一种氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取的方法

技术领域

本发明属于氨基酸发酵菌体蛋白提取技术领域，尤其涉及一种氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取的方法。

背景技术

目前，谷氨酸发酵行业中谷氨酸提取后的母液含有大量菌体蛋白，直接排放既不利于废水处理，也造成菌体蛋白资源浪费。通常先对母液进行菌体蛋白提取后，菌体蛋白经烘干制备蛋白饲料，提取液经低温负压浓缩为肥料原液，用于制造液肥、有机肥料。

目前，行业内普遍采用凝絮气浮-沉淀法进行谷氨酸提取母液中菌体蛋白的提取，该方法提取后的母液仍含有4％-5％的蛋白残留，导致蛋白提取后的母液粘度偏高，对后续的母液低温负压浓缩造成较大的不良影响。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的氨基酸发酵母液菌体蛋白提取方法蛋白提取收率低，提取不彻底，残留蛋白过多。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取的方法。

本发明是这样实现的，一种氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取的方法，所述氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取的方法包括：

步骤一，谷氨酸提取母液的预处理；

步骤二，向预处理后的谷氨酸提取母液中加入絮凝剂进行絮凝沉淀，得到粗菌体蛋白沉淀和上清液；

步骤三，收集所述粗菌体蛋白沉淀并利用箱式过滤器对所述粗菌体蛋白沉淀进行压滤得到一次蛋白滤饼和一次滤清液；

步骤四，将步骤二中得到的上清液与步骤三得到的一次滤清液以及步骤七得到的二次滤清液混合均匀后，得到混合液；

步骤五，进行所述混合液进行预处理；

步骤六，将预处理后的混合液利用经碟片式分离机进行分离处理，得到二次提取粗蛋白和离心清液；

步骤七，将所述二次提取粗蛋白利用箱式压滤机压滤得到二次蛋白滤饼和二次滤清液；

步骤八，将步骤三得到的一次蛋白滤饼与步骤七得到的二次蛋白滤饼利用转鼓烘干机烘干得到菌体蛋白；

步骤七，将步骤六得到的离心清液进行真空浓缩，得到肥料原液和浓缩冷凝水。

进一步，所述步骤一中，进行谷氨酸提取母液的预处理包括：

通过向所述谷氨酸提取母液中添加步骤六得到的离心清液调节所述谷氨酸提取母液pH至4.0-4.5；

通过将步骤七中的高温浓缩液的热能利用螺旋板式换热器调节所述谷氨酸提取母液的温度至60-65℃。

进一步，所述步骤二中，絮凝剂由胶体状聚丙烯酸钠利用步骤七得到的浓缩冷凝水溶解得到。

进一步，所述步骤二中，所述絮凝剂的添加量为所述谷氨酸提取母液的4‰-6‰。

进一步，所述步骤二中，絮凝沉淀时间为3小时。

进一步，所述步骤四中，将步骤一中得到的上清液与步骤二得到的一次滤清液以及步骤五得到的二次滤清液混合包括：

按照10:4-10:6的比例进行所述上清液、所述一次滤清液以及所述二次滤清液的混合。

进一步，所述步骤五中，进行所述混合液的预处理包括：

通过向所述谷氨酸提取母液中添加步骤六得到的离心清液调节所述谷氨酸提取母液pH至3.5-3.8；

通过将步骤七中的高温浓缩液的热能利用螺旋板式换热器调节所述谷氨酸提取母液的温度至45-55℃。

进一步，所述步骤六中，利用混合液经碟片式分离机进行分离处理包括：混合液经碟片式分离机在2000-2500转/分钟的转速下进行分离。

进一步，所述步骤七中真空浓缩倍数为2.7倍。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明将谷氨酸提取母液的蛋白提取收率提高了2.7％-3.2％，将蛋白提取后的滤清液蛋白残留由4.7％-5.2％降低至2％以下，经真空蒸发浓缩获得的肥料原液浓缩倍数由2.1-2.3升高至2.7。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明提供了一种氨基酸提取废液中菌体蛋白二次提取的方法，解决了现有谷氨酸提取母液中菌体蛋白提取工艺后残留蛋白过多的问题，并有效的对提取母液中的残留蛋白进行了二次回收。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

当前，我国谷氨酸产量约170万吨/年，基本都采用温敏菌种发酵+连续等电提取的方法制造谷氨酸，根据2020年行业数据，当前蛋白提取比率为

15.5％左右(蛋白提取量÷谷氨酸产量)。

本发明技术方案运用后，提取率增加至18％以上，峰值达到20％，菌体蛋白提取总量增加2.5％-4.5％，按照年产170万吨谷氨酸计算，最低可增加蛋白产量4.25万吨，按照2022年一季度菌体蛋白市场价格4200元/吨计算，可实现销售收入1.79亿元。

此外，谷氨酸提取母液采用此技术后，母液蛋白含量下降，粘度降低，经真空浓缩后制成的肥料原液浓缩倍数由2.1-2.3提高到2.7左右，可降低肥料制造成本约3000万元。

同时，本技术方案经过进一步研究后，可推广至全发酵行业。截至2020年，我国发酵制品总产量超过3000万吨，其中苏氨酸、赖氨酸、柠檬酸大约1700万吨，均存菌体蛋白提取的工艺问题，本发明若能推广至相关行业，可实现商业价值近20亿元。

(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

自发酵法生产谷氨酸等制品技术发明以来，发酵液提取产品后，其废液的蛋白提取技术主要集中在不溶性蛋白提取上，通过升温变性，加入絮凝剂后进行过滤、离心等方法，能够提取80％以上的菌体蛋白，但对剩余的可溶性蛋白和小分子蛋白，一直没有可靠及有效的提取方法。

本技术开发过程中，经反复测试和试验，最终找到了适合的条件和方法，使这部分可溶性蛋白及小分子蛋白经交联聚集成团，并形成可提取状态而被提取出来。

(3)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题：

本发明的技术方案，解决了在酸性条件下，可溶性菌体蛋白及小分子蛋白的提取技术难题，并验证和部分解决了发酵法生产谷氨酸时，提取后母液制造有机肥料的大生产工艺中，提取母液的浓缩倍数难以超过2.5倍的技术难题。

(4)本发明的技术方案是否克服了技术偏见：

本发明的技术方案最终实现，克服了两个争论已久的技术分歧：

其一：真假蛋白之争。一直以来，由于工业生产中，菌体蛋白提取收率始终不能突破蛋白含量理论检测值(约20％-25％)的80％，故一直以来，都有菌体蛋白检测值的20％为假蛋白的说法，本发明的技术方案，成功在工业生产中将菌体蛋白提取率由15.5％提升至18％-19.5％(峰值)，证实了菌体蛋白含量检测值与实际值并无20％以上的偏差，实际偏差应为1％-5％。

其二：自发酵法生产谷氨酸提取母液制造有机肥料的工艺发明以来，提取母液的浓缩倍数在工业大生产中难以超过2.5倍，实际工业生产在2.1-2.3左右，一旦浓缩倍数超过2.5，即会发生料液粘稠、粘壁、大量起沫等导致难以继续蒸发水份进行浓缩的异常情况。

此前，一直有观点认为是由于菌体蛋白残留导致，但一直未获证实；另一观点则认为是浓缩后，母液中无机盐析出并形成水合结晶体导致；

本发明的技术方案运用后，提取母液的浓缩倍数在实际大生产中达到了2.7以上，证实了菌体蛋白残留的实际影响确实存在。

附图说明

图1是本发明实施例提供的现有谷氨酸提取母液中菌体蛋白提取方法流程图。

图2是本发明实施例提供的氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取方法流程图；

图3是本发明实施例提供的氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取方法原理图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图2-图3所示，本发明实施例提供的氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取方法包括：

S101，将谷氨酸提取母液的pH调节为4.0，调节谷氨酸提取母液的温度为60℃，向调节后的谷氨酸提取母液中按照4.5‰添加聚丙烯酸钠后絮凝沉淀3小时，得到蛋白沉淀物和上清液；

S102，利用箱式过滤器对蛋白沉淀物进行过滤，分离得到一次蛋白滤饼和一次滤清液；将步骤S101中的上清液与步骤S102中得到的一次滤清液以及步骤S104中得到的二次滤清液的混合液按10:4的比例混合，得到混合液；

S103，调节混合液的温度至45℃，调节混合液的pH至3.5，利用经碟片式分离机对调节后的混合液在2500转/分钟的转速下进行分离，得到二次提取粗蛋白和离心清液；

S104，将二次提取蛋白利用箱式压滤机压滤得到二次蛋白滤饼和二次滤清液；将步骤S102得到的一次蛋白滤饼和步骤S104得到的二次蛋白滤饼烘干后得到菌体蛋白；

S105，将步骤S103得到的离心清液真空浓缩2.7倍后得到肥料原液和浓缩冷凝水。

步骤S102中，本发明实施例提供的一次滤清液中蛋白含量4.7％-5.2％。

步骤S102中，本发明实施例提供的二次滤清液中蛋白含量≤2％。

步骤S104中，本发明实施例提供的产品蛋白中蛋白含量≥65％。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

将谷氨酸提取母液用碟片式离心机离心清液调至pH4.0，用高温浓缩液通过板式换热器将提取母液温度控制在60℃，按照0.45‰添加聚丙烯酸钠后絮凝沉淀3小时，得到蛋白沉淀物和上清液，蛋白沉淀物经过箱式过滤器过滤，分离等到一次蛋白滤饼和一次滤清液，将上清液与一次和二次滤清液的混合液按10:4比例混合，同样采用碟片式离心机离心清液调至pH3.5，用高温浓缩液通过板式换热器将提取母液温度控制在45℃，将混合液经碟片式分离机在2500转/分钟的转速下进行分离，得到二次提取粗蛋白和离心清液；将二次提取蛋白经箱式压滤机压滤得到二次蛋白滤饼和二次滤清液；得到的一次和二次蛋白滤饼烘干后得到菌体蛋白产品，离心清液经真空浓缩2.7倍后得到肥料原液和浓缩冷凝水，肥料原液用于制备有机肥料，浓缩冷凝水做工艺水回用。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。对比本发明实施例提供的氨基酸提取母液中菌体蛋白二次提取方法(如图3所示)与现有的谷氨酸提取母液蛋白提取方法(如图1所示)，能够发现，本发明可有效提高菌体蛋白收率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。