一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法
【專利摘要】本發明公開了一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，步驟是在現有黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉工藝基礎上，將發酵液蒸發濃縮工序產生的蒸發冷凝水集中收集，對其實施反滲透處理，處理后產生的凈水和濃水分別再利用，實現節水。利用本發明方法可以大大降低黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的配料新鮮水用量，噸產品減少新鮮水使用量約50%，同時由于蒸發冷凝水經反滲透處理產生的凈水溫度較高，減少料液升溫殺菌過程中的蒸汽消耗約20%，并且減少了生產過程中低濃度污水排放，實現了綠色清潔生產，值得廣泛推廣實施。
【專利說明】一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種葡萄糖酸鈉生產中的節水方法，尤其涉及一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法。屬于工業生物【技術領域】。
【背景技術】
[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、醫藥、電鍍、食品添加劑、食品行業清洗劑、水質穩定劑等領域有著廣泛應用。
[0003]目前葡萄糖酸鈉生產方法主要有生物發酵法、催化氧化法以及均相化學氧化法、電解氧化法等四種方法，而工業生產中主要采用生物發酵法及催化氧化法。
[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，同時流加氫氧化鈉溶液，將葡萄糖酸轉化成葡糖糖酸鈉，葡萄糖轉化率在95%左右。反應結束后葡萄糖酸鈉溶液經過濾回收催化劑，濾液經濃縮、結晶、離心分離、干燥得到葡萄糖酸鈉成品。該法優點是工藝簡單，反應條件溫和，缺點是生產過程中采用的催化劑價格聞，匍萄糖殘留偏聞，結晶收率偏低。
[0005]生物發酵生產方法有黑曲霉發酵和細菌發酵，另外還有固定細胞發酵工藝。目前工業生產中普遍采用的是黑曲霉發酵工藝，該工藝已成為葡萄糖酸鈉生產的主流生產工藝。使用黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉，具有發酵速度快、發酵過程易于控制、生產過程穩定溫和、容易工業放大等特點。
[0006]黑曲霉發酵工藝是以葡萄糖為原料并添加少量無機鹽加水制成培養料液，料液經加熱滅菌后接入黑曲霉菌種進行深層通風發酵，發酵過程中保持適當的溫度和溶解氧，并通過流加液體氫氧化鈉維持適當的pH。當料液中的葡萄糖完全消耗后結束發酵。發酵結束后，含葡萄糖酸鈉的發酵液經過濾除菌絲體、活性炭脫色、蒸發濃縮、結晶、干燥等工序獲得葡萄糖酸鈉成品。采用黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉，發酵結束后料液中葡萄糖酸鈉的濃度約在20-30% (w/v)，需要通過蒸發濃縮使料液中葡萄糖酸鈉濃度達到70% (w/w)以上之后結晶，離心分離出葡萄糖酸鈉產品后剩余的發酵液還要再次蒸發濃縮結晶，直至濃縮分離不出結晶葡萄糖酸鈉為止。一般IOOm3發酵液在濃縮蒸發過程中大約產生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，生產企業一般采用直接外排到城市污水管網或用于設備、地面清洗后進入污水處理站進行處理，既增加了水資源和能源(冷凝水帶走的熱量)的消耗，同時也造成了水資源浪費。
【發明內容】
[0007]針對現有黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉技術中存在的水資源消耗量較大的問題，本發明的目的是提供一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中，可以有效減少噸產品水資源消耗、降低生產成本的節水方法。
[0008]本發明所述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，步驟是:在現有黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉工藝基礎上，將發酵液蒸發濃縮工序產生的蒸發冷凝水集中收集，對其實施反滲透處理，處理后產生的凈水(透過水)和濃水分別再利用，實現節水、節能； [0009]其特征在于:所述蒸發冷凝水是指在葡萄糖酸鈉生產過程中，發酵液經板框過濾去除菌絲體，料液用活性炭脫色，再經過濾除炭得發酵液清液，然后對其采用多效蒸發器濃縮蒸發過程中產生的蒸發冷凝水，其中含有料液濃縮產生的冷凝水和料液加熱用蒸汽產生的冷凝水；所述實施反滲透處理的方法是:將收集的蒸發冷凝水泵送至耐高溫反滲透膜系統，在操作壓力17-20bar，溫度低于70°C的條件下運行，通過反滲透去除冷凝水中含有的少量有機小分子和離子性雜質，并通過調節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:反滲透處理產生的凈水輸送至黑曲霉發酵配料工序或留存于儲罐中用于發酵培養基配制，反滲透處理產生的濃水集中收集后用于生產設備的清洗和/或濾布洗滌。
[0010]上述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法:所述耐高溫反滲透膜系統的耐高溫膜組件優選美國GE公司生產的高溫納濾膜Duratherm STD系列(運行溫度≤70，適合比較潔凈的熱水)。
[0011]上述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法:所述反滲透濃水出水比例優選控制在25%~30% (v/v)。
[0012]上述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法:所述反滲透處理產生的凈水與自來水(新鮮水)或純凈水按任意體積比例混合，或獨立用于黑曲霉發酵配料工序，即用于發酵培養基配制。
[0013]本發明的技術效果是:利用本發明方法可以大大降低黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉中配料工序新鮮水用量，同時由于反滲透處理產生的凈水溫度較高(60-70°C)，進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，明顯減少了發酵培養基料液滅菌過程中的蒸汽消耗，具體測得料液滅菌過程中可減少蒸汽消耗約20-25%。發酵培養試驗評價本發明所述反滲透處理產生的凈水獨立用于發酵工序配料，按照常規方法用于發酵培養，菌體生長、發酵周期及葡萄糖酸鈉的產率與全部使用新鮮水配制的料液沒有明顯的差別。
[0014]在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中，發酵工序配料用水是新鮮水使用量最大的環節，如果能將蒸發冷凝水直接用于配料，不僅節約水質源，同時也減少了料液升溫滅菌所使用的蒸汽量。然而，事實上蒸發冷凝水中含有菌體在發酵過程中產生的少量揮發性有機化合物以及在蒸發冷凝過程中設備攜帶的雜質，若直接用于發酵工序配料配制，會對菌體的生長產生抑制，致使發酵不能進行或速度變慢，發酵周期延長，得不償失。因而蒸發冷凝水不能直接用于發酵工序配料，故才出現了生產企業直接外排等水資源和能源浪費的局面。本發明的方法成功解決了現有黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉技術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品水資源和蒸汽消耗、降低了生產成本，具體數據為噸產品減少新鮮水使用量約50%，減少料液滅菌蒸汽消耗約20%，同時減少了生產過程中低濃度污水排放，實現了綠色清潔生產，值得廣泛推廣實施。
【具體實施方式】
[0015]下文將通過實施例具體闡述本發明的內容，但本
【發明內容】
不受以下實施例的限制，應延伸理解為與本發明技術思想雷同的各種實施方式均屬于本
【發明內容】
的范疇。
[0016]實施例1:黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉的生產工藝
[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鹽等營養物質(常規配方)，料液經升溫滅菌后接種體積分數為5~12%的黑曲霉液體種子，進行常規發酵，發酵過程中流加30-40%濃度的氫氧化鈉溶液控制pH為5.5~7.0，當料液中的葡萄糖濃度降至Ο-lg/L時，結束發酵，獲得含有20-30% (w/v)葡萄糖酸鈉的發酵液，發酵周期20-30小時。將發酵液經板框過濾除菌，活性炭脫色、再過濾去除活性炭、清液經多效蒸發濃縮(產生大量的冷凝水)、降溫結晶、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]實施例2:將含葡萄糖酸鈉發酵液濃縮蒸發，收集蒸發過程中產生的蒸發冷凝水，對其實施反滲透處理
[0019]按實施例1所述方法發酵結束后，發酵液經升溫滅活菌體，然后板框過濾去除菌絲體，發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器進行濃縮，收集蒸發冷凝水即料液濃縮產生的冷凝水(含有加熱用蒸汽產生的冷凝水(占總量的1/5))，泵送至美國GE公司生產的耐高溫反滲透膜Duratherm STD系統，在操作壓力17~20bar、溫度低于70°C的條件下進行反滲透處理 ，通過調節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 )至儲罐暫存備用(用于發酵培養基配制)，產生的濃水集中收集后用于生產設備的清洗和/或濾布洗滌。
[0020]實施例3新鮮水配料制備黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉的發酵液
[0021]按發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%，同時加入其他無機鹽輔料，料液溫度約15-20°C，料液采用常規滅菌方法進行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產菌種，按照常規發酵控制條件進行發酵培養，發酵周期24-27小時。
[0022]實施例4反滲透處理產生的凈水配料制備黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉的發酵液
[0023]按發酵料液配方將適量葡萄糖溶解于蒸發冷凝水經反滲透處理產生的凈水(65°C)中，配制葡萄糖濃度至25-26%，同時加入其他無機鹽輔料，料液溫度約55°C，料液采用常規滅菌方法進行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產菌種，按照常規葡萄糖酸鈉發酵控制條件進行發酵培養，發酵周期24-27小時。
[0024]實施例5反滲透處理產生的凈水與自來水混合液配料制備黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉的發酵液
[0025]配料水采用80% (v/v)的蒸發冷凝水經反滲透處理產生的凈水和20% (v/v)的自來水，配制葡萄糖濃度至25-26%，同時加入其他無機鹽輔料，料液溫度約45°C左右，料液采用常規滅菌方法進行滅菌，降溫后，接種葡萄糖酸鈉生產菌種，按照常規葡萄糖酸鈉發酵控制條件進行發酵培養，發酵周期24-27小時。
【權利要求】
1.一種在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，步驟是在現有黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉工藝基礎上，將發酵液蒸發濃縮工序產生的蒸發冷凝水集中收集，對其實施反滲透處理，處理后產生的凈水和濃水分別再利用，實現節水； 其特征在于:所述蒸發冷凝水是指在葡萄糖酸鈉生產過程中，發酵液經板框過濾去除菌絲體，料液用活性炭脫色，再經過濾除炭得發酵液清液，然后對其采用多效蒸發器濃縮蒸發過程中產生的蒸發冷凝水，其中含有料液濃縮產生的冷凝水和料液加熱用蒸汽產生的冷凝水；所述實施反滲透處理的方法是:將收集的蒸發冷凝水泵送至耐高溫反滲透膜系統，在操作壓力17~20bar、溫度低于70°C的條件下運行，通過反滲透去除冷凝水中含有的少量有機小分子和離子性雜質，并通過調節回流比控制反滲透濃水出水比例以v/v計為20%~40% ;所述凈水和濃水分別再利用的方法是:反滲透處理產生的凈水輸送至黑曲霉發酵配料工序或留存于儲罐中用于發酵培養基配制，反滲透處理產生的濃水集中收集后用于生產設備的清洗和/或濾布洗滌。
2.如權利要求1所述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，其特征在于:所述耐高溫反滲透膜系統的耐高溫膜組件選用美國GE公司生產的高溫納濾膜DurathermSTD系列ο
3.如權利要求1所述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，其特征在于:所述反滲透濃水出水比例以v/v計控制在25%~30%。
4.如權利要求1所述在黑曲霉發酵生產葡萄糖酸鈉過程中的節水方法，其特征在于:所述反滲透處理產生的凈水與.自來水按任意體積比例混合，或獨立用于發酵培養基配制。
【文檔編號】C12R1/685GK103468753SQ201310401276
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】劉建軍, 趙祥穎, 董學前, 田延軍, 韓延雷, 張家祥 申請人:山東省食品發酵工業研究設計院