一种7-氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法 |
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| 申请号 | CN202111480353.2 | 申请日 | 2021-12-07 | 公开(公告)号 | CN114230380A | 公开(公告)日 | 2022-03-25 |
| 申请人 | 山东睿智医药科技有限公司; | 发明人 | 于海勤; 张杰; 吴桂苹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种7‑ 氨 基头孢烷酸生产废弃物的利用方法，包括以下步骤：（1）新鲜的头孢菌素C湿菌渣，用 碱 调节PH5.5‑6.0，添加一定比例的复合酶制剂，于55‑60℃酶解48‑72h；（2）酶解液用沉降式离心机分离去除 草酸 钙 盐和部分 纤维 ，所述草酸钙盐及部分纤维可用作 有机肥 原料；（3）离心液用陶瓷膜 超滤 设备处理，分别收集滤液和滤渣，所述超滤渣一部分用作米曲霉或黑曲霉液酶的 发酵 制备培养基，另一部分添加于下批头孢菌素新鲜菌渣中进行二次酶解；（4）超滤液纳滤浓缩；（5）步骤4中的纳滤浓缩液中添加ɑ‑氨基 己二酸 进行调配，即得到氨基酸液体肥或其生产原料，所述ɑ‑氨基己二酸来源于7‑ACA提取母液。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法技术领域背景技术[0002] 头孢类药物因疗效好¸过敏性低而占据抗感染类药物市场份额的40%左右，其生产主要原料7‑氨基头孢烷酸（7‑ACA）是由头孢菌素C经酶法裂解而生产的。顶头孢霉菌发酵培养产生头孢菌素C，超滤去除菌渣，经固定化头孢菌素C酰化酶切除ɑ‑氨基己二酸产生7‑ACA。头孢菌素C菌渣和ɑ‑氨基己二酸是7‑ACA生产中两种最主要的生产废弃物。 [0003] 头孢菌素C菌渣中含有头孢菌素C残留，被国家列为危险废弃物而受到环保部门的严格监管。授权号CN102392008B、CN108048519B及公开号CN101935682A的三个专利，分别提供了头孢菌素C菌渣代替部分发酵培养基成分进行循环套用的技术方案，但仅能够套用部分菌渣；公开号CN109776238A的专利提供了利用强酸分解头孢菌素C滤渣生产氨基酸肥料的技术方案，但存在部分种类氨基酸被强酸破坏¸氨基酸营养不全面，以及产品中存在大量盐类¸应用范围受到限制的弊端。目前大部分头孢菌素C菌渣的出路是经过干燥后，用于有机肥生产，经济价值极低；采用的干燥方式，少数厂家利用板框压榨先脱去部分水分再进行烘干，可以节省部分蒸汽费用，但菌渣中由于存在大量胶体物质¸操作性差，会造成二次污染，所以大部分厂家目前采用直接将湿菌渣进行滚筒干燥或喷雾干燥的方式，不论何种干燥方式都需要消耗大量能源，且头孢菌素C残留未得到彻底消除，存在一定的安全隐患。 发明内容[0005] 本发明针对传统7‑氨基头孢烷酸生产废弃物中存在的问题，提出一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法。 [0006] 为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法，包括如下步骤： （1）新鲜的头孢菌素C湿菌渣，用碱调节PH5.5‑6.0，添加一定比例的复合酶制剂，于55‑60℃酶解48‑72h； （2）酶解液用沉降式离心机分离去除草酸钙盐及部分纤维等物质； （3）离心液用陶瓷膜超滤设备处理，分别收集滤液和滤渣； （4）超滤液用纳滤膜浓缩； （5）步骤4中的纳滤浓缩液中添加ɑ‑氨基己二酸进行调配，即得到氨基酸液体肥或其生产原料，所述ɑ‑氨基己二酸来源于7‑ACA提取母液。 [0007] 优选的，步骤（1）中的复合酶制剂为米曲霉液酶一种或米曲霉液酶和黑曲霉液酶的混合。 [0008] 进一步优选的，步骤（1）中的复合酶制剂还包括4‑20U/ml的几丁质酶；进一步优选的，步骤（1）复合酶制剂中米曲霉液酶和黑曲霉液酶的添加总量为5%‑ 15%，二者比例为80‑100:0‑20，最佳比例为85‑90:10‑15%； 步骤（1）中酶解液的有机物液化率控制≥70%，酶解液的菌体浓度控制≤20%； 优选的，步骤（2）中超滤膜的孔径为10‑50nm； 优选的，步骤（4）中纳滤液浓缩控制在可溶性固形物含量15‑20%，氨基酸含量5‑ 7%。 [0009] 优选的，步骤（5）中添加的ɑ‑氨基己二酸制备步骤包括以下步骤：收集7‑ACA提取废液；纳滤膜浓缩；浓缩液用盐酸调节PH5.0，结晶2h，之后继续调节PH3.5，结晶4h；结晶液进行板框过滤，去离子水顶洗，滤饼真空干燥即为ɑ‑氨基己二酸。 [0010] 优选的，所述步骤1中的米曲霉和黑曲霉液酶培养基组成包括：15‑50%的头孢菌素C新鲜菌渣¸0‑15%的步骤（3）中的超滤滤渣¸察氏培养基配比的无机盐¸0.3‑1%的速效有机碳源和氮源，其中麦芽糊精、酶解液、酵母浸粉等属于速效有机碳源和氮源。 [0011] 优选的，所述步骤1中的米曲霉和黑曲霉液酶制备步骤包括：培养基用液碱调节PH5.5‑6.5，121℃灭菌20‑30分钟，接入菌种，28‑32℃条件下通气培养30‑42h。 [0012] 米曲霉优选AS3.042，黑曲霉优选AS3.350。 [0014] 优选的，在步骤2中的草酸钙盐及纤维等离心沉淀用作有机肥原料。 [0015] 优选的，在步骤3中的超滤渣一部分用作米曲霉或黑曲霉液酶的发酵制备培养基，另一部分添加于下批头孢菌素新鲜菌渣中进行二次酶解。 [0016] 本发明中所涉及的术语“液化率”被定义为头孢菌素C菌渣被复合酶分解为可溶性小分子物质质量占新鲜菌渣中总有机质质量的百分比。“液化率”是评价复合酶催化效果的主要指标，也是影响是否能够采用机械法脱水的关键因素所在。 [0017] 本发明中所涉及的术语“菌体浓度”被定义为新鲜菌渣或酶解液加入刻度试管中，在台式离心机中3000转/分钟离心10分钟，上清液移入另一刻度试管中并读取体积，上清液体积占总体积的百分比与100%的差值。“菌体浓度”是评价酶解液液化效果的重要指标。 [0018] 头孢菌素C发酵后期，菌体几乎全部断裂成为单个的圆形孢子，酸化超滤后，孢子细胞膜破裂释放出小分子物质，但细胞壁保持完整并占据比较大的物理空间，不仅使超滤后的菌渣粘度极大，而且影响细胞内或镶嵌在细胞壁上的大分子有机质酶解。真菌细胞壁的基本骨架为几丁质，米曲霉等微生物虽然通过诱导也可以生产一定的几丁质酶活性，但尚不足以将细胞壁迅速破坏从而使其他复合酶对菌渣进行快速液化。因此几丁质酶活性高低成为头孢菌素C菌渣处理技术中限制酶解速度和效率的瓶颈。 [0019] 本发明的有益效果是：本发明筛选出酶系丰富的微生物菌种，利用优化的培养基进行液态培养，得到富含蛋白酶¸糖化酶¸脂肪酶¸核酸酶¸纤维素酶¸几丁质酶¸β‑内酰胺酶的复合酶制剂，酶解过程中特别针对性地强化了几丁质酶的活性，能够迅速破坏菌体细胞壁的完整性，使多酶协同作用，菌渣被高效液化分解，菌体物理体积大幅度减小，酶解液粘度和菌体浓度大幅度下降，为之后的分离操作和高液化收率奠定了基础，彻底解决了单一酶分解蛋白质原料效果不佳，特别是对头孢菌素C菌渣中菌丝体液化效果不好的技术瓶颈，使生物酶法生产氨基酸液体原料具备了经济性和可行性。β‑内酰胺酶的分解及近60℃的高温长时间酶解，头孢菌素C等抗生素残留被彻底灭活，安全隐患问题被同步解决。 [0020] 本发明将菌渣酶解处理液与ɑ‑氨基己二酸组合利用，彻底解决了7‑ACA生产中主要废弃物的环保处理问题；除生物酶制备阶段使用少量蒸汽消毒外，其余阶段采用纳滤和离心方式进行机械法除水，大幅度节省了能源消耗，处理成本低廉，解决了7‑氨基头孢烷酸生产废弃物环保处理过程中存在的产品成本与价格倒挂的矛盾。 [0021] 本发明产品氨基酸营养全面，杜绝了化学法生产中对某些种类氨基酸破坏严重的弊病，同时产品中还富含单糖¸脂肪酸¸核苷酸¸寡壳糖等功能性物质；ɑ‑氨基己二酸虽然是非蛋白质氨基酸，但其在植物¸动物体内普遍存在，是合成其他氨基酸的重要中间体，可以在转氨酶的催化下将氨基转移给酮酸代谢物生成相应氨基酸。因此本发明的氨基酸液体肥使用效果远远好于市场上的产品。 具体实施方式[0024] 实施例1本实施例提供一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法，包括以下步骤： （1）新鲜菌渣500L，检测菌体浓度86%，固形物含量15.3%，用液碱调节PH5.8，加入制备的米曲霉液酶45L，加入几丁质酶40g（10万U/g），58℃酶解70h。检测酶解液菌体浓度 14%，有机物液化率83.6%，头孢菌素C残留未检出。 [0025] （2）酶解液利用沉降离心机脱除草酸钙盐及部分纤维等物质31.2kg。 [0026] （3）50nm陶瓷膜超滤，期间加水2次，每次100L，分别收集滤液625.5L和滤渣88.5L。 [0027] （4）超滤液用纳滤膜进行浓缩，浓缩至体积289L。检测固形物含量18.4%，氨基酸含量5.94%。 [0028] （5）浓缩液中添加制备的ɑ‑氨基己二酸14.5kg，用碱调节PH使完全溶解，即为农用氨基酸液态肥或氨基酸液体肥生产原料。 [0029] 实施例2本实施例提供一种7‑氨基头孢烷酸生产废弃物的利用方法，包括以下步骤： （1）新鲜菌渣920L，加入实施例1步骤（3）中收集的超滤渣80L,混合，检测菌体浓度 84.8%，固形物含量15.1%，用液碱调节PH5.8，加入制备的米曲霉液酶88L，黑曲霉液酶10L,加入几丁质酶60g（10万U/g），57℃酶解70h。检测酶解液菌体浓度13.4%，有机物液化率 85.9%，头孢菌素C残留未检出。 [0030] （2）酶解液用连续沉降离心机脱除草酸钙盐及纤维等物质72.3kg（3）离心液用20nm陶瓷膜超滤，期间加水2次，每次150L，分别收集滤液1168.4L和滤渣159.6L。 [0031] （4）超滤液用纳滤膜进行浓缩，浓缩至体积562L，检测固形物含量19.2%，氨基酸含量6.13%。 [0032] （5）浓缩液中添加制备的ɑ‑氨基己二酸28kg，用碱调节PH使完全溶解，即为农用氨基酸液态肥或氨基酸液体肥生产原料。 [0033] 所述实施例1和实施例2中的米曲霉液酶制备过程如下所示：（1）50L发酵罐中加入新鲜菌渣10L，加入磷酸氢二钾 30g,七水硫酸镁 15g,氯化钾 15g,硫酸亚铁 0.15g,麦芽糊精150g，酵母浸粉50g，用去离子水定容至23L左右，液碱调节PH5.8。121℃灭菌20分钟，降温至32℃，接入米曲霉AS3.042液体培养种子1.5L，接后体积控制在30L左右。通气培养36h，全程溶氧控制≥20%，全程PH用液碱或酸控制6.0‑6.2。米曲霉培养液检测中性蛋白酶活性421.2U/ml，几丁质酶活性0.64U/ml，即为米曲霉液酶。 [0034] 所述实施例2中的黑曲霉液酶制备过程如下所示：（2）50L发酵罐中加入新鲜菌渣12L，加入实施例2步骤（3）中超滤渣3L，加入磷酸氢二钾 30g,七水硫酸镁 15g,氯化钾 15g,硫酸亚铁 0.15g,麦芽糊精150g，头孢菌素C酶解液0.5L，用去离子水定容至23L左右，液碱调节PH5.5。121℃灭菌20分钟，降温至30℃，接入黑曲霉AS3.350液体培养种子1.5L，接后体积控制在30L左右。通气培养36h，全程溶氧控制≥20%，全程PH用液碱或酸控制5.5‑5.8。黑曲霉培养液检测酸性蛋白酶324.7U/ml，几丁质酶活性1.23U/ml，即为黑曲霉液酶。 [0035] 所述实施例1和2中的ɑ‑氨基己二酸的制备过程如下所示：（1）收集7‑ACA提取废液10000L，检测ɑ‑氨基己二酸含量0.83%，用纳滤膜浓缩至 984L。 [0036] （2）浓缩液用盐酸调节PH5.0，结晶2h，之后继续调节PH3.5，结晶4h。 [0037] （3）结晶液进行板框过滤，100L去离子水顶洗，滤饼真空干燥即为ɑ‑氨基己二酸，重量63.8kg，含量99.5%，7‑ACA未检出。 [0038] （4）收集滤液，与下批7‑ACA提取废液合并，进行ɑ‑氨基己二酸提取。 [0039] 酶解效果对比实验：（1）用中性蛋白酶¸酸性蛋白酶¸米曲霉液酶¸黑曲霉液酶¸几丁质酶单独或进行组合，按照一定的酶活单位，对新鲜的头孢菌素C菌渣进行酶解。 [0040] （2）中性蛋白酶¸酸性蛋白酶¸几丁质酶为商品外购酶，米曲霉液酶来源于本实施例中的米曲霉培养液，黑曲霉液酶来源于本实施例中的中黑曲霉培养液，米曲霉液酶以中性蛋白酶活性大小按比例添加，黑曲霉液酶以酸性蛋白酶活性大小按比例添加。 [0041] （3）温度选择55℃，每个处理都选择最佳PH酶解条件，酶解时间选择72h，具体参数和结果如下：上述结果表明，用单一酶处理头孢菌素C菌渣，酶解效果都不理想；米曲霉或黑曲霉培养液富含多种复合酶，酶解效果明显较好；米曲霉及黑曲霉液酶强化添加几丁质酶，酶解效果得到质的提升，菌体细胞壁完整度被彻底破坏，液化效率大幅度提高。 [0042] 实施例3对实施例2中的离心菌渣72.3kg添加植物秸秆15kg或上批干燥有机肥原料，调整水分含量，接入米曲霉¸黑曲霉或有机肥复合菌种进行堆积发酵，中间翻堆3‑5次降低温度，温度下降后检测水分含量21.6%，摊开晾晒或烘干至水分≤15%，即为有机肥基础原料。 [0043] 实施例4将实施例2中的步骤4中的，纳滤浓缩液100L，固形物含量19.2%，氨基酸含量 6.13%，用四效真空浓缩设备浓缩至31.2L。蒸发去除水分68.8kg，消耗蒸汽22.2kg，蒸汽消耗比1:3.1。浓缩液真空干燥，得到氨基酸固体粉末19.6kg，消耗蒸汽11.6kg，蒸汽消耗比 1.5:1，综合蒸汽消耗比1：2.4，即1kg蒸汽可以去除浓缩液中2.4kg水分。如果将纳滤脱除的 77.9kg水分包括在内，则综合蒸汽消耗比1：4.77，即采用本专利技术脱除头孢菌素C菌渣中 4.77kg水分仅消耗蒸汽1kg。 [0044] 某公司利用强酸水解动物下脚料生产氨基酸液（氨基酸含量17.4%），产品出厂价格1900元/吨；实施例1中的氨基酸液体肥原料（氨基酸含量10.8%）参照上述市场价格，预计在1100‑15000元/吨，氨基酸固体粉末的市场参考价格3500‑4500元/吨。对比例2 将未经过本方法处理的菌渣利用传统滚筒干燥机进行干燥，得到的耗能结果如下所示：100L头孢菌素C菌渣，用滚筒干燥机进行干燥，得到干燥菌渣粉16.7kg，水分含量 8.8%，头孢菌素C残留835.4ug/g。消耗蒸汽127.3kg，蒸汽消耗比1.2:1。 [0045] 某有机肥厂对头孢菌素C干菌渣的接收价格为450元左右/吨。 [0046] 对比例3：将未经过本方法处理的菌渣利用小型喷雾干燥机进行干燥得到的耗能结果如下所示：100L头孢菌素C菌渣，用小型喷雾干燥机进行干燥，得到干燥菌渣粉16.9kg，水分含量 8.4%，头孢菌素C残留1432.7.4ug/g。消耗蒸汽367.1kg，蒸汽消耗比3.7：1。 [0047] 通过对比对比例2、对比例3、实施例2和实施例4，可以看出利用本发明所述方法处理的菌渣可以明显的减少蒸汽消耗，本发明仅在生物酶制备阶段使用少量蒸汽消毒，其余阶段采用纳滤和离心方式进行机械法除水，或采用热效率极高的多效真空浓缩设备，大幅度节省了能源消耗，处理成本低廉。 [0048] 同时本发明可有效解决7‑ACA生产废弃物治理中产品成本和价格倒挂的矛盾，参见实施例5和对比例4。 [0049] 实施例5：日产4吨7‑ACA的生产公司，每天产生7‑ACA提取废液278吨，ɑ‑氨基己二酸含量 0.84%，采用本发明技术提取ɑ‑氨基己二酸，与采用本发明技术制备的菌渣处理液调配成氨基酸肥料原料，2.3吨的 ɑ‑氨基己二酸实现的市场参考价值8050‑10350元。 [0050] 对比例4前述2.3吨 ɑ‑氨基己二酸未被提取并随废水直接排入污水处理厂，将生产3.66吨COD,按照1.4元/kgCOD的环保处理费用计算，则带来10248元的环保处理成本。 |
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