一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，步驟是在現(xiàn)有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉工藝基礎(chǔ)上，將發(fā)酵液蒸發(fā)濃縮工序產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水集中收集，對(duì)其實(shí)施反滲透處理，處理后產(chǎn)生的凈水和濃水分別再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水。利用本發(fā)明方法可以大大降低黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的配料新鮮水用量，噸產(chǎn)品減少新鮮水使用量約50%，同時(shí)由于蒸發(fā)冷凝水經(jīng)反滲透處理產(chǎn)生的凈水溫度較高，減少料液升溫殺菌過程中的蒸汽消耗約20%，并且減少了生產(chǎn)過程中低濃度污水排放，實(shí)現(xiàn)了綠色清潔生產(chǎn)，值得廣泛推廣實(shí)施。
【專利說明】一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種葡萄糖酸鈉生產(chǎn)中的節(jié)水方法，尤其涉及一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法。屬于工業(yè)生物【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]葡萄糖酸鈉又名五羥基己酸鈉，分子式=C6H11O7Na,分子量:218.14，性狀為白色或淡黃色結(jié)晶顆粒或粉末。極易溶于水，略溶于酒精，不溶于乙醚。其在建筑緩凝劑、泵送劑、醫(yī)藥、電鍍、食品添加劑、食品行業(yè)清洗劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
[0003]目前葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法主要有生物發(fā)酵法、催化氧化法以及均相化學(xué)氧化法、電解氧化法等四種方法，而工業(yè)生產(chǎn)中主要采用生物發(fā)酵法及催化氧化法。
[0004]催化氧化法是在葡萄糖溶液加入適量催化劑，恒溫條件下通入足量空氣，將葡萄糖氧化成葡萄糖酸，同時(shí)流加氫氧化鈉溶液，將葡萄糖酸轉(zhuǎn)化成葡糖糖酸鈉，葡萄糖轉(zhuǎn)化率在95%左右。反應(yīng)結(jié)束后葡萄糖酸鈉溶液經(jīng)過濾回收催化劑，濾液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、離心分離、干燥得到葡萄糖酸鈉成品。該法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程中采用的催化劑價(jià)格聞，匍萄糖殘留偏聞，結(jié)晶收率偏低。
[0005]生物發(fā)酵生產(chǎn)方法有黑曲霉發(fā)酵和細(xì)菌發(fā)酵，另外還有固定細(xì)胞發(fā)酵工藝。目前工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的是黑曲霉發(fā)酵工藝，該工藝已成為葡萄糖酸鈉生產(chǎn)的主流生產(chǎn)工藝。使用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉，具有發(fā)酵速度快、發(fā)酵過程易于控制、生產(chǎn)過程穩(wěn)定溫和、容易工業(yè)放大等特點(diǎn)。
[0006]黑曲霉發(fā)酵工藝是以葡萄糖為原料并添加少量無機(jī)鹽加水制成培養(yǎng)料液，料液經(jīng)加熱滅菌后接入黑曲霉菌種進(jìn)行深層通風(fēng)發(fā)酵，發(fā)酵過程中保持適當(dāng)?shù)臏囟群腿芙庋酰⑼ㄟ^流加液體氫氧化鈉維持適當(dāng)?shù)膒H。當(dāng)料液中的葡萄糖完全消耗后結(jié)束發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，含葡萄糖酸鈉的發(fā)酵液經(jīng)過濾除菌絲體、活性炭脫色、蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、干燥等工序獲得葡萄糖酸鈉成品。采用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉，發(fā)酵結(jié)束后料液中葡萄糖酸鈉的濃度約在20-30% (w/v)，需要通過蒸發(fā)濃縮使料液中葡萄糖酸鈉濃度達(dá)到70% (w/w)以上之后結(jié)晶，離心分離出葡萄糖酸鈉產(chǎn)品后剩余的發(fā)酵液還要再次蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，直至濃縮分離不出結(jié)晶葡萄糖酸鈉為止。一般IOOm3發(fā)酵液在濃縮蒸發(fā)過程中大約產(chǎn)生80-90m3的高溫冷凝水(其中包括加熱用蒸汽冷凝水，溫度60-65°C )，目前，這部分冷凝水，生產(chǎn)企業(yè)一般采用直接外排到城市污水管網(wǎng)或用于設(shè)備、地面清洗后進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理，既增加了水資源和能源(冷凝水帶走的熱量)的消耗，同時(shí)也造成了水資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉技術(shù)中存在的水資源消耗量較大的問題，本發(fā)明的目的是提供一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中，可以有效減少噸產(chǎn)品水資源消耗、降低生產(chǎn)成本的節(jié)水方法。
[0008]本發(fā)明所述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，步驟是:在現(xiàn)有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉工藝基礎(chǔ)上，將發(fā)酵液蒸發(fā)濃縮工序產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水集中收集，對(duì)其實(shí)施反滲透處理，處理后產(chǎn)生的凈水(透過水)和濃水分別再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能； [0009]其特征在于:所述蒸發(fā)冷凝水是指在葡萄糖酸鈉生產(chǎn)過程中，發(fā)酵液經(jīng)板框過濾去除菌絲體，料液用活性炭脫色，再經(jīng)過濾除炭得發(fā)酵液清液，然后對(duì)其采用多效蒸發(fā)器濃縮蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水，其中含有料液濃縮產(chǎn)生的冷凝水和料液加熱用蒸汽產(chǎn)生的冷凝水；所述實(shí)施反滲透處理的方法是:將收集的蒸發(fā)冷凝水泵送至耐高溫反滲透膜系統(tǒng)，在操作壓力17-20bar，溫度低于70°C的條件下運(yùn)行，通過反滲透去除冷凝水中含有的少量有機(jī)小分子和離子性雜質(zhì)，并通過調(diào)節(jié)回流比控制反滲透濃水出水比例為20%~40%(v/v);所述凈水和濃水分別再利用的方法是:反滲透處理產(chǎn)生的凈水輸送至黑曲霉發(fā)酵配料工序或留存于儲(chǔ)罐中用于發(fā)酵培養(yǎng)基配制，反滲透處理產(chǎn)生的濃水集中收集后用于生產(chǎn)設(shè)備的清洗和/或?yàn)V布洗滌。
[0010]上述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法:所述耐高溫反滲透膜系統(tǒng)的耐高溫膜組件優(yōu)選美國(guó)GE公司生產(chǎn)的高溫納濾膜Duratherm STD系列(運(yùn)行溫度≤70，適合比較潔凈的熱水)。
[0011]上述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法:所述反滲透濃水出水比例優(yōu)選控制在25%~30% (v/v)。
[0012]上述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法:所述反滲透處理產(chǎn)生的凈水與自來水(新鮮水)或純凈水按任意體積比例混合，或獨(dú)立用于黑曲霉發(fā)酵配料工序，即用于發(fā)酵培養(yǎng)基配制。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果是:利用本發(fā)明方法可以大大降低黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉中配料工序新鮮水用量，同時(shí)由于反滲透處理產(chǎn)生的凈水溫度較高(60-70°C)，進(jìn)而配制的料液溫度比全部采用新鮮水配制的料液平均溫度提高約25-35°C，明顯減少了發(fā)酵培養(yǎng)基料液滅菌過程中的蒸汽消耗，具體測(cè)得料液滅菌過程中可減少蒸汽消耗約20-25%。發(fā)酵培養(yǎng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)本發(fā)明所述反滲透處理產(chǎn)生的凈水獨(dú)立用于發(fā)酵工序配料，按照常規(guī)方法用于發(fā)酵培養(yǎng)，菌體生長(zhǎng)、發(fā)酵周期及葡萄糖酸鈉的產(chǎn)率與全部使用新鮮水配制的料液沒有明顯的差別。
[0014]在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中，發(fā)酵工序配料用水是新鮮水使用量最大的環(huán)節(jié)，如果能將蒸發(fā)冷凝水直接用于配料，不僅節(jié)約水質(zhì)源，同時(shí)也減少了料液升溫滅菌所使用的蒸汽量。然而，事實(shí)上蒸發(fā)冷凝水中含有菌體在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的少量揮發(fā)性有機(jī)化合物以及在蒸發(fā)冷凝過程中設(shè)備攜帶的雜質(zhì)，若直接用于發(fā)酵工序配料配制，會(huì)對(duì)菌體的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，致使發(fā)酵不能進(jìn)行或速度變慢，發(fā)酵周期延長(zhǎng)，得不償失。因而蒸發(fā)冷凝水不能直接用于發(fā)酵工序配料，故才出現(xiàn)了生產(chǎn)企業(yè)直接外排等水資源和能源浪費(fèi)的局面。本發(fā)明的方法成功解決了現(xiàn)有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉技術(shù)中存在的水資源和能源消耗量較大的問題，明顯而有效地減少了噸產(chǎn)品水資源和蒸汽消耗、降低了生產(chǎn)成本，具體數(shù)據(jù)為噸產(chǎn)品減少新鮮水使用量約50%，減少料液滅菌蒸汽消耗約20%，同時(shí)減少了生產(chǎn)過程中低濃度污水排放，實(shí)現(xiàn)了綠色清潔生產(chǎn)，值得廣泛推廣實(shí)施。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下文將通過實(shí)施例具體闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本
【發(fā)明內(nèi)容】
不受以下實(shí)施例的限制，應(yīng)延伸理解為與本發(fā)明技術(shù)思想雷同的各種實(shí)施方式均屬于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的范疇。
[0016]實(shí)施例1:黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)工藝
[0017]用新鮮水配制20~30% (w/v)濃度的葡萄糖溶液，然后按比例加入適量無機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(常規(guī)配方)，料液經(jīng)升溫滅菌后接種體積分?jǐn)?shù)為5~12%的黑曲霉液體種子，進(jìn)行常規(guī)發(fā)酵，發(fā)酵過程中流加30-40%濃度的氫氧化鈉溶液控制pH為5.5~7.0，當(dāng)料液中的葡萄糖濃度降至Ο-lg/L時(shí)，結(jié)束發(fā)酵，獲得含有20-30% (w/v)葡萄糖酸鈉的發(fā)酵液，發(fā)酵周期20-30小時(shí)。將發(fā)酵液經(jīng)板框過濾除菌，活性炭脫色、再過濾去除活性炭、清液經(jīng)多效蒸發(fā)濃縮(產(chǎn)生大量的冷凝水)、降溫結(jié)晶、離心分離得到葡萄糖酸鈉晶體，晶體干燥后包裝，即為市售葡萄糖酸鈉成品。
[0018]實(shí)施例2:將含葡萄糖酸鈉發(fā)酵液濃縮蒸發(fā)，收集蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水，對(duì)其實(shí)施反滲透處理
[0019]按實(shí)施例1所述方法發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液經(jīng)升溫滅活菌體，然后板框過濾去除菌絲體，發(fā)酵清液加活性炭脫色，板框過濾去除活性炭，脫色后的清液泵送至四效蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮，收集蒸發(fā)冷凝水即料液濃縮產(chǎn)生的冷凝水(含有加熱用蒸汽產(chǎn)生的冷凝水(占總量的1/5))，泵送至美國(guó)GE公司生產(chǎn)的耐高溫反滲透膜Duratherm STD系統(tǒng)，在操作壓力17~20bar、溫度低于70°C的條件下進(jìn)行反滲透處理 ，通過調(diào)節(jié)回流比控制濃水出水比例為25-30% (v/v),收集凈水(透過水，溫度約60-70°C )至儲(chǔ)罐暫存?zhèn)溆?用于發(fā)酵培養(yǎng)基配制)，產(chǎn)生的濃水集中收集后用于生產(chǎn)設(shè)備的清洗和/或?yàn)V布洗滌。
[0020]實(shí)施例3新鮮水配料制備黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的發(fā)酵液
[0021]按發(fā)酵料液配方將適量葡萄糖溶解于新鮮水(自來水，水溫20_25°C)中，配制葡萄糖濃度至25-26%，同時(shí)加入其他無機(jī)鹽輔料，料液溫度約15-20°C，料液采用常規(guī)滅菌方法進(jìn)行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產(chǎn)菌種，按照常規(guī)發(fā)酵控制條件進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵周期24-27小時(shí)。
[0022]實(shí)施例4反滲透處理產(chǎn)生的凈水配料制備黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的發(fā)酵液
[0023]按發(fā)酵料液配方將適量葡萄糖溶解于蒸發(fā)冷凝水經(jīng)反滲透處理產(chǎn)生的凈水(65°C)中，配制葡萄糖濃度至25-26%，同時(shí)加入其他無機(jī)鹽輔料，料液溫度約55°C，料液采用常規(guī)滅菌方法進(jìn)行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產(chǎn)菌種，按照常規(guī)葡萄糖酸鈉發(fā)酵控制條件進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵周期24-27小時(shí)。
[0024]實(shí)施例5反滲透處理產(chǎn)生的凈水與自來水混合液配料制備黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的發(fā)酵液
[0025]配料水采用80% (v/v)的蒸發(fā)冷凝水經(jīng)反滲透處理產(chǎn)生的凈水和20% (v/v)的自來水，配制葡萄糖濃度至25-26%，同時(shí)加入其他無機(jī)鹽輔料，料液溫度約45°C左右，料液采用常規(guī)滅菌方法進(jìn)行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產(chǎn)菌種，按照常規(guī)葡萄糖酸鈉發(fā)酵控制條件進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵周期24-27小時(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，步驟是在現(xiàn)有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉工藝基礎(chǔ)上，將發(fā)酵液蒸發(fā)濃縮工序產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水集中收集，對(duì)其實(shí)施反滲透處理，處理后產(chǎn)生的凈水和濃水分別再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水； 其特征在于:所述蒸發(fā)冷凝水是指在葡萄糖酸鈉生產(chǎn)過程中，發(fā)酵液經(jīng)板框過濾去除菌絲體，料液用活性炭脫色，再經(jīng)過濾除炭得發(fā)酵液清液，然后對(duì)其采用多效蒸發(fā)器濃縮蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝水，其中含有料液濃縮產(chǎn)生的冷凝水和料液加熱用蒸汽產(chǎn)生的冷凝水；所述實(shí)施反滲透處理的方法是:將收集的蒸發(fā)冷凝水泵送至耐高溫反滲透膜系統(tǒng)，在操作壓力17~20bar、溫度低于70°C的條件下運(yùn)行，通過反滲透去除冷凝水中含有的少量有機(jī)小分子和離子性雜質(zhì)，并通過調(diào)節(jié)回流比控制反滲透濃水出水比例以v/v計(jì)為20%~40% ;所述凈水和濃水分別再利用的方法是:反滲透處理產(chǎn)生的凈水輸送至黑曲霉發(fā)酵配料工序或留存于儲(chǔ)罐中用于發(fā)酵培養(yǎng)基配制，反滲透處理產(chǎn)生的濃水集中收集后用于生產(chǎn)設(shè)備的清洗和/或?yàn)V布洗滌。
2.如權(quán)利要求1所述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，其特征在于:所述耐高溫反滲透膜系統(tǒng)的耐高溫膜組件選用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的高溫納濾膜DurathermSTD系列ο
3.如權(quán)利要求1所述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，其特征在于:所述反滲透濃水出水比例以v/v計(jì)控制在25%~30%。
4.如權(quán)利要求1所述在黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)葡萄糖酸鈉過程中的節(jié)水方法，其特征在于:所述反滲透處理產(chǎn)生的凈水與.自來水按任意體積比例混合，或獨(dú)立用于發(fā)酵培養(yǎng)基配制。
【文檔編號(hào)】C12R1/685GK103468753SQ201310401276
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】劉建軍, 趙祥穎, 董學(xué)前, 田延軍, 韓延雷, 張家祥 申請(qǐng)人:山東省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院