一種提高含孢子體抗生素藥渣厭氧發(fā)酵效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及抗生素藥渣沼氣資源化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高含孢子體抗 生素藥渣特別是頭孢菌素 C藥渣厭氧發(fā)酵效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是世界上最大的抗生素原料藥生產(chǎn)與出口國(guó)，生產(chǎn)1噸抗生素約產(chǎn)生8~10 噸濕菌渣，因此抗生素藥渣年排放達(dá)上百萬(wàn)噸，抗生素藥渣中殘留的培養(yǎng)基、抗生素母體及 其降解物對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康存在著潛在危害性，國(guó)家已經(jīng)將抗生素藥渣明確列為危險(xiǎn) 廢物，禁止用于飼料和肥料。在目前政策認(rèn)可的處置方式主要是焚燒，1噸藥渣焚燒約需2 〇〇〇多元。受處置成本和焚燒設(shè)施能力等因素制約，此方式難以實(shí)施。
[0003] 頭孢菌素類(lèi)抗生素是目前廣泛應(yīng)用于臨床的一類(lèi)高效、低毒的重要抗生素之一， 在我國(guó)其產(chǎn)量占世界的80%以上，大量藥渣的產(chǎn)生及后處理問(wèn)題已經(jīng)成為環(huán)保和制藥企業(yè) 亟待解決的難題。厭氧發(fā)酵技術(shù)是當(dāng)前有機(jī)廢棄物無(wú)害化、資源化、能源化處理的一種有效 途徑。雖然部分制藥企業(yè)率先開(kāi)展對(duì)藥渣的厭氧發(fā)酵處理，并取得了階段性成果，但存在很 多問(wèn)題，其中關(guān)鍵問(wèn)題之一就是頭孢菌素藥渣主要成分不是菌絲體，而是真菌分化的孢子 體，極難破壁處理，導(dǎo)致頭孢菌素藥渣厭氧發(fā)酵有機(jī)負(fù)荷低，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，處理能力與 產(chǎn)生量嚴(yán)重不匹配，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足處理需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可有效提高含孢子體 抗生素藥渣特別是頭孢菌素 C藥渣水解效率和厭氧發(fā)酵水平的方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案： 一種提高含孢子體抗生素藥渣產(chǎn)沼氣率的方法，包括厭氧發(fā)酵步驟，在所述厭氧發(fā)酵 步驟之前還包括對(duì)所述含孢子體抗生素藥渣進(jìn)行培養(yǎng)的步驟。
[0006] 優(yōu)選地，所述含孢子體抗生素藥渣為頭孢菌素 C藥渣。
[0007] 優(yōu)選地，對(duì)所述含孢子體抗生素藥渣進(jìn)行培養(yǎng)所使用的培養(yǎng)基為質(zhì)量濃度 〇· 1-1. 0%的葡萄糖水溶液，pH值為7. 0-7. 5。
[0008] 優(yōu)選地，所述含孢子體抗生素藥渣以10_80%( v/v，藥渣體積/接種后料液總體積） 的接種量接入所述培養(yǎng)基中，搖床震蕩(搖床轉(zhuǎn)速可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)效果不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響）培養(yǎng)6-24 h。
[0009] 優(yōu)選地，所述培養(yǎng)的溫度為25-35 °C。
[0010] 具體地，所述厭氧發(fā)酵的條件為：以正常發(fā)酵沼氣池中的沼液為接種物，有機(jī)負(fù)荷 TS為I. 5%-4. 0%，接種量20-30%( v/v，沼液體積/接種后料液總體積)，發(fā)酵溫度25-35 °C， 發(fā)酵時(shí)間50 d。
[0011] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)方案，在所述培養(yǎng)步驟之后還可以與超聲處理、微波處 理或熱堿處理步驟相結(jié)合，超聲處理、微波處理和熱堿處理的具體條件是本領(lǐng)域技術(shù)人員 根據(jù)具體情況可以自行選擇或調(diào)整的，在此不做進(jìn)一步限定。
[0012] 本發(fā)明的積極效果是：在以含孢子體抗生素藥渣（以頭孢菌素 C藥渣為例）為原料 的厭氧發(fā)酵前，采用〇. 1-1. 〇%的葡萄糖溶液為培養(yǎng)基，將頭孢菌素 C藥渣按一定比例接入， 25-35 °C震蕩培養(yǎng)6-24 h，然后按一定比例加入發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧發(fā)酵，沼氣產(chǎn)率比對(duì)照提 高50%以上。培養(yǎng)后的頭孢菌素 C藥渣可以結(jié)合超聲、微波、熱堿等進(jìn)行預(yù)處理，培養(yǎng)后的 藥渣可以減少超聲、微波等預(yù)處理時(shí)間，并且同樣情況下比未培養(yǎng)直接進(jìn)行超聲、微波等處 理，沼氣產(chǎn)率也提高50%以上。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，首先，在中溫條件（25-35Γ)下，頭孢菌素 C藥渣直接用于厭氧 發(fā)酵其沼氣產(chǎn)氣效率很低，為150-250 mL/g TS，本發(fā)明將頭孢菌素 C藥渣培養(yǎng)后再進(jìn)行厭 氧發(fā)酵，可有效提高藥渣水解效率和沼氣產(chǎn)量，與直接藥渣厭氧發(fā)酵相比，可提高沼氣產(chǎn)量 50%以上。其次，本發(fā)明采用的頭孢菌素 C藥渣培養(yǎng)基為0. 1-1. 0%的葡萄糖水溶液，培養(yǎng) 基配制方法簡(jiǎn)單、方便，原料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜。第三，該技術(shù)可以與超聲、微波或熱堿等 預(yù)處理技術(shù)相結(jié)合，顯著縮短超聲或微波等處理時(shí)間，降低能耗，提高水解效率和沼氣產(chǎn)氣 量。第四，該技術(shù)工程實(shí)施簡(jiǎn)單，在厭氧發(fā)酵罐前，直接添加一個(gè)培養(yǎng)罐，既可以做預(yù)處理 罐，又可做原料儲(chǔ)備罐。第五，該技術(shù)除用于頭孢菌素 C藥渣外，對(duì)主要成分為孢子的有機(jī) 廢棄物或廢水均有效。因此，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，不僅可以解決大量頭孢菌素 C藥渣再利用和環(huán) 境污染問(wèn)題，而且對(duì)促進(jìn)抗生素制藥業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義，有著切實(shí) 的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳述，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍 的限定。
[0015] 實(shí)施例1 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)：采用250 mL厭氧瓶，全混式厭氧發(fā)酵工藝，設(shè)2個(gè)處理： 處理一：頭孢菌素 C藥渣不經(jīng)過(guò)任何處理為原料，作為對(duì)照； 處理二：以培養(yǎng)10小時(shí)的頭孢菌素 C藥渣為原料(培養(yǎng)基為0. 3%的葡萄糖水溶液，pH 值7. 0-7. 2，藥渣接入量為50% (v/v )，培養(yǎng)溫度35 ± 2 °C )。
[0016] 有機(jī)負(fù)荷TS為2%，（TS又稱(chēng)干物質(zhì)濃度，指將一定量的發(fā)酵料液放置在100-105 °c烘箱內(nèi)，烘干至恒重，烘干物質(zhì)占總重的百分比)，以正常發(fā)酵沼氣池中的沼液為接種物， 接種量20-30%(體積比)，發(fā)酵溫度：中溫（35±2)°C，發(fā)酵時(shí)間50 d，每個(gè)處理作5個(gè)平行。 具體結(jié)果見(jiàn)下表1，頭孢菌素 C藥渣培養(yǎng)后沼氣產(chǎn)氣率是411.8 mL/g TS，是對(duì)照沼氣產(chǎn)氣 率的2. 03倍，兩個(gè)處理間甲烷平均含量沒(méi)有顯著差異。
[0017] 表1沼氣產(chǎn)氣情況
注：同項(xiàng)數(shù)據(jù)后相同小寫(xiě)字母表示在5?水平上無(wú)顯著差舁。
[0018] 實(shí)施例2 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)：采用250 mL厭氧瓶，全混式厭氧發(fā)酵工藝，設(shè)6個(gè)處理， 處理一：以頭孢菌素 C藥渣為原料，不經(jīng)任何處理，作對(duì)照； 處理二：以培養(yǎng)8小時(shí)的頭孢菌素 C藥渣為原料(培養(yǎng)基為0. 5%的葡萄糖水溶液，pH 值7. 0-7. 2，藥渣接入量為60% (v/v )，培養(yǎng)溫度27 ± 2 °C ); 處理三：藥渣超聲處理30 min (超聲聲密度：0. 6 W/mL); 處理四：將處理二培養(yǎng)后的藥渣超聲處理30 min ; 處理五：藥渣微波處理2 min (功率：575 W); 處理六：將處理二培養(yǎng)后的藥渣微波處理2 min。
[0019] 有機(jī)負(fù)荷TS為3%，（TS又稱(chēng)干物質(zhì)濃度，指將一定量的發(fā)酵料液放置在100-105 °c烘箱內(nèi)，烘干至恒重，烘干物質(zhì)占總重的百分比)，以正常發(fā)酵沼氣池中的沼液為接種物， 接種量20-30%(體積比)，發(fā)酵溫度：中溫（35±2)°C，發(fā)酵時(shí)間50 d，每個(gè)處理作5個(gè)平行。
[0020] 結(jié)果見(jiàn)表2,處理二至處理六的沼氣產(chǎn)氣率均高于對(duì)照，說(shuō)明經(jīng)過(guò)預(yù)處理，顯著提 高了頭孢菌素藥渣的沼氣產(chǎn)氣率。其中處理二采用藥渣培養(yǎng)后，沼氣產(chǎn)氣率為391.8 mL/g TS，是對(duì)照沼氣產(chǎn)氣率的2. 0倍。處理四藥渣培養(yǎng)后再超聲處理，沼氣產(chǎn)氣率為457. 9 mL/ g TS，是處理一的2. 3倍，是處理三僅超聲處理的1. 5倍。處理六藥渣培養(yǎng)后再微波處理， 沼氣產(chǎn)氣率為430. 5 mL/g TS，是處理一的2. 2倍，是處理五僅微波處理的1. 5倍。說(shuō)明經(jīng) 過(guò)培養(yǎng)，使頭孢菌素藥渣中的孢子萌發(fā)成菌絲狀態(tài)，更有利于厭氧發(fā)酵，而且可以同其他預(yù) 處理方式相結(jié)合，提高其預(yù)處理效果。
[0021] 表2不同處理沼氣產(chǎn)氣情況
[0022] 實(shí)施例3-7 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣試驗(yàn)：采用250 mL厭氧瓶，全混式厭氧發(fā)酵工藝，頭孢菌素 C藥渣培 養(yǎng)溫度30±2°C，以正常發(fā)酵沼氣池中的沼液為接種物，接種量20-30% (體積比)，發(fā)酵溫度 25-35 °C，發(fā)酵時(shí)間50 d，每個(gè)處理作5個(gè)平行。結(jié)果見(jiàn)表3,通過(guò)培養(yǎng)的頭孢菌素 C藥渣， 進(jìn)行厭氧發(fā)酵，其沼氣產(chǎn)氣率均顯著高于對(duì)照，不同處理平均甲烷含量沒(méi)有顯著差異。
[0023] 表3實(shí)施例3-7產(chǎn)沼氣情況
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高含孢子體抗生素藥渣產(chǎn)沼氣效率的方法，包括厭氧發(fā)酵步驟，其特征在于： 在所述厭氧發(fā)酵步驟之前還包括對(duì)所述含孢子體抗生素藥渣進(jìn)行培養(yǎng)的步驟。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述含孢子體抗生素藥渣為頭孢菌素C 藥渣。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：對(duì)所述含孢子體抗生素藥渣進(jìn)行培養(yǎng)所 使用的培養(yǎng)基為質(zhì)量濃度〇. 1-1. 〇%的葡萄糖水溶液，pH值為7. 0-7. 5。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述含孢子體抗生素藥渣以10-80% (v/ v)接入所述培養(yǎng)基中，培養(yǎng)6-24h。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述培養(yǎng)的溫度為25-35 °C。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述厭氧發(fā)酵的條件為：以正常發(fā)酵沼 氣池中的沼液為接種物，有機(jī)負(fù)荷TS為1. 5%-4. 0%，接種量20-30% (v/v)，發(fā)酵溫度25-35 °C，發(fā)酵時(shí)間50d。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：所述培養(yǎng)步驟之后還與超聲、微 波或熱堿預(yù)處理相結(jié)合。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高含孢子體抗生素藥渣厭氧發(fā)酵效率的方法，其包括厭氧發(fā)酵步驟，在所述厭氧發(fā)酵步驟之前還包括對(duì)所述含孢子體抗生素藥渣進(jìn)行培養(yǎng)的步驟。以頭孢菌素C藥渣為例，增加培養(yǎng)步驟后，沼氣產(chǎn)率提高50%以上，該方法還可以結(jié)合超聲、微波、熱堿等進(jìn)行預(yù)處理，沼氣產(chǎn)率也提高50%以上。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，不僅可以解決大量抗生素藥渣再利用和環(huán)境污染問(wèn)題，而且對(duì)促進(jìn)抗生素制藥業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義，有著切實(shí)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】C12P35/06, C12N1/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105400704
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510819044
【發(fā)明人】程輝彩, 習(xí)彥花, 張麗萍, 王慧, 何強(qiáng), 王宏偉, 崔冠慧, 張根偉, 尹淑麗, 劉洪偉
【申請(qǐng)人】河北省科學(xué)院生物研究所
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日