饲料化工艺技术能解决抗生素菌渣的关键问题

爱猪网关晓华 2016-12-07 09:33:26

1、抗生素菌渣的来源及其特性

抗生素是化学药品原料药经微生物发酵1个周期后产生的代谢产物。从发酵液中提取所需的抗生素后过滤产生的固体废弃物就是抗生素菌渣。其主要成分是微生物菌丝体、未发酵完的培养基、少量残留的抗生素及其降解产物。残留的抗生素能诱导细菌产生抗药性,从而对生态系统和人类健康造成严重威胁,但抗生素菌渣干基中粗蛋白含量为30%~52%,分别为菌体蛋白和未发酵完全的培养基中的蛋白,具有较高的营养价值。贡丽鹏等人对土霉素、青霉素菌渣的理化性质进行分析,发现菌渣中C、O质量分数分别达到40%和30%以上,无机成分、重金属含量及多环芳烃含量均较低,菌渣中主要官能团为O-H和C-C,为蛋白质、纤维素等有机物质的特征官能团。

2、抗生素处理处置技术

目前,大家比较公认的抗生素处理处置技术有焚烧、安全填埋、肥料化、饲料化、能源化及其他处理处置技术。焚烧和安全填埋处置成本高,易造成二次污染和资源浪费,肥料化是通过接种微生物降解菌渣,腐熟后作为有机肥资源化利用。能源化是一种有效的无害化、资源化的手段。利用抗生素菌渣进行厌氧消化,不仅费用低,而且工艺成熟简单,沼气可以作为清洁燃料,沼渣可以用做有机肥,具有较好的经济效益。但肥料化和能源化技术均采用微生物发酵,菌渣中残留的抗生素是否被完全降解,其资源化利用需要进行相关的安全性评价。

未来抗生素菌渣的出路是安全化资源化再利用。脱毒处理的方式有高温灭活、化学改性、微生物分解和酶催化降解等方式。资源化再利用的方式有:用作培养基氮源、厌氧发酵和热解能源化;用作饲料和饲料添加剂,堆肥,生物吸附剂。近年来还开发出抗生素菌渣新应用,如石膏缓凝剂及可降解生物薄膜。

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3、抗生素菌渣饲料化技术工艺

抗生素菌渣虽然被列入危险物质,但是如果能够对菌渣进行脱毒处理,并对其进行可靠的安全性分析,菌渣饲料化为菌渣资源化利用的最有效途径。菌渣脱毒重点是将头孢菌渣中的残留效价去除,使其达到作为饲料或添加剂的安全标准,实现菌渣的无害化和资源化。目前,研究人员试图以抗生素残留效价脱除为研究重点,消除残留抗生素带来的未知隐患,达到菌渣资源化再利用的目的。采用微生物固体发酵的方式对菌渣进行生物改性,残留的抗生素通过高温,化学药品或生物降解等方式革除,马玉龙等提出了一种利用微生物大幅度降解菌渣中残留泰乐菌素的方法,可以使残留的泰乐菌素几乎完全降解。改性后的菌渣无残留抗生素,在消除环境风险的前提下用作饲料或饲料添加剂。目前常用黑曲霉、白地霉、酿酒酵母、假丝酵母、乳酸菌和枯草芽孢杆菌等对菌渣进行固态发酵生产单细胞蛋白和饲用酶制剂,菌渣经过预处理和固体发酵后,残留抗生素被降解,单细胞蛋白的含量及各种酶的活性增加,大大提升饲料品质,改善饲料的适口性。已有研究表明,多种类别的抗生素菌渣能够利用固体发酵的方式生产安全无残抗的高品质单细胞蛋白饲料和饲用酶制剂。

综上所述,抗生素菌渣残留微量的抗生素及其代谢产物的存在是影响其无害化、减量化、资源化的关键制约因素,探讨抗生素及其降解产物的脱毒工艺是解决抗生素菌渣处理处置问题中的关键。基于各类抗生素菌渣的特性,在处理抗生素菌渣时为达到安全化资源化综合利用的效果和目的。现归纳其技术工艺见图1。

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(1)生物脱毒。抗生素菌渣属于“危废”,如何将菌渣药物残留彻底消化、降解?用微生物技术进行菌渣脱毒。重点需要研发出更多适合各类抗生素菌渣的抗生素降解菌群。如果对菌渣进行无害化处理,达到饲料或者饲料添加剂的卫生安全指标,这样抗生素菌渣里的高蛋白营养物质就会得到最大化的利用。在无菌条件下。以抗生素菌渣为底物、通过化学手段和接种选择性混合菌群及复合酶制剂固态发酵将“危废”变性成为生物质小分子,如可溶性蛋白、氨基酸类和多糖类等环境友好品种,以革除菌渣中抗生素残留。

(2)检测底物。经生物脱毒处理的菌渣。进行固液分离,得到蛋白提取液,通过化学仪器分析检测提取液中残抗、蛋白、COD、多糖、还原糖、氨基酸态氮的含量。目前抗生素菌渣中残留效价的检测方法有微生物法、高效液相色谱法、液质联用法、气相色谱法、免疫分析法等。其中高效液相色谱法是一种常用快速的分离分析技术㈣。因此可以利用高效液相色谱法对抗生素菌渣中效价残留进行测定。

(3)毒理试验。发酵完的终端产品经检测达到饲料或者饲料添加剂的卫生安全指标,半成品(饲料添加剂)通过复配形成自制饲料用于开展毒理实验,每个受试物的实验时间为3个月,开展急性毒性实验以及亚急性毒性实验两个阶段的抗生素菌渣的毒性实验。

(4)动物实验。饲料成品用于小试拟选取预产期前15d的约克夏、长白猪共10头,编号1~10号,分成2组,1~5号为试验组。6~10号为对照组。每天将饲料成品按一定比例与普通饲料混合饲养母猪,直至产仔时停用。在相同的条件下,试验组和对照组均观察1个月,记录产仔数、发病时间、发病率、死亡率、成活率。中试拟选取预产期前15d的约克夏、长白猪共100头,具体实施方案与小试类似。

(5)产品认定。抗生素菌渣饲料化是解决大宗抗生素菌渣处理处置问题的有效途径。通过测定饲料的主要成分和含量,邀请专业机构鉴定自制饲料符合家畜、家禽用配合饲料国家标准。

4、结论

抗生素菌渣是一种“危废”,因此对其合理的无害化和资源化利用,具有较大经济和社会价值。要将菌渣饲料化,首先要保证菌渣无害化,安全性尤为重要。通过化学手段和接种选择性混合菌群及复合酶制剂固态发酵将“危废”中的生物质大分子变性成为结构更小的物质以革除菌渣中抗生素残留,再将“安全菌渣”加工复配成饲料,解决目前抗生素菌渣饲料化利用存在的安全性问题,在帮助药企处理“危废”的同时,还能提高养殖企业的经济效益。本技术工艺可为制药行业的可持续发展提供技术借鉴。



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