專利名稱：：一種結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：一種結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法，屬于生物工程
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：結(jié)冷膠(CAS編號(hào)71010-52-l)由伊樂假單胞菌(尸MWomo"ase/odea)或少動(dòng)鞘脂單胞菌G^/H'"^^o"opawc^oM的經(jīng)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的微生物雜多糖，其主鏈結(jié)構(gòu)是由一個(gè)線性四糖重復(fù)單元組成，每個(gè)四糖重復(fù)單元包括2個(gè)P-D-葡萄糖、1個(gè)p-D-葡萄糖醛酸和1個(gè)a-L-鼠李糖。天然的結(jié)冷膠分子結(jié)構(gòu)單元中葡萄糖分子的2和6位羥基常被乙?；透视王；〈纬甚?，這些?；梢栽趬A性條件下水解而得到低?；Y(jié)冷膠。結(jié)冷膠的分子量約為50萬Da，屬鞘脂類多糖。結(jié)冷膠已由美國FDA、日本、德國、澳大利來、韓國和中國等國家批準(zhǔn)為食品添加劑。結(jié)冷膠經(jīng)加熱后即溶解成透明的溶膠，冷卻后，形成透明且堅(jiān)實(shí)的凝膠。質(zhì)量濃度0.05%的結(jié)冷膠即可形成凝膠，一般用量僅為瓊脂和卡拉膠用量的1/2~1/3，富含汁水，具有良好的風(fēng)味釋放性，有入口即化的口感。結(jié)冷膠具有良好的穩(wěn)定性，耐酸、耐酶解作用。因此作為增稠劑、膠凝劑和穩(wěn)定劑廣泛應(yīng)用于飲料、面包、乳制品、肉制品、面條、蛋糕、餅干、起酥油、速溶咖啡、魚制品、雪糕、冰激凌、果凍、軟糖等食品中；在醫(yī)藥上可用于軟、硬膠囊，包衣劑以及眼藥水和新型制劑用藥原料；在化工上可應(yīng)用于涂膜、膠粘劑、牙膏；在農(nóng)業(yè)上可用作緩釋肥料等；在微生物實(shí)驗(yàn)中還可應(yīng)用于常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)。結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝過程主要由通風(fēng)發(fā)酵、脫乙?；⑷軇┬跄恋?、真空干燥、溶劑回收和廢水處理等單元操作組成。在生產(chǎn)過程中由于使用了大量的乙醇或異丙醇，為滿足成本經(jīng)濟(jì)和環(huán)保要求，必須對(duì)溶劑進(jìn)行回收。如回收1噸乙醇約產(chǎn)生0.5-0.8噸余餾水，回收1噸異丙醇約產(chǎn)生1~1.5噸余餾水。余餾水中富含高濃度的總磷(>10mg/L)、總氮高達(dá)200~500mg/L，COD高達(dá)7000~20000mg/L，BOD為5000~15000mg/L，給后繼工序的廢水處理帶來較重的處理負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)成本，再者富含高濃度的磷元素，也不利于有機(jī)廢水的高效處理。若能在生產(chǎn)過程中有效循環(huán)利用余餾水，一方面將會(huì)提高原料的利用率，另一方面也可減少生產(chǎn)廢水的處理成本和排放量，促進(jìn)結(jié)冷膠的綠色制造，產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種微生物多糖結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法，以減少結(jié)冷膠生產(chǎn)過程中的污水處理量和排放量，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)原料，降低微生物多糖的生產(chǎn)成本，使其市場(chǎng)競爭力更強(qiáng)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法，利用產(chǎn)結(jié)冷膠微生物通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，經(jīng)過或不經(jīng)過脫除結(jié)冷膠分子中的乙?；幚?；加入發(fā)酵醪液0.5-2.5倍體積的異丙醇或乙醇沉淀，沉淀操作溫度為10~40°C，30008000rpm離心分離1030min，沉淀離心分離后所得的上清液納入精餾系統(tǒng)回收使用，所得沉淀再用異丙醇或乙醇洗滌12次，然后離心或壓榨脫水，經(jīng)溫度不超過70°C真空干燥和粉碎后得到結(jié)冷膠產(chǎn)品；所述經(jīng)過脫除結(jié)冷膠分子中的乙?；幚頌槔卯a(chǎn)結(jié)冷膠微生物通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，加入0.2-0.5mol/LNaOH溶液混合攪拌調(diào)pH8.5-11，并加溫至7090。C處理1030min以脫除結(jié)冷膠分子中的乙?；?，再加入鹽酸中和；最終所得產(chǎn)品為低乙酰結(jié)冷膠產(chǎn)品；沉淀離心分離后所得的上清液經(jīng)精餾操作回收得到的有機(jī)溶劑異丙醇或乙醇循環(huán)使用，精餾操作產(chǎn)生的余餾水納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中，添加玉米淀粉、黃豆粕、少量磷酸鹽，補(bǔ)足工藝用水至要求的體積，調(diào)整pH值至中性，經(jīng)連續(xù)滅菌后進(jìn)入發(fā)酵罐用于循環(huán)發(fā)酵生產(chǎn)結(jié)冷膠，余餾水循環(huán)使用次數(shù)為3~5次，構(gòu)建成一個(gè)閉路循環(huán)的清潔生產(chǎn)方法。所述的清潔生產(chǎn)方法，異丙醇或乙醇沉淀后的結(jié)冷膠再用少量異丙醇或乙醇洗滌，所用醇量為發(fā)酵液離心沉淀物體積的0.31倍，洗滌操作溫度為10~40°C，洗滌后所得的上清液納入精餾系統(tǒng)回收使用。所述的清潔生產(chǎn)方法，對(duì)余餾水的總糖、總氮、總磷、COD和電導(dǎo)率指標(biāo)進(jìn)行分析后，補(bǔ)充適量的玉米淀粉、黃豆粕、磷酸鹽和水，使循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分與初始發(fā)酵培養(yǎng)基成分含量和指標(biāo)相當(dāng)或相等，補(bǔ)充的玉米淀粉量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米淀粉量的50%~90%，黃豆粕量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中黃豆粕量的65%90%、磷酸鹽量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中磷酸鹽量的5%~40%。所述的清潔生產(chǎn)方法，循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌工藝條件為115-13(TC、20~40分鐘間歇分批滅菌，或120~140°C、200-400秒連續(xù)滅菌；滅菌后續(xù)管道設(shè)置有過濾裝置。所述的清潔生產(chǎn)工藝，采用循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行好氧發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵條件為接種量為5%~15%(v/v)，發(fā)酵溫度為30~38°C，通風(fēng)量為0.5~2.0wm，攪拌轉(zhuǎn)速為150-450r/min，發(fā)酵過程中的pH調(diào)節(jié)劑為鹽酸或氫氧化鈉。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的結(jié)冷膠產(chǎn)品為食品級(jí)，提取采用溶劑絮凝沉淀、溶劑洗滌和真空干燥的方法。提取過程使用大量的有機(jī)溶劑，在回收溶劑的過程中產(chǎn)生大量的余餾水，即浪費(fèi)了大量的熱量和水，又給廢水處理帶來壓力，使結(jié)冷膠的生產(chǎn)成本居高不下。本發(fā)明通過比較余餾水的成分組成和發(fā)酵培養(yǎng)基的營養(yǎng)需求，將余餾水整合入發(fā)酵培養(yǎng)基的配方中，構(gòu)建了結(jié)冷膠提取廢水的循環(huán)利用工藝，循環(huán)次數(shù)為35次，余餾水排放量減少為原工藝的20%~30%，發(fā)酵過程培養(yǎng)基配制的用水量減少為原工藝的50%~70%，同時(shí)回收余餾水的熱量，減少主要原料玉米淀粉、黃豆粕和磷酸鹽的使用量。本發(fā)明不同于原有結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝，可以減少生產(chǎn)過程中的用水量、蒸汽用量、培養(yǎng)基原料使用量和廢水處理成本，可以降低生產(chǎn)成本10%20%，對(duì)于新建工廠，則可以減少廢水處理的建設(shè)投資和運(yùn)行成本。本發(fā)明的實(shí)施將產(chǎn)生明顯的環(huán)境效益和社會(huì)效益。所得的產(chǎn)品級(jí)結(jié)冷膠可作為果凍、冷凍食品、乳制品等的添加劑，以改善這些食品的特性，在食品工業(yè)中具有廣泛的用途。圖l結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝流程示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:結(jié)冷膠發(fā)酵液的制備產(chǎn)結(jié)冷膠菌株為伊樂假單胞菌(Pe/o&fl)或少動(dòng)鞘脂單胞菌(Sphingomonaspaucimobilis)ATCC31461。種子培養(yǎng)基(kg/m":蔗糖20;蛋白胨5.0;牛肉膏3.0;酵母膏1.0;pH7.0。初始發(fā)酵培養(yǎng)基(kg/m3》玉米淀粉30;黃豆粕3.0;K2HP041.0;KH2P043.0;MgSO47H201.0;pH7.0。發(fā)酵條件發(fā)酵過程在5立方米的發(fā)酵罐實(shí)施，接種量5%(v/v),攪拌轉(zhuǎn)速300r/min，通風(fēng)量為1.0wm，罐壓0.05MPa，發(fā)酵溫度30°C。發(fā)酵過程中用NaOH溶液調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，在18h后將pH值恒定在5.6左右，發(fā)酵培養(yǎng)72小時(shí)下罐，測(cè)定結(jié)冷膠產(chǎn)量和質(zhì)量控制參數(shù)。實(shí)施例2:結(jié)冷膠的產(chǎn)品制備計(jì)量1000升結(jié)冷膠發(fā)酵液，緩慢加入2000升乙醇溶劑，攪拌混勻后靜置30分鐘，在6000r/min條件下連續(xù)離心，得到約250kg固形物，上清液為乙醇溶液，輸送至廢乙醇貯罐。所得固形物輸送至洗滌罐中，加入400升乙醇溶劑，攪拌混勻后靜置30分鐘，在6000r/min條件下連續(xù)離心，得到150kg固形物輸送至真空干燥器中，上清液為乙醇廢液，輸送至廢乙醇貯罐集中回收處理。上述所得的固形物在低于42t條件下真空干燥6小時(shí)，真空冷凝所得的溶液輸送至廢乙醇貯罐，干燥后所得的固形物經(jīng)粉碎和篩分后即得結(jié)冷膠產(chǎn)品。實(shí)施例3:低酰度結(jié)冷膠的產(chǎn)品制備將實(shí)施例1中所得的發(fā)酵醪液用0.3mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至10.0，升溫至80'C保溫25分鐘，冷卻后同實(shí)施例2所述方法進(jìn)行處理，得低酰度的結(jié)冷膠產(chǎn)品。實(shí)施例4:余餾水的循環(huán)利用和循環(huán)工藝發(fā)酵培養(yǎng)基的配制實(shí)施例2中所得的廢乙醇集中收納至廢乙醇貯罐，經(jīng)精餾后所得的乙醇可回用于下一輪循環(huán)結(jié)冷膠的溶劑沉淀和分離。所得的余餾水為800升，經(jīng)成分分析后可應(yīng)用于發(fā)酵工段的培養(yǎng)基配制。經(jīng)化學(xué)分析得到余餾水的成分如下表-表1余餾水中主要成分含量<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>清潔生產(chǎn)工藝發(fā)酵培養(yǎng)基配制用熱的余餾水(7(TC)代替工藝用水配制發(fā)酵培養(yǎng)基(kg/m3)，玉米淀粉27;黃豆粕2.4;K2HP040.8;KH2P041.0;MgSO4'7H200.5;余餾水與工藝用水配比為4:1。按發(fā)酵培養(yǎng)基用量為1000升計(jì)，按實(shí)施例2所述的處理工藝，得到800升余餾水，清潔生產(chǎn)工藝發(fā)酵培養(yǎng)基配制時(shí)用工藝用水補(bǔ)充。循環(huán)利用次數(shù)為5次時(shí)，基本不影響結(jié)冷膠的產(chǎn)品質(zhì)量。權(quán)利要求1.一種結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法，其特征是利用產(chǎn)結(jié)冷膠微生物通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，經(jīng)過或不經(jīng)過脫除結(jié)冷膠分子中的乙酰基處理；加入發(fā)酵醪液0.5～2.5倍體積的異丙醇或乙醇沉淀，沉淀操作溫度為10～40℃，3000～8000rpm離心分離10～30min，沉淀離心分離后所得的上清液納入精餾系統(tǒng)回收使用，所得沉淀再用異丙醇或乙醇洗滌1～2次，然后離心或壓榨脫水，經(jīng)溫度不超過70℃真空干燥和粉碎后得到結(jié)冷膠產(chǎn)品；所述經(jīng)過脫除結(jié)冷膠分子中的乙?；幚頌槔卯a(chǎn)結(jié)冷膠微生物通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，加入0.2～0.5mol/LNaOH溶液混合攪拌調(diào)pH8.5～11，并加溫至70～90℃處理10～30min以脫除結(jié)冷膠分子中的乙酰基，再加入鹽酸中和；最終所得產(chǎn)品為低乙酰結(jié)冷膠產(chǎn)品；沉淀離心分離后所得的上清液經(jīng)精餾操作回收得到的有機(jī)溶劑異丙醇或乙醇循環(huán)使用，精餾操作產(chǎn)生的余餾水納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中，添加玉米淀粉、黃豆粕、少量磷酸鹽，補(bǔ)足工藝用水至要求的體積，調(diào)整pH值至中性，經(jīng)連續(xù)滅菌后進(jìn)入發(fā)酵罐用于循環(huán)發(fā)酵生產(chǎn)結(jié)冷膠，余餾水循環(huán)使用次數(shù)為3～5次，構(gòu)建成一個(gè)閉路循環(huán)的清潔生產(chǎn)方法。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)方法，其特征是異丙醇或乙醇沉淀后的結(jié)冷膠再用少量異丙醇或乙醇洗滌，所用醇量為發(fā)酵液離心沉淀物體積的031倍，洗滌操作溫度為10~40°C,洗滌后所得的上清液納入精餾系統(tǒng)回收使用。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)方法，其特征是對(duì)余餾水的總糖、總氮、總磷、COD和電導(dǎo)率指標(biāo)進(jìn)行分析后，補(bǔ)充適量的玉米淀粉、黃豆粕、磷酸鹽和水，使循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分與初始發(fā)酵培養(yǎng)基成分含量和指標(biāo)相當(dāng)或相等，補(bǔ)充的玉米淀粉量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米淀粉量的50%~90%，黃豆粕量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中黃豆粕量的65%~90%、磷酸鹽量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中磷酸鹽量的5%~40%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)方法，其特征是循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌工藝條件為U5130'C、20-40分鐘間歇分批滅菌，或12014(TC、200-400秒連續(xù)滅菌；滅菌后續(xù)管道設(shè)置有過濾裝置。全文摘要一種結(jié)冷膠的清潔生產(chǎn)方法，屬于生物工程
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明用產(chǎn)結(jié)冷膠微生物經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵，在所得發(fā)酵繆液中加入異丙醇或乙醇進(jìn)行沉淀，再離心分離，沉淀物經(jīng)真空干燥和粉碎后得結(jié)冷膠產(chǎn)品。離心分離所得上清液經(jīng)精餾后回收異丙醇或乙醇用于下一輪沉淀操作時(shí)循環(huán)使用。精餾后的余餾水進(jìn)行成分分析后納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中，添加玉米淀粉、黃豆粕等原料后再進(jìn)行通風(fēng)發(fā)酵生產(chǎn)結(jié)冷膠發(fā)酵醪液，構(gòu)建一個(gè)閉路循環(huán)的清潔生產(chǎn)方法。本發(fā)明通過調(diào)整結(jié)冷膠的生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)，在不增加設(shè)備和場(chǎng)地投資的條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)余餾水的循環(huán)利用，一方面節(jié)約原料成本，減少工藝用水使用量，另一方面大大減少了生產(chǎn)過程中的廢水處理量，特別是顯著地降低了磷和氮的處理量和排放量。文檔編號(hào)C12R1/01GK101560261SQ20091002752公開日2009年10月21日申請(qǐng)日期2009年5月11日優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日發(fā)明者詹曉北,鄭志永申請(qǐng)人:江南大學(xué)