CN115215687A - 一种环孢菌素a高残留菌渣无害化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法。该方法包括以下步骤：1)将环孢菌素A菌渣含水率调节到90％～95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；2)将步骤1)所得待处理菌渣进行超声波破碎处理，以破坏菌渣中的菌丝体细胞膜；3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后；4)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，以将物料中的环孢菌素A转化为无害有机物。该方法可快速、有效对高抗生素残留量的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A进行降解，将其转化成无害的有机物，实现环孢菌素A菌渣的高效无害化处理。

Description

一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法

技术领域

本发明属于抗生素菌渣无害化处理技术领域，尤其涉及一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法。

背景技术

随着各种疾病的肆虐，抗生素的需求也在逐年增加，抗生素的产量随之增加。抗生素菌渣是抗生素生产过程中的废物废渣，因此，抗生素菌渣的产量随抗生素的年产量升高而升高。抗生素菌渣中含有大量残留的抗生素及菌丝体、蛋白质等。抗生素菌渣中残留的抗生素及抗性基因是最具威胁的新型污染物，若处理不当将会造成资源浪费及环境污染，因此自2008年开始，我国环保部将抗生素菌渣列为危险废弃物，如何实现抗生素菌渣的经济、安全处理和资源化是制药企业目前亟待解决的问题。

环孢菌素A是一种常用的多肽类抗生素，由11个氨基酸组成的环状多肽，稳定性较好。现有技术对环孢菌素A的降解主要工艺路线为用有机溶剂与其进行反应达到降解的目的，或者是通过高级氧化法、单一的水热处理、单一的超声等手段降解环孢菌素A。例如，中国专利CN105693820A公开了一种通过加入多种反应试剂分六步将环孢菌素A降解成七肽，但该方法工艺复杂，使用有机溶剂种类多，有些溶剂价格昂贵，而且耗时长；中国专利CN107522546A公开了一种利用热活化过硫酸盐降解多肽类抗生素菌渣(多肽类抗生素菌渣的残留量为800～1500mg/kg，pH＝6.5～8.0)，利用不同的多肽类抗生素菌渣，通过改变不同温度及过硫酸盐的加入量，计算多肽类抗生素的降解率，但该工艺并不能满足降解环孢菌素A菌渣中残留环孢菌素A(干物质，27000mg/kg)的要求；中国专利CN109013641A公开了一种利用水热处理抗生素菌渣，先调节抗生素菌渣的含水率为90～95％，然后将抗生素菌渣升温至160～200℃，反应一段时间后，进行抗生素残留检测，但该方法利用饱和蒸汽作为传热介质，成本较高；中国专利CN104593435A公开了一种利用超声波破碎技术提高青霉素菌渣厌氧产沼气量的前处理方法，选用6mm超声探头，超声功率为200～400W, 电流为8～12A的条件下破碎3～5s，停止破碎5s，但该方法试验物料为青霉素(残留量为1.6～2.5mg/kg)，与环孢菌素A菌渣相比，抗生素残留量较低，此工艺不能将此菌渣中的菌丝体细胞膜完全破坏。

同时，经发明人实验验证，上述方法均只能对低抗生素残留量的菌渣完成无害化处理，但环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量极高，采用上述方法均不能达到无害化处理要求，无法实现高效、快速的降解环孢菌素A菌渣中高残留量的环孢菌素A。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法。该方法可快速、有效对高抗生素残留量的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A进行降解，将其转化成无害的有机物，实现环孢菌素A菌渣的高效无害化处理。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法包括以下步骤：

1)将环孢菌素A菌渣含水率调节到90％～95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣进行超声波破碎处理，以破坏菌渣中的菌丝体细胞膜；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后，混合均匀；

4)步骤3)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，以将物料中的环孢菌素A转化为无害有机物。

作为优选，所述环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量≥27000mg/kg，菌渣的pH值为4.75。

作为优选，所述步骤2)为：将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其中超声功率为360～600W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s。

作为优选，所述步骤4)中，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温180～250℃，处理120～180min。

作为优选，该方法的环孢菌素A的去除率≥80％，步骤4)所得的水热处理液的pH为7.5±0.03。

作为优选，所述步骤3)中，用4MNaOH调整物料的pH值。

作为优选，该方法还包括以下步骤：

5)收集步骤4)所得的水热处理液，进行离心处理，使其固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)对步骤5)所得固体产物的环孢菌素A含量进行检测，以计算环孢菌素A 的去除率。

作为优选，所述步骤5)为：将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液后，在转速4000rpm/min下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用。

作为优选，所述步骤6)为：取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL 甲醇提取，涡旋5min后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，取1mL～1.5mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A的去除率。

作为优选，所述去除率的计算公式为：

其中：T为去除率；x为样品溶液中环孢菌素A浓度，单位为mg/L；V为样品溶液的体积，单位为mL；m为样品质量，单位为g。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：提出了环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法。该方法采用超声细胞破碎-水热处理方法，可快速、有效对高抗生素残留量的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A进行降解，其去除率可达80％以上，处理周期较短，该方法可将环孢菌素A转化成无害的有机物，水热处理液 pH为7.5左右，可直接进行有机肥的制备，且水热处理能够破坏抗性基因结构，能够极大地降低环境风险。

附图说明

图1为本实施例的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例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。

一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其工艺流程如图1所示，该方法包括以下步骤：

1)将环孢菌素A菌渣含水率调节到90％～95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣进行超声波破碎处理，以破坏菌渣中的菌丝体细胞膜；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后，混合均匀；

4)步骤3)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，以将物料中的环孢菌素A转化为无害有机物。

上述处理方法采用超声细胞破碎-水热处理方法，可快速、有效对高抗生素残留量的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A进行降解，处理周期较短，经测试，对环孢菌素A的残留量≥27000mg/kg的环孢菌素A菌渣，该方法对环孢菌素 A的去除率可达80％以上。该方法可将环孢菌素A转化成无害的有机物，水热反应处理前将物料pH值调至12，水热处理后所得的处理液的pH为7.5左右，可直接进行有机肥的制备，且水热处理能够破坏抗性基因结构，能够极大地降低了环境风险。

其中，步骤1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量≥27000mg/kg，菌渣的pH值为4.75。

其中，步骤2)为：将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其超声功率为360～600W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s。

其中，步骤)4中，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温180～250℃，处理120～180min。

其中，步骤3)中，用4MNaOH调整物料的pH值。

其中，为了定量的确定该处理方法对环孢菌素A的去除率，该方法还包括以下步骤：

5)收集步骤4)所得的水热处理液，进行离心处理，使其固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)对步骤5)所得固体产物的环孢菌素A含量进行检测，以计算环孢菌素A的去除率。

其中，步骤5)为：将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液后，在转速4000rpm/min下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用。

其中，步骤6)为：取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，取1mL～1.5mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素 A的残留量，计算出环孢菌素A的去除率。

去除率的计算方法简述为：

其中：T为去除率；x为样品溶液中环孢菌素A浓度，单位为mg/L；V为样品溶液的体积，单位为mL；m为样品质量，单位为g。

实施例1

一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法包括以下步骤：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到90％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其超声功率为360W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后，混合均匀；

4)步骤3)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温180℃，处理120min；

5)将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液，测得水热反应液pH值为7.27，然后，在转速4000rpm/min 下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，取1mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A 的去除率为80％。

实施例2

一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法包括以下步骤：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其超声功率为600W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后，混合均匀；

4)步骤3)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温250℃，处理180min；

5)将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液，测得水热反应液pH值为7.52，然后，在转速4000rpm/min 下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，1.5mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A 的去除率为97.5％。

实施例3

一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法包括以下步骤：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到92％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其超声功率为550W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00后；

4)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温200℃，处理150min；

5)将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液，测得水热反应液pH值为7.43，然后，在转速4000rpm/min 下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，1.2mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A 的去除率为90.3％。

对比例1

本对比例的一种利用单独碱处理环孢菌素A菌渣中残留的环孢菌素A的方法，它是按照以下步骤进行的：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)处理的物料的pH值调至12.00后，处理60min；

3)将步骤2)处理完成后菌渣在转速4000rpm/min下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

4)取0.1g步骤3)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，1.1mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A 的去除率为4.96％。

对比例2

本对比例的一种利用碱活化PDS降解环孢菌素A菌渣中残留的环孢菌素A 的方法，它是按照以下步骤进行的：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)处理的物料的pH值调至12.00后，环孢菌素A菌渣中残留的环孢菌素A与过硫酸钾的质量比为1:0.05，处理60min；

3)将步骤2)处理完成后菌渣冷却至室温，在转速4000rpm/min下离心 5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

4)取0.1g步骤3)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，1.1mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素 A的去除率为5.7％。

对比例3

本对比例的一种利用酸热法降解环孢菌素A菌渣中残留的环孢菌素A的方法，它是按照以下步骤进行的：

1)环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量为27000mg/kg，pH值为4.75，将上述菌渣含水率调节到95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)处理的物料的pH值调至2.00后，置于80℃水浴锅中，处理60min；

3)将步骤2)处理完成后菌渣冷却至室温，在转速4000rpm/min下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用；

4)取0.1g步骤3)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min 后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，1.1mL过0.22m PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A 的去除率为40.03％。

通过比较本发明实施例和对比例1至3的常规菌渣无害化处理方法处理环孢菌素A菌渣的去除率，可以看出，本发明的处理方法能够显著提高环孢菌素 A的去除率，可快速、有效对高抗生素残留量的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A 进行降解。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将环孢菌素A菌渣含水率调节到90％～95％，并将物料混匀，得待处理菌渣；

2)将步骤1)所得待处理菌渣进行超声波破碎处理，以破坏菌渣中的菌丝体细胞膜；

3)将经步骤2)处理的物料的pH值调至12.00；

4)步骤3)所得物料放入水热反应釜中进行水热处理，以将物料中的环孢菌素A转化为无害有机物。

2.根据权利要求1所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤1)处理前环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量≥27000mg/kg，菌渣的pH值为4.75。

3.根据权利要求1所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤2)为：将步骤1)所得待处理菌渣置于超声破碎细胞仪载物台，其中超声功率为360～600W，处理时间为6min，超声间隔为5s/5s。

4.根据权利要求3所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤4)中，物料置于水热反应釜中后，将反应釜固定在均相反应器上，控温180～250℃，处理120～180min。

5.根据权利要求4所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，该方法的环孢菌素A的去除率≥80％，步骤4)所得的水热处理液的pH为7.5±0.03。

6.根据权利要求1所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤3)中，用4MNaOH调整物料的pH值。

7.根据权利要求1所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：

5)收集步骤4)所得的水热处理液，进行离心处理，使其固液分离，所得固体产物烘干备用；

6)对步骤5)所得固体产物的环孢菌素A含量进行检测，以计算环孢菌素A的去除率。

8.根据权利要求7所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤5)为：将步骤4)处理完成后的水热反应釜降温、降压后，打开反应釜，收集水热反应液后，在转速4000rpm/min下离心5min，进行固液分离，所得固体产物烘干备用。

9.根据权利要求7所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤6)为：取0.1g步骤5)所得的固体产物，加入10mL甲醇提取，涡旋5min后，超声提取30min，然后在4000rpm/min下离心5min，取1mL～1.5mL过0.22μm PTFE滤膜后，用高效液相色谱法对所得滤液的环孢菌素A浓度进行检测，结合已知的步骤1)的环孢菌素A菌渣中环孢菌素A的残留量，计算出环孢菌素A的去除率。

10.根据权利要求7所述的环孢菌素A高残留菌渣无害化处理方法，其特征在于，所述去除率的计算公式为：

其中：T为去除率；x为样品溶液中环孢菌素A浓度，单位为mg/L；V为样品溶液的体积，单位为mL；m为样品质量，单位为g。

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