一種結冷膠的清潔生產方法
2023-12-01 20:06:26
專利名稱：：一種結冷膠的清潔生產方法
技術領域：
：一種結冷膠的清潔生產方法，屬於生物工程
技術領域：
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背景技術：
：結冷膠(CAS編號71010-52-l)由伊樂假單胞菌(屍MWomo"ase/odea)或少動鞘脂單胞菌G^/H'"^^o"opawc^oM的經好氧發酵產生的微生物雜多糖，其主鏈結構是由一個線性四糖重複單元組成，每個四糖重複單元包括2個P-D-葡萄糖、1個p-D-葡萄糖醛酸和1個a-L-鼠李糖。天然的結冷膠分子結構單元中葡萄糖分子的2和6位羥基常被乙醯基和甘油醯基取代而形成酯，這些醯基可以在鹼性條件下水解而得到低醯基結冷膠。結冷膠的分子量約為50萬Da，屬鞘脂類多糖。結冷膠已由美國FDA、日本、德國、澳大利來、韓國和中國等國家批准為食品添加劑。結冷膠經加熱後即溶解成透明的溶膠，冷卻後，形成透明且堅實的凝膠。質量濃度0.05%的結冷膠即可形成凝膠，一般用量僅為瓊脂和卡拉膠用量的1/2~1/3，富含汁水，具有良好的風味釋放性，有入口即化的口感。結冷膠具有良好的穩定性，耐酸、耐酶解作用。因此作為增稠劑、膠凝劑和穩定劑廣泛應用於飲料、麵包、乳製品、肉製品、麵條、蛋糕、餅乾、起酥油、速溶咖啡、魚製品、雪糕、冰激凌、果凍、軟糖等食品中；在醫藥上可用於軟、硬膠囊，包衣劑以及眼藥水和新型製劑用藥原料；在化工上可應用於塗膜、膠粘劑、牙膏；在農業上可用作緩釋肥料等；在微生物實驗中還可應用於常規細胞培養和植物組織培養。結冷膠的生產工藝過程主要由通風發酵、脫乙醯基、溶劑絮凝沉澱、真空乾燥、溶劑回收和廢水處理等單元操作組成。在生產過程中由於使用了大量的乙醇或異丙醇，為滿足成本經濟和環保要求，必須對溶劑進行回收。如回收1噸乙醇約產生0.5-0.8噸餘餾水，回收1噸異丙醇約產生1~1.5噸餘餾水。餘餾水中富含高濃度的總磷(>10mg/L)、總氮高達200~500mg/L，COD高達7000~20000mg/L，BOD為5000~15000mg/L，給後繼工序的廢水處理帶來較重的處理負荷和經濟成本，再者富含高濃度的磷元素，也不利於有機廢水的高效處理。若能在生產過程中有效循環利用餘餾水，一方面將會提高原料的利用率，另一方面也可減少生產廢水的處理成本和排放量，促進結冷膠的綠色製造，產生良好的環境效益和社會效益。
發明內容本發明的目的是提供一種微生物多糖結冷膠的清潔生產方法，以減少結冷膠生產過程中的汙水處理量和排放量，同時節約生產原料，降低微生物多糖的生產成本，使其市場競爭力更強。本發明的技術方案一種結冷膠的清潔生產方法，利用產結冷膠微生物通風發酵所得的發酵液，經過或不經過脫除結冷膠分子中的乙醯基處理；加入發酵醪液0.5-2.5倍體積的異丙醇或乙醇沉澱，沉澱操作溫度為10~40°C，30008000rpm離心分離1030min，沉澱離心分離後所得的上清液納入精餾系統回收使用，所得沉澱再用異丙醇或乙醇洗滌12次，然後離心或壓榨脫水，經溫度不超過70°C真空乾燥和粉碎後得到結冷膠產品；所述經過脫除結冷膠分子中的乙醯基處理為利用產結冷膠微生物通風發酵所得的發酵液，加入0.2-0.5mol/LNaOH溶液混合攪拌調pH8.5-11，並加溫至7090。C處理1030min以脫除結冷膠分子中的乙醯基，再加入鹽酸中和；最終所得產品為低乙醯結冷膠產品；沉澱離心分離後所得的上清液經精餾操作回收得到的有機溶劑異丙醇或乙醇循環使用，精餾操作產生的餘餾水納入循環發酵培養基中，添加玉米澱粉、黃豆粕、少量磷酸鹽，補足工藝用水至要求的體積，調整pH值至中性，經連續滅菌後進入發酵罐用於循環發酵生產結冷膠，餘餾水循環使用次數為3~5次，構建成一個閉路循環的清潔生產方法。所述的清潔生產方法，異丙醇或乙醇沉澱後的結冷膠再用少量異丙醇或乙醇洗滌，所用醇量為發酵液離心沉澱物體積的0.31倍，洗滌操作溫度為10~40°C，洗滌後所得的上清液納入精餾系統回收使用。所述的清潔生產方法，對餘餾水的總糖、總氮、總磷、COD和電導率指標進行分析後，補充適量的玉米澱粉、黃豆粕、磷酸鹽和水，使循環發酵培養基的主要成分與初始發酵培養基成分含量和指標相當或相等，補充的玉米澱粉量為初始發酵培養基中玉米澱粉量的50%~90%，黃豆粕量為初始發酵培養基中黃豆粕量的65%90%、磷酸鹽量為初始發酵培養基中磷酸鹽量的5%~40%。所述的清潔生產方法，循環發酵培養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秒連續滅菌；滅菌後續管道設置有過濾裝置。所述的清潔生產工藝，採用循環發酵培養基進行好氧發酵時，發酵條件為接種量為5%~15%(v/v)，發酵溫度為30~38°C，通風量為0.5~2.0wm，攪拌轉速為150-450r/min，發酵過程中的pH調節劑為鹽酸或氫氧化鈉。本發明的有益效果本發明的結冷膠產品為食品級，提取採用溶劑絮凝沉澱、溶劑洗滌和真空乾燥的方法。提取過程使用大量的有機溶劑，在回收溶劑的過程中產生大量的餘餾水，即浪費了大量的熱量和水，又給廢水處理帶來壓力，使結冷膠的生產成本居高不下。本發明通過比較餘餾水的成分組成和發酵培養基的營養需求，將餘餾水整合入發酵培養基的配方中，構建了結冷膠提取廢水的循環利用工藝，循環次數為35次，餘餾水排放量減少為原工藝的20%~30%，發酵過程培養基配製的用水量減少為原工藝的50%~70%，同時回收餘餾水的熱量，減少主要原料玉米澱粉、黃豆粕和磷酸鹽的使用量。本發明不同於原有結冷膠的生產工藝，可以減少生產過程中的用水量、蒸汽用量、培養基原料使用量和廢水處理成本，可以降低生產成本10%20%，對於新建工廠，則可以減少廢水處理的建設投資和運行成本。本發明的實施將產生明顯的環境效益和社會效益。所得的產品級結冷膠可作為果凍、冷凍食品、乳製品等的添加劑，以改善這些食品的特性，在食品工業中具有廣泛的用途。圖l結冷膠的生產工藝流程示意圖。具體實施例方式實施例l:結冷膠發酵液的製備產結冷膠菌株為伊樂假單胞菌(Pe/o&fl)或少動鞘脂單胞菌(Sphingomonaspaucimobilis)ATCC31461。種子培養基(kg/m":蔗糖20;蛋白腖5.0;牛肉膏3.0;酵母膏1.0;pH7.0。初始發酵培養基(kg/m3》玉米澱粉30;黃豆粕3.0;K2HP041.0;KH2P043.0;MgSO47H201.0;pH7.0。發酵條件發酵過程在5立方米的發酵罐實施，接種量5%(v/v),攪拌轉速300r/min，通風量為1.0wm，罐壓0.05MPa，發酵溫度30°C。發酵過程中用NaOH溶液調節發酵液的pH值，在18h後將pH值恆定在5.6左右，發酵培養72小時下罐，測定結冷膠產量和質量控制參數。實施例2:結冷膠的產品製備計量1000升結冷膠發酵液，緩慢加入2000升乙醇溶劑，攪拌混勻後靜置30分鐘，在6000r/min條件下連續離心，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，攪拌混勻後靜置30分鐘，在6000r/min條件下連續離心，得到150kg固形物輸送至真空乾燥器中，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於42t條件下真空乾燥6小時，真空冷凝所得的溶液輸送至廢乙醇貯罐，乾燥後所得的固形物經粉碎和篩分後即得結冷膠產品。實施例3:低醯度結冷膠的產品製備將實施例1中所得的發酵醪液用0.3mol/L的NaOH溶液調節pH至10.0，升溫至80'C保溫25分鐘，冷卻後同實施例2所述方法進行處理，得低醯度的結冷膠產品。實施例4:餘餾水的循環利用和循環工藝發酵培養基的配製實施例2中所得的廢乙醇集中收納至廢乙醇貯罐，經精餾後所得的乙醇可回用於下一輪循環結冷膠的溶劑沉澱和分離。所得的餘餾水為800升，經成分分析後可應用於發酵工段的培養基配製。經化學分析得到餘餾水的成分如下表-表1餘餾水中主要成分含量tableseeoriginaldocumentpage6清潔生產工藝發酵培養基配製用熱的餘餾水(7(TC)代替工藝用水配製發酵培養基(kg/m3)，玉米澱粉27;黃豆粕2.4;K2HP040.8;KH2P041.0;MgSO4'7H200.5;餘餾水與工藝用水配比為4:1。按發酵培養基用量為1000升計，按實施例2所述的處理工藝，得到800升餘餾水，清潔生產工藝發酵培養基配製時用工藝用水補充。循環利用次數為5次時，基本不影響結冷膠的產品質量。權利要求1.一種結冷膠的清潔生產方法，其特徵是利用產結冷膠微生物通風發酵所得的發酵液，經過或不經過脫除結冷膠分子中的乙醯基處理；加入發酵醪液0.5～2.5倍體積的異丙醇或乙醇沉澱，沉澱操作溫度為10～40℃，3000～8000rpm離心分離10～30min，沉澱離心分離後所得的上清液納入精餾系統回收使用，所得沉澱再用異丙醇或乙醇洗滌1～2次，然後離心或壓榨脫水，經溫度不超過70℃真空乾燥和粉碎後得到結冷膠產品；所述經過脫除結冷膠分子中的乙醯基處理為利用產結冷膠微生物通風發酵所得的發酵液，加入0.2～0.5mol/LNaOH溶液混合攪拌調pH8.5～11，並加溫至70～90℃處理10～30min以脫除結冷膠分子中的乙醯基，再加入鹽酸中和；最終所得產品為低乙醯結冷膠產品；沉澱離心分離後所得的上清液經精餾操作回收得到的有機溶劑異丙醇或乙醇循環使用，精餾操作產生的餘餾水納入循環發酵培養基中，添加玉米澱粉、黃豆粕、少量磷酸鹽，補足工藝用水至要求的體積，調整pH值至中性，經連續滅菌後進入發酵罐用於循環發酵生產結冷膠，餘餾水循環使用次數為3～5次，構建成一個閉路循環的清潔生產方法。2.根據權利要求1所述的清潔生產方法，其特徵是異丙醇或乙醇沉澱後的結冷膠再用少量異丙醇或乙醇洗滌，所用醇量為發酵液離心沉澱物體積的031倍，洗滌操作溫度為10~40°C,洗滌後所得的上清液納入精餾系統回收使用。3.根據權利要求1所述的清潔生產方法，其特徵是對餘餾水的總糖、總氮、總磷、COD和電導率指標進行分析後，補充適量的玉米澱粉、黃豆粕、磷酸鹽和水，使循環發酵培養基的主要成分與初始發酵培養基成分含量和指標相當或相等，補充的玉米澱粉量為初始發酵培養基中玉米澱粉量的50%~90%，黃豆粕量為初始發酵培養基中黃豆粕量的65%~90%、磷酸鹽量為初始發酵培養基中磷酸鹽量的5%~40%。4.根據權利要求1所述的清潔生產方法，其特徵是循環發酵培養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秒連續滅菌；滅菌後續管道設置有過濾裝置。全文摘要一種結冷膠的清潔生產方法，屬於生物工程
技術領域：
。本發明用產結冷膠微生物經通風發酵，在所得發酵繆液中加入異丙醇或乙醇進行沉澱，再離心分離，沉澱物經真空乾燥和粉碎後得結冷膠產品。離心分離所得上清液經精餾後回收異丙醇或乙醇用於下一輪沉澱操作時循環使用。精餾後的餘餾水進行成分分析後納入循環發酵培養基中，添加玉米澱粉、黃豆粕等原料後再進行通風發酵生產結冷膠發酵醪液，構建一個閉路循環的清潔生產方法。本發明通過調整結冷膠的生產工藝結構，在不增加設備和場地投資的條件下，實現對餘餾水的循環利用，一方面節約原料成本，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C12R1/01GK101560261SQ20091002752公開日2009年10月21日申請日期2009年5月11日優先權日2009年5月11日發明者詹曉北,鄭志永申請人:江南大學