一种蒸发冷凝液资源化处理回用生产酵母的方法与流程

本发明涉及一种蒸发冷凝液资源化处理回用生产酵母的方法，属于发酵工程技术领域。

背景技术：

酵母生产主要以糖蜜作为生产原料，辅以各种无机营养盐，由于糖蜜中的有机物难以被酵母全部利用，残余有机物与酵母代谢废物在酵母分离后一起进入到废水中，因此酵母废水含有大量的糖分、氨基酸、无机盐、酵母蛋白、焦糖色素、制糖硫酸盐等物质，使得酵母废水颜色较深、甲烷菌难以生长，因此酵母废水具有高cod、高色度、生物降解性差的特点，是生物工业中难处理的高浓有机废水。

将酵母生产废水直接回用作为酵母生产配料水，可节省水资源。陈培金公开了一种酵母废水直接回用的方法(陈陪金等，酵母废水循环利用的研究，《环境污染与防治》，1993，15(5)：12-14)。该方法直接将70％的酵母生产废水与自来水混合，然后进行配料流加培养酵母，但是循环过程中抑制物的积累和杂菌污染使得直接循环回用难以为继。

蒸发浓缩是目前国内酵母厂正逐步开展使用的方法。李知洪公开了一种糖蜜原料酵母废水蒸发浓缩的方法。(李知洪等，以糖蜜为原料的酵母废水处理技术，《酿酒科技》，2010(7):86-88.)该方法是在酵母分离之后将高浓废液进行多效蒸发浓缩得到55-60％的浓缩液和冷凝液，将富含微量元素及蛋白的浓缩液进行喷浆造粒作肥料，唯一的不足是会产生cod1000mg·l^-1左右的蒸发冷凝液，需进一步处理排放。

匡金宝公开了一种酵母蒸发冷凝液回用的方法，(专利公开号：cn103183437a)。该方法对酵母废水蒸发浓缩，并对蒸发冷凝液进行ro处理，ro清液可直接回用于酵母生产。但ro工艺投资大、运行成本高，且ro浓液仍需进一步处理，因此推广应用存在困难。

以糖蜜为原料的酵母生产废水存在污染大、可生化性差等特点，单一处理技术很难做到达标排放，近年来的研究也开始偏向于废物资源化利用，尤其是蒸发冷凝液的回用。公开号为cn107858382a的专利申请中公开了一种将糖蜜酒精废水蒸发冷凝液回用于酒精发酵的工艺。对蒸发冷凝液直接进行回用于酵母发酵，发明人研究发现蒸发冷凝液直接回用发酵时酵母出芽率远低于自来水，最终酵母细胞数明显低于自来水，说明蒸发冷凝液直接回用对酵母生长具有明显抑制作用。因此，研究开发一种蒸发冷凝液资源化处理回用的方法，对于实现酵母工业无废制造的目标，彻底解决酵母工业的污水问题有着重要的应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种蒸发冷凝液资源化处理回用生产酵母的方法，所述方法包括：

1)酵母发酵液经过固液分离、洗涤后，获得酵母细胞及废水，所述废水经过蒸发浓缩，得到蒸发冷凝液；

2)大孔树脂的预处理；

3)蒸发冷凝液吸附处理：将步骤2)预处理后的树脂装填在吸附柱中，蒸发冷凝液从柱子顶部加入，从柱子底部流出，控制上柱冷凝液的ph≤4.5，上柱流速为1-3bv/h，直至流出液中挥发酸含量不高于1mg/l；所述bv是湿树脂的体积。

4)将70-100％的步骤3)吸附处理的蒸发冷凝液与0-30％的未吸附处理蒸发冷凝液混合，用来稀释糖蜜原料；

5)将步骤4)中稀释的糖蜜接入酵母种子，进行酵母高密度培养。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)高密度培养酵母后，经离心分离、洗涤等工序获得酵母细胞和废水，即回到步骤1)，依次循环，实现蒸发冷凝液的循环利用。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述营养盐包括：硫酸铵、氯化铵、磷酸二氢钾、氯化锰、硫酸锌中的一种或几种，添加量为0.001-10g/l。

在本发明的一种实施方式中，步骤3)中吸附饱和后的树脂，可以用80-100℃热水进行洗脱和再生，洗脱相当于再生，洗脱结束后用去离子水冲洗至流出液ph值5-8，树脂即可再次使用。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述大孔树脂的预处理是将树脂置于90-95％(v/v)乙醇中浸泡8-12h，过滤回收乙醇后用去离子水洗涤树脂至无乙醇味，3-5％(w/v)hcl浸泡2-4h后去离子水洗涤至出水ph4-6，然后用3-5％(w/v)naoh浸泡2-4h，去离子水洗涤至ph6-8。

在本发明的一种实施方式中，步骤1)所述蒸发浓缩的方法为多效蒸发浓缩。

在本发明的一种实施方式中，步骤2)所述树脂为d301，d319，da201-c或da201-cⅱ中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述糖蜜为甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述酵母种子为酿酒酵母、面包酵母或饲料酵母。

优选地，步骤5)所述酵母种子为酿酒酵母。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述酵母高密度培养方法包括分批培养、补料分批培养或连续培养。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述酵母高密度培养方法包括自然静置发酵。

在本发明的一种实施方式中，步骤5)所述酵母高密度培养方法参见公开号为cn109321477a的专利申请。

本发明的有益效果：

本发明对酵母固液分离废水与酵母洗涤废水混合进行多效蒸发浓缩，浓缩液进行喷雾干燥之后作为肥料出售，将蒸发冷凝液进行树脂吸附处理，处理液与原液进行混合拌料回用于酵母生产过程中，酵母生长与自来水无差异。蒸发冷凝液中对酵母生长抑制物主要是挥发酸(甲酸、乙酸、丙酸或丁酸等有机酸)，将挥发酸吸附后对树脂进行热洗脱后，利用精馏回收收集挥发酸，精馏残液可作为一次酵母洗涤用水。将蒸发冷凝液吸附处理后回用于酵母高密度培养，达到减少废水排放的目的，同时减轻蒸发冷凝液后续处理费用，减少水资源浪费。本发明设备投资少，工艺程序简单，具有行业推广应用价值。

附图说明

图1为酵母蒸发冷凝液处理回用工艺流程图。

具体实施方式

挥发酸测定采用hplc法：样品用0.22μm膜过滤，滤液进行hplc(dionex，usa)测定。色谱条件：aminexhpx-87h；色谱柱(300mm×7.8mm，9μm，hercules，ca)；ri检测器(shodexri-101，japan)和uv检测器(dionex，usa)；流动相5mmol/lh2so4；柱温60℃；流速0.6ml/min；进样量20μl。

实施例1酿酒酵母蒸发冷凝液回用的方法

针对上述酿酒酵母蒸发冷凝液回用之前，发明人先对该蒸发冷凝液做了以下基础研究：

1.针对蒸发冷凝液处理条件，为了获得更加适宜的树脂处理方式，对蒸发冷凝液进行了分析。研究发现，该蒸发冷凝液ph4.09，含有挥发酸300mg/l，电导率138.7μs/cm，cod900mg/l，氨氮20mg/l。确定以初始ph上样。

2.针对该酿酒酵母，通过实验确定酵母对该蒸发冷凝液中挥发酸的耐受浓度为60mg/l。

对上述酿酒酵母蒸发冷凝液进行处理回用(图1)，步骤如下：

步骤1：大孔树脂的预处理：将树脂置于95％乙醇中浸泡12h，去离子水洗涤至无乙醇味，先用4％hcl浸泡4h，去离子水洗涤至ph4.0，再用4％naoh浸泡4h，去离子水洗涤至ph8.0备用。

步骤2：蒸发冷凝液吸附处理：将步骤1中处理后的湿树脂装填吸附柱，蒸发冷凝液从吸附柱上部加入，底部流出，吸附上样流速为3bv/h，当吸附柱流出液中检测到挥发酸(浓度≤1mg/l)时停止吸附处理。

步骤3：将步骤2中吸附处理后的蒸发冷凝液与未处理蒸发冷凝液按比例混合，吸附处理后的蒸发冷凝液占比80％，未吸附处理的冷凝液占比20％，混合液用来稀释糖蜜原料，稀释后糖蜜浓度为70g/l。

步骤4：将步骤3中稀释后糖蜜作为生产原料，接入10％(v/v)酵母种子(酵母种子浓度为10⁶-10⁸个/ml)，30℃下静置，进行酵母发酵培养，最终(底物消耗殆尽，酵母菌体量不再有显著性上升时)酵母菌体量为13.33g/l，与自来水(13.32g/l)无差别。

步骤5：酵母发酵结束后，经离心分离、洗涤等工序获得酵母细胞和废水，即回到步骤1，依次循环，实现蒸发冷凝液的循环利用。

步骤6：将步骤2中吸附后的树脂用80℃热水进行洗脱再生，洗脱结束后用去离子水冲洗至流出液接近中性备用。

实施例2面包酵母蒸发冷凝液回用的方法

针对上述面包酵母蒸发冷凝液回用之前，本发明人先对该蒸发冷凝液做了以下基础研究：

1.针对蒸发冷凝液处理条件，为了获得更加适宜的树脂处理方式，对蒸发冷凝液进行了分析。研究发现，该蒸发冷凝液ph3.0，含有挥发酸1600mg/l，电导率151.6μs/cm，cod1500mg/l，氨氮25mg/l。确定以初始ph上样。

2.针对该面包酵母，通过实验确定该酵母对蒸发冷凝液中挥发酸的耐受浓度为80mg/l。

对上述面包酵母蒸发冷凝液进行处理回用，步骤如下：

步骤1：大孔树脂的预处理：将树脂置于95％乙醇中浸泡8h，去离子水洗涤至无乙醇味，先用4％hcl浸泡2h，去离子水洗涤至ph6.0，再用4％naoh浸泡2h，去离子水洗涤至ph6.0备用。

步骤2：蒸发冷凝液吸附处理：将步骤1中处理后的湿树脂装填吸附柱，蒸发冷凝液从吸附柱上部加入，底部流出，吸附上样流速为2bv/h，当吸附柱流出液中检测到挥发酸，且挥发酸浓度达到80mg/l时停止吸附处理。

步骤3：将步骤2中吸附处理后的蒸发冷凝液用来稀释糖蜜原料，作为发酵初始培养基的糖蜜浓度为70g/l，作为流加培养基的糖蜜浓度为350g/l。

步骤4：将步骤3中稀释后的初始培养基糖蜜中接入10％(v/v)酵母种子(酵母种子浓度为10⁶-10⁸个/ml)，30℃静置发酵至培养基中糖浓度低于2g/l时开始连续添加流加培养基直至结束，发酵最终(底物消耗殆尽，酵母菌体量不再有显著性上升时)酵母菌体量为123.55g/l，与自来水(123.49g/l)无差别。

步骤5：酵母培养结束后，经离心分离、洗涤等工序获得酵母细胞和废水，即回到步骤1，依次循环，实现蒸发冷凝液的循环利用。

步骤6：将步骤2中吸附后的树脂用100℃热水进行洗脱再生，洗脱结束后用去离子水冲洗至流出液接近中性备用。

实施例3饲料酵母蒸发冷凝液回用的方法

针对上述饲料酵母蒸发冷凝液回用之前，本发明人先对该蒸发冷凝液做了以下基础研究：

1.针对蒸发冷凝液处理条件，为了获得更加适宜的树脂处理方式，对蒸发冷凝液进行了分析。研究发现，该蒸发冷凝液ph3.3，含有挥发酸800mg/l，电导率113.6μs/cm，cod1300mg/l，氨氮20mg/l。确定以初始ph上样。

2.针对该饲料酵母，实验确定酵母对该蒸发冷凝液中挥发酸的耐受浓度为250mg/l。

对上述饲料酵母蒸发冷凝液进行处理回用，步骤如下：

步骤1：大孔树脂的预处理：将树脂置于95％乙醇中浸泡10h，去离子水洗涤至无乙醇味，4％hcl浸泡3h，去离子水洗涤，4％naoh浸泡3h，去离子水洗涤至ph7.0备用。

步骤2：蒸发冷凝液吸附处理：将步骤1中处理后的湿树脂装填吸附柱，蒸发冷凝液从吸附柱上部加入，底部流出，吸附上样流速为4bv/h，当吸附柱流出液中检测到挥发酸(浓度≤1mg/l)时停止吸附处理。

步骤3：将步骤2中吸附处理后的蒸发冷凝液与未处理蒸发冷凝液按比例混合，吸附处理后的蒸发冷凝液占比70％，未吸附处理的冷凝液占比30％，混合液用来稀释糖蜜原料，作为发酵初始培养基的糖蜜浓度为60g/l，作为流加培养基的糖蜜浓度为300g/l。

步骤4：将步骤3中稀释后的初始培养基糖蜜中接入8％酵母种子(v/v)(酵母种子浓度为10⁶-10⁸个/ml)，30℃静置发酵至培养基中糖浓度低于2g/l时开始连续流加培养基直至结束，发酵最终(底物消耗殆尽，酵母菌体量不再有显著性上升时)酵母菌体量为121.32g/l，与自来水(121.33g/l)无差别。

步骤5：酵母发酵结束后，经离心分离、洗涤等工序获得酵母细胞和废水，即回到步骤1，依次循环，实现蒸发冷凝液的循环利用。

步骤6：将步骤2中吸附后的树脂用100℃热水进行洗脱再生，洗脱结束后用去离子水冲洗至流出液接近中性备用。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。