回收菌液中殘余色氨酸提高色氨酸提取收率研究

李菲，趙春光,，哈志瑞，徐慶陽

（1.天津科技大學生物工程學院，天津300457；2.寧夏伊品生物科技股份有限公司，寧夏銀川750100）

回收菌液中殘余色氨酸提高色氨酸提取收率研究

李菲1，趙春光1,2，哈志瑞2，徐慶陽1

（1.天津科技大學生物工程學院，天津300457；2.寧夏伊品生物科技股份有限公司，寧夏銀川750100）

色氨酸工業(yè)生產(chǎn)中利用陶瓷膜去除發(fā)酵液中菌體，膜截留的菌體通過絮凝沉淀、板框過濾、干燥后作為菌體蛋白飼料，氣浮清液直接進行廢水處理，從而導(dǎo)致廢水處理量大、產(chǎn)品附加值低、色氨酸收率低。通過中小試實驗，最終確定利用臥螺離心機可實現(xiàn)色氨酸陶瓷膜濃縮液的二次回收，進一步提高色氨酸成品收率。

色氨酸；菌體蛋白；成品收率

色氨酸為白色或微黃色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，微溶于水，易溶于甲酸，是構(gòu)成動植物蛋白質(zhì)的一種必需氨基酸，廣泛應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品行業(yè)。目前色氨酸發(fā)酵液主要是通過陶瓷膜過濾處理，陶瓷膜截留菌體蛋白液占發(fā)酵液體積的20%左右[1-4]，此部分料液中色氨酸含量8 g/L左右，因此有很大的回收利用空間，若將此部分料液直接進行絮凝沉淀處理，會降低氣浮母液的利用價值，而排放到環(huán)境中會造成環(huán)境污染和浪費[5-7]。臥螺離心機是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備，具有連續(xù)操作、運行平穩(wěn)、生產(chǎn)能力大和運行成本低等特點。

1 實驗工藝流程

色氨酸發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜過濾除菌，菌體中會有部分色氨酸，通過pH、溫度的調(diào)整，再經(jīng)過臥螺沉降離心機進一步分離回收菌體中的色氨酸，以提高色氨酸提取收率和蛋白飼料品質(zhì)。實驗工藝流程如圖1所示。

2 材料與方法

2.1 儀器和試劑

754 紫外可見分光光度計，上海箐華科技儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，上海一科儀器有限公司；實驗室離心機TG18-WS，長沙湘銳離心機有限公司；電子天平ME203E，梅特勒電子天平；烘箱、干燥器，蘇州華潔烘箱制造有限公司；對二甲氨基苯甲醛溶液、標準液和2%亞硝酸鈉，天津科密歐化學試劑有限公司。

2.2 色氨酸含量檢測

水浴呈色法測定L-色氨酸含量步驟：制備0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mg/L的標準溶液，分別取1 mL已制備好的上述標準液以及9 mL對二甲氨基苯甲醛到五個試管里，放在沸水中水浴，各加一滴2%亞硝酸鈉，計時3 min，取出冷卻至室溫，754型分光光度計在波長600 nm下測定OD值，繪制曲線，得回歸方程公式和線性值R2；取10 mL樣品，4 000 r/min離心15 min后取1 mL上清液稀釋，再取1 mL稀釋好的樣品，加9 mL對二甲氨基苯甲醛，按上述方法檢測OD值，根據(jù)回歸方程式計算酸含量。

2.3 菌體含量檢測

取10 mL物料，利用試管離心機4 000 r/min離心5 min后計算菌體體積分數(shù)。

2.4 干物質(zhì)檢測

用稱量瓶精確稱取1.000 g樣品，放入烘箱中，在（120±2）℃條件下烘1.5 h，取出稱量瓶放在干燥器中冷卻至室溫，稱量結(jié)果并計算干物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。

3 預(yù)實驗

3.1 小試確定工藝可行性

通過試管離心機4 000 r/min離心色氨酸陶瓷膜濃縮液，檢測離心結(jié)果，初步確定料液是否適合利用臥螺離心機進行分離。色氨酸陶瓷膜濃縮液試管離心機分離效果如圖1所示。圖2（a）從左到右依次為固體含量0%的原液，固體含量85%離心分離1 min，固體含量55%離心分離3 min，固體含量42%離心分離5 min，固體含量35%離心分離10 min；圖2（b）從左到右依次為原液、離心1，3，5，10 min的分離倒置效果。

通過上述實驗可知：1)試管離心機4 000 r/min離心5 min后，完全可以實現(xiàn)色氨酸陶瓷膜濃縮液的菌體蛋白和清液的分離；2)初步判斷可利用臥螺離心機分離色氨酸陶瓷膜濃縮液。

3.2 臥螺離心機碟片選型

本次實驗共有169，165，163，160四種碟片備用，在進料流量300 L/h條件下，更換不同型號碟片，檢測臥螺清液和菌渣指標，通過實驗結(jié)果確定最適宜處理色氨酸陶瓷膜濃縮液的碟片，試驗結(jié)果見表1。

表1 不同碟片對色氨酸陶瓷膜濃縮液分離效果

通過上述實驗可知：1)利用169、165碟片處理色氨酸陶瓷膜濃縮液，清液菌體含量較高，菌渣干物質(zhì)含量較低，分離效果較差；2)利用163、160碟片處理色氨酸陶瓷膜濃縮液，清液菌體含量較低，菌渣干物質(zhì)含量較高，分離效果較好。綜合考慮160碟片最適宜處理色氨酸陶瓷膜濃縮液。

4 色氨酸陶瓷膜濃縮液離心分離及物料平衡

4.1 利用160碟片處理色氨酸陶瓷膜濃縮液

利用160碟片對色氨酸陶瓷膜濃縮液進行處理，設(shè)備持續(xù)運行1.5 h，觀察運行穩(wěn)定情況，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 安裝160碟片后連續(xù)運行數(shù)據(jù)

通過上述實驗結(jié)果可知：1)設(shè)備運行穩(wěn)定后，調(diào)整進料流量550～700 L/h，清液菌體含量可控制在1%以內(nèi)，菌渣干物質(zhì)含量均在30%左右，該流量下分離效果最好；2）提升進料流量至1 500 L/h后，清液菌體含量由1%提高至3%，但清液中色氨酸含量也略有提升，因此可根據(jù)生產(chǎn)實際需求對進料量和清液指標進行控制。進料流量為550～700 L/h時，菌體去除效果如圖3所示。圖3中最左邊試管為4℃原液，后面從左到右流量依次為550，800，820，700，700，700 L/h。

4.2 物料平衡分析

離心機穩(wěn)定運行后，取實驗過程中料液進行分析，結(jié)果如表3所示。實驗過程中取7 min清液，體積為43 L，進料平均流量600 L/h，總進料70 L，通過物料平衡計算色氨酸回收率可達到53%，菌體蛋白去除率可達到96%。

Recovery of residual tryptophan from bacteria liquid to increase tryptophan extraction yield

LI Fei1,ZHAO Chunguang1,2,HA Zhirui2,XU Qingyang1(1.College of Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China; 2.Ningxia EPPEN Biotech Co.,Ltd.,Yinchuan 750100,China)

Bacteria in the fermentation broth was removed by ceramic membrane in tryptophan industrial production and the residual bacteria was used as bacterial protein feed after flocculation and sedimentation,plate frame filter,and drying.The supernatant was directly discharged for wastewater treatment,leading to a large amount of wastewater,low value-added products and low tryptophan yield.The horizontal screw centrifuge was determined as an effective method to realize the secondary recovery of tryptophan included in the ceramic membrane concentrated bacterial liquid,which further improved the tryptophan yield.

tryptophan;bacterial protein;product yield

TQ922.3

A

1674-2214（2016）04-0237-03

2016-08-02

李菲（1988—），女，寧夏銀川人，碩士，研究方向為生物工程，E-mail:414579899@qq.com.