一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法，屬于生物工程【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明用產(chǎn)普魯蘭多糖微生物經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，經(jīng)加熱滅活，過(guò)濾除菌體，用有機(jī)溶劑沉淀，壓濾使固液分離，固形物經(jīng)真空干燥和粉碎后得普魯蘭多糖產(chǎn)品。壓濾后所得清液經(jīng)精餾回收有機(jī)溶劑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)行成分分析后添加淀粉水解物、蛋白胨、酵母提取物、無(wú)機(jī)鹽等納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中，再行通風(fēng)發(fā)酵生產(chǎn)普魯蘭多糖發(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(guò)調(diào)整工藝，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，節(jié)約用水量，減少生產(chǎn)成本，減少?gòu)U水處理量，顯著降低磷和氮的處理量和排放量，有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法，屬于生物工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]普魯蘭多糖(CAS編號(hào):9057-02-7)由普魯蘭茁芽短梗霉菌(AureobasidiumpulIulms)經(jīng)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的微生物多糖，該多糖是由α-1，4糖苷鍵連接的麥芽三糖重復(fù)單位經(jīng)α -1, 6糖苷鍵聚合而成的直鏈狀多糖，分子量2萬(wàn)~200萬(wàn)道爾頓，聚合度100~5000。普魯蘭多糖在結(jié)構(gòu)上富有彈性，溶解度比較大，具有成膜性、阻氣性、可塑性、粘性均較強(qiáng)，并且具有易溶于水、無(wú)毒無(wú)害、無(wú)色無(wú)味等優(yōu)良特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工和石油等領(lǐng)域。2006年國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)普魯蘭多糖為食品添加劑，可在糖果、巧克力包衣、膜片、復(fù)合調(diào)味料和果蔬汁飲料中用作被膜劑和增稠劑，使用量標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)GB2760-2011。在醫(yī)藥行業(yè)普魯蘭多糖可用于制造膠囊，錠劑、非結(jié)晶性藥物、止血?jiǎng)?、血漿增量劑、X射線(xiàn)透視造影劑；類(lèi)毒素和疫苗保護(hù)劑；創(chuàng)口縫合線(xiàn)；人工臟器和抗凝血性醫(yī)療材料等。普魯蘭膠囊與其它膠囊相比，具有非常明顯的優(yōu)點(diǎn):①普魯蘭膠囊的氧透過(guò)率大約為明膠膠囊的1/8，可有效保護(hù)內(nèi)容物免于氧化，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期；②透明度與動(dòng)物性膠囊相當(dāng)，充填內(nèi)容物清楚可見(jiàn)；③不含動(dòng)物性蛋白及脂肪，不易滋生微生物，質(zhì)量穩(wěn)定；④不含動(dòng)物性成份，無(wú)瘋牛癥、口蹄疫等人畜共通傳染病的隱憂(yōu)天然植物性原料制成，無(wú)宗教及素食方面之限制。在化妝品行業(yè)可用于制造香粉、香波、化妝水、面膜、皮膚保護(hù)劑、頭發(fā)定型劑等。
[0003]普魯蘭多糖的生產(chǎn)工藝過(guò)程主要由通風(fēng)發(fā)酵、加熱滅活、過(guò)濾除菌、有機(jī)溶劑沉淀、真空干燥、溶劑回收和廢水處理等單元操作制成。在生產(chǎn)過(guò)程中由于使用了大量的乙醇或異丙醇等有機(jī)溶劑，為滿(mǎn)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I噸乙醇約產(chǎn)生0.6^0.9噸的余餾水，回收I噸異丙醇約產(chǎn)生1.2^1.5噸余餾水。余餾水中富含高濃度的磷(總磷 >10 mg/L)和氮(總氮為 20(T500mg/L)，COD 高達(dá) 7000^20000 mg/L, BOD高達(dá)500(Tl5000 mg/L，給后繼工序的廢水處理帶來(lái)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(guò)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，降低生產(chǎn)成本和能耗，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益；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)普魯蘭多糖的綠色制造，產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種微生物多糖普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法，以減少普魯蘭多糖生產(chǎn)過(guò)程中的污水處理量和排放量，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)原料和能耗，降低微生物多糖的生產(chǎn)成本，使其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法，利用產(chǎn)普魯蘭多糖微生物經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，經(jīng)下述工藝步驟處理:(1)加熱滅活:經(jīng)過(guò)6(TlO(TC加熱處理10-20分鐘使微生物和酶失活；
(2)過(guò)濾除菌體:采用板框過(guò)濾處理普魯蘭多糖發(fā)酵液以去除內(nèi)含的微生物菌體，得到澄清的濾液A ;
(3)用有機(jī)溶劑沉淀:加入以濾液A0.5^2.5倍體積的乙醇或異丙醇或丙酮進(jìn)行沉淀處理，沉淀操作溫度為1(T40°C，沉淀時(shí)間為4~10小時(shí)；
(4)離心或壓濾使固液兩相分離:經(jīng)離心分離或壓榨處理，得固形物D及上清液B;固形物D再用少量上述相應(yīng)乙醇或異丙醇或丙酮洗滌I~2次，所用乙醇或異丙醇或丙酮量為固形物D體積的0.3~I倍，洗滌操作溫度為1(T40°C，然后離心或壓榨脫除有機(jī)溶劑得上清液C和固形物E，固形物E經(jīng)溫度不超過(guò)85°C真空干燥和粉碎后得到普魯蘭多糖產(chǎn)品；
(5)精餾回收:上清液B和上清液C一起并入精餾系統(tǒng)回收，經(jīng)精餾操作回收得到的乙醇或異丙醇或丙酮進(jìn)行循環(huán)使用，精餾操作產(chǎn)生的余餾液納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中；
(6)余餾液回用:在步驟(5)處理后的余餾液中補(bǔ)充適量的淀粉水解液、蛋白胨、酵母提取物、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)間歇或連續(xù)滅菌后作為循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)入發(fā)酵罐用于循環(huán)發(fā)酵生產(chǎn)普魯蘭多糖，余餾液循環(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。
[0006]對(duì)余餾液的總糖、總氮、總磷、COD、BOD、色度和電導(dǎo)率等指標(biāo)進(jìn)行定量分析后，步驟(6)所述在余餾液中補(bǔ)充適量的淀粉水解物、蛋白胨、酵母提取物、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)充的淀粉水解物的量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中淀粉水解物量的50%~ 90%，蛋白胨和酵母提取物量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中蛋白胨和酵母提取物量的65%~90%、磷酸鹽量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中磷酸鹽量的5%~40%。
[0007]循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌工藝條件為115~130°C、2(T40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(guò)濾裝置。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的普魯蘭多糖產(chǎn)品為食品級(jí)?，F(xiàn)有技術(shù)采用過(guò)濾除菌、溶劑絮凝沉淀、溶劑洗滌和真空干燥的方法。其制備過(guò)程使用大量的有機(jī)溶劑，在回收溶劑的過(guò)程中產(chǎn)生大量的余餾水，既浪費(fèi)了大量的熱量和水，又給廢水處理帶來(lái)壓力，使普魯蘭多糖的生產(chǎn)成本居高不下。本發(fā)明通過(guò)比較余餾水的成分組成和發(fā)酵培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)需求，將余餾水整合入發(fā)酵培養(yǎng)基的配方中，構(gòu)建了普魯蘭多糖提取廢水的循環(huán)利用工藝，循環(huán)次數(shù)為3飛次，余餾水排放量減少為原工藝的60%~70%，發(fā)酵過(guò)程培養(yǎng)基配制的用水量減少為原工藝的30%~40%，同時(shí)回收余餾水的熱量，減少主要原料淀粉水解物、蛋白胨、酵母提取物和磷酸鹽等培養(yǎng)基原料的使用量。本發(fā)明不同于原有普魯蘭多糖的生產(chǎn)工藝，可以減少生產(chǎn)過(guò)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8%~15%，對(duì)于新建工廠(chǎng)，則可以減少?gòu)U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。所得的食品級(jí)普魯蘭多糖可作為糖果、巧克力包衣、膜片、復(fù)合調(diào)味料和果蔬汁等食品的添加劑，以改善這些食品的特性，在食品工業(yè)中具有廣泛的用途。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1普魯蘭多糖的生產(chǎn)工藝流程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1:普魯蘭多糖發(fā)酵液的制備
產(chǎn)普魯蘭多糖菌株為普魯蘭范芽短梗霉菌(^ureoImSidium pullulans) B-1由江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保藏，無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22 (I): 16-20已公開(kāi)。
[0011]種子培養(yǎng)基(kg/m3):蔗糖20;蛋白胨2.0;牛肉膏3.0 ;酵母提取物2.0，以自來(lái)水配制；pH 7.0。
[0012]初始發(fā)酵培養(yǎng)基(kg/m3):蔗糖50 ;酵母提取物 2.0 ； (NH4)2SO4 1.5 ；Κ2ΗΡ04 2.0 ；KH2PO4 1.5 ；MgS04.7H20 1.0 ;以自來(lái)水配制；pH 7.0。 [0013]發(fā)酵條件:發(fā)酵過(guò)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300 r/!1^11，通風(fēng)量為1.0 vvm，罐壓0.05 MPa，發(fā)酵溫度25°C。發(fā)酵開(kāi)始時(shí)pH自然下降，在18h后用2.0 mol/L的NaOH溶液將pH值恒定在5.0，發(fā)酵培養(yǎng)7天下罐，測(cè)定普魯蘭多糖產(chǎn)量和質(zhì)量控制參數(shù)。
[0014]實(shí)施例2:普魯蘭多糖的產(chǎn)品制備
計(jì)量1000升普魯蘭多糖發(fā)酵液，根據(jù)發(fā)酵液粘度加入去離子水稀釋2.0倍，蒸汽夾套加熱至85°C，維持15分鐘后預(yù)混入0.5~1.5kg硅藻土 (顆粒尺寸為200~300目)，采用板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾(濾布孔徑為500飛00目)，操作壓力為0.14-0.24 MPa，去除微生物菌體，得濾液A。
[0015]在所得的濾液A中緩慢加入3000升乙醇溶劑，攪拌混勻后靜置30分鐘，采用螺旋壓榨機(jī)分離(2000 rpm)，得到約280kg固形物D，上清液B為乙醇溶液，輸送至廢乙醇貯罐。所得固形物D輸送至洗滌罐中，加入500升乙醇溶劑，攪拌混勻后靜置30分鐘，再次采用螺旋壓榨機(jī)分離(2000 rpm)，得到的170kg固形物E輸送至真空干燥機(jī)中，得到的上清液C為乙醇廢液，輸送至廢乙醇貯罐集中蒸餾回收處理。上述所得的固形物E在低于80°C條件下真空干燥3飛小時(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)粉碎和篩分后即得普魯蘭多糖產(chǎn)品。
[0016]實(shí)施例3:余餾液的循環(huán)利用和循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的配制
實(shí)施例2中所得的廢乙醇(上清液B和上清液C)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)普魯蘭多糖的溶劑沉淀和分離。所得的余餾液為1800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。
[0017]經(jīng)化學(xué)分析得到余餾液的成分如下表:
表1余餾液中主要成分含量 ____
樣品 COD (mg/L) BOD (mg/L) 總糖(g/L)總氮(g/L)總磷(g/L)鎂離子(g/L)
余館液 |6000丨5600|l.75|θ.075 |θ.34|θ.042
循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基配制:用熱的余餾液(約70°C)代替自來(lái)水配制發(fā)酵培養(yǎng)基(kg/
m3)，淀粉水解物(糖)42 ;酵母提取物 2.0 ； (NH4)2SO4 1.2 ；K2HPO4 1.20 ；KH2PO4 0.80 ；
MgSO4.7H20 0.7 ；pH 7.0 ；
余餾液與自來(lái)水配比為4:1。
[0018]按實(shí)施例2所述的處理工藝，得到1800升余餾液，循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基配制時(shí)用自來(lái)水補(bǔ)充。循環(huán)利用次數(shù)為4次時(shí)，基本不影響普魯蘭多糖的產(chǎn)品質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種普魯蘭多糖的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于利用產(chǎn)普魯蘭多糖微生物經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵所得的發(fā)酵液，經(jīng)下述工藝步驟處理: (1)加熱滅活:經(jīng)過(guò)6(TlO(TC加熱處理10-20分鐘使微生物和酶失活； (2)過(guò)濾除菌體:采用板框過(guò)濾處理普魯蘭多糖發(fā)酵液以去除內(nèi)含的微生物菌體，得到澄清的濾液A ; (3)用有機(jī)溶劑沉淀:加入以濾液A0.5^2.5倍體積的乙醇或異丙醇或丙酮進(jìn)行沉淀處理，沉淀操作溫度為1(T40°C，沉淀時(shí)間為4~10小時(shí)； (4)離心或壓濾使固液兩相分離:經(jīng)離心分離或壓榨處理，得固形物D及上清液B;固形物D再用少量上述相應(yīng)乙醇或異丙醇或丙酮洗滌I~2次，所用乙醇或異丙醇或丙酮量為固形物D體積的0.3~I倍，洗滌操作溫度為1(T40°C，然后離心或壓榨脫除有機(jī)溶劑得上清液C和固形物E，固形物E經(jīng)溫度不超過(guò)85°C真空干燥和粉碎后得到普魯蘭多糖產(chǎn)品； (5)精餾回收:上清液B和上清液C一起并入精餾系統(tǒng)回收，經(jīng)精餾操作回收得到的乙醇或異丙醇或丙酮進(jìn)行循環(huán)使用，精餾操作產(chǎn)生的余餾液納入循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基中； (6)余餾液回用:在步驟(5)處理后的余餾液中補(bǔ)充適量的淀粉水解液、蛋白胨、酵母提取物、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)間歇或連續(xù)滅菌后作為循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)入發(fā)酵罐用于循環(huán)發(fā)酵生產(chǎn)普魯蘭多糖，余餾液循環(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，其特征在于對(duì)余餾液的總糖、總氮、總磷、COD、BOD、色度和電導(dǎo)率指標(biāo)進(jìn)行定量分析后，步驟(6)所述在余餾液中補(bǔ)充適量的淀粉水解物、蛋白胨、酵母提取物、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)充的淀粉水解物的量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中淀粉水解物量的50%~ 90%，蛋白胨和酵 母提取物量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中蛋白胨和酵母提取物量的65%~90%、磷酸鹽量為初始發(fā)酵培養(yǎng)基中磷酸鹽量的5%~40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔生產(chǎn)方法，其特征在于循環(huán)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌工藝條件為115~130°C、2(T40分鐘間歇分批滅菌，或12(Tl40°C、20(T400秒連續(xù)滅菌；滅菌后續(xù)管道設(shè)置有過(guò)濾裝置。
【文檔編號(hào)】C08B37/00GK103626885SQ201310564266
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】詹曉北, 朱莉, 鄭志永, 丁春華 申請(qǐng)人:江南大學(xué), 鎮(zhèn)江東方生物工程設(shè)備技術(shù)有限責(zé)任公司, 江蘇海華生物科技有限公司