本發(fā)明屬于氨基酸的分離提取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種L-谷氨酰胺發(fā)酵法清潔生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
L-谷氨酰胺是人體最普遍、最不可缺乏的條件性必需氨基酸，占人體游離氨基酸的61％。最初是在甜菜汁、發(fā)芽種子和蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的。L-谷氨酰胺在生命活動中有著非常重要的作用。它是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，又是一種重要的生化試劑，目前臨床上主要用于治療酒精中毒、精神不振以及消化器官潰瘍等疾病，具有廣闊的藥物發(fā)展前景。
受行業(yè)特點影響，發(fā)酵產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要消耗較多的水、電、汽等，發(fā)酵工業(yè)中的廢水、廢渣中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類和多種微量元素，同時還含有較高的COD值，使得發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展受到能耗高、排污較大等環(huán)境問題的限制。
目前對L-谷氨酰胺廢水的處理采用厭氧生化處理法和厭氧好氧相結(jié)合的生化處理法。雖然取得了較好的效果，但這些方法有不少缺點，如投資大、處理周期長，有異味產(chǎn)生，處理結(jié)果不穩(wěn)定。而且，L-谷氨酰胺生產(chǎn)工藝還存在步驟繁瑣、耗材較高以及產(chǎn)品的收率和純度較低等缺陷，需要進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種L-谷氨酰胺發(fā)酵法清潔生產(chǎn)工藝，既充分考慮了L-谷氨酰胺的收率和品質(zhì)，又能夠?qū)崿F(xiàn)廢渣、廢液的零排放，每生產(chǎn)1噸L-谷氨酰胺成品，即可生產(chǎn)0.2噸菌體蛋白飼料和0.5噸生物有機(jī)肥料，形成了一條L-谷氨酰胺發(fā)酵法清潔生產(chǎn)新工藝。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來完成的：
一種L-谷氨酰胺發(fā)酵法清潔生產(chǎn)工藝，其包括：過濾、絮凝、等電、濃縮、超濾以及干燥等步驟。
具體地，所述工藝包括如下步驟：
步驟1)L-谷氨酰胺發(fā)酵液經(jīng)微濾膜一次過濾除菌，收集菌體和濾過液；然后添加占過濾液0.5％(w/w)的絮凝劑，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，再靜置120min，微濾膜二次過濾，收集沉淀A和清液A；將清液A濃縮成原體積的四分之一，然后緩慢降溫至20℃，調(diào)節(jié)成等電溶液；將菌體和沉淀A合并，脫水、烘干、磨粉，制成菌體蛋白；
步驟2)等電溶液沉降3小時，離心，收集母液B和沉淀物B，將沉淀物B中投入純化水中，然后添加占沉淀物B 0.6％(w/w)的絮凝劑，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，隨后微濾膜三次過濾，去除沉淀C，收集清液C；將母液B和沉淀C合并用于制備肥料；
步驟3)將清液C進(jìn)行超膜過濾，收集過濾液，將過濾液濃縮成原體積的三分之一，再調(diào)節(jié)成等電溶液，溫度控制在16℃，沉降8小時；獲得結(jié)晶的L-谷氨酰胺，將結(jié)晶的L-谷氨酰胺烘干，即得。
所述絮凝劑按照如下步驟制備而得：
(1)往淀粉中加占淀粉兩倍質(zhì)量的純化水，攪拌均勻得到懸濁液，然后加入與淀粉等質(zhì)量的羧甲基纖維素鈉，200轉(zhuǎn)/min攪拌30min，然后置于80℃烘干至水分含量5％以下，得到改性淀粉；
(2)按照5∶1∶0.2的質(zhì)量比取殼聚糖、腐植酸鈉以及果膠，混合攪拌均勻，然后添加占?xì)ぞ厶莾杀顿|(zhì)量的2M的氫氧化鈉水溶液，30KHz的超聲10min，最后500轉(zhuǎn)/min攪拌3min，得到改性殼聚糖；
(3)將玉米秸粉、海泡石分別粉碎得到玉米秸稈粉和海泡石粉，將玉米秸稈粉、海泡石粉以及硅藻土按照3∶1∶1的質(zhì)量比混合攪拌均勻，添加到占硅藻土5倍重量的濃度為1M的氫氧化鈉溶液中，200轉(zhuǎn)/min攪拌120min，然后過濾，干燥，研磨成粒徑為10-20目的粉末；
(4)將改性淀粉、改性殼聚糖以及步驟(3)所得粉末按照5∶3∶2的質(zhì)量比混合攪拌均勻，然后置于密閉反應(yīng)釜中，以2℃/s的升溫速率升至150℃，保溫30min，取出，投入到攪拌器中，500轉(zhuǎn)/min攪拌3min，得到混合料，置于烘箱中，80℃烘干90min，取出，粉碎即得；
所述微濾膜一次過濾、二次過濾以及三次過濾的條件均為：微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為10000Da，微濾溫度為50℃；所述超膜過濾的條件為：超濾膜截留分子量為300Da，超濾溫度為40℃。
本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下突出的優(yōu)點及獨特性：
本發(fā)明技術(shù)工藝微濾、超濾膜過濾過程菌體蛋白、大分子多糖等提取率大大提高，避免了此類物質(zhì)對L-谷氨酰胺提取產(chǎn)生負(fù)面影響及提取后廢液難以處理；同時，獲得了營養(yǎng)豐富的菌體蛋白飼料，變廢為寶，增加經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明技術(shù)工藝實現(xiàn)了L-谷氨酰胺提取過程綠色環(huán)保，大大降低了廢水外排，節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展。本發(fā)明L-谷氨酰胺生產(chǎn)工藝中采用兩次絮凝劑處理，簡化了操作步驟，節(jié)省了成本，并且使得純化效果更佳，使用后的絮凝劑還可以用作肥料制備，變廢為寶；本發(fā)明提供一種新型絮凝劑，適合氨基酸發(fā)酵液純化，避免化學(xué)物質(zhì)，絮凝除雜效果好，成本低廉，環(huán)保無污染，使用絮凝劑可相比常用的活性炭等提高20％的純度；本發(fā)明絮凝劑以農(nóng)業(yè)廢棄物和天然礦物質(zhì)為主要原料，這種原料來源廣泛且成本低，并且制備出多孔材料，絮凝除雜效果好，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物回收利用；本發(fā)明絮凝劑對淀粉以及殼聚糖進(jìn)行了改性，使得孔徑、吸附容量以及比表面積大大提高。
具體實施方式
本具體實施例僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的人員在閱讀完本說明書后，可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。
實施例1
一種L-谷氨酰胺發(fā)酵法清潔生產(chǎn)工藝，其包括如下步驟：
步驟1)制備絮凝劑：
(1)往淀粉中加占淀粉兩倍質(zhì)量的純化水，攪拌均勻得到懸濁液，然后加入與淀粉等質(zhì)量的羧甲基纖維素鈉，200轉(zhuǎn)/min攪拌30min，然后置于80℃烘干至水分含量5％(質(zhì)量百分比)以下，得到改性淀粉；
(2)按照5∶1∶0.2的質(zhì)量比取殼聚糖、腐植酸鈉以及果膠，混合攪拌均勻，然后添加占?xì)ぞ厶莾杀顿|(zhì)量的2M的氫氧化鈉水溶液，30KHz的超聲10min，最后500轉(zhuǎn)/min攪拌3min，得到改性殼聚糖；
(3)將玉米秸粉、海泡石分別粉碎得到玉米秸稈粉和海泡石粉，將玉米秸稈粉、海泡石粉以及硅藻土按照3∶1∶1的質(zhì)量比混合攪拌均勻，添加到占硅藻土5倍重量的濃度為1M的氫氧化鈉溶液中，200轉(zhuǎn)/min攪拌120min，然后過濾，干燥，研磨成粒徑為10-20目的粉末；
(4)將改性淀粉、改性殼聚糖以及步驟(3)所得粉末按照5∶3∶2的質(zhì)量比混合攪拌均勻，然后置于密閉反應(yīng)釜中，以2℃/s的升溫速率升至150℃，保溫30min，取出，投入到攪拌器中，500轉(zhuǎn)/min攪拌3min，得到混合料，置于烘箱中，80℃烘干90min，取出，粉碎即得；
步驟2)L-谷氨酰胺發(fā)酵液經(jīng)微濾膜一次過濾除菌，收集菌體和濾過液；然后往濾過液中添加占濾過液0.5％(w/w)的絮凝劑，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，再靜置120min，微濾膜二次過濾，收集沉淀A和清液A；將清液A濃縮成原體積的四分之一，然后緩慢降溫至20℃，調(diào)節(jié)pH為5.65的等電溶液；將菌體和沉淀A合并，脫水、烘干、磨粉，制成富含氨基酸的菌體蛋白；
步驟3)等電溶液沉降3小時，離心，收集母液B和沉淀物B，將沉淀物B中投入五倍體積的純化水中，然后添加占沉淀物B 0.6％(w/w)的絮凝劑，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，隨后微濾膜三次過濾，去除沉淀C，收集清液C；將母液B和沉淀C合并用于制備肥料；
步驟4)將清液C進(jìn)行超膜過濾，收集過濾液，將過濾液濃縮成原體積的三分之一，再調(diào)節(jié)pH為5.65的等電溶液；溫度控制在16℃，沉降8小時；獲得結(jié)晶的L-谷氨酰胺，將結(jié)晶的L-谷氨酰胺烘干，即得。
上述L-谷氨酰胺產(chǎn)品經(jīng)HPLC檢測，產(chǎn)品純度98.9％；初始發(fā)酵液中L-谷氨酰胺發(fā)酵液為100L，濃度為85g/L，最終獲得L-谷氨酰胺產(chǎn)品7.53kg，經(jīng)過HPLC檢測產(chǎn)品中L-谷氨酰胺純度99.1％，總提取收率88.6％。本發(fā)明產(chǎn)品純度較高，可作為醫(yī)藥或食品用L-谷氨酰胺，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)附加值。
所述微濾膜一次過濾、二次過濾以及三次過濾的條件均為：微濾膜為無機(jī)陶瓷膜，截留分子量為10000Da，微濾溫度為50℃；所述超膜過濾的條件為：超濾膜截留分子量為300Da，超濾溫度為40℃。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方式對本案作了詳盡的說明，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所作的修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。