一种利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法与流程

本发明涉及生物工程与资源化利用，更具体的说是涉及一种利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法。

背景技术：

1、氨基葡萄糖是葡萄糖的一个羟基被一个氨基取代的化合物，俗称氨基糖，简称氨糖，又名葡糖胺。氨基葡萄糖通常以 n-乙酰基衍生物，例如甲壳素或胞壁酸的形式存在于动物或微生物中。氨基葡萄糖及其衍生物 n-乙酰氨基葡萄糖是氨基单糖，它们均具有关键的生化功能，并作为葡胺聚糖等聚合物生物合成和蛋白聚糖生产的底物前体。其能够刺激软骨细胞产生有正常多聚体结构的蛋白多糖，提高了软骨细胞的修复能力，在骨科医疗上拥有广阔的市场应用前景。目前市面上的氨基葡萄糖产品多数为氨基葡萄糖盐酸盐、氨基葡萄糖硫酸盐和n-乙酰氨基葡萄糖。目前生产氨基葡萄糖的方法主要有3种，即酸水解法、酶解法及微生物发酵法。对于酸解法而言，一定的反应条件下，高浓度的盐酸能够使虾蟹壳中的甲壳素、壳聚糖转化为氨基葡萄糖，但浓盐酸的大量使用对环境并不友好。酶解法是利用壳聚糖酶降解虾蟹壳，但该方法生产效率低下，主要为壳聚糖酶价格昂贵、转化时间长及生产成本高。此外，利用虾蟹壳生产的氨基葡萄糖在临床应用过程中会引起过敏体质者的过敏反应。生物法由于原材料来源广泛，对环境污染比较小，越来越受到企业的青睐。如今常通过基因改造的大肠杆菌或枯草芽孢杆菌进行氨基葡萄糖的生产。

2、微生物发酵法提取氨基葡萄糖的一般流程为：利用过量的酸对发酵液进行酸化，使其中的氨糖衍生物转化为氨基葡萄糖，利用碱性物质中和多余的酸，得到氨基葡萄糖盐溶液，对盐溶液进行脱色处理，最后加入乙醇等有机溶剂，利用氨基葡萄糖盐酸盐或硫酸盐不溶于乙醇的特点使其结晶析出，通过固液分离的方式得到氨基葡萄糖盐酸盐或硫酸盐固体，而液相中仍然含有约 8%-15%的氨基葡萄糖，该液相即为氨基葡萄糖母液。氨基葡萄糖母液不仅含有一定浓度的氨基葡萄糖，而且母液类废水含有毒性及刺激性。母液类废水水质复杂，若直接排放，会造成环境破坏；而直接进入污水处理系统，可能会对生化系统造成冲击；若利用大量的水进行稀释再进行后续处理，会造成大量的水资源浪费，因此对母液类废水的处理成为亟待解决的问题之一。由于嗜盐菌在面对高盐的环境时，会分泌相容溶质来帮助自身适应高渗环境，同时有研究表明，嗜盐菌有潜力降解环境污染物，基于此利用嗜盐菌处理高盐有机废水具有广阔的应用前景。

3、嗜盐菌在高盐环境中分泌的相容溶质为四氢嘧啶（又称为依克多因）。依克多因（ectoin/ectoine）是一种氨基酸的衍生物，具有亲水性，最初发现于埃及沙漠和盐湖中的嗜盐菌的细胞外层，它能够保护嗜盐菌在高温、高渗透压等极端环境中生存，是一种功效成分，属于extremolytes（压力防护分子）。依克多因在化妆品和医疗领域应用广泛。现有的研究发现，依克多因能够消炎、抵抗紫外线和可见光以及具有保护dna的功效。因此，依克多因对于嗜盐菌的保护作用使嗜盐菌处理有毒的高盐废水成为可能。此外，依克多因价格昂贵且不能通过人工合成，嗜盐菌在废水处理中生产出依克多因也能够促进废水资源化利用。嗜盐菌独特的耐盐机制使其在含盐环境污染物的治理方面展现出优势。研究报道，生活在高盐环境中的细菌在降解污染物方面具有较高的潜力。例如在海洋环境中发现的能够降解多环芳烃的中度嗜盐菌。

4、因此，提供一种利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法。

2、本发明利用嗜盐菌处理高盐度氨基葡萄糖母液废水，在氨基葡萄糖发酵废水处理的过程中不仅节约了大量的水资源，而且产生了高附加值产物依克多因，同时处理了提取氨基葡萄糖过程产生的废乙酸，达到了废水资源化利用以及以废治废的目的。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、氨基葡萄糖发酵废水主要成分为氨基葡萄糖、盐酸、乙酸、少量乙醇。氨基葡萄糖发酵废水前处理方法如下：取超纯水对氨基葡萄糖发酵废水稀释一定倍数，具体稀释倍数通过实验测得，氢氧化钠调控ph。氨基葡萄糖发酵废水具有较强的酸性和腐蚀性，且氢氧化钠的加入会使氨基葡萄糖发酵废水释放出刺激性气体和产生大量的热，因此本步骤需佩戴防护用具在通风橱进行。处理后的氨基葡萄糖发酵废水冷却后进行嗜盐菌处理。氨基葡萄糖发酵废水含有的氨基葡萄糖可以为嗜盐菌提供碳源和氮源，经过氢氧化钠处理，母液中含有较高的盐浓度可以为嗜盐菌提供高渗环境。由于氨基葡萄糖发酵废水具有刺激性和毒性，因此要对嗜盐菌能否直接利用氢氧化钠调节ph后的氨基葡萄糖发酵废水进行探究。前期实验实验发现，嗜盐菌处理氨基葡萄糖发酵废水前期会使溶液ph会降低，通过模拟废水发现ph过低会抑制菌体生长。此外，废水中不含ca2+，而ca2+是微生物生长的必要元素。因此添加碳酸钙可以提高ph值，以此投加适量碳酸钙调节前期的酸性环境。

5、一种利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法，包括以下步骤：

6、1）菌种活化方法

7、延长盐单胞菌，属于中度嗜盐菌，耐盐范围为3%-15%。

8、菌种活化方法：取甘油管保存的延长盐单胞菌，加入装有50 ml种子培养基的挡板摇瓶中，置于220 r/min的摇床上，37℃培养12 h左右，获得种子液。

9、种子培养基：胰蛋白胨，10 g/l；酵母提取物，5 g/l；氯化钠，60 g/l。调节ph=7.0。用八层纱布塞住锥形瓶管口，并用牛皮纸包扎，置于高压蒸汽灭菌锅中以121 ℃条件灭菌20min。

10、如果种子液暂时不用，取种子液900 μl加入装有等体积50%甘油的甘油管中，混匀置于-20 ℃冰箱保存。

11、2）种子培养

12、取种子液接入装有种子培养基的摇瓶中培养，得到od600值为4-20的菌液。

13、3）氨基葡萄糖发酵废水发酵：取自来水对氨基葡萄糖发酵废水进行稀释，将盐浓度（以nacl计）调整为3-15%，用氢氧化钠调节ph至7.0-8.2。

14、4）调节ph后的氨基葡萄糖发酵废水，添加碳酸钙，碳酸钙的添加量为0.05-1.5%（质量体积比）。

15、将od600值为4-20的菌液按5-40%（体积比）的接种量接入到上述调整后的氨基葡萄糖发酵废水中，30-39 ℃处理120-192小时。

16、进一步，所述的方法在生产依克多因中的应用。

17、进一步，所述的方法在处理氨基葡萄糖发酵废水中的应用。

18、进一步，所述的方法在利用氨糖、去除氨氮中的应用。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了利用氨基葡萄糖发酵废水生产依克多因的方法，利用延长盐单胞菌处理高盐度氨基葡萄糖母液废水，其中氨基葡萄糖发酵废水废水盐浓度调整至3-15%，再接种培养好的延长盐单胞菌菌液（5-35%），可获得价值极高的依克多因，既处理了氨基葡萄糖发酵废水废水，也获得了依克多因原料，是一种较好的资源化利用技术。