专利名称：酵母蛋白的絮凝气浮提取工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在酵母发酵液中提取酵母蛋白的提取工艺。尤其是利用味精的生产过程中所排放的离交废水，繁育酵母菌体后，从该弱酸性的有机废液中直接提取酵母蛋白的一种絮凝气浮法的提取工艺。
味精的生产过程中要排放大量的离交废水(生产每吨味精排放10-11吨)，其中含有丰富的营养成分，如有残糖、残谷氨酸、氮、磷、硫及少量金属离子等。但其PH值1.5-2.0，COD值2.8-4.0万mg/l，BOD1.4-2.0万mg/l。若直接排放将严重危害环境。为此，自80年代初中期，国内几家味精厂开始试验。到80年代末，随着国家对环保治理要求的加强，用味精废水生产饲用酵母的生产工艺开始大量应用。但由于技术等方面的种种原因，包括申请人在内的多家味精厂均一直采用下述一种高成本的提取工艺酵母发酵液通过高速碟片式离心机分离，得到酵母浆，然后采取双滚筒干燥机或喷雾干燥机干燥得到产品。这种工艺存在着提取收率较低，离心机和干燥机的购置、维护费用较大，造成生产成本较高，而且离心后物料的烘干能耗大(每吨产品的汽耗为10～12吨)。整个工艺在不考虑环保效益时，经济效益亏损800～1200元/吨。另外，最近一、二年也有采用气囊式板框压滤机过滤发酵液，得到酵母饼，再气流干燥制得产品的方法。这种方法的提取收率较高，但对发酵过程的生产适应性很差(例如，过滤性能受发酵液的PH值、温度及其它杂质含量的影响较大)，很难做到连续正常生产，所以真正的收率也并不高，操作控制较为困难，实际的生产成本也较高。
另一方面，为了直接从PH1.8左右的酸性高浓度有机废水中提取谷氨酸菌体蛋白，有人申请了“一种菌体蛋白的提取工艺”(专利申请号96106006.9)。它主要是将收集的强酸性高浓度有机废水加热至45℃-80℃，在加入0.005‰-0.09‰的聚丙稀酸钠絮凝剂以及0.15Mpa压力的溶气，气浮分离出含水量为80％-90％的谷氨酸菌体蛋白，再经气囊式板框压滤机过滤脱水，含水量降至50％-60％，最后烘干成菌体蛋白粉。但是该工艺在强酸高温条件下操作，一方面虽然可以去除部分离交废水中的COD(去除率为50％左右)排放的废水COD值仍就在1.8-2.0之间，对环境造成极大的污染。要使废水达标排放需要较大的成本；另一方面，由于在高温、强酸条件下操作，生产成本很高，设备腐蚀严重，所以十分不经济。
本发明的主要目的是提供一种在弱酸性的酵母发酵液中较经济、高效且低能耗地直接提取酵母蛋白的絮凝气浮法提取工艺。
本发明的上述发明目的，主要是通过下列工艺与步骤得以实现的(1)PH值为3-6的酵母发酵液注入加热至35℃-45℃；(2)按酵母发酵液的体积加入聚合氯化铁铝0.03‰-0.25‰和0.1‰-0.80‰的聚丙稀酸钠；(3)用射流泵将酵母发酵液与前述两絮凝剂充分搅和，并同时射流吸入空气；(4)将絮凝的酵母蛋白絮凝液置入上浮罐连续沥水1.0-2.0小时；(5)上浮罐上端重力脱水的絮凝酵母蛋白，输送至真空带式过滤机，进一步滤除其中的水分；(6)刮下酵母蛋白滤饼，输送至管束干燥机干燥，并粉碎包装。
为了提高经济性和絮凝效率，所述的复合絮凝剂的添加量可为0.05‰-0.22‰的聚合氯化铁铝和0.15‰-0.55‰的聚丙稀酸钠，并先将其溶于水，然后将其溶液与空气一同混入PH为3.5-5.0的酵母发酵液中，且其中空气的吸入量控制在发酵液量的1％-6％。一般可将上述复合絮凝剂分别调制成0.20％-5.0％0.15％-5.0％的水溶液，再按上述添加量加入复合絮凝剂。
另外，所述的复合絮凝剂的添加量较佳值为0.1‰-0.20‰的聚合氯化铁铝和0.25‰-0.45‰的聚丙稀酸钠，并先将其溶于水，然后将其溶液与空气一同混入PH为3.8-4.5的酵母发酵液中，且其中空气的吸入量控制在发酵液量的1.5％-4.5％。
本发明中的絮凝剂创造性地解决了在弱酸性的较低温的发酵液中有效地絮凝酵母液中的酵母蛋白，且易于脱水的问题，其主要机理是铁盐和铝盐的水溶液是以6个配位水分子的配离子Al(H2O)63+和Fe(H2O)63+的形式存在。当PH值小于3时，这种水合离子是最主要的形态。如果PH值升高，水合铝离子和水合铁离子就会发生配位水离解(即水解过程)，生成各种羟基铝离子和羟基铁离子(AlOH2+和FeOH2+)，反应过程和生成物都十分复杂。当PH值在4以上时，羟基铝(铁)离子增多，各离子的羟基由于配位能力还未达饱和，即还有剩余孤电子对，因而可以与其它离子发生架桥结合，形成羟基桥联，其生成物为多核羟基配合物。随着溶液PH值的变化，Al3+和Fe3+以不同的形式存在。当PH＝4.0-5.0时，[Al8(OH)20]4+和[Fe8(OH)20]4+成了主要形态，成为低电荷而高聚合物的无机高分子电解质，这时可吸附胶体粒子，并使之脱稳，具有较佳的效果，再加上与絮凝剂聚丙烯酸钠的复合和交互作用，使其产生的具有较大分子量和表面积的絮凝体在空气的混合下，产生良好的絮凝气浮作用。其中，聚丙烯酸钠的絮凝作用的机理主要是离交废水是以稳定的胶体形态存在，各种成分与水形成溶胶状态，通过酵母菌的发酵，虽然改变了其中一些成分的比例，通过布朗运动和静电排斥力的作用，仍然处于一种稳定的胶体状态(少部分个体较大的酵母菌体分散浮于溶液上层除外)。为了改变胶体溶液的这种稳定性，一方面，在胶体溶液中加入某种电解质，使胶体的扩散层变薄，ξ电位降低甚至趋于零。胶体颗粒间的静电斥力随之减弱或消失，这样可以使胶体颗粒容易吸附聚成大颗粒，这种过程通常称为“凝聚”。另一方面，在胶体溶液中加入一定量的高分子物质。由于高分子物质具有较多的可离解官能团，且其链状分子长度上分布有大量的带电基团，这些基团与胶体中带相反电荷的粒子结合，一方面破坏了胶体溶液原来的稳定状态，另一方面高分子的长链结构象架桥一样使较多的胶体颗粒连结在一起，逐渐形成棉絮状的物质。在这里，胶体溶液的脱稳过程中的凝聚作用和絮凝作用同时发生，所以也可称为混凝。另外，由于混凝过程加入一定量的空气，加上原来发酵液中溶解的氧气和排放的二氧化碳，在胶体颗粒的吸附、高分子架桥的连结过程中这些气体同时被“卷扫”，所以减少了絮凝物在溶液中的比重，使之上浮并与溶液分离，达到提取的目的。本发明中聚合氯化铁铝以[Al2(OH)nCl6-n]m和[Fe(OH)n·(SO4)3-n/2]m的混合形式存在。不仅具有高分子的一般架桥絮凝作用，而且会随溶液PH值的变化产生不同级别的水解产物和缩聚产物，这些产物都会压缩胶体颗粒的双电层，减少ξ电位达到凝聚的作用。
另外聚丙烯酸钠
分子量在800万以上，对胶体粒子具有极强的吸附结合力，并能很好地发挥吸附架桥的絮凝作用，但是在PH值大于3.5的溶液中不能发挥较佳的絮凝作用，只能与铝、铁盐配合使用，才能弥补因PH值增加而影响聚丙稀酸钠絮凝效果的不足，并且还可以使絮凝物保持较好的透气滤水性能，有利于后道脱水工序的进行。
在絮凝过程中，(包括上浮罐持续沥水的过程)空气的冲入还与絮凝的酵母菌体接触，可以保持酵母菌体持续的发酵状态，吸取废水中更多的营养成分，减少排放废水的COD值，并且可以防止酵母菌窒息“死亡”后自溶，保证所提取的酵母蛋白的质量和较好的回收率。
由于本发明采取了一条直接在较低温度的弱酸性的发酵液中絮凝酵母蛋白的技术路线，虽然在复合絮凝剂的用量及材料成本上略有增加，但对酵母液的加温成本显著下降，使之综合成本有明显的下降。
现以絮凝剂3.5元/kg，蒸汽80元/吨，每100吨发酵液生产1吨酵母计算，综合成本如表1表1絮凝提取酵母蛋白的成本分析表
从上述成本分析中可以看出，加热温度低一点，虽絮凝剂用量多一些，但综合成本反而更低。同时，絮凝的工作温度低一点还有利于保持酵母菌体的活性，并使酵母菌体在絮凝过程仍然处于发酵状态，还可以防止高温状态下的酵母自溶等现象的发生，提高蛋白粉的质量。
本发明工艺经2000年3-6月份的试验证明，味精废水酵母的提取收率从原工艺1.05％提高到1.15％左右，排放废水的COD去除率达到55％以上，比直接废水絮凝除谷氨酸菌体COD值下降2000mg/l以上。由于提取收率的提高使酵母的产量增加10％，成本下降10％。另外由于采取本工艺大大减少生产过程的能耗及各项费用，使成本下降20％，合计产品生产成本下降30％左右。以年产酵母2000吨计算，可为该单位产生经济效益120万元。另外，由于排放废水COD值下降2000mg/l左右，可减少对后处理过程中的设备、场地等负担，并节约处理费用15万元，可见采取本工艺效益十分显著。若在国内味精行业推广应用，将产生显著的经济效益和社会效益。
本发明的实施例1至实施例10的各技术参数值如表2所示。
表2酵母蛋白絮凝气浮提取工艺的具体技术参数值
现以上表中实施例1的参数值具体举例叙述如下
2、将收集的发酵液用蒸汽加热至43℃左右，并吸入2％(与发酵液体比)的空气，使酵母蛋白保持足够的活性。
3、加入浓度为3％的聚合氯化铁铝溶液，加入量为发酵液量的0.1％。
4、加入浓度为0.5％的聚丙稀酸钠溶液，加入量为发酵液量的5％。
5、进入混合器进行混合。(观察絮凝的效果，并根据此控制)6、进入气浮桶分离酵母蛋白。
7、对上步分离水分在90％左右的酵母蛋白，进入带式真空过滤机过滤脱水，达到60％左右的水分。
8、用管束干燥机烘干酵母蛋白的滤饼产品，水分控制在8.5％以内，粉碎后包装入库。
9、发酵液中酵母蛋白分离后的废水，排放至下一工序处理。
实施例21、收集酵母发酵液，测得PH值为4.0，酵母菌体湿重为6.3g。
2、将收集的发酵液用蒸汽加热至40℃左右，并吸入5.6％(与发酵液体积比)的空气，使酵母蛋白保持足够的活性。
3、加入浓度为4.0％的聚合氯化铁铝溶液，加入量为发酵液量的0.25％。
4、加入浓度为0.8％的聚丙稀酸钠溶液，加入量为发酵液量的10％。
5、进入混合器，观察絮凝的效果，并据此控制进行混合。
6、进入气浮桶分离酵母蛋白。
7、将分离的水分在90％左右的酵母蛋白，进入带式真空过滤机过滤脱水，使其含水量达到60％左右。
8、用管束干燥机烘干酵母蛋白的滤饼，水分在8.5％以内，粉碎后包装入库。
9、发酵液中酵母蛋白分离后的废水，排放至下一工序处理。
其它实施例见表2，以下从略。
权利要求
1.一种酵母蛋白的絮凝气浮提取工艺，其工艺包括下列步骤(1)PH值为3-6的酵母发酵液加热至35℃-45℃；(2)按酵母发酵液的体积加入聚合氯化铁铝0.03‰-0.25‰和0.1‰-0.80‰的聚丙稀酸钠；(3)用射流泵将酵母发酵液与前述两絮凝剂充分搅和，并同时射流吸入空气；(4)将絮凝的酵母蛋白絮凝液置入上浮罐连续沥水1.0-2.0小时；(5)上浮罐上端重力脱水的絮凝酵母蛋白，输送至真空带式过滤机，进一步滤除其中的水分；(6)刮下酵母蛋白滤饼，输送至管束干燥机干燥，并粉碎包装。
2.如权利要求1所述的酵母蛋白的絮凝气浮提取工艺，其特征在于所述的复合絮凝剂的添加量为0.05‰-0.22‰的聚合氯化铁铝和0.15‰-0.55‰的聚丙稀酸钠，并先将其溶于水，然后将其溶液与空气一同混入PH为3.5-5.0的酵母发酵液中，且其中空气的吸入量控制在发酵液量的1％-6％。
3.如权利要求1所述的酵母蛋白的絮凝气浮提取工艺，其特征在于所述的复合絮凝剂的添加量较佳值为0.1‰-0.20‰的聚合氯化铁铝和0.25‰-0.45‰的聚丙稀酸钠，并先将其溶于水，然后将其溶液与空气一同混入PH为3.8-4.5的酵母发酵液中，且其中空气的吸入量控制在发酵液量的1.5％-4.5％。
全文摘要
本发明涉及一种直接从该弱酸性的有机废液中提取酵母蛋白的絮凝气浮法提取工艺。该工艺的主要步骤是:(1)将pH值为3－6的酵母发酵液加热至35℃－45℃;(2)加入聚合氯化铁铝0.03‰－0.25‰和0.1‰－0.80‰的聚丙烯酸钠;(3)用射流泵将其充分搅和,并吸入适量的空气;(4)沥水1.0－2.0小时;(5)将沥水后的絮凝酵母蛋白输送至真空带式过滤机,制出滤饼;(6)至管束干燥机中干燥、粉碎。因此,具有可采用较低能耗直接提取酵母蛋白,且提取率较高,酵母蛋白质量好,排放废水的COD值较少,综合经济效益显著等特点。
文档编号C02F1/24GK1334270SQ0012212
公开日2002年2月6日 申请日期2000年7月18日 优先权日2000年7月18日
发明者朱中彩, 丁革胜, 王云龙, 吴晓伟, 施清辉 申请人:浙江蜜蜂集团有限公司