利福霉素SV钠盐药渣制取粗蛋白的工艺研究
摘 要: 对利福平生产中利福霉素SV钠盐药渣的流体类型、传质、传热等物化性质及制取蛋白饲料的可行性进行了研究。确定了用该药渣制取粗蛋白的工艺流程,考察了铝系、铁系、钙系及无机高分子水处理剂对药渣的处理效果。结果表明,采用钙系机械脱水率可达64% 以上,干燥后可制得含39% 的粗蛋白,年产1 000t干基产品,年利润约为40万元。
关键词: 药渣; 蛋白质; 机械脱水率
中图分类号: TQ 460.9 文献标识码: A 文章编号: 1671—0460(2003)04 0229—03
据统计,我国每年有50万t左右的抗生素药渣[1]。这些药渣除含水70% 90% 以外,还含10% ~3O%粗蛋白、多种氨基酸等组分。若处理不当,则对环境造成严重的污染。而我国目前对蛋白饲料的市场需求量大,据报道供求关系达l:l0,使每年我国鱼粉进口量很大。近年来利用抗生素药渣取蛋白饲料的报道很多,但对利福霉素SV钠盐药渣进行深入研究的很少,本文就利福霉素SV钠盐药渣的物化性质、应用价值、处理方法及经济效益进行了研究。
1 利福霉素SV钠盐药渣的物化性质分析
利福霉素SV钠盐是利福平的医药中间体,正常情况下,每生产1 t SV钠盐至少要产生16 t药渣。此药渣为黄色粘稠糊状物,为非牛顿型流体。常温下,相对密度为1.043×103 g/cITl3,pH=6,含水87% ~89% ,蛋白质含量为8% 以上。蛋白质溶液是复杂的胶体系统,通常情况下固体分散物质的颗粒大小为l~100毫微米,在蛋白质颗粒表面分布着各种亲水基团,如一COOH、一NH2、一OH,这些亲水基团与水分子的水合作用,使颗粒表面形成一层水膜,颗粒间被分隔开,水膜愈大,胶体越稳定,因而蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体溶液。利福霉素SV钠盐具有蛋白质溶液亲水性质,同时由于粗纤维等其它杂质的存在,使其物质传递和热传递都较蛋白质溶液困难,以至于不能采用直接脱水干燥的工艺。必须精选水处理剂,进行盐析一脱水一千燥。
2 药渣利用价值与残留抗生素利弊分析
2.1 药渣主要成分和营养价值
利福霉素SV钠盐药渣的主要成分为残留的培养基、生产抗生素的菌丝体及残留抗生素等。其发酵培养基主要有鱼粉、花生粉、豆饼粉、葡萄糖等。这些原料本身就是很好的蛋白饲料,菌丝体也是上等的微生物蛋白饲料。本药渣经干燥后的组成为(干基)粗蛋白质30。5% ,粗脂肪5.0% ,粗纤维7。3% ,灰粉10.6% 。经生化检验含有除色氨酸以外l8种氨基酸,酵母细胞活率为88%。并含有一定的磷等矿物质,以氯计的盐份含量极低,从以上情况分析,此药渣无疑是极好的蛋白饲料。
2.2 药渣中残留抗生素的损益分析
该药渣为发酵废渣,抗生素的残留量一般为1.2~6.5 mg/kg药渣。其不利的方面是残留抗生素在饲料中长期存在,会在动物体内积累,从而对人体健康产生不利影响;耐药性病原菌也会引发抗药性,从而给疾病的预防和治疗造成较大困难。其有利的因素是,抗生素作为一种饲料添加剂可起到保健、防病、促进生长的作用,从而使饲料成本大大降低。文献报道[2,3],采用限时使用,交替使用,高温处理等方法,可防止耐药性病原菌的产生和抗生素体内残留。因而利福平药渣经加工后作为全价饲料的蛋白原料,而非直接使用是完全可行的。
3 加工工艺研究
日前我国现有药渣的处理方法有物理法、化学碱法、生物发酵法。从经济效益的角度出发,采用物理法工艺流程简单、易操作、投资少、运行费用低。但由于利福霉素SV钠盐药渣流动性差,含水量大且部分含水为结构水的特点,采用直接干燥的方法是不可取的,一是工艺行不同,二是直接干燥不经济。实验研究发现采用盐析法药渣的机械脱水率高,脱水后的药渣可干燥性能好,选择适当的盐析剂可降低成本,打通工艺是完全可行的,其工艺如图1所示。
3.1 盐析原理
通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷,由于静电引力的作用使溶液中带相反的粒子(即正电荷)被吸引在其周围,在界面上形成了双电层。双电层的存在是胶粒能保持分散状态的主要原因。盐析法是在中性盐作用下,降低蛋白质胶体溶液的双电层排斥电位,使胶体体系不稳定,从而达到提高机械脱水率和脱水速率的凝聚方法[3]。
3.2 盐析剂对机械脱水率的影响
选择盐析剂要根据药渣处理后的物理状态是否有利于机械脱水,在一定优化处理条件下,铝系、铁系、钙系及无机高分子水处理剂对利福霉素SV钠盐药渣盐析的机械脱水率影响如表1所示。
由表1结果可知,加人适量的盐析剂,均可使药渣机械脱水率显著提高,并使药渣的流动性、可干燥性明显变好。其中铁系、钙系较好,由于采用钙系比铁系每吨干基产品减少药剂费用30o元左右,为了避免氯的残留,应选择氢氧化钙。另外,钙系与微量的有机高分子絮凝剂的复合使用,可提高机械脱水速率。
3.3 机械脱水方式的选择
由表2可以看出,真空抽滤脱水明显优于离心脱水。其原因是利福霉素SV钠盐药渣的密度与水的密度非常接近,所以离心脱水效果不佳,而真空抽滤的滤饼出现干裂现象,说明效果良好,故应选择真空抽滤为利福霉素SV钠盐药渣的机械脱水方式。
4 经济和社会效益分析
4.1 经济效益
使用钙系,以盐析一脱水一千燥一粉碎为工艺,按1 000 t(干基)/a规模,产品单耗及成本如表3所示。
管理费、销售费、人工费及能耗和化学药剂费总计850元左右,将每吨干基产品折成吨产品,则每年产1 120 t产品。由市场调研蛋白饲料的粗蛋白含量在1 100元~1 300元/t,按1 2o0元/t计,则吨利润为(1 200—850)×1.12=392.50元。
4.2 社会效益
利福霉素SV钠盐药渣制取蛋白饲料的社会效益是显著的,对一个年产2o0 t利福霉素SV钠生产规模的工厂,至少可以减少1 000 t(含氮为5%)的干基排放物,极大减少废渣和废液对环境的污染。
5 结 论
(1)经中科生测(氨)字(98)第209号测定,利用SV钠盐药渣制取的粗蛋白含为39% 并含有除色氨酸以外的18种氨基酸及一定量的粗纤维和粗脂肪。用其作为蛋白源加工成全价饲料是完全可行的。
(2)采用盐析一脱水一千燥的工艺,脱水率高,可干燥性能好有利于打通工艺。
(3)利福霉素SV钠盐药渣制取蛋白饲料,即减少了环境污染,又缓解了短缺的蛋白源,年产1 00o t干基产品的年利润约40万元。具有良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 叶元上.抗生素药渣的饲料利用及四环素药渣的养鲤试验[J].饲料工业,1994,9(5):161—165
[2] 姜作任.利福平药渣替代产蛋鸡日粮中部分豆饼的试验[J].饲料博览,1996,11(1):192—1963
[3] 张国安,许雪铰,张素艳,等.蛋白质组的分离与分析及其应用进展[J].分析化学.2003,31(5):611—615
[4] 严希康.生化分离技术[M].上海:华东理工大学出版社.1998.368
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