从谷氨酸发酵液中分离菌体的方法
2007-04-25 21:51:56   来源：环　保　科　技   评论：0 点击：

　　从谷氨酸发酵液中提取谷氨酸的方法有:等电点法、离子交换法、盐酸盐法、锌盐法、渗透膜分离法、溶剂抽提法等。其中,带菌体浓缩冷冻等电点法,是目前较先进且经济效益较高的方法,但其主要缺点是:发酵液中含有菌体、蛋白质、胶体和其他固形物,干扰和妨碍了谷氨酸的结晶,影响了结晶的纯度和收率。若先除去发酵液中的菌体等物质,再用浓缩冷冻等电点法提取,就更先进,经济效益更高。目前,去除发酵液中菌体等固形物的方法有:(1)离心分离法:如用瑞典ALFA-LAVAL公司的FESX512S—31C型蝶片式高速离心机分离是较先进的机械分离,但除菌率平均只有70%,且设备昂贵、耗能多;(2)无机膜超级过滤法:工艺复杂、过滤速度慢、无机膜价格高、损耗大;(3)无机盐类化学絮凝剂絮凝分离:如铝盐、铁盐及其共聚物等,但使用时药剂用量很大,操作繁杂,产生的污泥量多,处理费用高;(4)有机高分子类絮凝剂絮凝分离:如聚丙烯酰胺衍生物等,这些絮凝剂尽管非常有效,但残留物有一定毒性,不宜在食品行业使用。因此,开发高效、安全、无毒,无二次污染的絮凝剂,己越来越引起各国科研工作者的重视。壳聚糖又名几丁聚糖、甲壳胺、甲壳糖、壳糖胺、脱乙酰甲壳质。化学名:(1.4)-2-胺基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。白色至淡黄色粉末或不定形状。不溶于水和一般有机溶剂,不溶于中性或碱性溶液,而能溶于酸性水溶液,形成一种透明的、带正电的阳离子黏稠液体,平均分子量10～2.0×106。壳聚糖天然无毒,对高分子和离子性复合物有很强的凝聚力,而且可生物降解,不产生二次污染,是一种非常理想的生物絮凝剂。

1　实验部分

1.1　壳聚糖絮凝剂的配制壳聚糖(购自南通兴成生物制品厂),其DAC(脱乙酰度)85%,粒径250～380μm,粉末状。取1g壳聚糖溶解于100mL1%的醋酸溶液中,测其黏度为720mPa·s。1.2　实验1取某生化厂玉米淀粉发酵液900mL,其GA(谷氨酸含量)5.83%,pH6.0,RG(残糖含量)0.8%,OD(含菌量)0.88%,倒入1000mL烧杯中,常温搅拌(搅拌速度120r/min)下加入壳聚糖絮凝剂12mL,加毕即停止搅拌,静置凝集后提取上清液,剩下絮凝物重液,倒入网孔为150μm的丝绢,手工挤压回收清液。丝绢上湿菌体含水率70.3%,蛋白65.03%。合并2次清液,OD为0.039%。采用冷冻等电点提取谷氨酸,等电收率为80.22%,麸酸纯度87.63%,透光率26%,母液GA1.1%。

1.3　实验2

再取该厂玉米粗原料直接发酵液1000mL于烧杯中,其GA6.89%,pH6.5,OD0.99%,RG0.7%,COD161600mg/L,用HCl调pH至5.3,边搅拌边加入壳聚糖絮凝剂15mL,加完即停止搅拌,静置絮凝,絮凝物下沉后提取上清液,重液入网孔为150μm的丝绢压滤,回收滤液,得湿菌体滤饼,滤饼含水率68.48%,蛋白63.96%,合并2次清液,测OD为0.043%。冷冻等电点提取谷氨酸,等电收率84%,麸酸纯度91.5%,透光率59%,母液GA0.98%,COD52640mg/L。1.4　实验3仍取该厂玉米淀粉发酵液1000mL,注入1000mL烧杯中,其GA5.59%,RG0.92%,OD1.30%,pH5.2,COD149648mg/L,该发酵液受噬菌体感染,菌体发生自溶。搅拌情况下加入壳聚糖絮凝剂12mL,加完即停止搅拌,静置絮凝,絮凝物下沉后提取上清液,重液入网孔为150μm的丝绢压滤,得湿菌体33g,滤饼含水率65.14%,蛋白65.42%。合并2次清液,测OD为0.063%,冷冻等电点提取谷氨酸,等电收率71.84%,纯度86.06%,透光率23%,母液GA1.22%,COD53152mg/L。

2　结果与讨论

采用含1%壳聚糖的醋酸溶液(含醋酸1%)做絮凝剂,分离谷氨酸发酵液菌体、蛋白质、胶体、残糖等,具有工艺简单、流程短、能耗低、分离速度快、效果好等特点。壳聚糖脱乙酰度(DAC)为85%。含1%壳聚糖的醋酸溶液,温度20℃时的黏度为720mPa·s,絮凝用量为发酵液的1.2%～1.3%,絮凝时搅拌速度以120r/min为宜,过快会打碎絮凝花(造成絮凝物变得十分细小),造成过滤困难。并且在实施絮凝分离前,发酵液的pH值最好调到6或6以下。采用以上方法,菌体去除率超过95%,分离后的菌体可直接作为优质饲料蛋白。提取谷氨酸后,母液中的谷氨酸残留为1.0%～1.2%,COD可1次降到50000mg/L左右,重液脱水可采用机械脱水、分离,其疏水性很好,解决了絮凝物难以脱水的问题。清液的总回收率为97%～98%,即使不经浓缩,直接采用冷冻等电点提取,其谷氨酸收率也可在原带菌体一次冷冻等电点提取的基础上提高5%以上,谷氨酸纯度可为90%左右,透光率提高10%～20%。若菌体分离后,采取浓缩等电点提取工艺,谷氨酸收率可超过90%。尤其是在发酵异常,或噬菌体感染的情况下(只要产酸基本正常),采用本方法仍能取得较高收率,得到较高纯度的谷氨酸。我们用壳聚糖做絮凝剂曾处理、净化过柠檬酸、维生素C发酵母液,及豆制品加工废水、酿造废水等,均取得了满意效果,COD1次去除率平均可达30%。壳聚糖做絮凝剂最大的优点是不产生二次污染,其降解后的最终产物是非常安全的葡萄糖单体。