申请日2014.07.08
公开(公告)日2014.10.22
IPC分类号C12R1/685; C12P7/48
摘要
柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法：(1)淀粉质原料与柠檬酸废水混合均匀，加入高温α-淀粉酶;(2)将混合液经两次喷射，经碘试合格得到液化混液;再将液化混液经过板框压滤得到液化清液;(3)将液化清液与液化混液混合，加入柠檬酸废水进行补水得到种子培养基，进行菌种的种子培养;(4)将液化清液与液化混液混合，加入柠檬酸废水进行补水得到发酵营养液，进行发酵培养;(5)发酵结束后经固液分离除去菌体，经氢钙法或色谱法提取得到柠檬酸，产生的废水回到步骤(1)和步骤(3)、(4)，如此循环。本方法发酵稳定且与原工艺技术水平相当，节约了工艺用水和蒸汽用量，节省了污水处理成本，具有重要的环境效益、经济效益。
权利要求书
1.柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)淀粉质原料与柠檬酸废水在50~60℃的情况下，在配料罐中按照1:1.5~1:4的比例混合均匀，用氢氧化钙调节混合液的pH至5.8~6.0，然后加入高温α-淀粉酶，其添加量为15~40U/g玉米粉;
(2)将步骤(1)所得混合液进行两步处理：先将混合液经两次喷射，一次喷射温度为97~101℃，二次喷射温度为120~130℃，经碘试为浅棕色即合格，得到液化混液;再将60~80%的液化混液经过板框压滤，得到液化清液;
(3)将步骤(2)所得液化清液与液化混液按1:1.5~1:2.5的比例混合，并加入柠檬酸废水进行补水，使得混合后的液体总糖为10~12%，总氮为0.19~0.40%，得到种子培养基，进行菌种的种子培养;
(4)将步骤(2)所得液化清液与液化混液按3.5:1~5:1的比例混合，并加入柠檬酸废水进行补水，使得混合后的液体总糖为14~17%，总氮为0.05~0.15%，得到发酵营养液，将步骤(3)种子培养所得种子液加入发酵营养液，进行发酵培养;
(5)步骤(4)发酵结束后经固液分离除去菌体，经氢钙法或色谱法提取得到柠檬酸，产生的废水回到步骤(1)和步骤(3)、(4)，如此循环。
2.根据权利要求1所述的柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤(1)中所述淀粉质原料包括玉米粉、小麦粉、木薯粉、红薯粉、淀粉、糖蜜、小麦的至少一种。
3.根据权利要求1所述的柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤(1)中所述柠檬酸废水是指氢钙提取法制造柠檬酸时产生的废糖水，或者色谱提取法制造柠檬酸时产生的色谱残液。
4.根据权利要求1所述的柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法，其特征在于步骤(3)中所述菌种为在柠檬酸废水中筛选得到的适应性强、稳定性高的黑曲霉菌种。
说明书
柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法
技术领域
本发明涉及发酵工程技术领域，尤其是涉及一种柠檬酸废水不经过任何处理，直接回流发酵生产柠檬酸的方法。
背景技术
柠檬酸因其具有令人愉悦的酸味、入口爽快、无后酸味、安全无毒的特点, 所以广泛应用于食品、医药及化工等领域，已成为当前世界上生成量和消费量最大的食用有机酸。中国是世界上最大的柠檬酸出口国，2012年的产能已经超过l10万吨，大约90%的柠檬酸出口国外，占世界总产量70%左右。柠檬酸生产主要采用液体深层发酵，提取过程中会产生大量的废水，其中含有一些有机酸、糖、蛋白质胶体、矿物质等物质，COD高达350kg/t柠檬酸，浓度高达10000 ~ 15000ppm。这些废水若不经处理或处理不当，不仅造成严重的环境污染，也造成大量水资源的浪费，同时增加了企业生产成本。因此如何有效地处理柠檬酸发酵产生的高浓度有机废水，是柠檬酸行业亟待解决的问题。
现行柠檬酸废水的主要处理方法：厌氧生物法、好氧生物法、厌氧-好氧组合法，它们是利用好氧或者厌氧微生物在适宜的条件下降解污水中的有机物，同时将部分有机物转化为自身细胞成分，从而降低废水的COD。从目前柠檬酸行业废水处理现状来看, 效果并不理想，这些方法一般需要前期预处理，周期较长，且废水治理并不彻底，需要进一步深度处理，才能达到排放标准，处理成本比较高。因此，如何有效实现节能减排，降低成本，是柠檬酸行业健康发展所面临的重大课题。柠檬酸废水若能够直接回用或简单处理后回用，对于解决污水处理难题意义重大。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法。本方法发酵稳定且与原工艺技术水平相当，节约了工艺用水和蒸汽用量，节省了污水处理成本，具有重要的环境效益、经济效益。
本发明的技术方案如下：
柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方法，包括如下步骤：
(1)淀粉质原料与柠檬酸废水在50~60℃的情况下，在配料罐中按照1:1.5~1:4的比例混合均匀，用氢氧化钙调节混合液的pH至5.8~6.0，然后加入高温α-淀粉酶，其添加量为15~40U/g玉米粉;
(2)将步骤(1)所得混合液进行两步处理：先将混合液经两次喷射，一次喷射温度为97~101℃，二次喷射温度为120~130℃，经碘试为浅棕色即合格，得到液化混液;再将60~80%的液化混液经过板框压滤，得到液化清液;
(3)将步骤(2)所得液化清液与液化混液按1:1.5~1:2.5的比例混合，并加入柠檬酸废水进行补水，使得混合后的液体总糖为10~12%，总氮为0.19~0.40%，得到种子培养基，进行菌种的种子培养;
(4)将步骤(2)所得液化清液与液化混液按3.5:1~5:1的比例混合，并加入柠檬酸废水进行补水，使得混合后的液体总糖为14~17%，总氮为0.05~0.15%，得到发酵营养液，将步骤(3)种子培养所得种子液加入发酵营养液，进行发酵培养;
(5)步骤(4)发酵结束后经固液分离除去菌体，经氢钙法或色谱法提取得到柠檬酸，产生的废水回到步骤(1)和步骤(3)、(4)，如此循环。
步骤(1)中所述淀粉质原料包括玉米粉、小麦粉、木薯粉、红薯粉、淀粉、糖蜜、小麦的至少一种。
步骤(1)中所述柠檬酸废水是指氢钙提取法制造柠檬酸时产生的废糖水，或者色谱提取法制造柠檬酸时产生的色谱残液。
步骤(3)中所述菌种为在柠檬酸废水中筛选得到的适应性强、稳定性高的黑曲霉菌种。
本发明有益的技术效果在于：
本发明的目的在于不改变现有主体发酵工艺技术及设备的情况下，通过添加回流循环管路，降低甚至消除高浓度有机废水的生物处理过程，建立一套稳定运行的柠檬酸废水回流发酵生产柠檬酸的方案。
本发明可以使柠檬酸提取过程产生的废水不经过任何处理直接替代生产用水，用于原料调浆液化与配制培养基补水;培养对废水适应性强的菌种，转接发酵;发酵结束，发酵液经固液分离得到发酵清液，氢钙法或色谱法提取柠檬酸，产生的柠檬酸废水继续回流至生产系统，如此实现废水的循环利用。
采用本技术柠檬酸废水循环利用40批次，糖酸转化率为95.85%~101.35%，发酵周期在62~72h，发酵稳定且与原工艺技术水平相当。本发明可有效利用废水中的碳、氮源，回流50~60℃的柠檬酸废水可契合投料温度，节约了工艺用水和蒸汽用量，节省了污水处理成本，具有重要的环境效益、经济效益。