CN110845025B - 利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺，其特征在于，所述复合菌剂包括啤酒酵母、粘红酵母以及安琪酵母任意二者或者二者以上的组合。利用复合酵母菌降低还原糖和整体有机质含量，因而可有效降低喷浆造粒过程中产生的焦糊味浓度。

Description

利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺。
背景技术
我国是氨基酸生产和消费大国，在化工、制药、食品等行业生产中经常排放大量含氨基酸的废水，以谷氨酸生产为例，我国每年生产谷氨酸230万吨，排放1900余万吨高浓度酸性氨基酸废母液。废母液中COD、SO4 2-、NH4 +-N和菌体含量高，且呈酸性，排放到水体后，会明显降低水体的自净能力，阻碍水体中微生物的生长，严重污染环境，治理难度较大。为解决废水污染问题，同时将废水资源进行有效利用，在传统的生产工艺中，先将氨基酸废母液中菌体蛋白提取出来做成饲料进行出售，提取蛋白后的废母液经浓缩利用喷浆造粒技术制备肥料反哺农业。
氨基酸发酵废液喷浆造粒工艺是氨基酸生产企业有效处理高浓度废水，实现循环经济，增加企业经济收益的有效途径，但在发酵废液喷浆造粒过程中，产生了含有大量水分和有机物的污染烟气，易造成环境“二次污染”。该烟气具有严重异味影响到周围群众正常的生活，成为当地政府迫切解决的问题，是长期困扰发酵行业发展的重大技术难题。
因此，寻求一种方法既能削减烟气二次污染问题，还能提高饲料乃至肥料产品性能或品质，对于企业绿色健康发展具有重要意义。阜丰在行业内率先采用“喷淋吸附+等离子技术”将烟尘及异味去除了80%以上，实现达标排放，但是这套设备在文丘里喷淋工序采用发酵废水进行喷淋冷却，喷淋量大，水温较高，二次形成了大量的水蒸气；虽采用静电除尘设备有效地去除了废烟气中的固体颗粒物，但出口废烟气中的固体颗粒物还较高；水蒸气夹裹未被除尽的固体颗粒物及浓缩液中的微量以焦糊味为主的程味有机物一起经烟筒排放，对环境造成影响。
基于上述情况，对现有氨基酸生产废液进行分析和研究发现氨基酸发酵废母液中的还原糖、氨基酸等有机质是造成喷浆造粒程味的主要因素之一，故提出本发明研究的课题。
谷氨酸生产废母液即味精废水中含有多种氨基酸、残糖、发酵中间产物、铵盐等，表现为高COD，高NH3-N的特点。根据研究表明，由于废母液含有多种营养成分，在储存池内存放过程中，会滋生大量微生物菌群，随着储存池运行时间的积累，池内形成了适应于废母液低pH、高盐分恶劣环境的优势菌群。阜丰集团研发中心曾对这项课题进行了专题研究（李海燕，徐国华等《味精废水中优势菌的分离筛选和生长特性的研究》，发酵科技通讯，2008年第4期），结果表明：在味精废水中，生长着大量的不同种的微生物，在一定的生态条件下，各种微生物的生长处于平衡状态；其中优势生长菌在废水中保持着优势生长，生长量所占水体中微生物总数的比例最大，通过研究改变优势菌的外部条件，提高其生长活性，对废水污染物的降解效果将会有较大的提高。
中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室利用批量实验对从高浓度味精废水中筛选出的一组酵母菌混合菌群进行了脱氢酶活性（DHA）测试（黑亮等《利用酵母菌处理高浓度味精废水的连续小试》，环境科学，2002年第2期）。结果表明用该菌群对COD、硫酸根和氨氮均接近20000mg/ L的味精离交尾液进行处理时,其DHA值在前36h高于对离交尾液稀释液的处理,说明高浓度氨氮和硫酸盐对酵母菌活性的影响不显著。
酵母是单细胞微生物，大多存在于富含糖的环境中，同其它活的有机体一样需要相似的营养物质，它像细菌一样有一套胞内和胞外酶系统，用以将大分子物质分解成细胞新陈代谢易利用的小分子物质，属于异养细胞。酵母无害且容易生长，能在值为3.0～7.5pH的范围内生长，有氧气或者无氧气都能生存，在有氧的情况下，它把糖分解成二氧化碳和水且酵母菌生长较快。在缺氧的情况下，酵母菌把糖分解成酒精和二氧化碳。酵母菌对温度的要求也不高，最适生长温度一般在20～30℃，便于培养以及生产应用。酵母菌在有氧和无氧的环境中都能生长，即兼性厌氧菌。在有氧的情况下，酵母菌将糖分解成二氧化碳和水且生长较快；在缺氧的情况下，酵母菌将糖分解成酒精和二氧化碳。但是筛选合适的酵母菌的种类以提高降解效率是研究难点。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明提出了利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺，其特征在于，所述复合菌剂包括啤酒酵母、粘红酵母以及安琪酵母任意二者或者二者以上的组合。
进一步地，所述复合菌剂由啤酒酵母、粘红酵母以及安琪酵母组成。
进一步地，所述工艺包括如下步骤：
分别将各菌株接种到种子培养基，培养至浓度为108cfu/ml，然后按照等体积比例混匀，得到复合菌剂；按照10％接种量将复合菌剂接种到含有氨基酸发酵废液的发酵培养基中，34℃恒温培养24-48h。
优选地，所述含有氨基酸发酵废液的发酵培养基的配置方法为：往氨基酸发酵废液中加入0.1%硫酸镁、0.5%硫酸铵、0.3%磷酸二氢钾以及0.02%氯化钙，pH值调节至4.0，121℃灭菌20min后，自然冷却，制得。
优选地，所述种子培养基的配置方法为：取酵母浸出粉10g、蛋白胨20g、葡萄糖20g、琼脂20g，加水，定容至1000ml，121℃灭菌20min后，自然冷却，制得。
更优选地，所述啤酒酵母优选为 ATCC9763。
更优选地，所述粘红酵母优选为ATCC32765。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
在氨基酸废母液进行喷浆造粒制备有机-无机复混肥时，温度较高，而其还原糖、氨基酸和有机质等焦化产生焦糊味，不仅对周边环境产生了不良影响，且营养成分遭到了破坏。而这些营养成分可供微生物发酵利用，降低其废母液中还原糖、氨基酸和有机质含量来降低喷浆造粒过程中产生的焦糊味及其浓度。
微生物在废母液中生长的状态，决定着微生物对废母液利用的效果。因此，选择能在低pH、高COD的氨基酸废母液恶劣环境中生长的菌株，进行发酵培养，将对焦糊异味成分的去除具有决定性的意义。
本发明经过大量实验筛选出适宜于低pH、低营养、高盐等恶劣条件下生长的复合酵母菌，利用该菌剂降解氨基酸废母液中还原糖、氨基酸等有机质，使其含糖量和整体有机质大幅降低，减少了导致喷浆造粒过程中产生焦糊味程味物质。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
氨基酸发酵废水分析
由多批量的氨基酸废母液检测报告（表1）可知，废母液酸性较大（pH值3.73），含有多种氨基酸、残糖、发酵中间产物、铵盐等成分。
表1 氨基酸废母液检测结果
Figure 577816DEST_PATH_IMAGE002
最适酵母单一菌株的选择。
为了考察多种不同酵母菌株对氨基酸废母液中还原糖的降解性能，研究将培养（培养基如表2所示）得到的A1(啤酒酵母 ATCC9763)、A2（粘红酵母 ATCC32765）、A3（产朊假丝酵母ATCC22023）和AL（安琪酵母）四种菌株按10 %的接种量分别接种于氨基酸废母液中，控制摇床转速，培养48 h，每隔12 h取样一次检测废母液中还原糖浓度的变化。用梅特勒pH计测定其pH值，斐林试剂滴定其还原糖含量，用生物传感仪测定葡萄糖含量。
表2 斜面培养基基本情况
Figure 931175DEST_PATH_IMAGE004
（注：斜面培养基冷却到50℃左右时加入葡萄糖，摇匀摆成斜面）
（1）菌株A1对氨基酸废母液中还原糖的应用情况
表3所示，酵母菌株A1经过48 h培养，废水OD值从平均0.443升至0.535，OD值提高0.092；废水pH值从平均4.025升至4.328，提高0.303；还原糖从平均0.475%降至0.220%，降低53.68%。
表3 菌株A1废水降糖摇瓶实验过程检测
Figure 648595DEST_PATH_IMAGE006
（2）菌株A2对氨基酸废母液中还原糖的应用情况
表4所示，酵母菌株A2经过48 h培养，废水OD值从平均0.440升至0.534，OD值提高0.094；废水pH值从平均4.018升至4.315，提高0.294；还原糖从平均0.463%降至0.198%，降低57.24%。
表4菌株A2废水降糖摇瓶实验过程检测
Figure 715908DEST_PATH_IMAGE008
（3）菌株A3对氨基酸废母液中还原糖的应用情况
表5所示，酵母菌株A3经过48h培养，废母液的OD值从平均0.444升至0.536，OD值提高0.092；废水pH值从平均4.033升至4.325，提高0.292；还原糖从平均0.443%降至0.230%，降低48.08%。
表5菌株A3废水降糖摇瓶实验过程检测
Figure 264701DEST_PATH_IMAGE010
（4）菌株AL对氨基酸废母液中还原糖的应用情况
表6所示，酵母菌株AL经过48h培养，废水OD值从平均0.435升至0.536，OD值提高0.104；废水pH值从平均4.043升至4.308，提高0.265；还原糖从平均0.478%降至0.195%，降低59.21%。
表6菌株AL废水降糖摇瓶实验过程检测
Figure 257803DEST_PATH_IMAGE012
（5）四种酵母菌降低还原糖效果对比
对比四种酵母菌降糖性能，结果表明AL>A2>A1>A3，由此可见，酵母菌株AL的降低还原糖效果最好。
实施例2
酵母菌配伍降低还原糖效果比较。
选择降糖效果较好的AL、A2、A1三种菌株进行配伍，以提升降糖效率。
组合1：AL＋A2；
组合2：A2＋A1；
组合3：AL＋A1；
组合4：AL＋A2＋A1。
生长条件的优化。
为了确定酵母菌株的最适生长pH值及降糖最适条件，根据表7配制种子培养基，加热溶解后，分装试管，121℃灭菌20min，趁热取出配制种子培养基；分别将各菌株接种到种子培养基，培养至浓度为108cfu/ml，各菌株按照1：1的体积比混匀，得到菌悬液。再制备发酵培养基，容器内加入氨基酸发酵废液，加入0.1%硫酸镁，单独分消，再加入0.5%硫酸铵、0.3%磷酸二氢钾、0.02%氯化钙，pH值调节至4.0，121℃灭菌20min后按照10％接种量接种菌悬液，34℃恒温培养24-48h。分别两个不同批次的废液进行处理，以验证效果。
表7 种子培养基基本情况
药品 质量 厂家
酵母浸出粉 10 g 澳博星
蛋白胨 20 g 日本
葡萄糖 20 g 口服
琼脂 20 g 进口
水 1000 mL 阜丰
表8 发酵培养基基本情况
药品 比例% 厂家
硫酸镁 0.1 单独分销
硫酸铵 0.5 pH值调整为6.5
磷酸二氢钾 0.3 pH值调整为6.5
氯化钙 0.2 pH值调整为6.5
采用上述酵母菌组合对废液进行处理，具体的实验数据见表9所示。
表9不同组合的酵母菌的实验过程检测
Figure 259257DEST_PATH_IMAGE014
由此可见，与两种酵母菌组合的方式进行比较，组合4采用利用三种酵母菌进行配伍，对废母液中的有机质以及还原糖的降解效果最好，明显优于两种菌株配伍的组合，缩短了处理时间，36h即可达到较佳的处理效果；因此，利用酵母菌降低还原糖含量可有效降低废母液整体有机质含量，因而可有效降低喷浆造粒过程中产生的焦糊味浓度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.利用复合菌剂降解氨基酸发酵废液中有机质的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
分别将各菌株接种到种子培养基，培养至浓度为108cfu/ml，然后按照等体积比例混匀，得到复合菌剂；按照10％接种量将复合菌剂接种到含有氨基酸发酵废液的发酵培养基中，34℃恒温培养24-48h；
所述种子培养基的配制 方法为：取酵母浸出粉10g、蛋白胨20g、葡萄糖20g、琼脂20g，加水，定容至1000ml，121℃灭菌20min后，自然冷却；
所述复合菌剂由啤酒酵母、粘红酵母以及安琪酵母组成；
所述含有氨基酸发酵废液的发酵培养基的配制 方法为：往氨基酸发酵废液中加入0.1%硫酸镁、0.5%硫酸铵、0.3%磷酸二氢钾以及0.02%氯化钙，pH值调节至4.0，121℃灭菌20min后，自然冷却；
所述啤酒酵母为 ATCC9763，所述粘红酵母为ATCC32765。
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