抗生素菌渣的处置利用现状要点

抗生素菌渣的处置利用现状

摘要：抗生素发酵废菌渣中，由于有残留的培养基和少量的抗生素及其降解物，对生态环境存在着潜在的危害性，已被国际社会视为抗生素生产的主要公害之一。抗生素菌渣含有一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。通过对目前抗生素菌渣处理利用技术及各国对此采取的方式的调查，做出了抗生素菌渣处理利用的展望。

关键词：抗生素菌渣；微生物技术；焚烧技术；堆肥技术；饲料化技术；厌氧消化技术；填埋技术

1引言

抗生素生产过程中产生的固体废弃物为菌渣，其主要成分是抗生素产生菌的菌丝体、未利用完的培养基、发酵过程中产生的代谢产物、培养基的降解物以及少量的抗生素等。抗生素发酵废菌渣中，由于有残留的培养基和少量的抗生素及其降解物，对生态环境存在着潜在的危害性，已被国际社会视为抗生素生产的主要公害之一，这也是世界上一些发达国家抗生素原料药生产纷纷下马，而将其转入第三世界国家生产的主要原因。同时由于菌渣有机质含量较高，可引起二次发酵，颜色变黑，产生恶臭味，严重影响环境，因而长期以来，人们一直在积极寻求一种经济、高效且处理量大的治污方法。目前，国内有数家单位开展了抗生素菌渣用作高蛋白饲料及有机肥料的研究，均获得了较为满意的效果。但是，菌渣中残留的少量抗生素及其降解产物会在动物体内富集，进而可影响到人类本身产生耐药性，因而使菌渣用作动物饲料的可能性遭到质疑。2002年2月，农业部、卫生部、国

家药品监督管理局第176号公告，把抗生素菌渣列为禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录中。

1.1污染现状

一般发酵液固体含量大约20％，100m3 发酵液大约形成30~40 m3菌渣，由于发酵过程的连续性，每天都有放罐的批次，产生大量的菌渣。据有关资料统计，一个中等规模的抗菌素工厂，年产的菌渣大约6万吨左右，我国年排放量约为100万吨以上。抗生素菌渣含有一定量的抗生素残留而被国家有关部门列为危险废弃物，不合理的处理方法极易造成环境污染和生态危害，同时也会造成资源浪费。其中，抗生素菌渣对环境的污染主要体现在残留抗生素对环境的影响。

1.2抗生素菌渣的来源和组成

抗生素是微生物次级代谢的产物，工业上通过对特定微生物进行调控发酵，使其在后期发酵过程中形成特定的抗生素等代谢物。这些代谢物或是存在于发酵培养的液体或半固体培养基中，或是存在于微生物菌体中。通过对发酵液进行离心或过滤等操作，使固液分离形成滤液和滤饼。滤液中含有抗生素等代谢产物、盐等可溶性成分。滤饼中包含菌体、未被微生物利用的培养基等成分；菌体中含有抗生素等代谢产物。对于产生胞外抗生素的菌体而言，其液固分离后滤饼即为抗生素废渣；而对于产生胞内抗生素的滤饼，经过溶媒浸泡提取后再液固分离的滤饼即为抗生素菌渣。因此，分析抗生素菌渣的主要组成，

其包括未被完全提取的微量抗生素及其他代谢产物；未被抗生素产生菌完全利用的各种不溶性成分，如淀粉和黄豆粉等复合碳氮源、不溶性盐等；以及抗生素产生菌菌体。

1.3抗生素菌渣特点

抗生素菌渣的含水率在79% ～ 92%，抗生素菌渣干基中的粗蛋白含量为30% ～ 40%、粗脂肪含量为10% ～ 20% ，还有部分代谢中间产物、有机溶媒、钙、镁、微量元素和少量残留的抗生素，例如青霉素菌渣中含0. 2% ～ 0. 4% 的青霉素，土霉素菌渣中含0. 25% ～ 0. 60% 的土霉素; 四环素菌渣中含0. 3% ～0. 5% 的四环素; 洁霉素菌渣中含0. 3% ～ 0. 4% 的洁霉素。

2目前抗生素菌渣的利用现状

从 50 年代以来，抗生素菌渣便被用来作为饲料添加剂制成高蛋白饲料，我国也从 1980 年开始致力于这方面的研究[1]。研究发现，将抗生素菌丝加入饲料具有正反两方面的作用，一方面，如此促进家禽牲畜生长，提高生产率，且由于其残留的药物成分能对某些疾病起预防作用，适量的添加，可降低饲料使用的成本以及畜禽的患病死亡率。但另一方面，菌丝残渣中残留的少量抗生素及抗生素菌体的降解物会在动物体内富集，人类食用后便最终会在人体内富集，从而使人体产生抗药性，发病期间，必须大剂量使用才能缓解病情，严重危害人体健康。同时，菌丝残渣的干燥大都是通过在太阳下暴晒，也严重

污染周围环境。因此，不少学者对用菌丝体作为饲料添加剂持有疑义。2002 年，农业部、卫生部、国家药品监督管理局发出公告《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》，将抗生素菌渣列入其中。根据 2012 年 3 月环保部公布的《制药工业污染防治技术政策》要求，大量菌丝废渣将被列为危险废物，必须焚烧或者安全填埋，但有企业表示，若达到这项要求，对于企业无论在技术上还是经济成本上都有一定的难度，在现有的条件下恐怕是处理成本要超过生产成本[2]。

目前，国内很多专家对菌丝残渣的资源化做了很多尝试，大部分都集中在如何从废菌丝中提取有用物质，如北京化工大学谭天伟[3]教授将青霉素发酵菌丝体破碎、皂化、萃取，然后将萃取液浓缩、结晶得到麦角固醇的研究。汪青[4]研究从头孢噻肟钠、头孢三嗪生产废渣中回收 2-硫醇基苯并噻唑合成二硫化二苯并噻唑，二硫化二苯并噻唑的收率达 23.8%，产品质量达到HGB 2-158-61 标准，但从菌丝残渣中提取部分有用物质后的废渣也同样面临处理难的困境。同济大学生命科学院的成建华[5]研究抗生素菌渣的发酵降解工艺，经过微生物发酵降解，菌渣中的大分子有机物均降解为小分子营养物，提高了肥料的生物利用度，使干菌渣成为高品质的生物有机肥。

不少制药厂采用焚烧法处理抗生素菌渣，这种方法能够大批量的处理菌渣，能将菌渣的体积降低 95%，且消除菌渣中的药物残留。但这种方法存在不少的缺点，如处理含水量如此大的菌渣具有一定的难度，还需外加燃料，另外焚烧法容易产生二次污染，这是因为抗生素

菌渣中含有蛋白质等物质，在焚烧的过程中会产生含有氯的烟气、SO2、甚至是二恶英(Dioxins)，有刺鼻的异味。

我国的制药工业发展迅速，每年产生几百万吨的抗生素菌体废渣，而目前又没有一个安全有效的处理方式，因此寻找一个高效、环保、处理量大的处理方法迫在眉睫。

2.1微生物技术法

所谓微生物技术法，即是从特定环境中筛选出或是通过分子手段改造出能够降解特定抗生素的微生物的方法。从细菌耐药性的机制中我们得知，细菌产生耐药性的原因一部分是由于细菌产生了能够降解或修饰特定抗生素的酶，从而使得相应抗生素失活。例如，水解β-内酰胺键的β-内酰胺酶，钝化氨基糖苷类抗生素的酰基转移酶、腺苷转移酶和磷酸转移酶，水解大环内脂类抗生素酯键的酯酶等。马玉龙、张作义[6]等从长期堆放泰乐菌素药渣附近土壤中筛选到可降解药渣中残留泰乐菌素的菌株，经过16S rRNA鉴定为无丙二酸柠檬酸杆菌(Citrobacter amalonaticus)。他们通过筛选得到的株组成具有良好降解效果的复合菌株，通过实验发现，在30~35℃，pH为7，转速为120r/m的条件下，发酵120h后微生物法未检出残留泰乐菌素的存在。同时，马玉龙等利用经上述法处理后的泰乐菌素菌渣生产复合酶制剂。结果表明，在含水量为50%~60%、干物质中麸皮含量不低于40%的泰乐菌素菌渣培养基中，接入5%~10%黑曲霉，在温度30℃、湿度60%~65%、培养基厚度10~14cm条件下，好氧发酵60~72h，可得到