CN104232725A - 一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法。它涉及一种利用有机废水产类胡萝卜素的方法。它解决了现有PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法中PSB对于有机物的降解能力有限,供类胡萝卜素合成底物较少,废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低,阻碍了废水处理的资源化进程的问题。方法:一、调节食品有机废水的pH值,然后加入球形红杆菌和促生菌;二、在微好氧条件下处理时间72~96h;三、回收、提取获得类胡萝卜素。与现有传统的单独利用光合细菌处理食品有机废水技术相比,本发明方法的菌体产率和类胡萝卜素产率分别提高25%以上和100%以上,食品有机废水中COD去除率也提高78%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用有机废水产类胡萝卜素的方法。
背景技术
食品有机废水是排放量较大的一类废水,因其无毒害、并且富含大量的糖类、蛋白质及纤维素等大分子营养物质。食品有机废水是一类富含碳、氮源成分的废水,水力负荷和有机负荷都比较高,对环境的污染非常强烈,尤其会造成水体的富营养化,破坏水体的自净能力。目前主要利用生物法处理食品有机废水,包括活性污泥法和生物膜法等;但活性污泥法和生物膜法的工艺流程复杂,且会产生大量剩余污泥,处置费用高,资源化程度低,还易造成二次污染。
利用光合细菌(Photosynthetic bacteria,PSB)处理食品有机废水,不仅可以高效去除污染物,而且可以回收菌体内的目标高价值物质(如单细胞蛋白、5-氨基乙酰丙酸、类胡萝卜素、辅酶Q等)。基于PSB特殊的生理生态学特性,可以以多种有机物作为碳、氮源,利用光能,通过特定的产能代谢途径(光合磷酸化和氧化磷酸化)将废水中的污染物质降解,并转化为有价值的菌体成分,实现有机废水处理的高度资源化。其中PSB菌体中的类胡萝卜素含量相对较高,因此利用PSB废水处理过程中实现类胡萝卜素的合成生产是一种绿色、环保、可持续的处理技术。现在用PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法虽然有很多,但已有的这些方法中由于PSB对于有机物的降解能力有限,供类胡萝卜素合成底物较少,导致废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低,从而降低了PSB处理效率和类胡萝卜素的回收效率,阻碍了废水处理的资源化进程。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法中PSB对于有机物的降解能力有限,供类胡萝卜素合成底物较少,废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低,阻碍了废水处理的资源化进程的问题,而提供的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法。
按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
一、调节食品有机废水的pH值为6.5~8.0,然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生菌;
二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500~3000lux、处理温度为25~30℃的微好氧条件下处理时间72~96h;
三、回收、提取获得类胡萝卜素;
其中,步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液,球形红杆菌菌液的浓度为6.2×108~7.0×108cfu/mL;
步骤一中每100毫升食品有机废水加入20~80μL促生菌菌液,促生菌为Bacillus cereus(蜡样芽胞杆菌),促生菌菌液中Bacillus cereus的浓度为1.4×107~2.0×107cfu/mL;
步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L。
本发明方法中用到的食品有机废水中不含有重金属。
本发明方法中加入促生菌Bacillus cereus刺激球形红杆菌的细胞活性,提高球形红杆菌对有机底物基质的利用率,从而为菌体和类胡萝卜素的合成提供更多的原料,并抑制类胡萝卜素降解的酶(过氧化物酶)的活性,从而提高菌体的类胡萝卜素产率。
与现有传统的单独利用光合细菌处理食品有机废水技术相比,本发明方法的菌体产率和类胡萝卜素产率分别提高25%以上和100%以上,食品有机废水中COD去除率也提高78%以上。
附图说明
图1是实施例1~4食品有机废水中COD值随处理时间变化的曲线图。
图2是实施例1~4食品有机废水中菌体产量随处理时间变化的曲线图。
图3是实施例1~4食品有机废水中类胡萝卜素的浓度随处理时间变化的曲线图。
图4是实施例1~4食品有机废水中过氧化物酶活性的比较图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
一、调节食品有机废水的pH值为6.5~8.0,然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生菌;
二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500~3000lux、处理温度为25~30℃的微好氧条件下处理时间72~96h;
三、回收、提取获得类胡萝卜素;
其中,步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液,球形红杆菌菌液的浓度为6.2×108~7.0×108cfu/mL;
步骤一中每100毫升食品有机废水加入20~80μL促生菌菌液,促生菌为Bacilluscereus,促生菌菌液中Bacillus cereus的浓度为1.4×107~2.0×107cfu/mL;
步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L。
本实施方式中的球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)购自于中国普通微生物菌种保藏管理中心,菌株编号为ATCC17023;促生菌Bacillus cereus购自于中国普通微生物菌种保藏管理中心,菌株编号为ACCC10257。
本实施方式类胡萝卜素的分离、回收、提取可采用现有光合细菌(PSB)处理食品有机废水合成类胡萝卜素的技术。
本实施方式中利用促生菌Bacillus cereus刺激球形红杆菌的细胞活性,增加大分子物质降解,以及抑制降解类胡萝卜素有关酶的产生,一方面为类胡萝卜素合成途径提供更多的基质底物,另一方面在抑制类胡萝卜素的降解,从而提高菌体类胡萝卜素的产率。类胡萝卜素的生产成本也得到了明显的降低。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:食品有机废水的COD值为8000~15000mg/L,TN值为500~2000mg/L,TP值为20~50mg/L。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是:步骤一中每100毫升食品有机废水加入30~70μL促生菌菌液。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是:步骤一中每100毫升食品有机废水加入40μL促生菌菌液。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
实施例1
按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
一、调节食品有机废水的pH值为6.5~8.0,然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生菌;
二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为2000lux、处理温度为25~30℃的微好氧条件下处理时间96h;
三、回收、提取获得类胡萝卜素;
其中,步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液,球形红杆菌菌液的浓度为6.2×108~7.0×108cfu/mL;
步骤一中每100毫升食品有机废水加入40μL促生菌菌液,促生菌为Bacillus cereus,促生菌菌液中Bacillus cereus的浓度为1.4×107~2.0×107cfu/mL;
步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.6~0.8mg/L。
步骤一中食品有机废水的COD值为12500mg/L,TN值为800~1500mg/L,TP值为25~45mg/L。
本实施例步骤三回收、提取获得类胡萝卜素按以下步骤进行:
A、取步骤二处理96h的食品有机废水6mL,离心弃去上清液(转数为10000r/min,离心时间为10min);
B、向离心沉淀物(菌体)中加入浓度为3mol/L的HCl4mL,然后微波30s;
C、放入28℃温水浴摇床振荡1.5h;
D、沸水浴4min;
E、迅速放入-20℃环境中冷却10min;
F、离心弃去上清液(转数为10000r/min,离心时间为10min);
G、用无菌水洗涤菌体两次,再离心,离心转数为10000r/min,离心时间为5min);
H、向离心沉淀物中加入丙酮6mL,之后28℃恒温水浴振荡浸提30min;
I、迅速放入-20℃环境中冷却2min,然后离心(转数为10000r/min,离心时间为10min),保留上清液,即得到类胡萝卜素。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入20μL促生菌菌液,其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入80μL促生菌菌液,其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中不投加促生菌菌液,其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例1~4食品有机废水中COD值随处理时间变化的曲线图如图1所示。经过96h的处理,实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中食品有机废水的COD浓度从初始的12500mg/L分别降到5438mg/L、7133mg/L、793mg/L和9959mg/L。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3的COD去除率分别提高178%、90.7%和79.6%。说明本发明方法可以显著提高食品有机废水COD的去除效率。
实施例1~4食品有机废水中菌体产量随处理时间变化的曲线图如图2所示。实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)菌体产量分别为3848mg/L、2301mg/L、3091mg/L和2888mg/L。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中球形红杆菌菌体产量分别提高34.3%、67.2%和25.5%。说明本发明方法可以有效提高球形红杆菌的菌体产量。
实施例1~4食品有机废水中类胡萝卜素的浓度随处理时间变化的曲线图如图3所示。实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中类胡萝卜素浓度分别为11.32mg/L、7.59mg/L、7.52mg/L和3.69mg/L。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中类胡萝卜素的产量分别提高207%、106%、和104%。说明本发明方法可以明显提高类胡萝卜素的产量。
通过比较发现类胡萝卜素产率(即单位生物产量的类胡萝卜素浓度)实施例1、实施例2、实施例3和实施例4分别为3.24mg/g-biomass、2.78mg/g-biomass、2.97mg/g-biomass和1.90mg/g-biomass。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中类胡萝卜素产率分别提高70.5%、46.3%和56.3%。
处理过程中测定实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的食品有机废水中过氧化物酶的活性分别为408U/(g·min)、667U/(g·min)、408U/(g·min)和3258U/(g·min),如图4所示。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中过氧化物酶的活性均有大幅度的下降,减少了对类胡萝卜素的降解。
Claims (5)
1.一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法,其特征在于按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
一、调节食品有机废水的pH值为6.5~8.0,然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生菌;
二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500~3000lux、处理温度为25~30℃的微好氧条件下处理时间72~96h;
三、回收、提取获得类胡萝卜素;
其中,步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液,球形红杆菌菌液的浓度为6.2×108~7.0×108cfu/mL;
步骤一中每100毫升食品有机废水加入20~80μL促生菌菌液,促生菌为Bacilluscereus,促生菌菌液中Bacillus cereus的浓度为1.4×107~2.0×107cfu/mL;
步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法,其特征在于食品有机废水中不含有重金属。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法,其特征在于食品有机废水的COD值为8000~15000mg/L,TN值为500~2000mg/L,TP值为20~50mg/L。
4.根据权利要求3所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法,其特征在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入30~70μL促生菌菌液。
5.根据权利要求3所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法,其特征在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入40μL促生菌菌液。
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CN102978271A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-03-20 | 南京师范大学 | 光合细菌转化纤维素热解液和内醚糖产类胡萝卜素和单细胞蛋白的方法 |
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2014
- 2014-08-19 CN CN201410409797.0A patent/CN104232725B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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