一种提高含孢子体抗生素药渣厌氧发酵效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及抗生素药渣沼气资源化处理技术领域，具体涉及一种提高含孢子体抗 生素药渣特别是头孢菌素 C药渣厌氧发酵效率的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上最大的抗生素原料药生产与出口国，生产1吨抗生素约产生8~10 吨湿菌渣，因此抗生素药渣年排放达上百万吨，抗生素药渣中残留的培养基、抗生素母体及 其降解物对生态环境和人类健康存在着潜在危害性，国家已经将抗生素药渣明确列为危险 废物，禁止用于饲料和肥料。在目前政策认可的处置方式主要是焚烧，1吨药渣焚烧约需2 〇〇〇多元。受处置成本和焚烧设施能力等因素制约，此方式难以实施。
[0003] 头孢菌素类抗生素是目前广泛应用于临床的一类高效、低毒的重要抗生素之一， 在我国其产量占世界的80%以上，大量药渣的产生及后处理问题已经成为环保和制药企业 亟待解决的难题。厌氧发酵技术是当前有机废弃物无害化、资源化、能源化处理的一种有效 途径。虽然部分制药企业率先开展对药渣的厌氧发酵处理，并取得了阶段性成果，但存在很 多问题，其中关键问题之一就是头孢菌素药渣主要成分不是菌丝体，而是真菌分化的孢子 体，极难破壁处理，导致头孢菌素药渣厌氧发酵有机负荷低，系统运行不稳定，处理能力与 产生量严重不匹配，远不能满足处理需求。
【发明内容】
[0004] 针对以上技术现状，本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效提高含孢子体 抗生素药渣特别是头孢菌素 C药渣水解效率和厌氧发酵水平的方法。
[0005] 本发明采用的技术方案： 一种提高含孢子体抗生素药渣产沼气率的方法，包括厌氧发酵步骤，在所述厌氧发酵 步骤之前还包括对所述含孢子体抗生素药渣进行培养的步骤。
[0006] 优选地，所述含孢子体抗生素药渣为头孢菌素 C药渣。
[0007] 优选地，对所述含孢子体抗生素药渣进行培养所使用的培养基为质量浓度 〇· 1-1. 0%的葡萄糖水溶液，pH值为7. 0-7. 5。
[0008] 优选地，所述含孢子体抗生素药渣以10_80%( v/v，药渣体积/接种后料液总体积） 的接种量接入所述培养基中，摇床震荡(摇床转速可根据实际情况进行选择，对本发明的技 术效果不产生实质性影响）培养6-24 h。
[0009] 优选地，所述培养的温度为25-35 °C。
[0010] 具体地，所述厌氧发酵的条件为：以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，有机负荷 TS为I. 5%-4. 0%，接种量20-30%( v/v，沼液体积/接种后料液总体积)，发酵温度25-35 °C， 发酵时间50 d。
[0011] 作为本发明进一步的改进方案，在所述培养步骤之后还可以与超声处理、微波处 理或热碱处理步骤相结合，超声处理、微波处理和热碱处理的具体条件是本领域技术人员 根据具体情况可以自行选择或调整的，在此不做进一步限定。
[0012] 本发明的积极效果是：在以含孢子体抗生素药渣（以头孢菌素 C药渣为例）为原料 的厌氧发酵前，采用〇. 1-1. 〇%的葡萄糖溶液为培养基，将头孢菌素 C药渣按一定比例接入， 25-35 °C震荡培养6-24 h，然后按一定比例加入发酵罐进行厌氧发酵，沼气产率比对照提 高50%以上。培养后的头孢菌素 C药渣可以结合超声、微波、热碱等进行预处理，培养后的 药渣可以减少超声、微波等预处理时间，并且同样情况下比未培养直接进行超声、微波等处 理，沼气产率也提高50%以上。
[0013] 与现有技术相比，首先，在中温条件（25-35Γ)下，头孢菌素 C药渣直接用于厌氧 发酵其沼气产气效率很低，为150-250 mL/g TS，本发明将头孢菌素 C药渣培养后再进行厌 氧发酵，可有效提高药渣水解效率和沼气产量，与直接药渣厌氧发酵相比，可提高沼气产量 50%以上。其次，本发明采用的头孢菌素 C药渣培养基为0. 1-1. 0%的葡萄糖水溶液，培养 基配制方法简单、方便，原料来源广泛、价格便宜。第三，该技术可以与超声、微波或热碱等 预处理技术相结合，显著缩短超声或微波等处理时间，降低能耗，提高水解效率和沼气产气 量。第四，该技术工程实施简单，在厌氧发酵罐前，直接添加一个培养罐，既可以做预处理 罐，又可做原料储备罐。第五，该技术除用于头孢菌素 C药渣外，对主要成分为孢子的有机 废弃物或废水均有效。因此，本发明的实现，不仅可以解决大量头孢菌素 C药渣再利用和环 境污染问题，而且对促进抗生素制药业可持续发展、保护生态环境具有重要意义，有着切实 的经济、社会效益和广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详述，但不作为对本发明保护范围 的限定。
[0015] 实施例1 厌氧发酵产沼气试验：采用250 mL厌氧瓶，全混式厌氧发酵工艺，设2个处理： 处理一：头孢菌素 C药渣不经过任何处理为原料，作为对照； 处理二：以培养10小时的头孢菌素 C药渣为原料(培养基为0. 3%的葡萄糖水溶液，pH 值7. 0-7. 2，药渣接入量为50% (v/v )，培养温度35 ± 2 °C )。
[0016] 有机负荷TS为2%，（TS又称干物质浓度，指将一定量的发酵料液放置在100-105 °c烘箱内，烘干至恒重，烘干物质占总重的百分比)，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物， 接种量20-30%(体积比)，发酵温度：中温（35±2)°C，发酵时间50 d，每个处理作5个平行。 具体结果见下表1，头孢菌素 C药渣培养后沼气产气率是411.8 mL/g TS，是对照沼气产气 率的2. 03倍，两个处理间甲烷平均含量没有显著差异。
[0017] 表1沼气产气情况
注：同项数据后相同小写字母表示在5?水平上无显著差舁。
[0018] 实施例2 厌氧发酵产沼气试验：采用250 mL厌氧瓶，全混式厌氧发酵工艺，设6个处理， 处理一：以头孢菌素 C药渣为原料，不经任何处理，作对照； 处理二：以培养8小时的头孢菌素 C药渣为原料(培养基为0. 5%的葡萄糖水溶液，pH 值7. 0-7. 2，药渣接入量为60% (v/v )，培养温度27 ± 2 °C ); 处理三：药渣超声处理30 min (超声声密度：0. 6 W/mL); 处理四：将处理二培养后的药渣超声处理30 min ; 处理五：药渣微波处理2 min (功率：575 W); 处理六：将处理二培养后的药渣微波处理2 min。
[0019] 有机负荷TS为3%，（TS又称干物质浓度，指将一定量的发酵料液放置在100-105 °c烘箱内，烘干至恒重，烘干物质占总重的百分比)，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物， 接种量20-30%(体积比)，发酵温度：中温（35±2)°C，发酵时间50 d，每个处理作5个平行。
[0020] 结果见表2,处理二至处理六的沼气产气率均高于对照，说明经过预处理，显著提 高了头孢菌素药渣的沼气产气率。其中处理二采用药渣培养后，沼气产气率为391.8 mL/g TS，是对照沼气产气率的2. 0倍。处理四药渣培养后再超声处理，沼气产气率为457. 9 mL/ g TS，是处理一的2. 3倍，是处理三仅超声处理的1. 5倍。处理六药渣培养后再微波处理， 沼气产气率为430. 5 mL/g TS，是处理一的2. 2倍，是处理五仅微波处理的1. 5倍。说明经 过培养，使头孢菌素药渣中的孢子萌发成菌丝状态，更有利于厌氧发酵，而且可以同其他预 处理方式相结合，提高其预处理效果。
[0021] 表2不同处理沼气产气情况
[0022] 实施例3-7 厌氧发酵产沼气试验：采用250 mL厌氧瓶，全混式厌氧发酵工艺，头孢菌素 C药渣培 养温度30±2°C，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，接种量20-30% (体积比)，发酵温度 25-35 °C，发酵时间50 d，每个处理作5个平行。结果见表3,通过培养的头孢菌素 C药渣， 进行厌氧发酵，其沼气产气率均显著高于对照，不同处理平均甲烷含量没有显著差异。
[0023] 表3实施例3-7产沼气情况
【主权项】
1. 一种提高含孢子体抗生素药渣产沼气效率的方法，包括厌氧发酵步骤，其特征在于： 在所述厌氧发酵步骤之前还包括对所述含孢子体抗生素药渣进行培养的步骤。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含孢子体抗生素药渣为头孢菌素C 药渣。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对所述含孢子体抗生素药渣进行培养所 使用的培养基为质量浓度〇. 1-1. 〇%的葡萄糖水溶液，pH值为7. 0-7. 5。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述含孢子体抗生素药渣以10-80% (v/ v)接入所述培养基中，培养6-24h。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述培养的温度为25-35 °C。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述厌氧发酵的条件为：以正常发酵沼 气池中的沼液为接种物，有机负荷TS为1. 5%-4. 0%，接种量20-30% (v/v)，发酵温度25-35 °C，发酵时间50d。7. 根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：所述培养步骤之后还与超声、微 波或热碱预处理相结合。
【专利摘要】本发明公开了一种提高含孢子体抗生素药渣厌氧发酵效率的方法，其包括厌氧发酵步骤，在所述厌氧发酵步骤之前还包括对所述含孢子体抗生素药渣进行培养的步骤。以头孢菌素C药渣为例，增加培养步骤后，沼气产率提高50%以上，该方法还可以结合超声、微波、热碱等进行预处理，沼气产率也提高50%以上。本发明的实现，不仅可以解决大量抗生素药渣再利用和环境污染问题，而且对促进抗生素制药业可持续发展、保护生态环境具有重要意义，有着切实的经济、社会效益和广阔的应用前景。
【IPC分类】C12P35/06, C12N1/14
【公开号】CN105400704
【申请号】CN201510819044
【发明人】程辉彩, 习彦花, 张丽萍, 王慧, 何强, 王宏伟, 崔冠慧, 张根伟, 尹淑丽, 刘洪伟
【申请人】河北省科学院生物研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月24日