青霉素廢菌渣微波水解制備復(fù)合氨基酸及應(yīng)用

張蒙蒙，趙風(fēng)清

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青霉素廢菌渣微波水解制備復(fù)合氨基酸及應(yīng)用

張蒙蒙1，趙風(fēng)清1，2

（1河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2河北省固體廢棄物工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050018）

青霉素廢菌渣是制藥工業(yè)青霉素發(fā)酵工序產(chǎn)生的固體廢棄物，處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染、危及生態(tài)。本文以廢菌渣為原料，在堿性條件下，采用微波水解方法得到復(fù)合氨基酸。將其作為石膏緩凝劑，可以實(shí)現(xiàn)廢菌渣的安全、高附加值利用。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以堿濃度、料液比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度為考察因素，采用正交實(shí)驗(yàn)法確定最佳工藝條件為：堿濃度0.04mol/L，料液比1∶4，微波水解時(shí)間10min，溫度85℃。借助氨基酸分析儀分析了水解產(chǎn)物的化學(xué)組成，利用紅外光譜、掃描電鏡等手段對(duì)緩凝作用（石膏體系）機(jī)理進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明：水解物主要是賴氨酸、酪氨酸、半胱氨酸等氨基酸的混合物，其中氨基和羧基官能團(tuán)參與了鈣的配位，形成了鈣的復(fù)合氨基酸/小肽螯合物，從而延緩了石膏的溶解、水化和結(jié)晶過(guò)程，使凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。

廢菌渣；石膏緩凝劑；微波；蛋白質(zhì)；水解；復(fù)合氨基酸；肽

中國(guó)是一個(gè)抗生素生產(chǎn)大國(guó)，發(fā)酵類藥物產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界第一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年產(chǎn)青霉素大約有10萬(wàn)噸，其中青霉素工業(yè)鹽年產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的75%。青霉素廢菌渣是青霉素生產(chǎn)過(guò)程中提取發(fā)酵液后產(chǎn)生的廢渣，每生產(chǎn)1t青霉素的原料藥產(chǎn)生8～10t的新鮮菌渣。青霉素廢菌渣中含有一定量的抗生素及其他有毒代謝產(chǎn)物[2]，處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和安全問(wèn)題，屬危險(xiǎn)廢棄物，其處理處置已經(jīng)成為制約相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的一大難題。傳統(tǒng)的處理方法包括焚燒、填埋以及作為有機(jī)肥料或飼料添加劑。焚燒處理會(huì)造成氮氧化物的排放，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境；填埋或者作為有機(jī)飼料會(huì)使菌渣中殘留的有毒物質(zhì)污染地下水和植物，經(jīng)過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移到人體，造成抗生素的濫用，危害人體健康[3]，近些年來(lái)已被明令禁止。

研究發(fā)現(xiàn)，青霉素廢菌渣中含有一定數(shù)量的蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪，還有多種酶等物質(zhì)，可用來(lái)發(fā)酵制取沼氣[4]，作為能源利用，剩余的殘?jiān)米鞣柿稀５?，仍然存在抗生素污染土壤的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于青霉素菌絲體元素分析含碳量高達(dá)44.08%，劉波文等[5-6]開(kāi)發(fā)制備活性炭工藝。但是，利用青霉素廢菌渣直接制備活性炭會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等有害氣體，造成大氣環(huán)境污染。也有一些學(xué)者利用青霉素菌渣中的活性物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、甲殼素、麥角固醇）開(kāi)發(fā)了菌渣破壁工藝[7-9]、殼聚糖提取工藝[10]、麥角固醇提取工藝[11-12]，但是工藝比較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益較低。河北科技大學(xué)任曉瓊等[13]采用水浴加熱法水解青霉素廢菌渣制備石膏緩凝劑，對(duì)水解物與常用石膏緩凝劑進(jìn)行了對(duì)比研究，產(chǎn)品緩凝性能良好。但該工藝反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，水解效率較低。此外，對(duì)于水解產(chǎn)物組成以及緩凝作用機(jī)理未給出明確的定論。

本文采用微波和堿協(xié)同的手段強(qiáng)化青霉素廢菌渣的水解反應(yīng)制備復(fù)合氨基酸，將其用作石膏緩凝劑，實(shí)現(xiàn)青霉素廢菌渣安全、清潔利用。其次，考察不同因素對(duì)石膏凝結(jié)時(shí)間影響，并借助化學(xué)分析以及全自動(dòng)氨基酸分析儀、紅外圖譜、掃描電鏡等手段，分析水解產(chǎn)物的主要成分，研究緩凝作用機(jī)理，為工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑

氫氧化鈉，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；甲醛溶液，天津市百世化工有限公司；蒸餾水，自制；青霉素廢菌渣，華北制藥股份有限公司；脫硫建筑石膏，石家莊市旭昊建材有限公司，由煙氣脫硫石膏煅燒制得。產(chǎn)品符合GB/T9776—2008，質(zhì)量穩(wěn)定。表1、表2分別給出了脫硫建筑石膏的主要化學(xué)組成和力學(xué)性質(zhì)。

表1 脫硫建筑石膏主要化學(xué)成分 單位：%

表2 脫硫建筑石膏物理力學(xué)性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合氨基酸緩凝劑的制備

將青霉素廢菌渣干燥、粉碎。按照一定料液比與堿液混合，制成菌渣懸浮液。設(shè)定微波功率為480W，通過(guò)改變堿濃度、料液比、微波處理時(shí)間和水解反應(yīng)溫度條件進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)完成后將水解液8000r/min下離心分離15min，取上清液即得到復(fù)合氨基酸緩凝劑。

1.2.2 復(fù)合氨基酸緩凝劑制備工藝優(yōu)化

采用1.2.1節(jié)工藝，分別考察堿濃度（0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.035mol/L、0.04mol/L）、料液比（廢菌渣與堿溶液的質(zhì)量比為1∶3、1∶4、1∶6、1∶7、1∶8、1∶10、1∶12）、微波處理時(shí)間（3min、5min、7min、10min、12min）和溫度（35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃、95℃）等因素對(duì)緩凝劑中氨基酸含量及石膏體系凝結(jié)時(shí)間的影響，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)確定最佳水解工藝條件。

1.2.3 性能測(cè)試

緩凝劑氨基酸含量測(cè)試：根據(jù)《GB/T 5009.39—2003》采用甲醛滴定法對(duì)氨基酸態(tài)氮進(jìn)行含量測(cè)試。

脫硫建筑石膏性能測(cè)試：依據(jù)《GB/T 17669.4—1999建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定》對(duì)脫硫建筑石膏進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、凝結(jié)時(shí)間測(cè)試；依據(jù)《GB/T 17669.3—1999建筑石膏力學(xué)性能的測(cè)定》對(duì)建筑石膏進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

1.2.4 表征方法

掃描電鏡分析：硬化體樣品在模具中成型，脫模后破粹成約5mm的試塊，并立即浸泡在無(wú)水乙醇中3天，以終止其水化，然后在40℃烘箱中烘干至恒重，用毛細(xì)管吸取適量樣品置載玻片，斷面鍍金用掃描電鏡觀察晶體形態(tài)。

紅外光譜分析：在等電點(diǎn)條件下用乙醇析出復(fù)合氨基酸及其鈣的螯合物，再用乙醇進(jìn)一步純化，通過(guò)過(guò)濾、真空干燥等工序得到復(fù)合氨基酸及螯合物固體。分別取少量復(fù)合氨基酸和復(fù)合氨基酸螯合物于研缽中，分別加入KBr粉末研磨混合均勻，壓片，用傅里葉紅外光譜儀掃描其4000～500cm–1范圍內(nèi)的紅外吸收光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿濃度對(duì)水解反應(yīng)的影響

廢菌渣的細(xì)胞壁在堿性條件、微波輻射下極不穩(wěn)定，細(xì)胞壁破壞釋放菌體蛋白。堿濃度的高低直接影響著水解反應(yīng)的程度，高堿度能破壞蛋白質(zhì)間的肽鍵，經(jīng)過(guò)多肽和二肽一系列中間產(chǎn)物，最后變成游離的氨基酸。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)定料液比為1∶6，反應(yīng)溫度75℃，在堿濃度為0.01～0.04mol/L的條件下菌渣水解10min。分析氨基酸態(tài)氮含量，測(cè)定用于石膏體系的凝結(jié)時(shí)間。見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，隨著堿液濃度的增大，氨基酸態(tài)氮含量逐漸升高。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，堿液濃度越高，水解越完全。研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著堿濃度的提高水解液黏度逐漸增高，不利于后續(xù)過(guò)濾分離。另外，過(guò)高的堿濃度會(huì)造成堿的浪費(fèi)也會(huì)對(duì)氨基酸造成明顯的破壞。堿濃度為0.01～0.04mol/L的條件下，復(fù)合氨基酸用于石膏體系時(shí)凝結(jié)時(shí)間達(dá)到55～90min。結(jié)果表明：在堿濃度為0.035mol/L時(shí)復(fù)合氨基酸產(chǎn)率較高，此時(shí)，對(duì)脫硫石膏緩凝效果也較為理想。

2.2 料液比對(duì)水解反應(yīng)的影響

固定堿濃度為0.035mol/L，溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間10min，改變料液比，制備復(fù)合氨基酸水解液，分別測(cè)定不同樣品用于石膏體系的凝結(jié)時(shí)間，得到水解液氨基酸態(tài)氮含量及凝結(jié)時(shí)間隨料液比的變化規(guī)律，見(jiàn)圖2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在考察范圍內(nèi)，隨著料液比降低，氨基酸態(tài)氮含量逐漸降低，凝結(jié)時(shí)間也逐步縮短。在堿液量固定的條件下，料液比越低，菌渣摻量越少，有效成分越少，所以復(fù)合氨基酸含量越低。顯然，復(fù)合氨基酸對(duì)于石膏緩凝具有重要作用。

2.3 微波處理時(shí)間對(duì)水解反應(yīng)的影響

從圖3可以看出，隨著微波水解時(shí)間的延長(zhǎng)，氨基酸態(tài)氮含量緩慢增加。當(dāng)水解時(shí)間大于10min時(shí)，氨基酸態(tài)氮含量有下降趨勢(shì)。這是由于微波加熱的高效性，微波輻射在短時(shí)間對(duì)菌渣細(xì)胞的破壁效果明顯，從而使胞內(nèi)菌體蛋白大量溶出，菌體蛋白在短時(shí)間快速水解。實(shí)驗(yàn)條件下，石膏的凝結(jié)時(shí)間隨著微波輻射時(shí)間增加呈現(xiàn)先增加、后縮短的趨勢(shì)，初凝介于87～93min之間，而適宜的水解時(shí)間為10min左右。

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)水解反應(yīng)的影響

溫度對(duì)廢菌渣水解反應(yīng)速度具有重要影響。固定堿性濃度為0.035mol/L，料液比為1∶6，在不同反應(yīng)溫度下水解10min，研究水解產(chǎn)物中氨基酸態(tài)氮含量以及石膏體系凝結(jié)時(shí)間變化規(guī)律，見(jiàn)圖4。

結(jié)果表明，隨著溫度越高，氨基酸態(tài)氮含量和凝結(jié)時(shí)間均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)溫度高于75℃時(shí)，變化趨緩。溫度越高，反應(yīng)速率越快，有利于細(xì)胞壁的破壁和蛋白質(zhì)的水解。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

綜合上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析，確定正交實(shí)驗(yàn)因素與水平，以雙目標(biāo)（氨基酸態(tài)氮含量和用于石膏體系的凝結(jié)時(shí)間）進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。表3給出了正交實(shí)驗(yàn)因素和水平表，表4、表5給出了正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由表4、表5極差分析可知，無(wú)論以氨基酸態(tài)氮含量為目標(biāo)，還是以脫硫石膏初凝時(shí)間為目標(biāo)，各因素影響次序均為＞＞＞，而且兩者優(yōu)化的因素/水平組合均為3123，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了氨基酸態(tài)氮含量和脫硫石膏初凝時(shí)間是一致的。

2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化因素/水平組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，正交實(shí)驗(yàn)得到的優(yōu)化因素/水平組合響應(yīng)優(yōu)于其他組合。據(jù)此得到微波水解青霉素廢菌渣制備石膏緩凝劑最佳工藝條件為：堿濃度0.04mol/L，料液比1∶4，微波輻射時(shí)間10min，反應(yīng)溫度85℃。在該工藝條件下，緩凝劑中氨基酸態(tài)氮含量為1.8021g/L，石膏的初凝時(shí)間達(dá)到245min（緩凝劑摻量為0.105%）。

表3 實(shí)驗(yàn)因素與水平表

2.7 緩凝劑對(duì)石膏力學(xué)性能的影響

選取石膏常用的緩凝劑檸檬酸、檸檬酸鈉、六偏磷酸鈉與WPM緩凝劑作對(duì)比（以凝結(jié)時(shí)間為基礎(chǔ)），考察緩凝劑對(duì)脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間及抗折、抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。

表4 正交實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1（氨基酸態(tài)氮含量為目標(biāo)）

表5 正交實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果2（脫硫石膏初凝時(shí)間為目標(biāo)）

表6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 不同緩凝劑對(duì)石膏力學(xué)性能的影響

結(jié)果表明：緩凝劑的加入，在延緩脫硫建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的同時(shí)，也造成了一定的力學(xué)強(qiáng)度損失。與傳統(tǒng)的緩凝劑相比，實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合氨基酸緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏具有良好的緩凝效果，強(qiáng)度損失較小，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 緩凝機(jī)理分析

3.1 緩凝劑中游離氨基酸含量

吸取緩凝劑1mL，定容到50mL的容量瓶中。取20μL稀釋液，采用日立L-8900全自動(dòng)氨基酸分析儀測(cè)定。得到17種氨基酸標(biāo)樣譜圖見(jiàn)圖5，緩凝劑中氨基酸含量分析結(jié)果見(jiàn)表8。

從表8可以看出，緩凝劑中的主要成分為賴氨酸、酪氨酸，還含有微量的甘氨酸、半胱氨酸等。這些產(chǎn)物α位上都有羧基和氨基，并且半胱氨酸脂肪族側(cè)鏈上含有硫基。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分子結(jié)構(gòu)分析，可以初步斷定，羧基和氨基具有較強(qiáng)的螯合性能，這些基團(tuán)的存在會(huì)促進(jìn)石膏的 緩凝。

表8 緩凝劑中氨基酸含量

3.2 緩凝劑對(duì)脫硫石膏中鈣離子的螯合性能

為了進(jìn)一步分析、驗(yàn)證緩凝機(jī)理，參考“GB601—2002”設(shè)計(jì)了鈣離子螯合實(shí)驗(yàn)，考察羥基、羧基等基團(tuán)的螯合作用。首先配制EDTA溶液，標(biāo)定濃度為0.0234mol/L。其次，按照水-石膏質(zhì)量比10∶1混合均勻，水化一定時(shí)間后離心分離，取定量離心后的上清液體，采用滴定方法測(cè)定不同水化時(shí)間的鈣離子濃度，以此判斷緩凝劑在脫硫建筑石膏中的鈣離子螯合性能[15-16]。

由圖6可以看出，未摻緩凝劑的脫硫石膏水化時(shí)間小于15min時(shí)，鈣離子含量迅速下降；水化時(shí)間大于15min，鈣離子含量基本保持穩(wěn)定。摻有0.105%復(fù)合氨基酸緩凝劑的脫硫石膏在水化時(shí)間小于100min時(shí)，鈣離子含量緩慢降低；水化時(shí)間大于100min時(shí)，鈣離子含量才趨于恒定?？傊?，在開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)摻入緩凝劑的水化液中鈣離子含量比空白石膏水化液中鈣離子含量高，而且降低速度較為緩慢。原因在于，緩凝劑中酪氨酸、賴氨酸、半胱氨酸等氨基酸含有氨基和羧基等官能團(tuán)，溶于水后對(duì)鈣離子產(chǎn)生很強(qiáng)的螯合作用，形成的螯合物膠體附著于石膏粒子表面，延緩了半水石膏的溶解、水化過(guò)程和二水石膏的結(jié)晶，從而產(chǎn)生緩凝作用[17-18]。

Asp―天冬氨酸；Thr—蘇氨酸；Ser—絲氨酸；Glu—谷氨酸；Gly—甘氨酸；Ala—丙氨酸；Cys—胱氨酸；Val—纈氨酸；Met—甲硫氨酸； Ile—異亮氨酸；Leu—亮氨酸；Tyr—酪氨酸；Phe—苯丙氨酸；Lys—賴氨酸；His—組氨酸；Arg—精氨酸； Pro—脯氨酸（NH3只代表樣品處理過(guò)程中引入的氨氣，不代表任何氨基酸）

3.3 鈣的復(fù)合氨基酸/小肽的螯合物紅外分析

菌渣蛋白屬于單細(xì)胞蛋白，分子量較小，緩凝劑中游離氨基酸含量較多，也含有少量的小肽物質(zhì)。分別取少量復(fù)合氨基酸/小肽和鈣的復(fù)合氨基酸/小肽螯合物于研缽中，分別加入KBr粉末研磨混合均勻，壓片，用傅立葉紅外光譜儀得到4000～500cm–1范圍內(nèi)的紅外吸收光譜，見(jiàn)圖7。

復(fù)合氨基酸/小肽物質(zhì)紅外圖譜（圖7中a線）中3411.31cm–1是—NH的特征峰，1648.75cm–1是C=O的特征峰，1403.99cm–1是COO–的特征峰，1058.80cm–1是C—N的特征峰。在鈣的復(fù)合氨基 酸/小肽螯合物的紅外圖譜（圖7中b線）中，螯合后，C—N的吸收峰由原來(lái)的1058.80cm–1移動(dòng)到了1129.69cm–1，C=O與COO–分別移至1622.59cm–1、1416.33cm–1，—NH的吸收峰明顯減弱。說(shuō)明—NH鍵、C=O鍵、COO—鍵都參與了鈣離子的螯合反應(yīng)。由此可以推測(cè)，與鈣離子產(chǎn)生螯合作用的官能團(tuán)主要為氨基和羧基。

3.4 緩凝劑對(duì)脫硫石膏微觀結(jié)構(gòu)的影響

石膏的凝結(jié)時(shí)間與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，為了考察緩凝劑對(duì)石膏結(jié)晶過(guò)程的影響，借助掃描電鏡對(duì)摻加復(fù)合氨基酸緩凝劑的脫硫建筑石膏漿體和空白樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

圖8為未摻加緩凝劑的脫硫石膏漿體的微觀形貌?？梢钥闯?，空白脫硫石膏晶體呈板塊和細(xì)長(zhǎng)針狀，排列相互交錯(cuò)。圖9為摻加0.105%緩凝劑的脫硫石膏漿體的微觀形貌。其中，大部分晶體呈短柱形，也有小部分晶體呈片狀，晶體之間沒(méi)有明顯的縱橫交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。有理由認(rèn)為，緩凝劑的使用阻滯了石膏晶體的發(fā)育進(jìn)程。鈣螯合物膠體會(huì)吸附在石膏晶核表面上，抑制了晶核的軸向生長(zhǎng)，改變了石膏的形貌，減緩了石膏結(jié)晶速度，從而延長(zhǎng)了石膏的緩凝時(shí)間。

4 結(jié)論

（1）利用微波加熱與堿性水解的協(xié)同作用，使得廢菌渣水解反應(yīng)得到強(qiáng)化，大大縮短了水解時(shí)間，有效提高了水解反應(yīng)效率。與傳統(tǒng)的處理方式相比，利用青霉素菌渣制備石膏緩凝劑，可以有效降低了對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了青霉素廢菌渣安全、清潔利用。

（2）通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)青霉素菌渣水解制備石膏緩凝劑工藝進(jìn)行了研究，得到適宜的條件：堿濃度為0.04mol/L，料液比為1∶4，反應(yīng)時(shí)間為10min，反應(yīng)溫度為85℃。產(chǎn)品中氨基酸態(tài)氮含量為1.8021g/L，作為石膏緩凝劑使用時(shí)，初凝時(shí)間達(dá)245min（緩凝劑摻量為0.105%）。

（3）對(duì)緩凝劑中游離氨基酸進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明：緩凝劑是多種氨基酸的混合物，其中以賴氨酸和酪氨酸為主，還含有少量的甘氨酸、半胱氨酸等。氨基酸的含量與對(duì)石膏的緩凝效果呈正相關(guān)特征。

（4）通過(guò)鈣離子螯合實(shí)驗(yàn)以及鈣的復(fù)合氨基酸/小肽的螯合物紅外譜圖分析，得出對(duì)石膏起緩凝作用的主要基團(tuán)是氨基和羧基。借助掃描電鏡對(duì)摻加復(fù)合氨基酸緩凝劑的脫硫建筑石膏和空白樣進(jìn)行的微觀結(jié)構(gòu)分析，間接證實(shí)氨基和羧基在水溶液中與鈣離子形成的螯合物，抑制了石膏晶體的快速長(zhǎng)大，延緩了石膏的凝結(jié)時(shí)間。

[1] 王丙，劉輝玲，王璞．青霉素菌渣理化特性及其資源化利用研究現(xiàn)狀[J]．環(huán)境工程，2014，32（2）：139-142．

WANG Bing，LIU Huiling，WANG Pu．Characteristics of penicillin mycelium and its state of resource utilization[J]．Environmental Engineering，2014，32（2）：139-142．

[2] 陳立文，方森海，王明茲．抗生素發(fā)酵廢菌渣的無(wú)害化及資源再利用研究進(jìn)展[J]．生物技術(shù)通報(bào)，2015，31（5）：13-19．

CHEN Liwen，F(xiàn)ANG Senhai，WANG Mingzi．Research progress on the harmless treatment and resource reuse of antibiotic bacteria residues[J]．Biotechnology Bulletin，2015，31（5）：13-19．

[3] MENG X L，MIAO Y，ZHU Y，et al．Study on the antibiotic bacterial residue for the human health risk assessment[J]．Advanced Material Research，2013，788：476-479．

[4] 蘇建文，王俊超，許尚營(yíng)，等．紅霉素菌渣厭氧消化實(shí)驗(yàn)研究[J]．中國(guó)沼氣，2013，31（5）：25-28．

SU Jianwen，WANG Junchao，XU Shangying，et al．Anaerobic digestion of bacterial residues from erythromycin production[J]. China Biogas，2013，31（5）：25-28．

[5] 劉波文．青霉素菌絲體理化特性和化學(xué)法制備活性炭的研究[D]．石家莊：河北科技大學(xué)，2010．

LIU Bowen．Study on the characteristics of penicillin mycelium and the preparation of activated carbon with chemical method[D]. Shijiazhuang：Hebei University of Science & Technology．2010．

[6] 周保華，高勤，郭斌，等．響應(yīng)面法優(yōu)化青霉素菌渣活性炭制備技術(shù)的研究[J]．河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（6）：554-558．

ZHOU Baohua，GAO Qin，GUO Bin，et al．Optimization of activated carbon preparation from penicillin bacterial residue by response surface methodology[J]．Journal of Hebei University of Science and Technology，2012，33（6）：554-558．

[7] 韓慶，蘇海佳．廢菌渣高值化研究中細(xì)胞破壁工藝的比較[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（5）：144-147．

HAN Qing，SU Haijia．Comparison of cell wall broken in the research of high value utilization of mycelium residue[J]. Environmental Science &Technonlogy，2011，34（5）：144-147．

[8] 韓洪軍，牟晉銘，馬文成，等．微波輻射對(duì)青霉素菌渣破壁效果的影響[J]．化工學(xué)報(bào)，2013，64（10）：3812-3817．

HAN Hongjun，MOU Jinming，MA Wencheng，et al．Effect of microwave on cell wall broken of penicillin fermentation residue[J]．CIESE Journal，2013，64（10）：3812-3817．

[9] 許家喜．微波與有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的選擇性[J]．化學(xué)進(jìn)展，2007，19（5）：700-712．

XU Jiaxi. Microwave irradiation and selectivities in organic reactions[J]．Progress in Chemistry，2007，19（5）：700-712．

[10] 王傳芬．從廢菌絲體中提取殼聚糖的研究[J]．中國(guó)釀造，2009（10）：123-126．

WANG Chuanfen．Extraction of chitosan from waste mycelium[J]. China Brewing，2009（10）：123-126．

[11] 劉玲，吳正奇，王雄，等．青霉素菌絲體中麥角固醇分離和純化研究[J]．湖北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2013（2）：232-235．

LIU Ling，WU Zhengqi，WANG Xiong，et al．Study on extraction of ergosterol from penicillin mycelium[J]．Journal of Hubei University（Natural Science），2013（2）：232-235．

[12] 韓慶雪，聞建平，馮國(guó)龍．麥角固醇工業(yè)化提取工藝研究[J]．河北化工，2007，30（2）：42-43．

HAN Qingxue，WEN Jianping，F(xiàn)ENG Guolong．Study on industrialized extraction processes of ergostero[J]．Hebei Chemical Industry，2007，30（2）：42-43．

[13] 任曉瓊，趙風(fēng)清，胡倩倩．利用青霉素廢菌絲體制備脫硫石膏緩凝劑的研究[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（2）：134-137．

REN Xiaoqiong，ZHAO Fengqing，HU Qianqian．Study on gypsum retarder from waste penicillin mycelium[J]. Environmental Science & Technology，2014，37（2）：134-137．

[14] 苗雨田，楊悠悠，王浩，等．全自動(dòng)氨基酸分析儀法測(cè)定不同年份黃酒中游離氨基酸的含量[J]．食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2015，6（4）：1155-1159．

MIAO Yutian，YANG Youyou，WANG Hao，et al．Determination of amino acids content in yellow rice wine of different years with automatic amino acid analyzer[J]．Journal of Food Safety Quality，2015，6（4）：1155-1159．

[15] 趙瑩，梁驍男，李芹，等．高溫緩凝劑LY的合成及在低密度水泥漿中的應(yīng)用[J]．化工進(jìn)展，2015，34（8）：3124-3127．

ZHAO Ying，LIANG Xiaonan，LI Qin，et al．Synthesis of a high temperature retarder LY and the application in low density cement[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2015，34（8）：3124-3127．

[16] 彭家惠，王祖潤(rùn)，劉進(jìn)超，等．復(fù)合型緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏水化進(jìn)程的影響及緩凝機(jī)理[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（11）：73-75．

PENG Jiahui，WANG Zurun，LIU Jinchao，et al．Influence of compound retarders on the hydration process of FGD building gypsum and its retarding mechanism[J]．Journal of Chongqing University，2011，34（11）：72-75．

[17] SINGH M，GARG M．Retarding action of various chemicals on setting and hardening characterings of gypsum plaster at different pH[J]．Cement and Concrete Research，1997，27（6）：947-950．

[18] KOJIMA Y，YASUE T．Synthesis of large plate-like gypsum dihydrate from waste gypsum board[J]．Journal of the European Ceramic Society，2006，26（4/5）：777-783.

Preparation and application of mixed amino acids from waste penicillin mycelium by microwave hydrolysis

ZHANG Mengmeng1，ZHAO Fengqing1，2

（1College of Chemical and Pharmaceutical EngineeringHebei University of Science & Technology，Shijiazhuang 050018，Hebei，China；2Hebei Engineering Research Center of Solid Wastes Utilization，Shijiazhuang 050018， Hebei，China）

Waste penicillin mycelium（WPM）is solid waste from the fermentation process of penicillin in pharmaceutical industry，which will result in air pollution and threaten the ecological environment. WPM was treated by microwave hydrolysis in alkali condition to produce mixed amino acids，which can be used for gypsum retarder to realize safe utilization of WPM. Based on the single factor experiment，four factors were selected for orthogonal experiment：alkali concentration，solid-liquid ratio，treatment time，and temperature. The optimal conditions for the hydrolysis process were obtained：alkali concentration 0.04mol/L，solid-liquid ratio 1∶4，reaction time 10min，and at 85℃. Chemical composition of the product was analyzed using high speed amino acid analyzer. The retarding mechanism for desulphurization gypsum was investigated using FTIR and SEM. The results showed that the retarder contained amino acids such as lysine，tyrosine，and cysteine，etc. The amino and carboxyl group in the retarder chelated with calcium ion，forming mixed amino acids/small peptides complexes，which delayed dissolution，hydration and crystallization of gypsum crystals，thereby prolonging the setting time of gypsum paste.

mycelium residue；gypsum retarder；microwave；protein；hydrolysis；mixed amino acids；petptide

X705

A

1000–6613（2017）06–2275–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.044

2016-10-09；

2017-02-09。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21304030）。

張蒙蒙（1992—），女，碩士研究生。聯(lián)系人：趙風(fēng)清，博士，教授。E-mail：zhaofq3366@126.com。