專(zhuān)利名稱(chēng)：一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、γ-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬氨基酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用微生物發(fā)酵法先后制備谷氨酸、Y-聚谷氨酸及獲得一種具有保水保濕功能有機(jī)緩釋肥料的方法。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)的谷氨酸發(fā)酵存在著產(chǎn)酸低、能耗高、污染較嚴(yán)重等問(wèn)題，通常采用等電-離交工藝回收谷氨酸，該工藝雖然可以彌補(bǔ)單一等電法提取谷氨酸收率低的問(wèn)題，但是離交帶來(lái)的副作用很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅僅提取高流液中的谷氨酸，噸谷氨酸硫酸消耗將近1. 2噸， 液氨0. 6噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)酵液中谷氨酸的提取消耗，噸谷氨酸產(chǎn)生的離交廢水高達(dá)12m3，另外高流液在不斷的循環(huán)過(guò)程中，發(fā)酵液中的菌體蛋白、金屬離子，硫酸根等雜質(zhì)也不斷的富集，使等電結(jié)晶析出的α -谷氨酸質(zhì)量差，純度較低，離交回收母液中的谷氨酸，總的經(jīng)濟(jì)效益提高很少，特別從環(huán)保的角度來(lái)看，離交不是最好的回收工藝。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)以生化-物化方式進(jìn)行末端廢水處理，是將谷氨酸或味精廢水等高濃度有機(jī)廢水，當(dāng)成“廢水”處理，先污染再治理，其后果投資大，占地廣，運(yùn)行費(fèi)用高而經(jīng)濟(jì)效益低，常成為企業(yè)的沉重負(fù)擔(dān)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不合理，其實(shí)質(zhì)上一種資源未得到合理的利用的處理過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，使谷氨酸等電提取廢水變廢為寶，生產(chǎn)出具有更高附加值的Y-聚谷氨酸產(chǎn)品以及有機(jī)肥料，實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品多元化，并且整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程基本無(wú)有機(jī)廢水排放，減輕氨基酸生產(chǎn)企業(yè)污水處理負(fù)擔(dān)，降低生產(chǎn)成本，大大提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路Y -聚谷氨酸(Y -Polyglutamic acid,即γ -PGA)是通過(guò)微生物發(fā)酵合成的一種全天然、水溶性、可生物降解的新型生物高分子聚合物。由于其具有強(qiáng)吸水性、高保水性、人體適應(yīng)性等優(yōu)良特性，在醫(yī)藥、化妝品、食品、輕工、農(nóng)業(yè)、園藝等各方面都有廣泛的應(yīng)用，如可作為藥物載體、粘合劑、緩釋劑、保濕劑、增稠劑、苦味掩蓋劑、防凍齊U、生物絮凝劑、重金屬和放射性金屬離子鰲合劑、高吸水材料、肥料增效劑等。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用生物素亞適量法生產(chǎn)谷氨酸，谷氨酸一次等電母液中含有殘?zhí)?. 5 %，總糖1.0%，有機(jī)酸0. 8%，銨離子0. 6 % -0. 8%，還含有核酸和核苷酸類(lèi)物質(zhì)、腺嘌呤化合物、尿嘧啶化合物，殘留的消泡劑和其它培養(yǎng)基雜質(zhì)，殘留的陰離子 S042—、Cl—、Po/—，殘留的陽(yáng)離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+等。另外谷氨酸一次等電收率約為78-80%，等電母液中約含2-3%的谷氨酸，這些物質(zhì)未能被谷氨酸棒狀桿菌利用，或者是屬于谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中的副產(chǎn)物，但這些物質(zhì)大多能被谷氨酸依賴(lài)型的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)利用生產(chǎn)Y -聚谷氨酸，該等電母液經(jīng)過(guò)補(bǔ)加碳源、氮源及生長(zhǎng)因子后適當(dāng)調(diào)整離子濃度即能成為枯草芽孢桿菌優(yōu)良的培養(yǎng)基進(jìn)行Y-聚谷氨酸的生產(chǎn)。 Y-聚谷氨酸提取廢液經(jīng)噴漿造粒也可制成含有Y-聚谷氨酸的有機(jī)肥料。本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，包括下述步驟1、一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，包括下述步驟1)將谷氨酸發(fā)酵液通過(guò)微濾膜過(guò)濾除去谷氨酸發(fā)酵液中的菌體及雜蛋白后，得到微濾透析液和菌體蛋白，將微濾透析液通過(guò)超濾膜過(guò)濾得到超濾透析液和濃縮液，將濃縮液和菌體及雜蛋白混合后烘干做為菌體蛋白飼料；2)采用工業(yè)鹽酸調(diào)整步驟1中超濾透析液的PH值至3. 0-3. 2，調(diào)整過(guò)程中緩慢攪拌，然后進(jìn)入常溫等電降溫裝置中結(jié)晶，再經(jīng)離心、分離得到谷氨酸晶體和等電母液，等電母液中谷氨酸的含量約為2% -3% ；3)采用工業(yè)堿調(diào)整步驟2中等電母液的PH值到6. 8，同時(shí)快速測(cè)定等電母液中的各組分含量，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算調(diào)整等電母液中的各組分含量配制成Y -聚谷氨酸的發(fā)酵培養(yǎng)基，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分重量比為葡萄糖3-6%，酵母膏2-5%，谷氨酸 3-5%,NH4Cl 0. 1-1%, CaCl2 0. 01-0. 1 %, K2HPO4O. 1~1%, MgSO4 0. 01-0. 1 %, MnCl2 0. 001-0. 01%，然后將發(fā)酵培養(yǎng)基升溫至110°C -130°C滅菌，得到無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基；4)將枯草芽孢桿菌種子液按無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基量的2-20%接入步驟3中的無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行微生物發(fā)酵，獲得Y-聚谷氨酸發(fā)酵液；5)將步驟4中的Y-聚谷氨酸發(fā)酵液升溫到80°C-12(TC滅菌，然后將滅菌后的 Y -聚谷氨酸發(fā)酵液稀釋1-5倍，采用微濾膜過(guò)濾除去Y -聚谷氨酸發(fā)酵液中的菌體及雜蛋白后，得到微濾透析液和菌體蛋白，菌體蛋白經(jīng)烘干后作為菌體蛋白飼料；將微濾透析液通過(guò)超濾膜得到超濾透析液和濃縮液；6)向步驟5中的濃縮液中加入2-6倍的99%工業(yè)乙醇沉淀濃縮液得到Y(jié) _聚谷氨酸沉淀和上清液，將沉淀收集后冷凍干燥得到成品Y-聚谷氨酸；7)將步驟6中的上清液泵入蒸餾塔，通過(guò)減壓蒸餾的方式回收得到工業(yè)乙醇和蒸餾廢液，將蒸餾廢液和步驟6中的超濾透析液作為肥料原液；8)將步驟7中的肥料原液采用蒸發(fā)器濃縮，將肥料原液濃縮到25-36婆美度后，進(jìn)行噴漿造粒，造粒溫度50-60°C，制得有機(jī)肥料，造粒尾氣經(jīng)除濕除臭后排入大氣。上述步驟1中所述的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000MW，孔徑大小為 0. 1-10 μ m，所述的超濾膜為聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚丙稀腈及聚氯乙稀中的一種，其截留分子量為500-5000MW，孔徑大小為lO-lOOnm，其中，微濾溫度和超濾溫度均為20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa。上述步驟3中采用生物傳感儀法測(cè)定谷氨酸和殘?zhí)堑暮?，原子吸收法測(cè)定金屬離子的含量，氨氮離子測(cè)定儀測(cè)定NH4+的含量，分光光度法測(cè)定Po/—。上述步驟5中采用的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000MW，孔徑大小為 0. 1-10 μ m;超濾膜為聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚丙稀腈或聚氯乙稀中的一種，其截留分子量為5000-50000MW，孔徑在IO-IOOnm ；其中微濾溫度和超濾溫度均為 20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的谷氨酸提取率雖然僅有70% _80%，但同時(shí)可得到具有更高附加值的產(chǎn)品Y -聚谷氨酸、大量菌體蛋白以及一種保水保濕有機(jī)緩釋肥料，實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品多元化， 提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；
2、谷氨酸提取母液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整即可作為Y-聚谷氨酸生產(chǎn)的發(fā)酵培養(yǎng)基，省去了離子交換工藝，變谷氨酸提取廢液為寶，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本；3、減少了谷氨酸提取過(guò)程中的廢水排放量，基本實(shí)現(xiàn)零排放，降低了氨基酸生產(chǎn)企業(yè)環(huán)境保護(hù)的壓力，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。


圖1為本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖1的生產(chǎn)工藝流程，描述本實(shí)發(fā)明的實(shí)施例。將60L谷氨酸發(fā)酵液通過(guò)微濾膜過(guò)濾除去谷氨酸發(fā)酵液中的菌體及其它雜蛋白后，得到120L微濾透析液和菌體蛋白，將120L微濾透析液通過(guò)超濾膜過(guò)濾得到超濾透析液30L和濃縮液，將濃縮液和菌體蛋白混合后經(jīng)烘干后得到1. 18kg優(yōu)質(zhì)菌體蛋白飼料，其中，微濾溫度和超濾溫度均為20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa ；上述的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000麗，孔徑大小為 0. 1-1(^!11，微濾溫度為20-601；上述的超濾膜材料為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、 聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙稀腈(PAN)或聚氯乙稀(PVC)中的一種，截留分子量為500-5000MW，孔徑大小為lO-lOOnm。用濃度為31 %的工業(yè)鹽酸調(diào)整超濾透析液的PH值至3. 0-3. 2，調(diào)整過(guò)程中緩慢攪拌促溶，然后進(jìn)入常溫等電降溫裝置中結(jié)晶，再經(jīng)離心、分離得到7. 2kg谷氨酸晶體和等電母液，采用工業(yè)堿，優(yōu)選30%氫氧化鈉液堿，調(diào)整等電母液的PH值到6. 8，同時(shí)快速測(cè)定母液中的各組分含量為葡萄糖0. 4%，谷氨酸2.7%, NH4+0.5%, P043+0.07 %，其他未檢出。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，添加適量葡萄糖、酵母膏、氯化鈣、 磷酸二鉀等輔料，調(diào)整等電母液中的各組分含量到以下范圍所需量葡萄糖4%，酵母膏 3%，谷氨酸 3. 5%, NH4ClO. 5%，CaCl2O. 1 %，K2HPO4O. 8%，MgSO4O. 05%，MnCl2O. 003%，得到42L γ-聚谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基，然后將發(fā)酵培養(yǎng)基升溫至110°C -130°C滅菌，得到無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基；將枯草芽孢桿菌種子液按無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基量的15%接入無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行微生物發(fā)酵，獲得50L γ -聚谷氨酸發(fā)酵液；將發(fā)酵液升溫到80°C -120°C滅菌，稀釋5倍后通過(guò)微濾膜過(guò)濾除去發(fā)酵液中的菌體，得到250L微濾透析液和菌體蛋白，菌體蛋白經(jīng)烘干后得到Ikg優(yōu)質(zhì)菌體蛋白飼料，上述的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000麗， 孔徑大小為0. 1-10 μ m,微濾溫度為20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa。將微濾透析液通過(guò)超濾膜得到超濾透析液和50L濃縮液，所述超濾膜為 ΡΕ、PP、或PES中的一種，截留分子量為5000-50000MW，孔徑在lO-lOOnm，其中超濾溫度為 20-60°C，超濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 2-0. 4Mpa。向濃縮液中加入濃度為 99 %的工業(yè)乙醇200L，沉淀濃縮液得到Y(jié) -聚谷氨酸和沉淀上清液，將沉淀收集后冷凍干燥得到4. 5kg γ-聚谷氨酸成品。將沉淀上清液泵入酒精蒸餾塔，通過(guò)減壓蒸餾的方式回收得到工業(yè)乙醇和蒸餾廢液，將蒸餾廢液與超濾透析液作為肥料原液，采用四效降膜蒸發(fā)器濃縮到25-36婆美度后，進(jìn)行噴漿造粒，造粒溫度50-60°C，得到有機(jī)肥料，造粒尾氣通過(guò)生物處理-等離子凈化耦聯(lián)處理裝置除濕除臭后排入大氣。上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，其特征在于包括下述步驟1)將谷氨酸發(fā)酵液通過(guò)微濾膜過(guò)濾除去谷氨酸發(fā)酵液中的菌體及雜蛋白后，得到微濾透析液和菌體蛋白，將微濾透析液通過(guò)超濾膜過(guò)濾得到超濾透析液和濃縮液，將濃縮液和菌體及雜蛋白混合后烘干做為菌體蛋白飼料；2)采用工業(yè)鹽酸調(diào)整步驟1中超濾透析液的pH值至3.0-3. 2，調(diào)整過(guò)程中緩慢攪拌， 然后進(jìn)入常溫等電降溫裝置中結(jié)晶，再經(jīng)離心、分離得到谷氨酸晶體和等電母液，等電母液中谷氨酸的含量約為2%-3% ；3)采用工業(yè)堿調(diào)整步驟2中等電母液的pH值到6.8，同時(shí)快速測(cè)定等電母液中的各組分含量，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算調(diào)整等電母液中的各組分含量配制成Y-聚谷氨酸的發(fā)酵培養(yǎng)基，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分重量比為葡萄糖3-6%，酵母膏2-5%，谷氨酸3-5%， NH4Cl 0. 1-1%, CaCl2O. 01-0. 1%, K2HPO4O. 1-1%, MgSO4O. 01-0. 1%, MnCl2O. 001-0. 01%, 然后將發(fā)酵培養(yǎng)基升溫至110°C -130°C滅菌，得到無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基；4)將枯草芽孢桿菌種子液按無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基量的2-20%接入步驟3中的無(wú)菌發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行微生物發(fā)酵，獲得Y-聚谷氨酸發(fā)酵液；5)將步驟4中的Y-聚谷氨酸發(fā)酵液升溫到80°C-12(TC滅菌，然后將滅菌后的γ-聚谷氨酸發(fā)酵液稀釋1-5倍，采用微濾膜過(guò)濾除去Y-聚谷氨酸發(fā)酵液中的菌體及雜蛋白后， 得到微濾透析液和菌體蛋白，菌體蛋白經(jīng)烘干后作為菌體蛋白飼料；將微濾透析液通過(guò)超濾膜得到超濾透析液和濃縮液；6)向步驟5中的濃縮液中加入2-6倍的99%工業(yè)乙醇沉淀濃縮液得到Y(jié)-聚谷氨酸沉淀和上清液，將沉淀收集后冷凍干燥得到成品Y-聚谷氨酸；7)將步驟6中的上清液泵入蒸餾塔，通過(guò)減壓蒸餾的方式回收得到工業(yè)乙醇和蒸餾廢液，將蒸餾廢液和步驟6中的超濾透析液作為肥料原液；8)將步驟7中的肥料原液采用蒸發(fā)器濃縮，將肥料原液濃縮到25-36婆美度后，進(jìn)行噴漿造粒，造粒溫度50-60°C，制得有機(jī)肥料，造粒尾氣經(jīng)除濕除臭后排入大氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，其特征在于上述步驟1中所述的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000MW，孔徑大小為 0. 1-10 μ m，所述的超濾膜為聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚丙稀腈及聚氯乙稀中的一種，其截留分子量為500-5000MW，孔徑大小為lO-lOOnm，其中，微濾溫度和超濾溫度均為20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，其特征在于上述步驟3中采用生物傳感儀法測(cè)定谷氨酸和殘?zhí)堑暮浚游辗y(cè)定金屬離子的含量，氨氮離子測(cè)定儀測(cè)定NH4+的含量，分光光度法測(cè)定Po/—。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)谷氨酸、Y-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，其特征在于上述步驟5中采用的微濾膜為陶瓷膜，截留分子量為2000-50000MW，孔徑大小為 0. 1-10 μ m;超濾膜為聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚丙稀腈或聚氯乙稀中的一種，其截留分子量為5000-50000MW，孔徑在IO-IOOnm ；其中微濾溫度和超濾溫度均為 20-60°C，微濾時(shí)料液進(jìn)口壓力和出口壓力的差值為0. 1-0. 4Mpa。
全文摘要
提供一種清潔生產(chǎn)谷氨酸、γ-聚谷氨酸及有機(jī)肥料的方法，具體涉及一種采用微生物發(fā)酵法先后制備谷氨酸、γ-聚谷氨酸以及一種具有保水保濕功能有機(jī)緩釋肥料的方法。本發(fā)明利用谷氨酸等電廢液生產(chǎn)γ-聚谷氨酸，谷氨酸提取率雖然僅有70％-80％，但同時(shí)得到更高附加值的γ-聚谷氨酸、大量菌體蛋白以及一種保水保濕有機(jī)緩釋肥料，谷氨酸提取母液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整即可作為γ-聚谷氨酸生產(chǎn)的培養(yǎng)基，省去了離交工藝，減少了谷氨酸提取過(guò)程中的廢水排放量，基本實(shí)現(xiàn)零排放，降低了氨基酸生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于環(huán)境污染的壓力，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。
文檔編號(hào)C07C227/42GK102533884SQ20111045543
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉元濤, 劉化丹, 李德衡, 李樹(shù)標(biāo), 王可, 王均成, 趙蘭坤 申請(qǐng)人:寶雞阜豐生物科技有限公司