一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺的制作方法

1.本发明涉及菌体渣干燥技术领域。具体地说是一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺。


背景技术：

2.目前，国内外乳酸生产在进行乳酸菌发酵时多以玉米为主要原料，经糖化后进行发酵，在发酵结束后需要向发酵液中加入过量的氧化钙或氢氧化钙以中和生成的乳酸，得到含乳酸钙的发酵醪。发酵醪中含有的乳酸钙溶液经板框过滤后从发酵醪中分离出来，再将得到的乳酸钙溶液进一步加工得到乳酸；板框过滤后得到的滤渣经滚筒干燥器干燥后得到含水量大约为10wt％的菌体渣；但这种菌体渣的特点是：含有粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、淀粉、十几种氨基酸、碳酸钙、氢氧化钙、磷酸盐、以及乳酸钙等，由于菌体渣中含有粗蛋白、粗脂肪、十几种氨基酸和粗纤维以及乳酸钙等营养物质，因此可将菌体渣作为有机钙饲料。但是这种菌体渣中由于存在菌体蛋白、脂肪、十几种氨基酸、未发酵完全的糖化淀粉、纤维素以及残留的乳酸钙等有机物，这些有机物分子之间产生相互作用力，并与碳酸钙、磷酸盐、氢氧化钙等无机分子相互作用形成了粘性较大的复杂复合物，并且乳酸钙形成的结晶水较稳定，进一步加大了干燥的难度。
3.另外，在加热时，乳酸钙、氢氧化钙、磷酸盐、碳酸钙等化合物与糖化淀粉、氨基酸、粗脂肪、粗纤维、蛋白质等有机物相互作用容易在菌体渣表面形成坚硬而密封的保护膜，使得干燥过程中菌体渣内部的水分难以蒸发出来，因此菌体渣的干燥难度极大。目前，常常因菌体渣中水分干燥不彻底而导致堆积储存时发生变质，并且由于菌体渣中存在较多的有机物而产生强烈的腐烂臭味，不仅严重污染水源和环境，而且造成了资源的浪费。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺，解决菌体渣因粘性大、成分复杂等导致的干燥不彻底而造成的储存堆放时易腐烂变质的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
7.步骤a：向经板框过滤后得到的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；
8.步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；先加入尿素溶液再加入处理剂，然后再喷入浓硫酸进行处理，这样可以使得菌体渣在经过尿素溶液处理后，菌体渣得到初步分散，更有利于处理剂发挥作用，降低菌体渣的粘性，且经处理剂处理后的菌体渣在浓硫酸和尿素等的作用下，其内部的稳定结构更容易被破坏。
9.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；
10.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中
菌体渣的干燥过程。
11.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤a中，所述尿素溶液中尿素的质量分数为40～50wt％。选择该质量分数的尿素溶液放置处理菌体渣是因为，一方面，该浓度的尿素可以有效破坏菌体渣中分子间的作用力，使菌体渣的粘度下降，提高菌体渣的分散性；另一方面，该浓度的尿素溶液可以与浓硫酸形成尿素-浓硫酸系统，反应生成的磺酸基化合物可以与菌体渣中的纤维素等相互作用生成改性纤维素，改性后的纤维素其干燥难度会显著降低。另外尿素的加入可以提高菌体渣中的氮素含量。
12.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤a中，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为(10～25):1；放置时间为4～8h。当菌体渣与尿素溶液的重量之比为(10～25):1时，既可以保证尿素均匀吸附在菌体渣中，充分发挥其氢键破坏剂的作用，又不会引入更多的水分，增加干燥成本。另外，放置时间在4～8h之间时，菌体渣的粘度下降程度最好。
13.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤b中，所述处理剂为二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠或磷酸脲中的一种或两种及两种以上的组合。二甲基二碳酸盐和磷酸脲的加入有利于破坏菌体渣内分子间作用力，并促进蛋白、脂肪、纤维、淀粉等有机大分子分解或降解，并使菌体渣粘度下降。焦磷酸钠作为一种常见的分散剂，可以起到分散菌体渣的作用，且焦磷酸钠在酸性条件下生成的磷酸根也可以使纤维素改性，降低菌体渣的干燥难度。
14.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤b中，所述处理剂的加入量与所述混合物料a的重量之比为1:(65～100)；加入处理剂混合均匀后的放置时间为3～5h。处理剂的加入量在该范围内可以更好地发挥其处理效果，与尿素发挥协同作用更好地破坏菌体渣内部分子间的作用力，使菌体渣复合物的粘度大大降低，而且该加入量的处理剂在菌体渣处理干燥后，在菌体渣中的残留量可以降到最低。
15.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤c中，所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％。浓硫酸可以与尿素反应生成氨基磺酸，氨基磺酸的磺基导入纤维素使纤维素改性。本发明中采用先加入尿素溶液再加入处理剂最后再喷入浓硫酸的处理方式，一方面可以破坏有机大分子之间的稳定结构以及无机物与有机物之间稳定结构；另一方面可以与碳酸钙、氢氧化钙、乳酸钙等进行反应，使得在后续的干燥过程中，可以有效避免在菌体渣表面形成坚硬而密封的保护膜，同时酸也能将菌体渣中碳酸根溶解生成二氧化碳气体，气体的溢出可以在菌体渣内部形成气孔，使菌体渣疏松，有利于处理剂及残余尿素的进一步渗透以及水分的蒸发。
16.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤c中，所述浓硫酸的加入量与所述尿素溶液中尿素的重量之比为(0.3～0.5):1。在该配比下，有利于反应生成氨基磺酸，使纤维素得以改性。由于尿素与浓硫酸之间的反应体系比较复杂，浓硫酸溶于菌体渣中残存的水中形成强酸性环境，且菌体渣中含有金属硫酸盐、金属氯化物和金属磷酸盐等，因而可以在菌体渣局部微环境形成含有盐酸、硫酸和/或磷酸的强酸性环境，尿素在这些局部微环境中可以与强酸作用生成磷酸脲等盐(加合物)，并且能够与盐类作用生成络合物，如四尿素硫酸钙等；有利于破坏菌体渣中金属离子或金属化合物之间以及与有机物之间形成的稳定、复合分子结构，使得反应结束后得到的菌体渣分散性较好，且混合物料c的ph比较接近中性。
17.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤c中，反应釜的反应过程分为两个阶段：
18.阶段1：将所述浓硫酸在1.5～3.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加
入完毕后，继续搅拌反应2～3h；由于浓硫酸与尿素的反应为放热反应，若反应比较集中，容易导致反应釜的温度过高，不利于氨基磺酸的生成，同时也会影响菌体渣的品质，因此在1.5～3.5h内通过边加入边搅拌的方法加入浓硫酸，并继续反应2～3h，有利于降低尿素的分解，提高氨基磺酸的生成量，从而有利于使纤维素改性，降低菌体渣的干燥温度。
19.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温1～2h后，反应结束。在此阶段，尿素与浓硫酸的反应基本结束，但可能存在尿素或浓硫酸的残留，通过控制反应釜温度在80～90℃范围内并保温1～2h，可使残存的尿素或者浓硫酸进一步作用于菌体渣，使有机大分子之间的稳定结构以及无机物与有机物之间的稳定、复合结构进一步破坏，有利于降低菌体渣的干燥难度。这种阶段式的处理方式，可使得菌体渣在处理后相比一段式处理(比如喷入浓硫酸后直接反应3～5h，或者喷入浓硫酸后控制反应釜温度为80～90℃反应3～5h)具有更低的粘性和更好的分散性，有利于后续的干燥处理。
20.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，步骤c中，反应结束后调节混合物料c的ph至中性。
21.上述乳酸生产中菌体渣干燥工艺，在步骤d中，所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温为450～550℃，尾温为80～90℃，滚筒转速为500～600rpm/min。在该干燥条件下，干燥得到的菌体渣松散性较好，干燥的比较彻底。
22.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
23.1、本发明将板框过滤后的菌体渣用尿素、处理剂和浓硫酸等进行反应处理，可以破坏菌体渣内部的稳定结构、显著降低菌体渣的粘性，使其更容易干燥。采用本发明的干燥工艺可有效降低其干燥难度，使干燥后的菌体渣具有较低的含水率，可以有效延长菌体渣储存堆放时间。
24.2、采用尿素浓溶液处理菌体渣有利于破坏菌体渣中乳酸钙、纤维、蛋白等有机物与碳酸钙、氢氧化钙相互之间产生的氢键等分子间的相互作用力，使菌体渣的粘度降低，提高其分散性。并且尿素可与浓硫酸反应生成磺基化合物，磺基的引入可以取代纤维中的羟基而实现对纤维素的改性，不仅能够破坏纤维素与菌体渣中其他组分的稳定联结结构，而且使纤维素更容易干燥；另外，尿素浸入到菌体渣内部，其与硫酸进行反应的同时能够破坏菌体渣内部的稳定结构，有利于菌体渣干燥。
25.3、二甲基二碳酸盐和磷酸脲的加入有利于破坏菌体渣分子间作用力，使菌体渣更容易分散和分解；另外，二甲基二碳酸盐可分解生成甲醇和二氧化碳，甲醇的存在有利于改变淀粉、纤维素等有机大分子之间的稳定联结结构，改善菌体渣的粘性，二氧化碳可使菌体渣内部形成多孔结构，从而有利于辅助尿素更快更深入地渗入到菌体渣中；焦磷酸钠作为一种常用的分散剂，可以起到分散菌体渣的作用，且其在酸性条件下生成的磷酸根也可以使纤维素改性；磷酸脲也可以破坏分子间和分子内形成的氢键，通过削弱分子间作用力和分子内作用力增加菌体渣大分子的溶解性、降低菌体渣的粘度，另外，磷酸脲的水溶液呈酸性，且磷酸基团可以导入到纤维素分子中，有利于改变纤维素的大分子结构，降低其干燥难度。
26.4、通过控制菌体渣、尿素与浓硫酸的比例或在处理后调节物料ph，在处理结束后可使菌体渣中的酸碱被恰好中和；同时二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠以及磷酸脲的加入可以有效破坏菌体渣中分子间作用力，使纤维素、淀粉以及蛋白进行一定程度的分解，从而降低
菌体渣的粘性，使其更容易干燥。另外，经过预处理液处理后，可使有机物之间以及无机物与有机物之间的联结结构得以分解、破坏，再经过浓硫酸的处理作用，可使得在后续的加热干燥过程中，无法在菌体渣表面形成密封膜，从而使得菌体渣中的水分快速逸出。
具体实施方式
27.实施例1
28.本实施例中乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
29.步骤a：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；所述尿素溶液中尿素的质量分数为50wt％，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为25:1；放置时间为8h。
30.步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；所述处理剂为二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲，将二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲3种处理剂依次加入到混合物料a中，边加边搅拌；3种处理剂的总加入量与所述混合物料a的重量之比为1:80；加入3种处理剂并混合均匀后的放置时间为3h，二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲的重量之比为1:1.5:0.8。
31.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％，所述浓硫酸的加入量使得其与所述尿素溶液中尿素的重量之比为0.5:1；反应釜中反应过程分为如下两个阶段：
32.阶段1：将所述浓硫酸在3.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完毕后，继续搅拌反应3h；
33.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温2h后，反应结束。反应结束后测得混合物料c的ph为7.3，因此不用调节ph。
34.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在550℃，尾温控制在80℃，滚筒转速控制在550rpm/min。
35.将本实施例干燥后的菌体渣堆放在常规储存环境中，与板框过滤后直接采用滚筒干燥器干燥的菌体渣对比，其储存时间延长了1.9倍。
36.实施例2
37.本实施例中乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
38.步骤a：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；所述尿素溶液中尿素的质量分数为40wt％，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为10:1；放置时间为4h。
39.步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；所述处理剂为二甲基二碳酸盐，所述处理剂的加入量与所述混合物料a的重量之比为1:100；加入处理剂混合均匀后的放置时间为5h。
40.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％，所述浓硫酸的加入量使得其与所述尿素溶液中尿素的重量之比为0.3:1；反应釜中反应过程分为如下两个阶段：
41.阶段1：将所述浓硫酸在1.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完
毕后，继续搅拌反应2h；
42.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温1h后，反应结束。反应结束后调节其ph至中性。
43.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在85℃，滚筒转速控制在550rpm/min。
44.将本实施例干燥后的菌体渣堆放在常规储存环境中，与板框过滤后直接采用滚筒干燥器干燥的菌体渣对比，其储存时间延长了1.2倍。
45.实施例3
46.本实施例中乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
47.步骤a：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；所述尿素溶液中尿素的质量分数为40wt％，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为10:1；放置时间为4h。
48.步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；所述处理剂为焦磷酸钠，所述处理剂的加入量与所述混合物料a的重量之比为1:100；加入处理剂混合均匀后的放置时间为5h。
49.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％，所述浓硫酸的加入量使得其与所述尿素溶液中尿素的重量之比为0.3:1；反应釜中反应过程分为如下两个阶段：
50.阶段1：将所述浓硫酸在1.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完毕后，继续搅拌反应2h；
51.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温1h后，反应结束。反应结束后调节其ph至中性。
52.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在85℃，滚筒转速控制在550rpm/min。
53.将本实施例干燥后的菌体渣堆放在常规储存环境中，与板框过滤后直接采用滚筒干燥器干燥的菌体渣对比，其储存时间延长了1.3倍。
54.实施例4
55.本实施例中乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
56.步骤a：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；所述尿素溶液中尿素的质量分数为40wt％，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为10:1；放置时间为4h。
57.步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；所述处理剂为磷酸脲，所述处理剂的加入量与所述混合物料a的重量之比为1:100；加入处理剂混合均匀后的放置时间为5h。
58.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％，所述浓硫酸的加入量使得其与所述尿素溶液中尿素的重量之比为0.3:1；反应釜中反应过程分为如下两个阶段：
59.阶段1：将所述浓硫酸在1.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完毕后，继续搅拌反应2h；
60.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温1h后，反应结束。反应结束后调节其ph至中性。
61.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在85℃，滚筒转速控制在550rpm/min。
62.将本实施例干燥后的菌体渣堆放在常规储存环境中，与板框过滤后直接采用滚筒干燥器干燥的菌体渣对比，其储存时间延长了1.5倍。
63.实施例5
64.本实施例中乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：
65.步骤a：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；所述尿素溶液中尿素的质量分数为60wt％，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为25:1；放置时间为8h。
66.步骤b：将混合物料a再次进行搅拌，混合均匀后继续放置3h，得到混合物料b。
67.步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％，所述浓硫酸的加入量使得其与所述尿素溶液中尿素的重量之比为0.5:1；反应釜中反应过程分为如下两个阶段：
68.阶段1：将所述浓硫酸在3.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完毕后，继续搅拌反应3h；
69.阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温2h后，反应结束。反应结束后调节其ph至中性。
70.步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在550℃，尾温控制在85℃，滚筒转速控制在550rpm/min。
71.将本实施例干燥后的菌体渣堆放在常规储存环境中，与板框过滤后直接采用滚筒干燥器干燥的菌体渣对比，其储存时间延长了1.0倍。
72.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

技术特征：
1.一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤a：向经板框过滤后得到的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料a；步骤b：向混合物料a中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料b；步骤c：将混合物料b置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料c；步骤d：将混合物料c转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。2.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤a中，所述尿素溶液中尿素的质量分数为40～50wt％。3.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤a中，所述菌体渣与所述尿素溶液的重量之比为(10～25):1；放置时间为4～8h。4.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤b中，所述处理剂为二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠或磷酸脲中的一种或两种及两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤b中，所述处理剂的加入量与所述混合物料a的重量之比为1:(65～100)；加入处理剂混合均匀后的放置时间为3～5h。6.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤c中，所述浓硫酸的浓度大于或等于98wt％。7.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤c中，所述浓硫酸的加入量与所述尿素溶液中尿素的重量之比为(0.3～0.5):1。8.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤c中，反应釜的反应过程分为两个阶段：阶段1：将所述浓硫酸在1.5～3.5h内喷入反应釜中，边喷入边搅拌；所述浓硫酸加入完毕后，继续搅拌反应2～3h；阶段2：控制反应釜温度在80～90℃范围内，保温1～2h后，反应结束。9.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，步骤c中，反应结束后调节混合物料c的ph至中性。10.根据权利要求1所述的乳酸生产中菌体渣干燥工艺，其特征在于，在步骤d中，所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温为450～550℃，尾温为80～90℃，滚筒转速为500～600rpm/min。

技术总结
本发明公开一种乳酸生产中菌体渣干燥工艺，包括如下步骤：步骤A：向经板框过滤后的菌体渣中加入尿素溶液，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料A；步骤B：向混合物料A中加入处理剂，搅拌混合均匀后放置，得到混合物料B；步骤C：将混合物料B置于反应釜中，并在搅拌下向反应釜中喷入浓硫酸，反应结束后，得到混合物料C；步骤D：将混合物料C转移至干燥设备中进行干燥，干燥结束后即完成乳酸生产中菌体渣的干燥过程。本发明解决了菌体渣因粘性大、成分复杂等导致的干燥不彻底而造成的储存堆放时易腐烂变质的问题。烂变质的问题。


技术研发人员：师媛媛 崔洋 穆鹏宇 王浩 张树银 张国宣 顾永华 李义生 徐炜 邢晓霞 吴毓华 鲁锋 张亚辉 马全磊 付雪艳
受保护的技术使用者：河南金丹乳酸科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/3/8