CN103098982A - 利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法 - Google Patents

利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布一种利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法。目前处理提取PHA后的废水，虽可采用生物法、化学法、离子交换法等处理，但成本高，且浪费蛋白资源，增加成本。该方法将酸液加到生产聚羟基烷酸酯产生的废水，调节pH值至2.5～4.5，出现蛋白质凝聚，在25～85℃下离心，得到蛋白沉淀；蛋白沉淀脱水干燥，得到蛋白饲料。该方法还可在蛋白沉淀脱水干燥后，测定其蛋白含量、PHA含量和磷脂含量，将蛋白沉淀与辅料混均，得到蛋白饲料，该蛋白饲料蛋白质量含量为28～58﹪、PHA质量含量为5～18﹪、磷脂质量含量为5～10﹪。本发明制备的蛋白饲料含PHA、磷脂和17种氨基酸，可作为水产饲料。

Description

利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法
技术领域
本发明属于生物发酵工程的后处理技术领域，尤其涉及利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，具体是利用细菌发酵法生产提取聚羟基烷酸酯（PHA）后产生的废水生产蛋白饲料的方法。
背景技术
以可再生的淀粉为主要原料，利用特殊的生物发酵工程技术生产既满足生物基要求、又能完全降解为二氧化碳和水的新型生物材料——聚羟基烷酸酯（PHA），是目前发展非常快的一种高新技术。通过改变碳源种类和培养过程中的工艺条件，可通过细菌发酵生产出不同结构和性能的PHA材料，如聚-3-羟基丁酸酯（PHB）（PHB）、聚-4-羟基丁酸酯（P-4HB）、聚-3-羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、聚-3羟基丁酸己酸酯（PHBHHX）、聚-3-羟基丁酸4-羟基丁酸酯P（3HB-co-4HB）P（3HB-co-4HB）等等，以满足不同行业的需求。但由于采用高密度发酵技术，如何处理提取PHA产品后的这种高COD、高BOD的废水，一直是产业发展的瓶颈问题之一。目前虽然可集成采用生物法、化学法、离子交换法等方法进行处理，但成本较高，同时，也浪费了大量的蛋白资源，增加了企业的运营成本。
这种废水中包含了大量的菌体蛋白（含17种氨基酸，赖氨酸含量与鱼粉相当）、残留的PHA和磷脂等营养物质。PHA对动物具有良好的促生长效果，能大大提高动物的免疫力。研究表明，在养殖水体中加入ＰHＢ 颗粒或者积累ＰHＢ 的细菌，可完全保护感染发光弧菌的卤虫［Defoirdt T，Halet D，Vervarerenh，et al.The Bacterial storage compound poly -β-hydroxybutyrate (PHB)  protects Artemia  franciscana from pathogenic Vibrio campbellii［J］.Environmental Microbiology, 2007 , 9(2): 445-452；此外，研究发现饲料中添加ＰHＢ具有促进欧洲鲈鱼（Dicentrarchus labrax）生长的作用［Sinha A K. The effect of poly -β-hydroxybutyrate (PHB) on the growth performance of European seabass (Dicentrarchus labrax). [D]. Ghent:Gent university,2008:154］。磷脂可使非极性物质具有很高的通透性，在脂肪的转运中有重要的作用，它不仅参与脂肪的代谢，帮助脂肪的溶解和吸收，并且改善维生素A和胡萝卜素的吸收，磷脂还参与钠离子、钾离子的活动来激活一些神经组织，磷脂还可节约动物体内蛋氨酸和能量的消耗。因此，如果能综合利用该种废水中的营养物质，即可减轻企业废水处理的强度，保护环境，又可生产一种具有特殊功能的新型饲料，将是一举两得的好方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法。
本发明的具体方法是：
步骤(1).将酸液加入到生产聚羟基烷酸酯（PHA）产生的废水中，调节PH值至2.5～4.5，出现蛋白质凝聚，在25℃～85℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀脱水干燥，得到蛋白饲料。
本发明还可以在将蛋白沉淀脱水干燥后，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量，然后将脱水干燥后的蛋白沉淀与辅料混合均匀，得到蛋白饲料；所述的辅料为玉米芯粉、麸皮、脱脂米糠、豆粕、花生粕、菜粕、葵花籽粕、棉籽粕的一种或多种；制得的蛋白饲料中蛋白质量含量为28～58﹪、PHA质量含量为5～18﹪、磷脂质量含量为5～10﹪。
所述的聚羟基烷酸酯（PHA）为具有如下结构通式的物质：
Figure 2013100452201100002DEST_PATH_IMAGE002
其中R1为H、甲基或乙基；R2为H、甲基、乙基或丙基；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为 0或200～25000的任意自然数，且x、y不同时为0；
所述的酸液为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸或乙酸；
所述的脱水干燥方式为烘箱干燥、烘房干燥或气流干燥，均为现有的常规技术；
作为优选，聚羟基烷酸酯（PHA）为聚3-羟基丁酸酯、聚4-羟基丁酸酯、聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯、聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯或聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯；
作为优选，所述的酸液为盐酸；
作为优选，步骤(1)中废水出现蛋白质凝聚后，在70℃～85℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
作为优选，脱水干燥方式为气流干燥。
本发明制备得到的蛋白饲料含有17种氨基酸，赖氨酸含量与鱼粉相当，整体氨基酸组成均衡，同时在这种蛋白饲料中还含有聚羟基烷酸酯（PHA）、磷脂，尤其适合作为水产饲料。本发明方法简单、可靠、环保，为企业节约废水处理成本，适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的分析。
实施例1.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸酯（PHB）产生的废水300L，加入盐酸调节PH值至2.5，出现蛋白质凝聚，在25℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘箱干燥法进行脱水干燥，得到27公斤蛋白饲料。
实施例1制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为54﹪、PHA质量含量为18﹪、磷脂质量含量为10.0﹪。
实施例2.
步骤(1).取生产聚4-羟基丁酸酯产生的废水300L，加入硫酸调节PH值至3.5，出现蛋白质凝聚，在70℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘房干燥法进行脱水干燥，得到13.5公斤蛋白饲料。
实施例2制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为58.0﹪、PHA质量含量为11.0﹪、磷脂质量含量为9.2﹪。
实施例3.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯产生的废水300L，加入磷酸调节PH值至4.5，出现蛋白质凝聚，在85℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，得到15.8公斤蛋白饲料。
实施例3制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为52.2﹪、PHA质量含量为14.4﹪、磷脂质量含量为8.8﹪。
实施例4.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯产生的废水300L，加入甲酸调节PH值至2.5，出现蛋白质凝聚，在30℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘箱干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与15公斤玉米芯粉混合均匀，得到28.4公斤蛋白饲料。
实施例4制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为28.0﹪、PHA质量含量为5.0﹪、磷脂质量含量为5.0﹪。
实施例5.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯产生的废水300L，加入乙酸调节PH值至3，出现蛋白质凝聚，在35℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘房干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与15公斤麸皮混合均匀，得到32.2公斤蛋白饲料；
实施例5制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为33.8﹪、PHA质量含量为6.3﹪、磷脂质量含量为7.1﹪。
实施例6.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸酯（PHB）产生的废水300L，加入盐酸调节PH值至3.5，出现蛋白质凝聚，在40℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与20公斤脱脂米糠混合均匀，得到35.3公斤到蛋白饲料。
实施例6制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为34.5﹪、PHA质量含量为7.8﹪、磷脂质量含量为5.3﹪。
实施例7.
步骤(1).取生产聚4-羟基丁酸酯产生的废水300L，加入硫酸调节PH值至4，出现蛋白质凝聚，在45℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘箱干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与13公斤豆粕混合均匀，得到28.8公斤蛋白饲料。
实施例7制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为46.9﹪、PHA质量含量为10.7﹪、磷脂质量含量为8.2﹪。
实施例8.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯产生的废水300L，加入磷酸调节PH值至4.5，出现蛋白质凝聚，在50℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘房干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与15公斤花生粕混合均匀，得到31.6公斤蛋白饲料。
实施例8制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为51.5﹪、PHA质量含量为7.1﹪、磷脂质量含量为5.8﹪。
实施例9.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯产生的废水300L，加入甲酸调节PH值至2.5，出现蛋白质凝聚，在55℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与18公斤菜粕混合均匀，得到蛋白饲料。
实施例9制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为41.9﹪、PHA质量含量为6.4﹪、磷脂质量含量为5.5﹪。
实施例10.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯产生的废水300L，加入乙酸调节PH值至3，出现蛋白质凝聚，在60℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘箱干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与15公斤葵花籽粕混合均匀，得到29.3公斤蛋白饲料。
实施例10制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为46.2﹪、PHA质量含量为7.0﹪、磷脂质量含量为6.6﹪。
实施例11.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸酯（PHB）产生的废水300L，加入盐酸调节PH值至3.5，出现蛋白质凝聚，在65℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用烘房干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与15公斤棉籽粕混合均匀，得到30.8公斤蛋白饲料。
实施例11制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为39.8﹪、PHA质量含量为11.5﹪、磷脂质量含量为8.1﹪。
实施例12.
步骤(1).取生产聚4-羟基丁酸酯产生的废水300L，加入硫酸调节PH值至4，出现蛋白质凝聚，在70℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与10公斤玉米芯粉、8公斤麸皮混合均匀，得到36.3公斤蛋白饲料。
实施例12制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为29.3﹪、PHA质量含量为6.7﹪、磷脂质量含量为5.7﹪。
实施例13.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯产生的废水300L，加入磷酸调节PH值至4.5，出现蛋白质凝聚，在75℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与7.5公斤豆粕、7.5公斤花生粕混合均匀，得到32.3公斤蛋白饲料。
实施例13得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为51.9﹪、PHA质量含量为12.5﹪、磷脂质量含量为7.8﹪。
实施例14.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯产生的废水300L，加入甲酸调节PH值至3，出现蛋白质凝聚，在80℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与10公斤麸皮、5公斤脱脂米糠、豆粕混合均匀，得到38.9公斤蛋白饲料。
实施例14制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为31.1﹪、PHA质量含量为8.6﹪、磷脂质量含量为7.9﹪。
实施例15.
步骤(1).取生产聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯产生的废水300L，加入乙酸调节PH值至4，出现蛋白质凝聚，在85℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与6公斤菜粕、6公斤葵花籽粕、6公斤棉籽粕混合均匀，得到37.5公斤蛋白饲料。
实施例15制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为41.1﹪、PHA质量含量为9.9﹪、磷脂质量含量为6.5﹪。
实施例16.
步骤(1).取生产聚4-羟基丁酸酯产生的废水300L，加入盐酸调节PH值至3.5，出现蛋白质凝聚，在78℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀采用气流干燥法进行脱水干燥，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量；
步骤(3).将脱水干燥后的蛋白沉淀与5公斤玉米芯粉、3公斤花生粕、3公斤葵花籽粕、4公斤棉籽粕混合均匀，得到31.0公斤蛋白饲料。
实施例16制备得到的蛋白饲料中蛋白质量含量为为37.8﹪、PHA质量含量为11.6﹪、磷脂质量含量为8.1﹪。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
上述聚羟基烷酸酯（PHA）为具有如下结构通式的物质：
Figure 286831DEST_PATH_IMAGE002
其中R1为H、甲基或乙基；R2为H、甲基、乙基或丙基；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为 0或200～25000的任意自然数，且x、y不同时为0。
上述实施例1～16中脱水干燥方式均为现有的常规技术。

Claims (9)

1. 利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).将酸液加入到生产聚羟基烷酸酯产生的废水中，调节PH值至2.5～4.5，出现蛋白质凝聚，在25℃～85℃温度下离心，得到蛋白沉淀；
步骤(2).将蛋白沉淀脱水干燥，得到蛋白饲料。
2.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于将蛋白沉淀脱水干燥后，测定脱水干燥后的蛋白沉淀中蛋白含量、PHA含量和磷脂含量，然后将脱水干燥后的蛋白沉淀与辅料混合均匀，得到蛋白饲料；所述的蛋白饲料中蛋白质量含量为28～58﹪、PHA质量含量为5～18﹪、磷脂质量含量为5～10﹪；
所述的辅料为玉米芯粉、麸皮、脱脂米糠、豆粕、花生粕、菜粕、葵花籽粕、棉籽粕的一种或多种。
3.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于所述的聚羟基烷酸酯为具有如下结构通式的物质：
Figure 2013100452201100001DEST_PATH_IMAGE002
其中R1为H、甲基或乙基；R2为H、甲基、乙基或丙基；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为 0或200～25000的任意自然数，且x、y不同时为0。
4.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于所述的聚羟基烷酸酯为聚3-羟基丁酸酯、聚4-羟基丁酸酯、聚3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯、聚3-羟基丁酸-戊酸共聚酯或聚3-羟基丁酸-己酸共聚酯。
5.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于步骤(1)所述的酸液为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸或乙酸。
6.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于步骤(1)所述的酸液为盐酸。
7.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于步骤(2)所述的脱水干燥方式为烘箱干燥、烘房干燥或气流干燥。
8.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于步骤(2)所述的脱水干燥方式为气流干燥。
9.如权利要求1所述的利用发酵法生产聚羟基烷酸酯的废水生产蛋白饲料的方法，其特征在于步骤(1)废水出现蛋白质凝聚后，在70℃～85℃温度下离心，得到蛋白沉淀。
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Kaninde et al. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences

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