一種利用噴霧乾燥製備生物絮凝劑的方法與流程
2023-10-10 22:39:54 1
本發明屬於生物活性天然產物的加工領域，具體涉及一種利用噴霧乾燥製備生物絮凝劑的方法。
背景技術：
生物絮凝劑是一類由微生物產生的可以使水體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細胞及膠體粒子等凝集、沉澱的特殊高分子聚合物，它具有高效、無毒、無二次汙染、能自行降解等優點。按化學組成成分，生物絮凝劑可分為：多糖類、脂類、蛋白質類和DNA類。主要應用於食品生產、發酵工業、製藥、化妝品、汙水處理等行業。
乾燥是生物絮凝劑產品化的最後工序之一，它直接關係到最終產品的質量。乾燥的方式有很多，如真空乾燥、冷凍乾燥等。真空乾燥的工藝方法，不僅耗時長，且提取物在乾燥後吸溼性較大，不易保存。冷凍乾燥可以較好地保護生物絮凝劑的活性，且乾燥後產品呈塊狀和棒針狀，但是冷凍乾燥法耗時長，能耗高，不利於工業化生產。因此，必須尋找一種乾燥時間短，投入少，操作工序簡單，不破壞生物絮凝劑的結構與活性，產品品質好的乾燥工藝和方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供了一種利用噴霧乾燥製備生物絮凝劑的方法，乾燥時間短，操作工藝簡單，不破壞生物絮凝劑的結構與活性，得到的生物絮凝劑絮凝效果良好的特點。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種利用噴霧乾燥製備生物絮凝劑的方法，包括：
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌(已於2009年01月14日保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址：北京市朝陽區北辰西路1號院3號，中國科學院微生物研究所，具體請見CN101503709A，公開日：2009年8月12日)在種子培養基上以轉速180～220rpm、溫度36～38℃的條件培養16～18h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖9～11g/L，酵母膏0.4～0.6g/L，尿素0.4～0.6g/L，KH2PO4 0.08～0.12g/L，K2HPO4 0.08～0.12g/L，NaCl 0.08～0.12g/L，MgSO4·7H2O 0.15～0.25g/L，pH值為7.1～7.3；
2)按3～5％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上，以轉速180～220rpm、溫度36～38℃的條件培養54～58h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.5～14.5g/L，尿素2.6～2.7g/L，MgSO4 0.04～0.05g/L，酵母膏0.5～0.7g/L，KH2PO4 5～6g/L，K2HPO4 1.3～1.5g/L，NaCl 1.8～2.2g/L，pH值為7.1～7.3；
3)通過固液分離除去步驟2)得到的發酵液中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入2～4倍體積的無水乙醇，混勻，0～5℃靜置20～28h；再次固液分離，沉澱部分復溶於水中，得到含有生物絮凝劑的溶液；
4)將步驟3)得到的含有生物絮凝劑的溶液用噴霧乾燥法乾燥，溶液進入乾燥器後，被霧化器霧化成小霧滴噴入熱的乾燥介質(通常採用熱空氣)中，霧滴中的水分被迅速蒸發，最後通過分離器回收，即得粉末狀的所述生物絮凝劑；所述噴霧乾燥的工藝為：進風量100～300L/h，進風溫度140～160℃，進料量10～20mL/min，進氣壓力0.1～0.15MPa，通針頻率9～11，出風溫度80～98℃。
一實施例中：所述步驟1)中，培養轉速為200rpm、溫度為37℃，培養17h，得到種子發酵液。
一實施例中：所述步驟1)中，種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2。
一實施例中：所述步驟2)中，接種量為4％，培養轉速為200rpm、溫度為37℃，培養56h，得到發酵液。
一實施例中：所述步驟2)中，發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2。
一實施例中：所述步驟3)中，將步驟2)得到的發酵液在6000～10000rpm離心12～18min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃靜置24h；再次離心，沉澱部分復溶於水中，得到含有生物絮凝劑的溶液；
一實施例中：所述步驟4)中，噴霧乾燥的工藝為：進風量100L/h，進風溫度140℃，進料量20mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10，出風溫度80～85℃。
一實施例中：所述步驟4)中，噴霧乾燥的工藝為：進風量100L/h，進風溫度160℃，進料量20mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10，出風溫度83～90℃。
一實施例中：所述步驟4)中，噴霧乾燥的工藝為：進風量300L/h，進風溫度140℃，進料量10mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10，出風溫度87～93℃。
一實施例中：所述步驟4)中，噴霧乾燥的工藝為：進風量300L/h，進風溫度160℃，進料量10mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10，出風溫度92～98℃。
本技術方案與背景技術相比，它具有如下優點：
本發明通過噴霧乾燥製備生物絮凝劑，噴霧乾燥過程中物料與熱風接觸時間短，溫升較小，生物活性損失不大，因而生物絮凝劑的活性得到了很好的保護，得到的生物絮凝劑高效，無毒，絮凝效果好，且不會造成二次汙染，環保性好。
具體實施方式
下面通過實施例具體說明本發明的內容：
實施例1
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌在種子培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養17h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
2)按4％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養56h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
3)將步驟2)得到的發酵液在8000rpm離心15min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃冰箱靜置24h；然後經低速離心，收集沉澱部分，復溶於一定體積(本實施例之中為原體積)的蒸餾水中，得到含有生物絮凝劑的溶液，濃度為2.6g/L；
4)取200mL步驟3)得到的含有生物絮凝劑的溶液用噴霧乾燥法乾燥，即得細小粉末狀的所述生物絮凝劑；所述噴霧乾燥的工藝為：進風量100L/h，進風溫度160℃，進料量20mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10s/次，出風溫度83～90℃，最好90℃。
將本實施例得到的粉末狀生物絮凝劑溶解在蒸餾水中，測定生物絮凝劑對高嶺土懸浮液的絮凝活性。方法如下：
取40mL 10g/L的高嶺土溶液加至50mL刻度試管中，依次加入2.5mL CaCl2溶液(10g/L)和1mL一定濃度(本實施例之中，將噴霧乾燥後的粉末重溶於原體積的蒸餾水中)的本實施例的生物絮凝劑，蒸餾水加至滿刻度，充分混合後，迅速置於比色皿中，靜置5min後，在波長550nm下測定吸光值。以蒸餾水作空白測定。計算公式如下：
絮凝率(％)＝(B-A)*100/B
式中，A：待測樣品的吸光值；B：空白對照的吸光值。
測定結果如表1所示。
實施例2
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌在種子培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養17h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
2)按4％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養56h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
3)將步驟2)得到的發酵液在8000rpm離心15min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃冰箱靜置24h；然後經低速離心，收集沉澱部分，復溶於一定體積(本實施例之中為原體積)的蒸餾水中，得到含有生物絮凝劑的溶液，濃度為2.6g/L；
4)取200mL步驟3)得到的含有生物絮凝劑的溶液用噴霧乾燥法乾燥，即得細小粉末狀的所述生物絮凝劑；所述噴霧乾燥的工藝為：進風量300L/h，進風溫度160℃，進料量10mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10s/次，出風溫度92～98℃。
將本實施例得到的粉末狀生物絮凝劑溶解在蒸餾水中，測定生物絮凝劑對高嶺土懸浮液的絮凝活性。方法參照實施例1。測定結果如表1所示。
實施例3
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌在種子培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養17h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
2)按4％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養56h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
3)將步驟2)得到的發酵液在8000rpm離心15min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃冰箱靜置24h；然後經低速離心，收集沉澱部分，復溶於一定體積(本實施例之中為原體積)的蒸餾水中，得到含有生物絮凝劑的溶液，濃度為2.6g/L；
4)取200mL步驟3)得到的含有生物絮凝劑的溶液用噴霧乾燥法乾燥，即得細小粉末狀的所述生物絮凝劑；所述噴霧乾燥的工藝為：進風量100L/h，進風溫度140℃，進料量20mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10s/次，出風溫度80～85℃。
將本實施例得到的粉末狀生物絮凝劑溶解在蒸餾水中，測定生物絮凝劑對高嶺土懸浮液的絮凝活性。方法參照實施例1。測定結果如表1所示。
實施例4
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌在種子培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養17h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
2)按4％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養56h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
3)將步驟2)得到的發酵液在8000rpm離心15min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃冰箱靜置24h；然後經低速離心，收集沉澱部分，復溶於一定體積(本實施例之中為原體積)的蒸餾水中，得到含有生物絮凝劑的溶液，濃度為2.6g/L；
4)取200mL步驟3)得到的含有生物絮凝劑的溶液用噴霧乾燥法乾燥，即得細小粉末狀的所述生物絮凝劑；所述噴霧乾燥的工藝為：進風量300L/h，進風溫度140℃，進料量10mL/min，進氣壓力0.1MPa，通針頻率10s/次，出風溫度87～93℃，最好90℃。
將本實施例得到的粉末狀生物絮凝劑溶解在蒸餾水中，測定生物絮凝劑對高嶺土懸浮液的絮凝活性。方法參照實施例1。測定結果如表1所示。
表1實施例1～4中得到的生物絮凝劑對高嶺土懸浮液的絮凝活性
以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的範圍，即依本發明專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的範圍內。