專利名稱：酵母蛋白的絮凝氣浮提取工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在酵母發(fā)酵液中提取酵母蛋白的提取工藝。尤其是利用味精的生產(chǎn)過程中所排放的離交廢水，繁育酵母菌體后，從該弱酸性的有機廢液中直接提取酵母蛋白的一種絮凝氣浮法的提取工藝。
味精的生產(chǎn)過程中要排放大量的離交廢水(生產(chǎn)每噸味精排放10-11噸)，其中含有豐富的營養(yǎng)成分，如有殘?zhí)恰埞劝彼?、氮、磷、硫及少量金屬離子等。但其PH值1.5-2.0，COD值2.8-4.0萬mg/l，BOD1.4-2.0萬mg/l。若直接排放將嚴重危害環(huán)境。為此，自80年代初中期，國內(nèi)幾家味精廠開始試驗。到80年代末，隨著國家對環(huán)保治理要求的加強，用味精廢水生產(chǎn)飼用酵母的生產(chǎn)工藝開始大量應用。但由于技術等方面的種種原因，包括申請人在內(nèi)的多家味精廠均一直采用下述一種高成本的提取工藝酵母發(fā)酵液通過高速碟片式離心機分離，得到酵母漿，然后采取雙滾筒干燥機或噴霧干燥機干燥得到產(chǎn)品。這種工藝存在著提取收率較低，離心機和干燥機的購置、維護費用較大，造成生產(chǎn)成本較高，而且離心后物料的烘干能耗大(每噸產(chǎn)品的汽耗為10～12噸)。整個工藝在不考慮環(huán)保效益時，經(jīng)濟效益虧損800～1200元/噸。另外，最近一、二年也有采用氣囊式板框壓濾機過濾發(fā)酵液，得到酵母餅，再氣流干燥制得產(chǎn)品的方法。這種方法的提取收率較高，但對發(fā)酵過程的生產(chǎn)適應性很差(例如，過濾性能受發(fā)酵液的PH值、溫度及其它雜質含量的影響較大)，很難做到連續(xù)正常生產(chǎn)，所以真正的收率也并不高，操作控制較為困難，實際的生產(chǎn)成本也較高。
另一方面，為了直接從PH1.8左右的酸性高濃度有機廢水中提取谷氨酸菌體蛋白，有人申請了“一種菌體蛋白的提取工藝”(專利申請?zhí)?6106006.9)。它主要是將收集的強酸性高濃度有機廢水加熱至45℃-80℃，在加入0.005‰-0.09‰的聚丙稀酸鈉絮凝劑以及0.15Mpa壓力的溶氣，氣浮分離出含水量為80％-90％的谷氨酸菌體蛋白，再經(jīng)氣囊式板框壓濾機過濾脫水，含水量降至50％-60％，最后烘干成菌體蛋白粉。但是該工藝在強酸高溫條件下操作，一方面雖然可以去除部分離交廢水中的COD(去除率為50％左右)排放的廢水COD值仍就在1.8-2.0之間，對環(huán)境造成極大的污染。要使廢水達標排放需要較大的成本；另一方面，由于在高溫、強酸條件下操作，生產(chǎn)成本很高，設備腐蝕嚴重，所以十分不經(jīng)濟。
本發(fā)明的主要目的是提供一種在弱酸性的酵母發(fā)酵液中較經(jīng)濟、高效且低能耗地直接提取酵母蛋白的絮凝氣浮法提取工藝。
本發(fā)明的上述發(fā)明目的，主要是通過下列工藝與步驟得以實現(xiàn)的(1)PH值為3-6的酵母發(fā)酵液注入加熱至35℃-45℃；(2)按酵母發(fā)酵液的體積加入聚合氯化鐵鋁0.03‰-0.25‰和0.1‰-0.80‰的聚丙稀酸鈉；(3)用射流泵將酵母發(fā)酵液與前述兩絮凝劑充分攪和，并同時射流吸入空氣；(4)將絮凝的酵母蛋白絮凝液置入上浮罐連續(xù)瀝水1.0-2.0小時；(5)上浮罐上端重力脫水的絮凝酵母蛋白，輸送至真空帶式過濾機，進一步濾除其中的水分；(6)刮下酵母蛋白濾餅，輸送至管束干燥機干燥，并粉碎包裝。
為了提高經(jīng)濟性和絮凝效率，所述的復合絮凝劑的添加量可為0.05‰-0.22‰的聚合氯化鐵鋁和0.15‰-0.55‰的聚丙稀酸鈉，并先將其溶于水，然后將其溶液與空氣一同混入PH為3.5-5.0的酵母發(fā)酵液中，且其中空氣的吸入量控制在發(fā)酵液量的1％-6％。一般可將上述復合絮凝劑分別調制成0.20％-5.0％0.15％-5.0％的水溶液，再按上述添加量加入復合絮凝劑。
另外，所述的復合絮凝劑的添加量較佳值為0.1‰-0.20‰的聚合氯化鐵鋁和0.25‰-0.45‰的聚丙稀酸鈉，并先將其溶于水，然后將其溶液與空氣一同混入PH為3.8-4.5的酵母發(fā)酵液中，且其中空氣的吸入量控制在發(fā)酵液量的1.5％-4.5％。
本發(fā)明中的絮凝劑創(chuàng)造性地解決了在弱酸性的較低溫的發(fā)酵液中有效地絮凝酵母液中的酵母蛋白，且易于脫水的問題，其主要機理是鐵鹽和鋁鹽的水溶液是以6個配位水分子的配離子Al(H2O)63+和Fe(H2O)63+的形式存在。當PH值小于3時，這種水合離子是最主要的形態(tài)。如果PH值升高，水合鋁離子和水合鐵離子就會發(fā)生配位水離解(即水解過程)，生成各種羥基鋁離子和羥基鐵離子(AlOH2+和FeOH2+)，反應過程和生成物都十分復雜。當PH值在4以上時，羥基鋁(鐵)離子增多，各離子的羥基由于配位能力還未達飽和，即還有剩余孤電子對，因而可以與其它離子發(fā)生架橋結合，形成羥基橋聯(lián)，其生成物為多核羥基配合物。隨著溶液PH值的變化，Al3+和Fe3+以不同的形式存在。當PH＝4.0-5.0時，[Al8(OH)20]4+和[Fe8(OH)20]4+成了主要形態(tài)，成為低電荷而高聚合物的無機高分子電解質，這時可吸附膠體粒子，并使之脫穩(wěn)，具有較佳的效果，再加上與絮凝劑聚丙烯酸鈉的復合和交互作用，使其產(chǎn)生的具有較大分子量和表面積的絮凝體在空氣的混合下，產(chǎn)生良好的絮凝氣浮作用。其中，聚丙烯酸鈉的絮凝作用的機理主要是離交廢水是以穩(wěn)定的膠體形態(tài)存在，各種成分與水形成溶膠狀態(tài)，通過酵母菌的發(fā)酵，雖然改變了其中一些成分的比例，通過布朗運動和靜電排斥力的作用，仍然處于一種穩(wěn)定的膠體狀態(tài)(少部分個體較大的酵母菌體分散浮于溶液上層除外)。為了改變膠體溶液的這種穩(wěn)定性，一方面，在膠體溶液中加入某種電解質，使膠體的擴散層變薄，ξ電位降低甚至趨于零。膠體顆粒間的靜電斥力隨之減弱或消失，這樣可以使膠體顆粒容易吸附聚成大顆粒，這種過程通常稱為“凝聚”。另一方面，在膠體溶液中加入一定量的高分子物質。由于高分子物質具有較多的可離解官能團，且其鏈狀分子長度上分布有大量的帶電基團，這些基團與膠體中帶相反電荷的粒子結合，一方面破壞了膠體溶液原來的穩(wěn)定狀態(tài)，另一方面高分子的長鏈結構象架橋一樣使較多的膠體顆粒連結在一起，逐漸形成棉絮狀的物質。在這里，膠體溶液的脫穩(wěn)過程中的凝聚作用和絮凝作用同時發(fā)生，所以也可稱為混凝。另外，由于混凝過程加入一定量的空氣，加上原來發(fā)酵液中溶解的氧氣和排放的二氧化碳，在膠體顆粒的吸附、高分子架橋的連結過程中這些氣體同時被“卷掃”，所以減少了絮凝物在溶液中的比重，使之上浮并與溶液分離，達到提取的目的。本發(fā)明中聚合氯化鐵鋁以[Al2(OH)nCl6-n]m和[Fe(OH)n·(SO4)3-n/2]m的混合形式存在。不僅具有高分子的一般架橋絮凝作用，而且會隨溶液PH值的變化產(chǎn)生不同級別的水解產(chǎn)物和縮聚產(chǎn)物，這些產(chǎn)物都會壓縮膠體顆粒的雙電層，減少ξ電位達到凝聚的作用。
另外聚丙烯酸鈉
分子量在800萬以上，對膠體粒子具有極強的吸附結合力，并能很好地發(fā)揮吸附架橋的絮凝作用，但是在PH值大于3.5的溶液中不能發(fā)揮較佳的絮凝作用，只能與鋁、鐵鹽配合使用，才能彌補因PH值增加而影響聚丙稀酸鈉絮凝效果的不足，并且還可以使絮凝物保持較好的透氣濾水性能，有利于后道脫水工序的進行。
在絮凝過程中，(包括上浮罐持續(xù)瀝水的過程)空氣的沖入還與絮凝的酵母菌體接觸，可以保持酵母菌體持續(xù)的發(fā)酵狀態(tài)，吸取廢水中更多的營養(yǎng)成分，減少排放廢水的COD值，并且可以防止酵母菌窒息“死亡”后自溶，保證所提取的酵母蛋白的質量和較好的回收率。
由于本發(fā)明采取了一條直接在較低溫度的弱酸性的發(fā)酵液中絮凝酵母蛋白的技術路線，雖然在復合絮凝劑的用量及材料成本上略有增加，但對酵母液的加溫成本顯著下降，使之綜合成本有明顯的下降。
現(xiàn)以絮凝劑3.5元/kg，蒸汽80元/噸，每100噸發(fā)酵液生產(chǎn)1噸酵母計算，綜合成本如表1表1絮凝提取酵母蛋白的成本分析表
從上述成本分析中可以看出，加熱溫度低一點，雖絮凝劑用量多一些，但綜合成本反而更低。同時，絮凝的工作溫度低一點還有利于保持酵母菌體的活性，并使酵母菌體在絮凝過程仍然處于發(fā)酵狀態(tài)，還可以防止高溫狀態(tài)下的酵母自溶等現(xiàn)象的發(fā)生，提高蛋白粉的質量。
本發(fā)明工藝經(jīng)2000年3-6月份的試驗證明，味精廢水酵母的提取收率從原工藝1.05％提高到1.15％左右，排放廢水的COD去除率達到55％以上，比直接廢水絮凝除谷氨酸菌體COD值下降2000mg/l以上。由于提取收率的提高使酵母的產(chǎn)量增加10％，成本下降10％。另外由于采取本工藝大大減少生產(chǎn)過程的能耗及各項費用，使成本下降20％，合計產(chǎn)品生產(chǎn)成本下降30％左右。以年產(chǎn)酵母2000噸計算，可為該單位產(chǎn)生經(jīng)濟效益120萬元。另外，由于排放廢水COD值下降2000mg/l左右，可減少對后處理過程中的設備、場地等負擔，并節(jié)約處理費用15萬元，可見采取本工藝效益十分顯著。若在國內(nèi)味精行業(yè)推廣應用，將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
本發(fā)明的實施例1至實施例10的各技術參數(shù)值如表2所示。
表2酵母蛋白絮凝氣浮提取工藝的具體技術參數(shù)值
現(xiàn)以上表中實施例1的參數(shù)值具體舉例敘述如下
2、將收集的發(fā)酵液用蒸汽加熱至43℃左右，并吸入2％(與發(fā)酵液體比)的空氣，使酵母蛋白保持足夠的活性。
3、加入濃度為3％的聚合氯化鐵鋁溶液，加入量為發(fā)酵液量的0.1％。
4、加入濃度為0.5％的聚丙稀酸鈉溶液，加入量為發(fā)酵液量的5％。
5、進入混合器進行混合。(觀察絮凝的效果，并根據(jù)此控制)6、進入氣浮桶分離酵母蛋白。
7、對上步分離水分在90％左右的酵母蛋白，進入帶式真空過濾機過濾脫水，達到60％左右的水分。
8、用管束干燥機烘干酵母蛋白的濾餅產(chǎn)品，水分控制在8.5％以內(nèi)，粉碎后包裝入庫。
9、發(fā)酵液中酵母蛋白分離后的廢水，排放至下一工序處理。
實施例21、收集酵母發(fā)酵液，測得PH值為4.0，酵母菌體濕重為6.3g。
2、將收集的發(fā)酵液用蒸汽加熱至40℃左右，并吸入5.6％(與發(fā)酵液體積比)的空氣，使酵母蛋白保持足夠的活性。
3、加入濃度為4.0％的聚合氯化鐵鋁溶液，加入量為發(fā)酵液量的0.25％。
4、加入濃度為0.8％的聚丙稀酸鈉溶液，加入量為發(fā)酵液量的10％。
5、進入混合器，觀察絮凝的效果，并據(jù)此控制進行混合。
6、進入氣浮桶分離酵母蛋白。
7、將分離的水分在90％左右的酵母蛋白，進入帶式真空過濾機過濾脫水，使其含水量達到60％左右。
8、用管束干燥機烘干酵母蛋白的濾餅，水分在8.5％以內(nèi)，粉碎后包裝入庫。
9、發(fā)酵液中酵母蛋白分離后的廢水，排放至下一工序處理。
其它實施例見表2，以下從略。
權利要求
1.一種酵母蛋白的絮凝氣浮提取工藝，其工藝包括下列步驟(1)PH值為3-6的酵母發(fā)酵液加熱至35℃-45℃；(2)按酵母發(fā)酵液的體積加入聚合氯化鐵鋁0.03‰-0.25‰和0.1‰-0.80‰的聚丙稀酸鈉；(3)用射流泵將酵母發(fā)酵液與前述兩絮凝劑充分攪和，并同時射流吸入空氣；(4)將絮凝的酵母蛋白絮凝液置入上浮罐連續(xù)瀝水1.0-2.0小時；(5)上浮罐上端重力脫水的絮凝酵母蛋白，輸送至真空帶式過濾機，進一步濾除其中的水分；(6)刮下酵母蛋白濾餅，輸送至管束干燥機干燥，并粉碎包裝。
2.如權利要求1所述的酵母蛋白的絮凝氣浮提取工藝，其特征在于所述的復合絮凝劑的添加量為0.05‰-0.22‰的聚合氯化鐵鋁和0.15‰-0.55‰的聚丙稀酸鈉，并先將其溶于水，然后將其溶液與空氣一同混入PH為3.5-5.0的酵母發(fā)酵液中，且其中空氣的吸入量控制在發(fā)酵液量的1％-6％。
3.如權利要求1所述的酵母蛋白的絮凝氣浮提取工藝，其特征在于所述的復合絮凝劑的添加量較佳值為0.1‰-0.20‰的聚合氯化鐵鋁和0.25‰-0.45‰的聚丙稀酸鈉，并先將其溶于水，然后將其溶液與空氣一同混入PH為3.8-4.5的酵母發(fā)酵液中，且其中空氣的吸入量控制在發(fā)酵液量的1.5％-4.5％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接從該弱酸性的有機廢液中提取酵母蛋白的絮凝氣浮法提取工藝。該工藝的主要步驟是:(1)將pH值為3－6的酵母發(fā)酵液加熱至35℃－45℃;(2)加入聚合氯化鐵鋁0.03‰－0.25‰和0.1‰－0.80‰的聚丙烯酸鈉;(3)用射流泵將其充分攪和,并吸入適量的空氣;(4)瀝水1.0－2.0小時;(5)將瀝水后的絮凝酵母蛋白輸送至真空帶式過濾機,制出濾餅;(6)至管束干燥機中干燥、粉碎。因此,具有可采用較低能耗直接提取酵母蛋白,且提取率較高,酵母蛋白質量好,排放廢水的COD值較少,綜合經(jīng)濟效益顯著等特點。
文檔編號C02F1/24GK1334270SQ0012212
公開日2002年2月6日 申請日期2000年7月18日 優(yōu)先權日2000年7月18日
發(fā)明者朱中彩, 丁革勝, 王云龍, 吳曉偉, 施清輝 申請人:浙江蜜蜂集團有限公司