回收菌液中残余色氨酸提高色氨酸提取收率研究

李菲，赵春光,，哈志瑞，徐庆阳

（1.天津科技大学生物工程学院，天津300457；2.宁夏伊品生物科技股份有限公司，宁夏银川750100）

回收菌液中残余色氨酸提高色氨酸提取收率研究

李菲1，赵春光1,2，哈志瑞2，徐庆阳1

（1.天津科技大学生物工程学院，天津300457；2.宁夏伊品生物科技股份有限公司，宁夏银川750100）

色氨酸工业生产中利用陶瓷膜去除发酵液中菌体，膜截留的菌体通过絮凝沉淀、板框过滤、干燥后作为菌体蛋白饲料，气浮清液直接进行废水处理，从而导致废水处理量大、产品附加值低、色氨酸收率低。通过中小试实验，最终确定利用卧螺离心机可实现色氨酸陶瓷膜浓缩液的二次回收，进一步提高色氨酸成品收率。

色氨酸；菌体蛋白；成品收率

色氨酸为白色或微黄色结晶或结晶性粉末，微溶于水，易溶于甲酸，是构成动植物蛋白质的一种必需氨基酸，广泛应用于饲料、医药、食品行业。目前色氨酸发酵液主要是通过陶瓷膜过滤处理，陶瓷膜截留菌体蛋白液占发酵液体积的20%左右[1-4]，此部分料液中色氨酸含量8 g/L左右，因此有很大的回收利用空间，若将此部分料液直接进行絮凝沉淀处理，会降低气浮母液的利用价值，而排放到环境中会造成环境污染和浪费[5-7]。卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备，具有连续操作、运行平稳、生产能力大和运行成本低等特点。

1 实验工艺流程

色氨酸发酵液经陶瓷膜过滤除菌，菌体中会有部分色氨酸，通过pH、温度的调整，再经过卧螺沉降离心机进一步分离回收菌体中的色氨酸，以提高色氨酸提取收率和蛋白饲料品质。实验工艺流程如图1所示。

2 材料与方法

2.1 仪器和试剂

754 紫外可见分光光度计，上海箐华科技仪器有限公司；电热恒温水浴锅，上海一科仪器有限公司；实验室离心机TG18-WS，长沙湘锐离心机有限公司；电子天平ME203E，梅特勒电子天平；烘箱、干燥器，苏州华洁烘箱制造有限公司；对二甲氨基苯甲醛溶液、标准液和2%亚硝酸钠，天津科密欧化学试剂有限公司。

2.2 色氨酸含量检测

水浴呈色法测定L-色氨酸含量步骤：制备0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 mg/L的标准溶液，分别取1 mL已制备好的上述标准液以及9 mL对二甲氨基苯甲醛到五个试管里，放在沸水中水浴，各加一滴2%亚硝酸钠，计时3 min，取出冷却至室温，754型分光光度计在波长600 nm下测定OD值，绘制曲线，得回归方程公式和线性值R2；取10 mL样品，4 000 r/min离心15 min后取1 mL上清液稀释，再取1 mL稀释好的样品，加9 mL对二甲氨基苯甲醛，按上述方法检测OD值，根据回归方程式计算酸含量。

2.3 菌体含量检测

取10 mL物料，利用试管离心机4 000 r/min离心5 min后计算菌体体积分数。

2.4 干物质检测

用称量瓶精确称取1.000 g样品，放入烘箱中，在（120±2）℃条件下烘1.5 h，取出称量瓶放在干燥器中冷却至室温，称量结果并计算干物质质量分数。

3 预实验

3.1 小试确定工艺可行性

通过试管离心机4 000 r/min离心色氨酸陶瓷膜浓缩液，检测离心结果，初步确定料液是否适合利用卧螺离心机进行分离。色氨酸陶瓷膜浓缩液试管离心机分离效果如图1所示。图2（a）从左到右依次为固体含量0%的原液，固体含量85%离心分离1 min，固体含量55%离心分离3 min，固体含量42%离心分离5 min，固体含量35%离心分离10 min；图2（b）从左到右依次为原液、离心1，3，5，10 min的分离倒置效果。

通过上述实验可知：1)试管离心机4 000 r/min离心5 min后，完全可以实现色氨酸陶瓷膜浓缩液的菌体蛋白和清液的分离；2)初步判断可利用卧螺离心机分离色氨酸陶瓷膜浓缩液。

3.2 卧螺离心机碟片选型

本次实验共有169，165，163，160四种碟片备用，在进料流量300 L/h条件下，更换不同型号碟片，检测卧螺清液和菌渣指标，通过实验结果确定最适宜处理色氨酸陶瓷膜浓缩液的碟片，试验结果见表1。

表1 不同碟片对色氨酸陶瓷膜浓缩液分离效果

通过上述实验可知：1)利用169、165碟片处理色氨酸陶瓷膜浓缩液，清液菌体含量较高，菌渣干物质含量较低，分离效果较差；2)利用163、160碟片处理色氨酸陶瓷膜浓缩液，清液菌体含量较低，菌渣干物质含量较高，分离效果较好。综合考虑160碟片最适宜处理色氨酸陶瓷膜浓缩液。

4 色氨酸陶瓷膜浓缩液离心分离及物料平衡

4.1 利用160碟片处理色氨酸陶瓷膜浓缩液

利用160碟片对色氨酸陶瓷膜浓缩液进行处理，设备持续运行1.5 h，观察运行稳定情况，试验结果如表2所示。

表2 安装160碟片后连续运行数据

通过上述实验结果可知：1)设备运行稳定后，调整进料流量550～700 L/h，清液菌体含量可控制在1%以内，菌渣干物质含量均在30%左右，该流量下分离效果最好；2）提升进料流量至1 500 L/h后，清液菌体含量由1%提高至3%，但清液中色氨酸含量也略有提升，因此可根据生产实际需求对进料量和清液指标进行控制。进料流量为550～700 L/h时，菌体去除效果如图3所示。图3中最左边试管为4℃原液，后面从左到右流量依次为550，800，820，700，700，700 L/h。

4.2 物料平衡分析

离心机稳定运行后，取实验过程中料液进行分析，结果如表3所示。实验过程中取7 min清液，体积为43 L，进料平均流量600 L/h，总进料70 L，通过物料平衡计算色氨酸回收率可达到53%，菌体蛋白去除率可达到96%。

Recovery of residual tryptophan from bacteria liquid to increase tryptophan extraction yield

LI Fei1,ZHAO Chunguang1,2,HA Zhirui2,XU Qingyang1(1.College of Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China; 2.Ningxia EPPEN Biotech Co.,Ltd.,Yinchuan 750100,China)

Bacteria in the fermentation broth was removed by ceramic membrane in tryptophan industrial production and the residual bacteria was used as bacterial protein feed after flocculation and sedimentation,plate frame filter,and drying.The supernatant was directly discharged for wastewater treatment,leading to a large amount of wastewater,low value-added products and low tryptophan yield.The horizontal screw centrifuge was determined as an effective method to realize the secondary recovery of tryptophan included in the ceramic membrane concentrated bacterial liquid,which further improved the tryptophan yield.

tryptophan;bacterial protein;product yield

TQ922.3

A

1674-2214（2016）04-0237-03

2016-08-02

李菲（1988—），女，宁夏银川人，硕士，研究方向为生物工程，E-mail:414579899@qq.com.