CN111876347A - 耐盐地衣芽孢杆菌a-a2-10、其应用及应用方法 - Google Patents

耐盐地衣芽孢杆菌a-a2-10、其应用及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水的微生物处理技术领域，具体涉及一株耐盐菌，还涉及上述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A‑A2‑10在谷氨酸生产废水中生产聚谷氨酸并同时回收硫酸铵的应用。耐盐的地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A‑A2‑10,该菌株已于2020年3月6日培养物保藏中心于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC NO：M 2020051。地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A‑A2‑10在高盐环境下利用谷氨酸废水中残留的谷氨酸合成聚谷氨酸并同时降解废水中残糖的应用，是本发明所要重点保护的内容。本发明所用菌株不仅可以在高盐环境下降解难利用残糖，还可以利用残留谷氨酸合成聚谷氨酸；所用菌株及处理工艺可将残糖将至0.2%以下，实现废液直接浓缩干燥回收硫酸铵，解决了传统谷氨酸母液残糖高、无法浓缩干燥问题。

Description

耐盐地衣芽孢杆菌A-A2-10、其应用及应用方法
技术领域
本发明属于废水的微生物处理技术领域，具体涉及一株耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10，还涉及上述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株在谷氨酸生产废水中生产聚谷氨酸并同时回收硫酸铵的应用，还涉及上述的耐盐的地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10应用方法。
背景技术
味精是一种调味料，其主要成分为谷氨酸钠。味精可以增加食品的鲜味，在中国菜里使用广泛，中国也是味精的生产大国。
味精生产过程中产生大量废水，生产废水是一种高盐分、高浓度有机废水，成分复杂且治理难度大，日常排放对环境和水源造成了很大的危害，其中硫酸铵是废水中的主要成分，但由于残糖难降解，母液浓缩及盐回收受到很大限制。随着发酵工业的发展，谷氨酸生产产生的废液量越来越多，已成为限制生产的主要因素之一，因此对其生产废水进行处理和再回收利用具有重要意义。
现阶段谷氨酸生产废水的处理主要有微生物处理、物理吸附处理等。在长期的使用过程中逐渐暴露出各种方式的不足：1.微生物受酸性生活环境影响生理活动无法正常进行，影响处理能力。2.进行物理吸附时需要投入大量的吸附剂，包括活性炭、吸附树脂等，成本较高。
CN105132323A披露了一种耐盐芽孢杆菌及其在高盐废水处理中的应用，该专利文献中所披露的高盐废水是指一般的盐含量高的废水，废水样品来自于吉林市某煤化工厂的废水，可见该废水中含盐量高，但不含有残糖。但是味精废水中不仅盐含量高，例如硫酸铵，并且主要是其中的有机物含量也高，废水中还含有大量的残糖。
上述文献所披露的方法存在以下几点局限：
1）废水中含有大量残糖，导致无法高度浓缩，因此结晶回收硫酸铵得率有限，仍然产出大量废母液，约占原废液总量的1/4-1/5，且母液中残糖难以再水解，导致成为高粘度膏体，因此其在固体肥料中添加量非常有限，同时液体肥市场需求和流通量也有很大局限，因此均不能解决废液产出量大的根本问题。
2）浓缩废液采用喷浆法制备颗粒肥工艺虽可大量处理废液，但主要成分为硫酸铵，所含氨基酸在制备过程中损伤较大，因此肥效有限。
3）此外，更为重要的是，喷浆工艺由于其高温炭化产生的烟气问题导致环境污染，近年来已被逐步淘汰，因此迫切需要新的绿色环保的方式对上述的废液处理方式进行升级改进，以克服上述的缺陷。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10，采用该菌株能显著的降低谷氨酸生产废水的处理成本，且克服了微生物受酸性生活环境影响生理活动无法正常进行从而影响处理能力的缺陷，还能获得4%以上的农用聚谷氨酸，产生巨大的经济效益；此外，本发明还将废水中的残糖降至0.2%以内，避免了残糖含量高从而致使的无法高度浓缩的问题，并且充分的利用了废水，使得处理后的废水量为0。
上述的地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10，该菌株已于2020年 3月6日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC NO：M 2020051，保藏地址：中国湖北省武汉市武汉大学保藏中心202号。以下所涉及的地衣芽孢杆菌BacilluslicheniformisA-A2-10均为经过上述保藏的菌株。
上述的菌株其16S序列片段长度为1453bp，其核苷酸序列如序列表1所示。
上述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在高盐环境下利用谷氨酸废水中残留的谷氨酸合成聚谷氨酸并同时降解废水中的残糖的应用，也是本发明所要保护的范围。
上述的谷氨酸生产废水谷氨酸发酵及后续味精生产离交、中和各环节汇合而成的浓缩水；
或者是，谷氨酸生产废水为谷氨酸发酵及后续味精生产离交、中和各环节汇合而成的未浓缩废水；
优选的，谷氨酸生产废水中的硫酸铵含量在5～40%之间。
上述耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株用于处理高盐谷氨酸废水的方法，包括以下的步骤：
（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量以及pH，灭菌；
（2）将耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株接种至废水中，通风培养，向其中加入高价盐沉降聚谷氨酸；
（3）（2）中所得沉淀经固液分离后烘干，获得聚谷氨酸盐，固液分离所得清液浓缩干燥，获得粗品硫酸铵。
优选的，（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量≤25%；
优选的，（1）用氨水调pH至5.5～8.0；
优选的，（1）于110~120℃灭菌；
优选的，（1）灭菌10~20分钟。
（2）将耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株按照0.5～1.0%的接种量接种至废水中；
优选的，（2）中30～37℃通风培养；
优选的，（2）中通风培养48~96小时；
优选的，（2）中通风培养至废水残糖≤0.2%时停止；
优选的，（2）中，向通风培养后的物料中加入0.05～0.1%的高价离子沉降聚谷氨酸；
（2）中，所添加高价盐为可溶性铜盐、钙盐、锌盐、铁盐、镁盐中的任一种。
（3）中烘干的温度为60～90℃。
固液分离所得清液采用先多效蒸发或强制循环蒸发，随后流化床干燥方法制备硫酸铵，干燥温度100～120℃。
上述耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10用于处理高盐谷氨酸废水的方法，包括以下的步骤：
（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量至≤25%，以及用氨水调pH至5.5～8.0，于110～120℃灭菌10～20分钟；
（2）将地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10按照0.5～1.0%的接种量至废水中，30～37℃通风培养48～96小时，至废水残糖≤0.2%时停止培养，向其中加入高价盐沉降聚谷氨酸；高价盐为可溶性铜盐、钙盐、锌盐、铁盐、镁盐中的任一种；
（3）将（2）中所得沉淀经固液分离后于60～90℃烘干，获得聚谷氨酸盐，固液分离所得清液采用先多效蒸发或强制循环蒸发，随后流化床干燥方法制备硫酸铵，干燥温度100～120℃，获得粗品硫酸铵。
相对于背景技术中的方案，本发明是将废水中的谷氨酸聚合成具有非常高肥效的聚谷氨酸，产品效果方面有非常显著的提升。
除此之外，背景技术中所披露的方案是目前行业常用工艺，但随着行业对环保要求越来越高，该工艺已逐步被淘汰甚至关停。本发明正是基于以上的大背景下进行改进的，本发明能达到无废水排放、能源消耗低、可100%回收硫酸铵、并产生价格非常高的聚谷氨酸副产品，废水附加值较现有工艺可以提高5倍以上，因此前景非常好。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所用菌株不仅可以在高盐环境下降解难利用残糖，还可以利用残留谷氨酸合成聚谷氨酸；
（2）本发明所用菌株及处理工艺可将残糖将至0.2%以下，实现废液直接浓缩干燥回收硫酸铵，解决了传统谷氨酸母液残糖高、无法浓缩干燥问题；
（3）本发明所用菌株及处理工艺操作成本低，能耗低，副产品价值高，可继续回用于工业生产，经济效益显著提升。
附图说明
图1为本发明中地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10的细胞形态照片；
图2为本发明中地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10的菌落形态照片；
图3为实施例1中所述浓缩干燥后的粗品硫酸铵；
图4为实施例3中所述固液分离干燥后的聚谷氨酸铁盐。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在降解高盐谷氨酸废水中残糖中的应用，步骤如下：
步骤1、调节高盐谷氨酸废水的含盐38%，加水稀释至23%，pH调至6.0，灭菌温度为115℃，时间为15分钟；
步骤2、将地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10按照0.8%接种量接种至废水中，培养温度为32℃，通风培养55小时，废水残糖将至0.17%；
步骤3、向步骤2所述溶液中加入0.08%的五水硫酸铜，沉降聚谷氨酸；
步骤4、步骤3所得沉淀经固液分离后，80℃低温烘干，得聚谷氨酸铜盐；
步骤5、步骤3所得固液分离清液采用强制循环蒸发，再经流化床100℃干燥，得粗品硫酸铵。
实施例2
地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在降解高盐谷氨酸废水中残糖的应用，步骤如下：
步骤1、调节高盐谷氨酸废水的含盐量21%，pH调至7.0，灭菌温度为115℃，时间为15分钟；
步骤2、将地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10按照0.5～1.0%接种量接种至废水中，培养温度为37℃，时间为81小时，废水残糖将至0.14%；
步骤3、向步骤2所述溶液中加入0.06%氯化钙沉降聚谷氨酸；
步骤4、步骤3所得沉淀经固液分离后， 70℃低温烘干，得到聚谷氨酸钙盐；
步骤5、步骤3所得固液分离清液采用多效蒸发浓缩，再经流化床120℃干燥可得粗品硫酸铵。
实施例3
地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在降解高盐谷氨酸废水残糖中的应用，步骤如下：
步骤1、调节高盐谷氨酸废水的含盐量12%，pH调至5.5，灭菌温度为115℃，时间为15分钟；
步骤2、将地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10按照1.0%接种量接种至废水中，培养温度为35℃，通风培养72小时，废水残糖将至0.11%；
步骤3、向步骤2所述溶液中加入0.07%硫酸铁沉降聚谷氨酸；
步骤4、步骤3所得沉淀经固液分离后，经65℃低温烘干，得聚谷氨酸铁盐；
步骤5、步骤3所得固液分离清液采用多效蒸发浓缩，随后流化床110℃干燥，可得粗品硫酸铵。
实施例4
地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在降解高盐谷氨酸废水中残糖中的应用，步骤如下：
步骤1、调节高盐谷氨酸废水的含盐量8%，pH调至5.5，灭菌温度为115℃，时间为15分钟；
步骤2、将地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis A-A2-10按照0.7%接种量接种至废水中，36℃通风培养60小时，废水残糖降至0.14%；
步骤3、向步骤2所述溶液中加入0.1%硫酸镁沉降聚谷氨酸；
步骤4、步骤3所得沉淀经固液分离后90℃低温烘干，得聚谷氨酸镁盐；
步骤5、步骤3所得固液分离清液采用强制循环蒸发，再经流化床100℃干燥，可得粗品硫酸铵。
对比例1
以本行业常用谷氨酸废水处理工艺（多效蒸发法浓缩废水结晶回收硫酸铵）作为对比例1。
现有行业常用谷氨酸废水处理工艺（多效蒸发法浓缩废水结晶回收硫酸铵）与本发明实施例1~4中各项数据对比如下：
表1 实施例1～1与对比例1的硫酸铵收率等比较
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从以上表1中的数据可以看出，在对比例1中的方案下，硫酸铵的收率仅为50~60%，而本发明的实施例1~4中硫酸铵的回收率达到了91%以上；从硫酸铵的收率方面来比较，本发明中对于谷氨酸废水处理的方式显著的优于对比文件1中的处理方式；
对比例1中，并没有其它高附加值的副产品产生，而本发明中产生了4%以上的农用聚谷氨酸；此外，对比例1中处理每吨废水需要成本150元左右，而本发明中每吨废水可产生500~600元的效益，从经济效益方面来比较，本发明带来了巨大的经济效益，显然的优于对比文件1的处理方式；
通过本发明的方法，获得的产品中硫酸铵含量高，适于作为颗粒肥的原料或者是适于制作颗粒肥。
对比例1中，处理后的废水量还占有20~25%，而本发明中能做到废水的零排放，这说明本发明的方法更加环保；
实施例1中废水残糖降至0.17%；实施例2中废水残糖达到0.14%；实施例3中废水残糖将至0.11%；实施例4中废水残糖降至0.14%；从废水中残糖来看，本发明中的废水经过处理后残糖显著含量低，不会导致无法高度浓缩的问题，这也是为何本发明中结晶回收硫酸铵得率高的原因，通过本发明的方法彻底的解决了废液产出量大的问题。
且相对于背景技术中对比例1的方法，其步骤4）水解：“将料液A烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中, 加入6-8mol/的盐酸，以没过原料为准”，一般来说烘干的温度较高，普遍采用500℃以上的温度来直接烘干，这将导致有机物炭化非常严重，所以产品中基本上只剩无机盐硫酸铵；而谷氨酸废水里面含有很多包括谷氨酸在内的氨基酸，500℃导致各种氨基酸破坏严重。本发明中实现了在低温下对硫酸铵进行结晶回收，将谷氨酸变成了市场价格更高的聚谷氨酸。（谷氨酸市售价格一般为3000-4000/吨，而聚谷氨酸的纯品约为20万/吨），显然的本发明的经济效益更高。
实施例5
取山东某味精厂离子交换提取谷氨酸后排出的谷氨酸母液，其含盐量约为25.4%左右；以该母液为待处理废水，备用；
实施例6
取山东某市另一家味精生产厂家的原废母液排放口1中的样品，以该母液为待处理废水，备用；
实施例7
从实施例6中的厂家取味精生产提菌后的废水，为待处理废水，备用；
实施例8
从实施例6中的厂家取味精生产处理后废水，为待处理废水；
实施例9
从实施例6中的厂家取味精生产的总排放口废水，为待处理废水；
将实施例5～9中的废水分别取样，采用实施例1中的方法进行处理，结果如下：
表2 实施例5～9中硫酸铵收率等比较
Figure 204992DEST_PATH_IMAGE002
从以上表格中可以看出，本发明通过对于味精生产厂家的废水进行处理，也获得了优异的处理效果，即，硫酸铵回收率高，达不对劲了91%以上，处理后的废水量为0，产生了4%以上的农用聚谷氨酸；每吨废水产生的经济效益约为500～600元/吨。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<120> 耐盐地衣芽孢杆菌、其应用及应用方法
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1453
<212> DNA
<213> 地衣芽孢杆菌(（bacillus licheniformis）A-A2-10)
<400> 1
acttgtcact tcggcggctg gctccaaaag gttacctcac cgacttcggg tgttacaaac 60
tctcgtggtg tgacgggcgg tgtgtacaag gcccgggaac gtattcaccg cggcatgctg 120
atccgcgatt actagcgatt ccagcttcac gcagtcgagt tgcagactgc gatccgaact 180
gagaacagat ttgtgggatt ggcttagcct cgcggcttcg ctgccctttg ttctgcccat 240
tgtagcacgt gtgtagccca ggtmmtarsg rkymkkrwsa tktsrcrtyr kmmccrsykw 300
scwsyskwkk rycwsygryr rkcwcmtyma mkykcsmwry yrmryrstrs cwaswrwrmy 360
caaskgwwks syksswykmg rkmmkkwrsc smwcrtsysr mswmacsmrc wkwcrmsamm 420
saksyrmcrm cwkymwsymy smccyskmas kskrmsccsw akskmkmskr tyktyagrkg 480
wyrkmrakry cwgrywrkrk tcttcgcgtt gcttcgaatt aaaccacatg ctccaccgct 540
tgtgcgggcc cccgtcaatt cctttgagtt tcagtcttgc gaccgtactc ccccaggcgg 600
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tygtttacgg cgtggactac cagggtatct aatcctgttc gctccccacg ctttcgcgcc 720
tcagcgtcag ttacagacca gagagtygcc ttygccactg gtgttcctyc acatctytac 780
gcatttcacc gctacacgtg gaattycact ctcctyttyt gcactcaagt tccccagttt 840
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acccgtccgc cgctaacatc agggagcaag ctcccatctg tccgctcgac tgcatgtata 1440
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Claims (10)

1.耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10,该菌株已于2020年3月6日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC NO： M 2020051。
2.如权利要求1所述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10，其特征在于，该菌株的16S序列片段长度为1453bp，其核苷酸序列如序列表1所示。
3.如权利要求1所述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在高盐环境下利用谷氨酸废水中残留的谷氨酸合成聚谷氨酸并同时降解废水中残糖的应用；
优选的，所述的耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10在高盐环境下利用谷氨酸废水生产肥料的应用。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的谷氨酸生产废水为谷氨酸发酵及后续味精生产离交、中和各环节汇合而成的浓缩水；
或者是，所述的谷氨酸生产废水为谷氨酸发酵及后续味精生产离交、中和各环节汇合而成的未浓缩废水；
优选的，所述的谷氨酸生产废水中的硫酸铵含量在5～40%之间。
5.如权利要求3所述的应用方法，包括以下的步骤：
（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量以及pH，灭菌；
（2）将耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株接种至废水中，通风培养，向其中加入高价盐沉降聚谷氨酸；
（3）（2）中所得沉淀经固液分离后烘干，获得聚谷氨酸盐，固液分离所得清液浓缩干燥，获得粗品硫酸铵。
6.如权利要求5所述的应用方法，其特征在于，
（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量≤25%；
优选的，（1）用氨水调pH至5.5～8.0；
优选的，（1）于110~120℃灭菌；
优选的，（1）灭菌10~20分钟。
7.如权利要求5所述的应用方法，其特征在于，（2）将耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株按照0.5～1.0%的接种量接种至废水中；
优选的，（2）中30～37℃通风培养；
优选的，（2）中通风培养48～96小时；
优选的，（2）中通风培养至废水残糖≤0.2%时停止；
优选的，（2）中，向通风培养后的物料中加入0.05～0.1%的高价离子沉降聚谷氨酸；
（2）中，所添加高价盐为可溶性铜盐、钙盐、锌盐、铁盐、镁盐中的任一种。
8.如权利要求5所述的应用方法，其特征在于，（3）中烘干的温度为60～90℃。
9.如权利要求5所述的应用方法，其特征在于，固液分离所得清液采用先多效蒸发或强制循环蒸发，随后流化床干燥方法制备硫酸铵，干燥温度100～120℃。
10.如权利要求5所述的应用方法，包括以下的步骤：
（1）调节高盐谷氨酸废水的含盐量至≤25%，以及用氨水调pH至5.5～8.0，于110~120℃灭菌10~20分钟；
（2）将耐盐地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformisA-A2-10菌株按照0.5～1.0%的接种量至废水中，30～37℃通风培养48～96小时，至废水残糖≤0.2%时停止培养，向其中加入高价盐沉降聚谷氨酸；高价盐为可溶性铜盐、钙盐、锌盐、铁盐、镁盐中的任一种；
（3）将（2）中所得沉淀经固液分离后于60～90℃烘干，获得聚谷氨酸盐，固液分离所得清液采用先多效蒸发或强制循环蒸发，随后流化床干燥方法制备硫酸铵，干燥温度100～120℃，获得粗品硫酸铵。
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