檸檬酸廢水回流發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸工藝

　　檸檬酸是重要的化工產(chǎn)品，當前主要采用發(fā)酵法生產(chǎn)。檸檬酸提取方法主要包括鈣鹽提取法、改良鈣鹽提取法和色譜提取法。鈣鹽提取法是指先固液分離去除檸檬酸發(fā)酵液中的菌體渣等固形物，再經(jīng)復濾等工藝澄清發(fā)酵液，加熱后用碳酸鈣等含鈣化合物進行酸堿中和，形成檸檬酸鈣晶體，通過固液分離收集液體進入下段工藝后繼續(xù)純化，由此固液分離后的溶液即為廢糖水。色譜提取法是指通過固液分離去除檸檬酸發(fā)酵液中的菌體渣等，經(jīng)膜過濾等工藝澄清發(fā)酵液，然后用色譜分離系統(tǒng)進行分離，得到檸檬酸提取液，在此分離過程中產(chǎn)生的廢液即為色譜殘液。每噸檸檬酸產(chǎn)生的廢水中的COD達350kg?t-1，濃度為10000～15000ppm。廢糖水和色譜殘液成分比較相近，主要含有纖維、菌體、有機酸、糖、蛋白質(zhì)膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等，這些物質(zhì)對廢水的COD影響特別大，因此，廢糖水和色譜殘液回收利用對于環(huán)境保護、節(jié)約資源、實現(xiàn)清潔生產(chǎn)與資源循環(huán)利用有極其重要的現(xiàn)實意義。

　　1、材料與方法

　　1.1 菌種適應(yīng)性進化及穩(wěn)定性考察

　　檸檬酸廢糖水中存在一定濃度的色素、金屬離子等物質(zhì)，對黑曲霉有一定的抑制作用，導致發(fā)酵前期菌體生長停滯、產(chǎn)酸緩慢、延滯期長。以廢糖水為培養(yǎng)基主要成分，篩選對廢糖水耐受力強的菌株。提高廢糖水中菌種適應(yīng)性，研究工藝如圖1所示。

　　將菌株在廢糖水斜面上進行5次傳代，分別得到1～5代斜面，并接入廢糖水搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基中搖床培養(yǎng)，以原始菌株為對照，考察篩選出的菌株的發(fā)酵結(jié)果及穩(wěn)定性，。搖瓶發(fā)酵條件為35℃，320r?min-1，培養(yǎng)72h后檢測數(shù)據(jù)。

　　1.2 檸檬酸廢水回流工藝

　　用廢糖水和色譜分離過程產(chǎn)生的殘液替代自來水用于玉米粉調(diào)漿，用氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH，加入酶進行噴射液化;過濾液化后的料液，并去渣，然后進行發(fā)酵投料、實消;用廢糖水適應(yīng)性研究得到的菌種，根據(jù)移種標準在種子罐中進行轉(zhuǎn)種培養(yǎng);發(fā)酵結(jié)束后，對發(fā)酵液進行固液分離得到清液，通過鈣鹽或色譜分離工序得到廢糖水或色譜殘液，并繼續(xù)用于液化調(diào)漿，以實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，具體工藝流程如圖2。

　　1.3 廢糖水回流工藝液化試驗

　　1.3.1 儀器設(shè)備

　　主要儀器包括400m3、5m3、500L、50L及15L發(fā)酵罐，配套pH和DO電極;兆光科技中試液化系統(tǒng)裝置;搖床、生物傳感儀、電子天平、顯微鏡、血球計數(shù)板、高壓滅菌鍋和板框壓濾機等。

　　1.3.2 分析方法

　　對液化、發(fā)酵、提取工段進行分析，采用顯微鏡觀察及血球板計數(shù)法對孢子進行計數(shù);采用菲林試劑滴定法測定總糖、還原糖及葡萄糖值(DE);采用凱氏定氮法測定總氮;用NaOH滴定法測定酸度;用鹵素水分儀測定水分;用光電比色法測定檸檬酸鈣中的易碳化物(RCS);采用EDTA滴定法測定鈣離子含量。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 適應(yīng)性進化菌株穩(wěn)定性考察

　　根據(jù)1.1中的方法在廢水環(huán)境中篩選出適應(yīng)性進化菌株G2100。對其生長與代謝穩(wěn)定性進行搖瓶發(fā)酵研究，結(jié)果如表1所示。由表1可知，將篩選出的G2100菌株接入廢糖水培養(yǎng)基中，生長良好，其產(chǎn)酸效果與原始菌株接入正常配料的培養(yǎng)基中發(fā)酵效果接近，說明G2100能夠在廢糖水中正常生長、發(fā)酵。經(jīng)過5次傳代后，菌種的產(chǎn)酸性狀保持穩(wěn)定，說明該菌株穩(wěn)定性較好，可以用于生產(chǎn)?？蓪2100進行擴大培養(yǎng)并保藏，供后續(xù)研究用。

　　2.2 廢糖水回流對液化的影響

　　廢糖水單次回流對液化的影響如表2所示。經(jīng)3次中試液化試驗可以看出，廢糖水配料與工藝水配料的各項指標均比較接近;并且3次實驗中混液總糖、清液總糖、濾渣總糖比較穩(wěn)定，葡萄糖值(DE)值變化較小，說明廢糖水配料對液化影響較小，總體液化效果比較穩(wěn)定，可以進行廢糖水回流循環(huán)利用研究。

　　2.3 廢糖水回流對發(fā)酵的影響

　　對廢糖水單次回流發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的工藝進行中試可行性研究，分別采用工藝水和廢糖水發(fā)酵，結(jié)果如圖3。由圖3可知，采用廢糖水回流發(fā)酵，前期菌體生長停滯、產(chǎn)酸緩慢，發(fā)酵延滯期和周期顯著增長，說明廢糖水對黑曲霉的生長有一定的抑制作用。

　　2.4 廢糖水回流對提取工段的影響

　　中試發(fā)酵工段采用廢糖水回流發(fā)酵液，并進行后續(xù)的固液分離、中和、檸檬酸鹽過濾等提取實驗，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，廢糖水回流發(fā)酵液的過濾速度、復濾速度、中和鈣鹽水分、中和料液壓濾速度和廢糖水鈣離子，與對照實驗水平比較接近，波動幅度較小，說明廢糖水回流工藝對提取工段沒有顯著影響。通過液化、發(fā)酵和提取工段的實驗比較發(fā)現(xiàn)，廢糖水回流工藝對液化和提取工段沒有顯著影響，由于廢糖水對菌種的抑制作用，使發(fā)酵延滯期和周期延長，轉(zhuǎn)化率偏低。

　　3、結(jié)論

　　廢糖水循環(huán)利用過程中，液化效果比較穩(wěn)定;發(fā)酵產(chǎn)酸、殘?zhí)恰⒅芷诤桶l(fā)酵轉(zhuǎn)化率等指標波動較小，維持在較高的水平;中和提取相對穩(wěn)定。生產(chǎn)規(guī)模工業(yè)化試驗，表明廢糖水回收利用可行。(來源：江蘇國信協(xié)聯(lián)能源有限公司)