头孢菌渣理化性质研究

2015-08-05苑丽梅王梦梦刘惠玲

哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2015年6期

苑丽梅，王梦梦，王璞，刘惠玲

(哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源国家重点实验室，哈尔滨150090)

头孢菌素属于发酵类抗生素药物，生产过程中会剩余一部分培养基及菌丝体等固体废物，即头孢菌渣，生产1 t抗生素约产生8～10 t湿菌渣[1].头孢菌渣富含蛋白质、脂肪等营养物质，还有部分代谢中间产物、有机溶媒、钙、镁、微量元素和少量残留的抗生素[2]，曾作为动物饲料被广泛利用，但由于抗生素菌渣做饲料可能引起动物的耐药性、人畜共患病等，并且未作安全性试验，存在各种安全隐患.因此，于2002年被列入《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》，并于2008年被列入《国家危险废物名录》.由于头孢菌渣产量大、含水率高、处理费用高，按照危险废物进行焚烧或填埋处置受到了限制，菌渣的处理问题日益突出[3－4].

近年来，对于抗生素菌渣资源化利用的研究很多，如HB菌渣和青霉素菌渣混合堆肥[5]、从青霉素菌丝体中提取纯化核糖核酸[6]、徐颂等对林可霉厌氧发酵条件进行探索[7]，以及王冰等利用青霉素菌渣制备饲料酵母[8]，郭斌等采用青霉素菌渣制备菌丝体活性炭[9]等.2008年，自菌渣被列为危险废物后，抗生素菌渣的安全处理处置问题逐渐被提上日程，但总体来说，对于头孢菌渣资源化的相关研究很少，甚至对于其理化性质都鲜少报道.因此，研究头孢菌渣的理化性质，对于合理资源化利用头孢菌渣具有重要意义.

实验以哈尔滨制药总厂头孢菌素菌渣为研究对象，主要研究头孢菌渣的物理特性及化学成分，为头孢菌渣的综合利用和合理处置提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本实验所用的头孢菌渣来自于哈尔滨制药总厂，头孢菌素生产工艺正常运行时过滤后菌渣，取回的湿菌渣置于－18℃备用.头孢菌素生产工艺及头孢菌渣产生过程如图1所示.

图1 头孢菌素发酵工艺

1.2 分析指标与方法

本实验分析指标与分析方法见表1.

表1 检测指标与分析方法

续表1

2 结果与讨论

2.1 化学特性分析

抗生素菌渣的化学特性分析对其资源化利用有重要意义，经分析头孢菌渣的各种组分质量分数见表2.表3是菌渣无机元素化学分析结果.由此可以看出:

1)头孢菌渣中水分百分含量较高，可达62.17%，与头孢菌素菌渣能造成二次污染有直接关系，自然长久放置的菌渣就会自溶，并且散发出恶臭味，严重污染环境，菌渣的减量化与含水率有很大关系;

2)头孢菌渣灰分质量分数较低(10.36%);干菌渣中粗脂肪的质量分数较高(16.55%);粗蛋白质量分数采用凯氏定氮法检测，检测结果显示干菌渣中蛋白质的质量分数为30.24%.有机质质量分数在菌渣中非常高，主要原因是菌渣中含有大量的剩余培养基和菌丝体.

3)头孢菌渣中C和O质量分数都较高，质量分数分别达到了50%和25%以上;N、H元素也相对较高，分别达到了6.63%和11.51%;头孢菌渣的C/N为7.59，厌氧发酵过程中可能需要添加额外C源，微生物能正常生长，也可以考虑与厨余垃圾等碳氮比较高的垃圾进行共发酵，回收部分能源[12].

表2 头孢菌渣基本组分质量分数(%)

表3 菌渣非金属元素化学分析(%)

2.2 重金属质量比测定

抗生素菌渣中含有重金属，重金属在菌渣的存放和处置过程中会以金属离子的形式进入土壤和地下水.因此，检测头孢菌渣中含重金属离子的是有必要的，若超过相关标准，就必须加以去除，防止造成二次污染.表3为头孢菌渣中含重金属的测定结果.

由表4可知，由于菌渣主要是头孢菌素发酵后剩余的菌丝体和培养基，培养基中含有一定量的碳酸钙和碳酸镁，菌渣中Ca、Mg离子质量比较高，其他重金属离子相对较少，均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002规定的污泥农用时在酸性(pH＜6.5)土壤上污染物的控制标准限值.

表4 菌渣含重金属的量(mg·kg－1干菌渣)

2.3 傅里叶红外光谱分析

对菌渣进行傅里叶红外分析，根据对红外光谱图上的吸收带的分析，可以从中了解头孢菌渣中有机质的化学结构及其变化[13].

图2为头孢菌渣傅里叶红外光谱图.波数为3 400 cm－1处出现强吸收峰，为O—H伸缩振动产生的特征吸收峰;2 900 cm－1左右处的吸收峰代表C—H伸缩振动峰，波数1 600 cm－1附近出现窄而强的吸收峰，为头孢菌渣中烯烃化合物C=C的伸缩振动产生的吸收峰;1 000 cm－1左右有一较强吸收峰为脂肪胺C—N伸缩振动.

由上分析可知头孢菌渣中主要含有烷烃及糖类，脂类化合物.