一種槐糖脂發酵生物分離系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種槐糖脂發酵生物分離系統及方法，分離系統包括發酵罐12，第一泵13，第二泵14，純品罐15，食用油罐16，發酵液收集罐17，還包括第一生物分離器10，第二生物分離器11，所述生物分離器為帶有頂壁的漏斗狀罐；本發明的系統先利用第一生物分離器實現槐糖脂與發酵液的分離，初步提高槐糖脂純度；再通過第二生物分離器實現槐糖脂與食用油的分離，再次提高槐糖脂的純度；本發明可實現發酵液菌體的回收利用，提高菌體利用率和產物產量。相比于使用有機溶劑萃取的傳統方法，利用食用油提取發酵液中槐糖脂的辦法更為環保和實用。本發明節約能耗，環境友好，成本低廉，通過簡單的操作便實現發酵分離相耦合的方法生產槐糖脂。
【專利說明】
一種槐糖脂發酵生物分離系統及方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種槐糖脂生物分離系統及方法。【背景技術】
[0002]海上溢油事故時有發生，盡管圍油欄、撇油器等方法能夠回收部分石油，但仍有大量溢油難以回收，此時尋找合適的辦法實現石油的分解是解決海上溢油問題的一大途徑。 目前，國際上較多應用溢油分散劑處理海上溢油，溢油分散劑能夠加速石油的分解過程，加之海浪等自然因素的作用，可快速有效實現石油的生物降解。
[0003]溢油分散劑的主要成分是表面活性劑，表面活性劑可分為化學表面活性劑和生物表面活性劑。以往較多應用化學表面活性劑，但由于化學表面活性劑自身同樣有污染環境的問題，因此化學消油劑的使用常常會引入海洋的二次污染。此時，以生物表面活性劑為原料制成的生物消油劑的優良性能展露無疑:更好地消油效果、良好的環境相容性、微弱的毒副作用等。但由于生物表面活性劑的生產成本過高，導致其大規模應用受阻。因此，降低生物表面活性劑的生產成本是實現生物法消油的必然前提。目前，國際上針對生物表面活性劑研究已取得一定的成果。且應用生物消油劑處理海上溢油已有不少先例，我國在2010年7 月便首次應用生物消油劑處理某海域原油泄漏問題，并取得很好的海洋修復效果。加之人們對于環境保護的日益重視，生物法消油逐步取代化學法消油是時代發展的必然趨勢。
[0004]槐糖脂作為一種生物表面活性劑，具有良好的分散性、增容性、乳化性以及環境相容性，目前已有針對以槐糖脂為原料生產溢油分散劑的研究，所得生物消油劑優勢明顯。此夕卜，槐糖脂在食品添加、抗癌抑菌藥物研究以及日化等行業均有廣闊的應用空間。
[0005]目前，本實驗室已通過對發酵罐的改造實現了槐糖脂的半連續生產，粗產量達 484g/L，但由于粗產物中混有較多的菌體和發酵液，使得槐糖脂純度較低，僅有60 %。因此， 如何提高產物純度成為推廣槐糖脂半連續發酵過程中要解決的重要問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種能提高槐糖脂產量和純度以及實現菌體的回收利用的、結構簡易的、操作簡單的和環境友好的槐糖脂發酵生物分離系統。
[0007]本發明的第二個目的是提供一種槐糖脂發酵生物分離方法。
[0008]本發明的技術方案概述如下:
[0009]—種槐糖脂發酵生物分離系統，包括發酵罐12,第一栗13,第二栗14,純品罐15,食用油罐16,發酵液收集罐17,還包括第一生物分離器10,第二生物分離器11，所述生物分離器為帶有頂壁的漏斗狀罐;發酵罐12的底部通過管道依次與第一閥門18和第一生物分離器 10的頂壁連接;食用油罐16通過管道依次與第一栗13和第一生物分離器10的頂壁連接;第一生物分離器10的底部連接的管道分兩路，一路通過依次與第二閥門20和第二生物分離器 11的頂壁連接;另一路依次與第三閥門21、發酵液收集罐17、第二栗14和發酵罐12的頂部連接;第二生物分離器11的底部連接的管道分兩路，一路依次與第四閥門24和純品罐15連接；另一路依次與第五閥門25和食用油罐16連接;第一生物分離器10的頂壁上設置有連接第一壓力平衡閥19的管道;第二生物分離器11的頂壁上設置有連接第二壓力平衡閥22的管道。
[0010] —種槐糖脂生物分離方法，包括如下步驟:
[0011] (1)使用上述一種槐糖脂發酵生物分離系統；
[0012] (2)打開第一閥門18,使發酵罐12發酵獲得的槐糖脂粗產物進入第一生物分離器 10中，啟動第一栗13,將貯存在食用油罐16的食用油栗入第一生物分離器10中，食用油與槐糖脂粗產物混勻后，分為兩相，上層為食用油與槐糖脂的混合疏水相，下層為發酵液相，調節第一壓力平衡閥19,使第一生物分離器10氣壓平衡，關閉第二閥門20,打開第三閥門21， 使下層的發酵液相進入發酵液收集罐17,并通過第二栗14輸入發酵罐12中；關閉第三閥門 21，打開第二閥門20,使食用油與槐糖脂的混合疏水相進入第二生物分離器11中；靜置15-30min，使槐糖脂與食用油分離，調節第二壓力平衡閥22,使第二生物分離器11氣壓平衡，關閉第五閥門25,打開第四閥門24,使槐糖脂進入純品罐15,關閉第四閥門24,打開第五閥門 25,使食用油進入食用油罐16。[〇〇13]優選的是食用油與槐糖脂粗產物的質量比為2:1，還可以選用其它比例。
[0014]食用油優選豆油、菜籽油或玉米胚芽油，也可以選用其它的成本低的食用油。
[0015]本發明的優點:本發明的系統把現有的單純連續發酵的生產方式轉變為發酵分離相耦合的生產方式，先利用第一生物分離器實現槐糖脂與發酵液的分離，初步提高槐糖脂純度;再通過第二生物分離器實現槐糖脂與食用油的分離，再次提高槐糖脂的純度;本發明的系統，可以實現發酵液菌體的回收利用，提高菌體利用率和產物產量。相比于使用有機溶劑萃取的傳統方法，利用食用油提取發酵液中槐糖脂的辦法更為環保和實用。本發明節約能耗，環境友好，成本低廉，通過簡單的操作便實現發酵分離相耦合的辦法生產槐糖脂。【附圖說明】
[0016]圖1為本發明一種槐糖脂發酵生物分離系統示意圖。【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細描述，本發明的實施例是為了使本領域的技術人員能夠更好地理解本發明，但并不對本發明作任何限制。
[0018] 一種槐糖脂發酵生物分離系統，見圖1，包括發酵罐12,第一栗13,第二栗14,純品罐15,食用油罐16,發酵液收集罐17,還包括第一生物分離器10,第二生物分離器11，所述生物分離器為帶有頂壁的漏斗狀罐;發酵罐12的底部通過管道依次與第一閥門18和第一生物分離器10的頂壁連接;食用油罐16通過管道依次與第一栗13和第一生物分離器10的頂壁連接;第一生物分離器10的底部連接的管道分兩路，一路通過依次與第二閥門20和第二生物分離器11的頂壁連接;另一路依次與第三閥門21、發酵液收集罐17、第二栗14和發酵罐12的頂部連接;第二生物分離器11的底部連接的管道分兩路，一路依次與第四閥門24和純品罐 15連接；另一路依次與第五閥門25和食用油罐16連接;第一生物分離器10的頂壁上設置有連接第一壓力平衡閥19的管道;第二生物分離器11的頂壁上設置有連接第二壓力平衡閥22 的管道。
[0019]實施例1
[0020]—種槐糖脂生物分離方法，包括如下步驟:
[0021](1)使用上述一種槐糖脂發酵生物分離系統；[〇〇22](2)打開第一閥門18,使發酵罐12發酵獲得的槐糖脂粗產物進入第一生物分離器10中，啟動第一栗13,將貯存在食用油罐16的食用油栗入第一生物分離器10中，食用油與槐糖脂粗產物(食用油與槐糖脂粗產物的質量比為2:1)混勻后，分為兩相，上層為食用油與槐糖脂的混合疏水相，下層為發酵液相，調節第一壓力平衡閥19，使第一生物分離器10氣壓平衡，關閉第二閥門20,打開第三閥門21，使下層的發酵液相進入發酵液收集罐17,并通過第二栗14輸入發酵罐12中；關閉第三閥門21，打開第二閥門20,使食用油與槐糖脂的混合疏水相進入第二生物分離器11中；靜置30min，使槐糖脂與食用油分離，調節第二壓力平衡閥22， 使第二生物分離器11氣壓平衡，關閉第五閥門25,打開第四閥門24,使槐糖脂進入純品罐 15,關閉第四閥門24,打開第五閥門25,使食用油進入食用油罐16,實現重復利用。[〇〇23]在本實施例中，分離所用的食用油為價廉的豆油，從連續發酵的70h起到300h的期間，每隔4h排出一次槐糖脂粗產物(平均純度為62%，質量比)，通過本發明的系統，至發酵 300h結束時，獲得純度為84 %的產物1.75kg。菌體回收量干重達30.2g。由于菌體循環使用， 發酵結束時，使純槐糖脂產量提高23 %。[〇〇24] 實施例2
[0025] —種槐糖脂生物分離方法，包括如下步驟:[〇〇26]除靜置的時間為20min外，其余步驟同實施例1。[〇〇27]在本實施例中，分離所用的食用油為價廉的菜籽油，從連續發酵的70h起到300h的期間，每隔4h排出一次槐糖脂粗產物(平均純度為62%，質量比)，通過本發明的系統，至發酵300h結束時，獲得純度為81 %的產物1.72kg。菌體回收量干重達28.8g。由于菌體循環使用，發酵結束時，使純槐糖脂產量提高17 %。[〇〇28] 實施例3
[0029]—種槐糖脂生物分離方法，包括如下步驟:
[0030]除靜置的時間為15min外，其余步驟同實施例1。[〇〇31]在本實施例中，分離所用的食用油為價廉的玉米胚芽油，從連續發酵的70h起到 300h的期間，每隔4h排出一次槐糖脂粗產物(平均純度為62%，質量比)，通過本發明的系統，至發酵300h結束時，獲得純度為83.8 %的產物1.66kg。菌體回收量干重達30.8g。由于菌體循環使用，發酵結束時，使純槐糖脂產量提高16%。
[0032]實施例4
[0033]—種槐糖脂生物分離方法，包括如下步驟:[〇〇34]除靜置的時間為25min外，其余步驟同實施例1。[〇〇35]在本實施例中，分離所用的食用油為價廉的玉米胚芽油，從連續發酵的70h起到 300h的期間，每隔4h排出一次槐糖脂粗產物(平均純度為62%，質量比)，通過本發明的系統，至發酵300h結束時，獲得純度為80 %的產物1.80kg。菌體回收量干重達29.4g。由于菌體循環使用，發酵結束時，使純槐糖脂產量提高20%。[〇〇36]以上已將本發明做一詳細說明，以上所述，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能限定本發明實施范圍，即凡依本申請范圍所作均等變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋范圍內。
【主權項】
1.一種槐糖脂發酵生物分離系統，包括發酵罐(12)，第一栗(13)，第二栗(14)，純品罐 (15)，食用油罐(16)，發酵液收集罐(17)，其特征是還包括第一生物分離器(10)，第二生物 分離器(11)，所述生物分離器為帶有頂壁的漏斗狀罐;發酵罐(12)的底部通過管道依次與 第一閥門(18)和第一生物分離器(10)的頂壁連接;食用油罐(16)通過管道依次與第一栗 (13)和第一生物分離器(10)的頂壁連接;第一生物分離器(10)的底部連接的管道分兩路， 一路通過依次與第二閥門(20)和第二生物分離器(11)的頂壁連接;另一路依次與第三閥門 (21)、發酵液收集罐(17)、第二栗(14)和發酵罐(12)的頂部連接;第二生物分離器(11)的底 部連接的管道分兩路，一路依次與第四閥門(24)和純品罐(15)連接;另一路依次與第五閥 門(25)和食用油罐(16)連接;第一生物分離器(10)的頂壁上設置有連接第一壓力平衡閥 (19)的管道;第二生物分離器(11)的頂壁上設置有連接第二壓力平衡閥(22)的管道。2.—種槐糖脂生物分離方法，其特征是包括如下步驟:(1)使用權利要求1的系統；(2)打開第一閥門(18)，使發酵罐(12)發酵獲得的槐糖脂粗產物進入第一生物分離器 (10)中，啟動第一栗(13)，將貯存在食用油罐(16)的食用油栗入第一生物分離器(10)中，食 用油與槐糖脂粗產物混勻后，分為兩相，上層為食用油與槐糖脂的混合疏水相，下層為發酵 液相，調節第一壓力平衡閥(19)，使第一生物分離器(10)氣壓平衡，關閉第二閥門(20)，打 開第三閥門(21)，使下層的發酵液相進入發酵液收集罐(17)，并通過第二栗(14)輸入發酵 罐(12)中；關閉第三閥門(21)，打開第二閥門(20)，使食用油與槐糖脂的混合疏水相進入第 二生物分離器(11)中；靜置15-30min，使槐糖脂與食用油分離，調節第二壓力平衡閥(22)， 使第二生物分離器(11)氣壓平衡，關閉第五閥門(25)，打開第四閥門(24)，使槐糖脂進入純 品罐(15)，關閉第四閥門(24)，打開第五閥門(25)，使食用油進入食用油罐(16)。3.根據權利要求2所述的方法，其特征是所述食用油與槐糖脂粗產物的質量比為2:1。4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征是所述食用油為豆油、菜籽油或玉米胚芽油。
【文檔編號】B01D11/04GK105999763SQ201610343815
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】盧文玉, 張亞光, 楊雪
【申請人】天津大學