施例2
配制pH为9.5的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液，将抗生素菌渣(干基)与缓冲液按料液比1g:12mL混合，在胶体磨中研磨提取75min，将混合液以10000r/min的条件离心10min，重复提取三次，得到蛋白质提取液。
实施例3
配制pH为10的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液，将抗生素菌渣(干基)与缓冲液按料液比1g：10mL混合，在胶体磨中研磨提取45min，将混合液以10000r/min的条件离心10min，重复提取三次，得到蛋白质提取液。
实施例4
配制pH为10的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液，将抗生素菌渣(干基)与缓冲液按料液比1g：12mL混合，在胶体磨中研磨提取60min，将混合液以10000r/min的条件离心10min，重复提取三次，得到蛋白质提取液。
实施例5
将实施例4得到的蛋白质提取液在旋转蒸发器中浓缩5倍，取蛋白质浓缩液50份，加入6份大豆分离蛋白粉搅拌20min，然后加入2份尿素搅拌20min，加入6份丙烯酸酯搅拌20min，加入5份淀粉搅拌20min，得到蛋白胶粘剂。
实施例6
将实施例4得到的蛋白质提取液浓缩5倍，取浓缩液50份，加入6份大豆分离蛋白粉搅拌20min，然后加入2份十二烷基硫酸钠搅拌20min，然后加入6份环氧树脂搅拌20min，然后加入5份淀粉搅拌20min，即得到蛋白胶粘剂。
实施例7
将实施例4得到的蛋白质提取液浓缩5倍，取浓缩液50份，加入6份大豆分离蛋白粉搅拌30min，然后加入3份聚乙烯醇搅拌30min，然后加入7份丙烯酸酯搅拌30min，然后加入5份膨润土搅拌30min，即得到蛋白胶粘剂。
实施例8
将实施例4得到的蛋白质提取液浓缩5倍，取浓缩液50份，加入6份大豆分离蛋白粉搅拌30min，然后加入3份聚乙烯醇搅拌30min，然后加入7份聚酰胺环氧氯丙烷搅拌30min，然后加入5份膨润土搅拌30min，即得到蛋白胶粘剂。
实施例9
将实施例4得到的蛋白质提取液浓缩5倍，取浓缩液50份，加入6份大豆分离蛋白粉搅拌30min，然后加入3份羧甲基淀粉钠搅拌30min，然后加入7份马来酸酐搅拌30min，然后加入5份氧化铝搅拌30min，即得到蛋白胶粘剂。
性能测试
1)采用凯氏定氮仪分别检测试试1～4制备的蛋白质提取液中的蛋白质含量；
其中，C0为抗生素菌渣固体中蛋白质浓度，mg/g；M为抗生素菌渣的质量，g；C1为蛋白质提取液中蛋白质浓度，mg/L；V1为蛋白质提取液的体积，L；所述C0优选采用凯氏定氮仪测定，C0为321.9mg/g；所得结果见表1。
表1实施例1～4制备的蛋白质提取液中蛋白质含量
| 案例 | 蛋白质含量(％) |
| 实施例1 | 48.3％ |
| 实施例2 | 45.7％ |
| 实施例3 | 48.1％ |
| 实施例4 | 54.7％ |
由表1可知，本发明的提取方法能够得到高蛋白质含量的提取液，能够实现抗生素菌渣中蛋白质的充分提取。
2)采用实施例5～9制备的蛋白胶粘剂压制3层杨木胶合板，评测蛋白胶粘剂的胶合性能。杨木单板规格为300mm×300mm×1.5mm，单面施胶量为190g/m2，芯板(杨木板)双面施胶，热压时间10min，温度130℃，压力1.5MPa，压制后的胶合板室温放置48h，所得杨木胶合板按照GB/T 9846-2015标准进行检测，所得结果见表2；其中，甲醛释放量为木材本身的甲醛释放。
表2实施例5～9制备的蛋白胶粘剂的性能数据
由表2可知，本发明的提取方法从抗生素菌渣中提取的蛋白质制成的蛋白质胶粘剂粘结性能较好，所制成的胶合板符合标准要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抗生素菌渣中蛋白质的提取方法，包括以下步骤：
将抗生素菌渣和碱液混合，在研磨条件下进行提取，分离后，得到蛋白质提取液。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液或碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液；所述碱液的pH值为9～11。
3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述抗生素菌渣和碱液的料液比为1g:(6～14)mL。
4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述提取的次数为3次，每次提取的时间独立为30～90min。
5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述分离的方式为离心，所述离心的转速为10000r/min，时间为10min。
6.一种蛋白胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
按照权利要求1～5任一项所述提取方法得到蛋白质提取液；
将所述蛋白质提取液进行浓缩，得到蛋白质浓缩液；
将所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料共混，得到蛋白胶粘剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩的倍数为1～10倍；所述蛋白质浓缩液、大豆分离蛋白粉、改性剂、交联剂和填料的质量比为(50～100):(5～10):(1～5):(5～10):(5～10)。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂为尿素、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基淀粉钠和聚乙烯醇的一种或几种。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰胺环氧氯丙烷、马来酸酐和乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述填料为蛋白质提取残渣、淀粉、膨润土、高岭土、凹凸棒土、氧化铝和石英粉中的一种或几种；所述蛋白质提取残渣为权利要求1～5任一项所述提取方法得到的蛋白质提取残渣。
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