一种菌体蛋白的提取工艺 本发明涉及氨基酸生产行业中菌体蛋白的提取工艺，特别是指氨基酸发酵提取工艺中，从排放的强酸性高浓度有机废水中提取相应的菌体蛋白的方法。
目前，菌体蛋白的提取方法有以下几种：
一、从发酵液中提取菌体蛋白。从理论上分析，在提取氨基酸之前，首先提取菌体蛋白，这样有利于氨基酸的提取。国外一般都采取碟片式高速离心机分离菌体，它有利于采用浓缩等电点法提取氨基酸。国内很少采用离心机除菌体，因为该方法存在以下问题：(1)设备投资太大；(2)处理能力有限；(3)除菌效果不太理想；(4)会损失一部分发酵液，影响收率。
近几年，国内味精行业的有关专家根据我国的国情，对絮凝法提取发酵液中谷氨酸菌体蛋白进行了大量的研究工作，但是在生产中应用的几乎没有，因为研究该法的目的是为了提高谷氨酸的收率，可是在提取菌体蛋白的同时必然会造成发酵液的损失，反而会降低其收率。
二、从等电上清液中提取菌体蛋白。提取氨基酸后所剩的液体称为等电上清液，等电上清液的PH值为3.0-3.2，它比较接近菌体蛋白的等电点，这对絮凝法提取菌体蛋白比较有利，但是我们通过试验发现以下问题：(1)尽管除菌率比较高(90％以上)，但提取菌体蛋白之后等电上清液中仍夹带有少量菌体蛋白絮块；(2)加入的高分子有机絮凝剂虽然大部分进入了菌体蛋白中，但是会有很少一部分溶入等电上清液中；(3)等电上清液中溶入的少量高分子有机絮凝剂和夹带的少量菌体蛋白絮块，在调PH值至1.5左右时，不可能全部分解，于是在进入离子交换柱时，会吸附在阳离子树脂上。这样，过一段时间后，树脂对氨基酸的吸附能力就会慢慢下降；(4)提取的菌体蛋白中会带走一部分氨基酸，对氨基酸的总提取收率会有一定影响。我们认为，在离交之前地等电上清液中提取氨基酸菌体蛋白是不合适的，因为它对后面的离交会产生不良影响，应把它放在离交之后。
三、从离交尾液中提取菌体蛋白。离交尾液是氨基酸生产中的发酵液经一步冷冻等电排出的等电上清液调酸至PH1.5左右，通过离子交换吸附氨基酸之后的流出液，它是强酸性高浓度有机废水，COD为50000mg/l左右，其中含有将近1％的氨基酸菌体蛋白(干)，还有一些可溶性氨基酸和残糖等。如果将这种废水直接排放，不仅会对环境造成严重的污染，而且也是资源的极大浪费。由于离交尾液的PH值太低，在这种条件下一般的絮凝剂都不适用，用絮凝法提取菌体蛋白难度很大。如果调PH值之后再进行絮凝处理，就必然会增加成本。若加NaOH调PH值，由于Na+含量增加，对后面的生化处理可能会带来不良影响。若加入石灰Ca(OH)2调PH值，虽然成本较低，但会生成CaSO4沉淀，影响提取的菌体蛋白质量。
现有的提取菌体蛋白的方法，大多是在接近菌体蛋白等电点或高于菌体蛋白等电点的PH值条件下进行的。
本发明的目的在于从环保的角度出发，提供一种在酸性条件下提取菌体蛋白的新技术，该技术具有成本低、操作简单、效果明显等特点，以克服现有菌体蛋白提取工艺存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明选择了气浮法净水与絮凝法除菌体相结合的工艺路线。
在此，我们有必要先了解一下这两种方法的特点。
一、在强酸性条件下菌体蛋白的絮凝机理。
(1)菌体蛋白的静电特性：
以谷氨酸菌体蛋白的提取为例，其离交尾液的PH值为1.8左右，大大低于蛋白质的等电点(PH＝4.0-5.5)，这时谷氨酸菌体蛋白将以复杂的阳离子态存在，即分散在离交尾液中的谷氨酸菌体蛋白胶体粒子的表面必然会带有较强的正电荷。
由于静电引力的作用，离交尾液中带相反电荷的粒子(如SO42-离子等)，将被吸附在菌体蛋白胶体粒子的周围，在界面上形成了双电层。但是这些阴离子还受到使它们均匀分布开去的热运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势。在这两种相反作用的影响下，双电层就分裂成两部分——吸附层和扩散层。
胶粒能保持分散状态的原因主要是带有相同电荷和扩散双电层的结构。一旦由于布朗运动使胶粒间距离缩小到它们的扩散层部分重叠时，即产生静电排斥作用，使两个胶粒分开，从而阻止了胶粒的聚集。此外，由于胶粒表面的水化作用，形成了包围于胶粒周围的水化层，也能够阻碍胶粒间的直接聚集。
(2)凝聚机理：
离交尾液中，表面带正电荷的菌体蛋白胶粒，由于周围吸附了带负电荷的SO42-离子等，这样就减少了胶粒间的静电排斥力。当静电排斥力不足以抗衡胶粒间的范德华引力时，由于热运动的结果导致胶粒的互相碰撞而聚集起来。
通过这种凝聚机理，所聚集起来的胶粒集团仍然是比较细小的，而且很容易破碎解体。料液的温度高低对该机理有很大影响。
(3)架桥絮凝机理：
离交尾液中菌体蛋白胶粒或胶团的表面带有正电荷，如果在离交尾液中加入阴离子型有机高分子聚合物絮凝剂，由于其线状长链上含有相当多的活性官能团(羧基)，带有负电荷，它与菌体蛋白胶粒或胶团之间通过静电引力、范德华分子引力的作用，强烈地吸附在菌体蛋白胶粒或胶团的表面。一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同胶粒或胶团的表面上，产生了架桥联接，生成粗大的絮团，这就是絮凝作用。如果胶粒或胶团相互间的排斥电位不太高，只要高分子聚合物的链节足够长，跨越的距离超过颗粒间的有效排斥距离，也能把多个胶粒或胶团拉在一起，导致架桥絮凝。
在絮凝剂的选择上，我们从以下几个方面进行考虑：絮凝剂的絮凝效果要好；絮凝剂要无毒；絮凝剂应当使用方便；提取菌体蛋白后的离交尾液，不能对后面的再处理产生不良影响。为此，我们选择了一种聚丙稀酸钠系列的强阴离子型线性状高分子有机聚合物作絮凝剂。用其提取离交尾液中的菌体蛋白时，不需要调节料液的PH值，而且也不必加入其它的助凝剂，只需对料液稍微加温，然后再加入少量该絮凝剂即可。
二、气浮法机理
气浮净水技术是设法在待处理水中通过大量密集的微细气泡，使其与絮凝粒相互粘附，形成整体比重小于水的浮体，从而依靠浮力上浮至水面，以完成固液分离。
菌体蛋白絮块比重较小，不易下沉，正好适合于气浮，所以我们采用气浮法实现菌体蛋白与清液的连续分离。但是对于高浓度有机废水，用常规的气浮法是很难达到满意效果的。为此，我们研究了实现共聚气浮的途径。
1、气泡在水中的特性。在压力下溶入水中的过饱和空气，通过溶气释放器减压释放后，就会产生大量的微气泡。气泡越小，同体积的空气形成的气泡数也越多，比表面积越大，微气泡与微絮粒通过碰撞粘附，凝聚成大的带气絮粒的几率也越多。另外，由于气泡小，浮速小，对水体的扰动也小，因此不会撞碎絮粒。气泡在受到水流紊动撞击时，会使泡膜局部流失。可能四周受力不均，引起内外压强的不平衡，气泡变形，破裂和并大。若在水中投加长链的高分子物质，则可提高泡膜的韧性和强度。
2、气泡与絮粒的粘附。由于絮粒与微气泡带有一定的憎水性，它们的比表面积又很大，并且有剩余的自由界面能，因此，它们都有相互吸附而降低各自表面能的倾向。在一定的水力条件下，具有足够动能的微气泡和絮粒相互撞击时，彼此挤开对方结合力较弱的外层水膜而靠近，当排列有序的气泡内层水膜碰到絮粒的剩余憎水基团时，相互通过分子间的范德华引力而粘附。由于絮粒柔软易变形，而微气泡膜又有一定的弹性，因此两者间的碰撞是软碰撞。碰撞后，絮粒与气泡实现多点粘附。
3、微气泡与微絮粒之间的“共聚作用”。理想的带气絮粒是应该将气泡包含在絮粒内部，这样，在上浮过程中，气泡不会脱落，而且成为浮渣后也不轻易下沉。为此，尽可能实现微絮粒与微气泡的碰撞粘附并在上浮过程中继续并大成长。这种有微气泡直接参与凝聚而与絮粒共聚并大的过程即为“共聚作用”。
综合上述絮凝机理和气浮机理，本发明选择了一种有效的共聚气浮的途径，从酸性高浓度有机废水中提取菌体蛋白。其具体方案是将高浓度有机废水溶入过饱和空气，经减压释放后再加入絮凝剂进行气浮分离，加入絮凝剂时料液温度控制在30-80℃，分离出的菌体蛋白经脱水、烘干后包装入库。这样非常有利于气泡与絮粒之间的“共聚作用”，气泡与菌体蛋白絮块结合紧密，在气浮过程中不易“落渣”，絮块不易破碎。
本发明提供的从酸性高浓度有机废水中提取菌体蛋白的工艺经过以下步骤：
1、收集强酸性高浓度有机废水；
2、将收集的强酸性高浓度有机废水加热至30-80℃；
3、溶气，通过加压或射流等方式通入、溶解过饱和空气，溶气压力为0.15-0.35MPa；
4、通过溶气释放器减压释放，释放出微气泡；
5、混合，加入浓度为0.5-1.5‰的聚丙稀酸钠絮凝剂，絮凝剂的加入量为有机废液量的1-6％；
6、进入气浮分离装置分离蛋白；
7、脱水，经上一步骤分离出的蛋白含水量在80-90％，脱水后，使其含水量降为50-60％；
8、烘干成菌体蛋白粉，含水量小于10％，包装；
9、分离后的清液进行再处理后排放。
上述步骤中的第二步将料液加热，也可以在溶气、减压释放之后进行。
本发明可广泛应用于氨基酸发酵行业中，仅以国内味精行业为例，谷氨酸的提取方法大部分都采取一步冷冻等电加离交二次提取工艺，每生产1吨味精，要排放15吨左右的离交尾液，按全国年产40万吨计，则每年要排放离交尾液600万吨。应用本发明，从100吨废水中可提取出1吨含粗蛋白60-70％的蛋白粉，每年可提取蛋白粉将近6万吨，每吨菌体蛋白粉售价按3000元计，则每年可新增产值1.8亿元。每吨菌体蛋白粉的各项成本总计为1000元左右，则每年可创经济效益1.2亿元。此外，提取菌体蛋白后的离交尾液，其COD去除率为50％左右，即可将对环境的污染减轻一半，所产生的社会效益也是非常大的。
综上所述，本发明的优点在于以下方面：
1、工艺简单，成本低廉；
2、固液分离可连续进行，宜于实现工业化生产；
3、提取菌体蛋白时，不需要调料液的PH值，而且只用一种絮凝剂，不需加入其它的助凝剂；
4、菌体蛋白脱水不需加助滤剂，很容易脱水；
4、大大减轻强酸性高浓度有机废水对环境的污染；
5、可以从废水中提取出有价值的菌体蛋白，经济效益显著。
下面提供本发明的实施例。
实施例1：
本实施例为一种在谷氨酸生产中从离交尾液中提取菌体蛋白的工艺，该工艺经过以下步骤：
1、收集离交尾液，测得PH值为1.8；
2、将收集的离交尾液用蒸汽加热至45℃左右；
3、上述料液通过压力溶气罐，压力溶气罐中通入压缩空气，溶气罐压力为0.15-0.20MPa；
4、通过溶气释放器减压释放，释放出微尾气泡；
5、加入浓度为0.05％的絮凝剂聚丙稀酸钠，加入量为有机废液量的6％；
6、进入气浮分离装置分离蛋白；
7、脱水，经上一步骤分离出的蛋白含水量在80-90％，脱水后，使其含水量降为50-60％；
8、烘干成菌体蛋白粉，含水量小于10％，测得含粗蛋白65％，包装；
9、分离后的清液进行再处理后排放。
实施例2：
本实施例仍为一种在谷氨酸生产中从离交尾液中提取菌体蛋白的工艺，该工艺经过以下步骤：
1、收集离交尾液，测得PH值为1.6；
2、通过射流溶气装置将空气吸入上述料液中，溶气压力为0.3-0.35MPa；
3、通过溶气释放器减压释放，释放出微气泡；
4、通过射流加热装置使料液经蒸汽加热至65℃左右；
5、通过射流混合装置，加入浓度为0.15％的絮凝剂聚丙稀酸钠，加入量为有机废液量的2％；
6、进入气浮分离装置分离蛋白；
7、脱水，经上一步骤分离出的蛋白含水量在80-90％，脱水后，使其含水量降为50-60％；
8、烘干成菌体蛋白粉，含水量小于10％，测得含粗蛋白70％，包装入库；
9、分离后的清液进行再处理后排放。