CN117363499B - 一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法及其应用 - Google Patents
一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,所述方法包括:在基础培养基存在下,将解脂耶氏酵母进行发酵培养;发酵培养至菌体OD值为30~50后,补加辅培养基,继续发酵培养,发酵完成后,得到所述单细胞蛋白;所述基础培养基包括工业废水、乙酸钠和甲酸钠。本发明中,所述方法将有机废水的处理与资源化开发利用相结合,以工业废水配制为培养基,用于生产单细胞蛋白,既能高效降解废水中的COD,有效的减少废物排放及二氧化碳的产生,解决废水排放问题;又能生产单细胞蛋白,实现了资源的合理化利用,避免了资源浪费。
Description
技术领域
本发明属于生物技术技术领域,具体涉及一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法及其应用。
背景技术
化工产品种类多,用途广,在国民经济中占有重要比重。近年来,随着我国经济的不断发展,城市人口不断增加、工业化程度提高和人们生活水平改善,工业废水排放量也日益增加,占全国废水总排放量的38.5%,同时,由于精细化工生产带来的废水也是重点治理对象。因此,妥善解决化工废水处理问题,是实现环境保护和经济增长协调发展的关键。而化工废水处理技术的应用,在一定程度上减轻了生产企业的环保压力。
化工废水处理方法按作用原理,可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四大类。物理法是利用物理作用来分离废水中的悬浮物或乳浊物。常见的有格栅、筛滤、离心、澄清、过滤、隔油等方法。化学法是利用化学反应来去除废水中的溶解物质或胶体物质。常见的有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、光催化氧化、微电解、电解絮凝、焚烧等方法。物理化学法是利用物理化学作用来去除废水中溶解物质或胶体物质。常见的有混凝、浮选、吸附、离子交换、膜分离、萃取、汽提、吹脱、蒸发、结晶、焚烧等方法。但是,物理法通常处理效率较低,仅作为预处理方法使用;化学法和物理化学法大都存在设备投资高、运行费用高等问题,实际工程中应用较少。而生物处理法是利用微生物代谢作用,使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质;具有运行费用低的特点;并且,根据生物处理技术在食品发酵等行业的有机废水处理中的应用,人们逐渐认识到生物处理法的优势。
对于常含有难生物降解的或对微生物有毒害的有机污染物的这一大类工业废水,如何进行高效的生物处理,一直是环境工程界和微生物学者所关注的一个难题。并且工业废水含有较高的COD、BOD、总氮、总磷、还原糖的特点,而且含有较高浓度的K+、Na+、Mg2+、Ca2+等金属离子。无论是生物处理技术还是化学处理技术,在废水处理过程都是一个资金、技术、人力和能源再投入的过程,没有经济效益上的产出,因此,如何高效处理废水,又能避免资源浪费,是人们目前较为关注的问题。
单细胞蛋白也叫微生物蛋白,它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单细胞蛋白与常规饲料添加剂相比具有以下优点:第一,生产效率高,比动植物高成千上万倍,这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。第二,生产原料来源广,一般有以下几类:①农业废物、废水,如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水;②工业废物、废水,如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等;③石油、天然气及相关产品,如原油、柴油、甲烷、乙醇等;④H2、CO2等废气。第三,可以工业化生产,它不仅需要的劳动力少,不受地区、季节和气候的限制,而且产量高,质量好。第四,营养价值高,蛋白含量高(50~80%),氨基酸丰富,成分多样(包括脂肪、维生素、糖、矿物元素和生物活性物质)。因此非常适合用于饲料作为蛋白类添加剂,缓解食物短缺和环境污染等问题。
近代大规模生产单细胞蛋白SCP,多数以石油及其产品为原料,如利用石蜡、正烷烃、甲烷、甲醇、乙醇等作为原料来繁殖酵母菌和单胞菌,并将菌体干燥制成含蛋白质45 ~60 g/100g烃蛋白。但以石油为原料生产SCP,从长远看,其资源有限, 加之石油价格不断上升,限制了其应用。
因此,开发一种单细胞蛋白产量高,又能解决废水排放的问题,高效降解废水中的COD,避免资源浪费且成本低的单细胞蛋白的生产方法,是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法及其应用;所述方法将有机废水的处理与资源化开发利用相结合,以工业废水配制为培养基,用于生产单细胞蛋白,既能高效降解废水中的COD,有效的减少废物排放及二氧化碳的产生,解决废水排放问题;又能生产单细胞蛋白,提高单细胞蛋白的产量,实现了资源的合理化利用,避免了资源浪费。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,所述方法包括:在基础培养基存在下,将解脂耶氏酵母进行发酵培养;发酵培养至菌体OD值为30~50后,补加辅培养基,继续发酵培养,发酵完成后,得到所述单细胞蛋白;所述基础培养基包括工业废水、乙酸钠和甲酸钠。
本发明中,以工业废水配制基础培养基和辅培养基,并且通过基础培养基各组分相互配合,并且发酵培养至特定的时间补加辅培养基,可以高效的调节工业废水中的有机物转化为单细胞蛋白菌体生长资源,将有机废水的处理与资源化开发利用相结合,使得工业废水中COD降解率高,有效的减少废物排放及二氧化碳的产生,解决了工业废水排放问题;且再利用了资源,提高单细胞蛋白的产量,产生了经济效益。
优选地,所述基础培养基中,工业废水的碳氮质量比为25~50,例如可以为25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50等。
本发明中,通过加入乙酸和硫酸铵调节工业废水的碳氮质量比在特定范围内,并且碳源、氮源会影响菌种的生长,控制碳氮质量比在上述范围内,菌种生长效果更优。
优选地,所述工业废水的pH值为6~8,例如可以为6、6.5、7、7.5、8等。
本发明中,通过加入盐酸或氢氧化钠调节工业废水的pH值。
优选地,所述工业废水中有机醇的质量百分含量≤10%,例如可以为0.1%、0.5%、1%、2%、4%、6%、8%、10%等;有机酸的质量百分含量为10~80%,例如可以为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%等;其它有机化合物的质量百分含量≤5%,例如可以为0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%等;无机盐的质量百分含量为0.1~10%,例如可以为0.1%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等。
本发明中,所述工业废水指包括有机醇、有机酸、其它有机化合物或无机盐中至少一种的工业废水,工业废水中的有机物会影响菌种生长,因此需要控制工业废水中的有机物在上述含量范围内,才能使得菌种更好的生长,得到高产量的单细胞蛋白;本发明中,可检测工业废水中有机物含量,然后通过加水稀释或补加相应试剂,从而控制工业废水中有机物和无机盐含量在上述限定的范围内。
优选地,所述其它有机化合物包括醇醛化合物、烯醛化合物、有机酮类化合物、酚类化合物、醚类化合物或酯类化合物中的至少一种。
本发明中,所述无机盐包括钾盐和/或钠盐。
优选地,所述工业废水为经过除菌过滤的工业废水。
本发明中,所述过滤采用0.45μm滤膜过滤除去大颗粒。
以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括乙酸钠1~5 g(例如可以为1 g、1.2 g、1.4 g、1.6 g、1.8 g、2 g、2.2 g、2.4 g、2.6 g、2.8 g、3 g、3.2 g、3.4 g、3.6 g、3.8g、4 g、4.2 g、4.4 g、4.6 g、4.8 g、5g等)、甲酸钠0.5~2 g(例如可以为0.5 g、0.6 g、0.7g、0.8 g、0.9 g、1 g、1.1 g、1.2 g、1.3 g、1.4 g、1.5 g、1.6 g、1.7 g、1.8 g、1.9 g、2 g等)。
优选地,以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基还包括如下组分:酵母基础氮源(YNB)1~5 g(例如可以为1 g、1.2 g、1.4 g、1.6 g、1.8 g、2 g、2.2 g、2.4 g、2.6 g、2.8g、3 g、3.2 g、3.4 g、3.6 g、3.8 g、4 g、4.2 g、4.4 g、4.6 g、4.8 g、5g等)、碘化钾 0.003~0.01 g(例如可以为0.003g、0.004g、0.005g、0.006g、0.007g、0.008g、0.009g、0.01g等)、肌醇0.02~0.1 g(例如可以为0.02g、0.03g、0.04g、0.05g、0.06g、0.07g、0.08g、0.09g、0.1g等)、泛酸0.05~0.1 g(例如可以为0.05 g、0.055 g、0.06 g、0.065 g、0.07 g、0.075 g、0.08 g、0.085 g、0.09 g、0.095 g、0.1g等)、对氨基苯甲酸0.03~0.1 g(例如可以为0.03g、0.035 g、0.04 g、0.045 g、0.05 g、0.055 g、0.06 g、0.065 g、0.07 g、0.075 g、0.08 g、0.085 g、0.09 g、0.095 g、0.1g等)、核黄素0.02~0.08 g(例如可以为0.02 g、0.025 g、0.03 g、0.035 g、0.04 g、0.045 g、0.05 g、0.055 g、0.06 g、0.065 g、0.07 g、0.075 g、0.08g等)、吡哆醇0.01~0.06 g(例如可以为0.01 g、0.012 g、0.014 g、0.016 g、0.018 g、0.02 g、0.024 g、0.026 g、0.028 g、0.03 g、0.032 g、0.034 g、0.035 g、0.038 g、0.04 g、0.045 g、0.05 g、0.055 g、0.06g等)、硫酸亚铁0.02~0.1 g(例如可以为0.02 g、0.025 g、0.03 g、0.035 g、0.04 g、0.045 g、0.05 g、0.055 g、0.06 g、0.065 g、0.07 g、0.075 g、0.08g、0.085g、0.09g、0.095g、0.1g等)和酵母粉20~50 g(例如可以为20 g、22 g、24 g、26g、28 g、30 g、32 g、34 g、36 g、38 g、40 g、42 g、44 g、46 g、48 g、50g等)。
本发明中,所述方法中,并非采用特定的培养基,单细胞蛋白的产量低或发酵时间长。
优选地,所述解脂耶氏酵母以解脂耶氏酵母种子液的形式存在。
优选地,所述解脂耶氏酵母种子液的质量浓度为5~10%,例如可以为5%、6%、7%、8%、9%、10%等。
本发明中,所述解脂耶氏酵母种子液的制备方法包括:将解脂耶氏酵母接种到一级YPD(酵母浸出粉胨葡萄糖培养基)摇瓶培养基中,在200~400rpm,25~35℃条件下培养12~20h,接种到二级5L发酵罐中,进行二级发酵培养,至菌体OD值为8~15,得到所述解脂耶氏酵母种子液。
本发明中,二级发酵培养的培养基包括:YNB 1~3 g/L(例如可以为1 g/L、1.5 g/L、2 g/L、2.5 g/L、3 g/L等),乙酸钠2~10 g/L(例如可以为2 g/L、3 g/L、4 g/L、5 g/L、6g/L、7 g/L、8 g/L、9 g/L、10 g/L等),甲酸钠0.5~5 g/L(例如可以为0.5 g/L、1 g/L、1.5g/L、2 g/L、2.5 g/L、3 g/L、3.5 g/L、4 g/L、4.5 g/L、5 g/L等),碘化钾 0.03~0.08 g/L(例如可以为0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L、0.07 g/L、0.08 g/L等),肌醇0.02~0.08 g/L(例如可以为0.02 g/L、0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L、0.07 g/L、0.08g/L等),泛酸0.02~0.08 g/L(例如可以为0.02 g/L、0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06g/L、0.07 g/L、0.08 g/L等),对氨基苯甲酸0.03~0.1 g/L(例如可以为0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L、0.07 g/L、0.08 g/L、0.09 g/L、0.1 g/L等),核黄素0.02~0.08 g/L(例如可以为0.02 g/L、0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L、0.07 g/L、0.08 g/L等),吡哆醇0.01~0.06 g/L(例如可以为0.01 g/L、0.02 g/L、0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L等),硫酸亚铁0.02~0.1 g/L(例如可以为0.02 g/L、0.03 g/L、0.04 g/L、0.05 g/L、0.06 g/L、0.07 g/L、0.08 g/L、0.09 g/L、0.1 g/L等),酵母粉20~50 g/L(例如可以为20g/L、25 g/L、30 g/L、35 g/L、40 g/L、45 g/L、50 g/L等),蛋白胨25~60g/L(例如可以为25g/L、30 g/L、35 g/L、40 g/L、45 g/L、50 g/L、55 g/L、60 g/L等)。溶氧不足时补加10g/L的乙酸,用氨水和50%乙酸调节pH值为6~8。
本发明中,所述二级发酵培养的培养基各组分质量浓度或质量含量均以水的体积为1L计。
优选地,所述辅培养基包括工业废水、乙酸钠5~20g/L(例如可以为5 g/L、6 g/L、7g/L、8 g/L、9 g/L、10 g/L、11 g/L、12 g/L、13 g/L、14 g/L、15 g/L、16 g/L、17 g/L、18 g/L、19 g/L、20 g/L等)、甲酸钠5~12 g/L(例如可以为5 g/L、5.5 g/L、6 g/L、6.5 g/L、7 g/L、7.5 g/L、8 g/L、8.5 g/L、9 g/L、9.5 g/L、10 g/L、10.5 g/L、11 g/L、11.5 g/L、12 g/L等)、硫酸镁2~3.5%(例如可以为2%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%、3.5%等)、盐酸硫铵2.2~4.6%(例如可以为2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%、3.5%、3.6%、3.7%、3.8%、3.9%、4%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%、4.5%、4.6%等)、甜菜碱1.2~3.4%(例如可以为1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.1%、2.2%、2.3%、2.4%、2.5%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%、3%、3.1%、3.2%、3.3%、3.4%等)和硫酸铵7~9.6%(例如可以为7%、7.1%、7.2%、7.3%、7.4%、7.5%、7.6%、7.7%、7.8%、8%、8.1%、8.2%、8.3%、8.4%、8.5%、8.6%、8.7%、8.8%、8.9%、9.1%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%、9.6%等)。
本发明中,所述辅培养基中各组分含量以工业废水的体积为1L计,其中,硫酸镁、盐酸硫铵、甜菜碱、硫酸铵以质量百分含量计,指1L工业废水中,硫酸镁、盐酸硫铵、甜菜碱、硫酸铵的质量百分含量分别为2~3.5%、2.2~4.6%、1.2~3.4%、7~9.6%。
优选地,所述辅培养基中,工业废水的碳氮质量比为25~50,例如可以为25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50等。
优选地,所述辅培养基中,工业废水的pH值为6~8,例如可以为6、6.5、7、7.5、8等。
本发明中,所述辅培养基中,工业废水经过除菌过滤,且工业废水中有机醇的质量百分含量≤10%,例如可以为0.1%、0.5%、1%、2%、4%、6%、8%、10%等;有机酸的质量百分含量为10~80%,例如可以为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%等;其它有机化合物的质量百分含量≤5%,例如可以为0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%等;无机盐的质量百分含量为0.1~10%,例如可以为0.1%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%等。
优选地,所述补加培养基的流速为3~5L/h,例如可以为3 L/h、3.2 L/h、3.4 L/h、3.6 L/h、3.8 L/h、4 L/h、4.2 L/h、4.4 L/h、4.6 L/h、4.8 L/h、5 L/h等。
优选地,所述补加培养基时,溶氧为10~25%,例如可以为10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、25%等。
优选地,步骤(2)所述继续发酵培养至OD值为150~200,例如可以为150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200等。
优选地,所述发酵完成后,还包括将发酵液离心、重悬和喷雾干燥的步骤。
优选地,所述离心的次数≥2,例如可以为2、3、4、5、6等。
本发明中,所述离心的转速为6000~10000rpm时间为6~10min,离心后检测发酵液上清的COD,菌体离心后用水重悬再次离心,经过两次离心后,可以去除发酵液中的有机化合物和无机盐,得到纯净的单细胞蛋白湿菌体,将所述单细胞蛋白湿菌体用水重悬后,进行喷雾干燥。
优选地,所述喷雾干燥的进风温度160~180℃,例如可以为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃等;频率为220~260Hz,例如可以为220Hz、225Hz、230Hz、235Hz、240Hz、245Hz、250Hz、255Hz、260Hz等;进料速度为2~4L/h,例如可以为2 L/h、2.2 L/h、2.4 L/h、2.6 L/h、2.8 L/h、3 L/h、3.2 L/h、3.4 L/h、3.6 L/h、3.8 L/h、4 L/h等。
优选地,所述喷雾干燥包括将发酵液与包埋剂混合后,进行喷雾干燥;所述包埋剂包括辛烯基琥珀酸淀粉、麦芽糖糊精、环糊精、黄原胶或槐豆胶中的至少一种。
优选地,所述发酵液中包埋剂的质量浓度为1~2%,例如可以为1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%等。
作为本发明优选的技术方案,所述方法具体包括:
(1)利用工业废水配制基础培养基,接种解脂耶氏酵母进行发酵培养;以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源1~5 g、乙酸钠1~5 g、甲酸钠0.5~2 g,碘化钾 0.003~0.01 g、肌醇0.02~0.1 g、泛酸0.05~0.1 g、对氨基苯甲酸0.03~0.1 g、核黄素0.02~0.08 g、吡哆醇0.01~0.06 g、硫酸亚铁0.02~0.1 g和酵母粉20~50 g;所述工业废水的碳氮质量比为25~50,所述工业废水中有机醇的质量百分含量≤10%,有机酸的质量百分含量为10~80%,其它有机化合物的质量百分含量≤5%,无机盐的质量百分含量为0.1~10%;
(2)步骤(1)发酵培养至菌体OD值为30~50后,以3~5L/h的流速补加辅培养基,并控制溶氧为10~25%,继续发酵培养至OD值为150~200,将得到的发酵液进行离心、喷雾干燥,得到所述单细胞蛋白;所述辅培养基包括工业废水、乙酸钠5~20g/L、甲酸钠5~12 g/L、硫酸镁2~3.5%、盐酸硫铵2.2~4.6%、甜菜碱1.2~3.4%和硫酸铵7~9.6%;所述辅培养基中,工业废水的碳氮质量比为25~50;所述辅培养基中,工业废水的pH值为6~8。
第二方面,本发明提供一种根据第一方面所述的方法在处理工业废水和/或生产单细胞蛋白中的应用。
本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值,还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的方法,以工业废水配制基础培养基和辅培养基,并且通过基础培养基各组分相互配合,并且发酵培养至特定的时间补加辅培养基,可以高效的调节工业废水中的有机物转化为单细胞蛋白菌体生长资源,将有机废水的处理与资源化开发利用相结合,使得工业废水中COD降解率高,有效的减少废物排放及二氧化碳的产生,解决了工业废水排放问题;且再利用了资源,避免资源浪费,提高单细胞蛋白的产量。
附图说明
图1为本发明实施例2提供的方法中,随着时间延长,发酵液的OD值变化曲线图;
图2为本发明实施例2提供的方法中,将发酵液进取样镜检的图片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明以下具体实施方式中,干重、产量和粗蛋白含量的测试方法如下:
(1)单细胞蛋白的干重:单位为g/L
称取1.00 L发酵液,8000转/min离心10 min,得到菌体后加入1 L水重悬均匀,再次8000转/min离心10 min,得到湿菌体,称重其质量为m1;从m1中取5.000 g按照国标GB/T6435-2014《饲料中水分的测定》的方法在103±2℃进行烘干,得到干菌体,称其重量m2(精确到4位小数)。
菌体干重DCW = m2/5.000× m1/1.00
(2)产量:单位为g/(L·h)
产量=单细胞蛋白的干重÷发酵的时间(发酵周期)。
(3)粗蛋白含量
按照国标GB/T 6432-2018《饲料中粗蛋白的测定 凯氏定氮法》,经过消煮、氨蒸馏、滴定得到粗蛋白含量(质量分数)。
(4)COD计算方法
参照《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法》(HJ828-2017),让样本在硫酸-硫酸银等强酸性溶液中开展过量重铬酸钾标准液的加入,并进行两个小时的加热回流,用于进行水体样本中还原物质的充分氧化,在氧化反应结束后,将亚铁灵作为指示剂,使用硫酸亚铁铵标准液对过量的重铬酸钾开展回滴,之后以所消耗的重铬酸钾标准液的用量作为基础来对COD进行计算。
本发明以下具体实施方式中,解脂耶氏酵母菌种,购自中国工业微生物菌种保藏管理中心,编号:CICC 32291;配制培养基的各个组分均为市售化学品。
本发明中,术语“OD值”是指发酵液的OD值,经过稀释至紫外分光光度计能够检测到的最低有效数值,采用紫外分光光度法测试得到,具体为:使用紫外分光光度计(Alpha-1106,上海谱元仪器有限公司)检测发酵液600 nm下的OD值。
本发明所用材料如下:
工业废水:来源于丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯产品生产过程产生的废水。将工业生产的废水经0.45μm滤膜除菌过滤到调节罐中,随后搅拌均匀,取样检测工业废水中的COD,初始COD为1250 mg/L。
以及有机酸类、醇类、醛类、酮类、酚类、醚类、酯类的种类和含量,通过稀释和添加相应试剂的方式,控制工业废水中的有机醇类含量和为10%,甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、甲基丙烯酸有机酸含量和为50% ,醇醛、烯醛含量和为5%,有机酮类含量为5%,酚类、醚类、酯类和为5%,钾盐、钠盐的总含量为1%。工业废水的pH值采用盐酸或氢氧化钠调节;工业废水的碳氮质量比采用纯乙酸和硫酸铵溶液调节。经上述处理后的工业废水用于配制基础培养基和辅培养基。
解脂耶氏酵母种子液:将1mL解脂耶氏酵母菌种接种到100mL YPD摇瓶培养基中,在摇床300rpm,30℃条件下培养,12小时后,火圈接种到5L发酵罐中,5L发酵罐的培养基为YNB 1g/L,乙酸钠2 g/L,甲酸钠0.5g/L,碘化钾 0.03 g/L,肌醇0.02 g/L,泛酸0.02 g/L,对氨基苯甲酸0.03g/L,核黄素0.02 g/L,吡哆醇0.01 g/L,硫酸亚铁0.02 g/L,酵母粉20g/L,蛋白胨25g/L,溶氧不足时补加10g/L的乙酸,用氨水和50%乙酸调节pH值为6;继续发酵培养至发酵液OD值生长到约8,得到解脂耶氏酵母种子液。
所述发酵的终点判断方法为:监测高密度发酵的体系OD值,连续2 h内每小时OD值的增加值均≤10,表明菌体生长缓慢,则判断后续不再生长,到达发酵的终点,下罐得到发酵液。
实施例1
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,所述方法具体包括以下步骤:
(1)利用工业废水(碳氮质量比为35,pH值为7.4)配制基础培养基,接种2.5L解脂耶氏酵母种子液进行发酵培养;以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源2.5 g、乙酸钠2.5 g、甲酸钠1 g,碘化钾 0.006 g、肌醇0.06 g、泛酸0.075 g、对氨基苯甲酸0.065 g、核黄素0.05 g、吡哆醇0.04 g、硫酸亚铁0.06 g和酵母粉35g;所述基础培养基采用氨水和50%乙酸调节pH值为7;
(2)步骤(1)发酵培养至菌体OD值为40后,以4L/h的流速补加辅培养基,并控制溶氧为10~25%,继续发酵培养至OD值为170,此时菌体生长缓慢,发酵时间为22h,下罐,将得到的86L发酵液(干重浓度为90g/L)进取样镜检,观察到无杂菌后,将发酵液在8000rpm下离心8min,检测发酵液上清液的COD为50mg/L,用于计算废水中COD降解率;将得到的菌体利用水进行重悬,经2次离心后,去除发酵液中的有机化合物和无机盐,得到纯净的单细胞蛋白湿菌体;然后将单细胞蛋白湿菌体加水重悬,并加入质量浓度为1.5%的环糊精,在进风温度为180℃,频率为260Hz,进料速度为3L/h下喷雾干燥,得到所述单细胞蛋白;所述辅培养基包括工业废水(碳氮质量比为35,pH值为7.4)、乙酸钠15g/L、甲酸钠8 g/L、硫酸镁2.5%、盐酸硫铵3.2%、甜菜碱2.2%和硫酸铵8.4%。
实施例2
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,所述方法具体包括以下步骤:
(1)利用工业废水(碳氮质量比为28,pH值为7.4)配制基础培养基,接种2.5L解脂耶氏酵母种子液进行发酵培养;以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源1.5 g、乙酸钠1g、甲酸钠0.6g,碘化钾 0.003 g、肌醇0.09g、泛酸0.1 g、对氨基苯甲酸0.095 g、核黄素0.02 g、吡哆醇0.02 g、硫酸亚铁0.08 g和酵母粉48g;所述基础培养基采用氨水和50%乙酸调节pH值为7;
(2)步骤(1)发酵培养至菌体OD值为50后,以3L/h的流速补加辅培养基,并控制溶氧为10~25%,继续发酵培养至OD值为200,此时菌体生长缓慢,发酵时间为24h,下罐,将得到的88L发酵液(干重浓度为92.23g/L)进取样镜检,观察到无杂菌后,将发酵液在6000rpm下离心10min,检测发酵液上清液的COD为60mg/L,用于计算废水中COD降解率;将得到的菌体利用水进行重悬,经2次离心后,去除发酵液中的有机化合物和无机盐,得到纯净的单细胞蛋白湿菌体;然后将单细胞蛋白湿菌体加水重悬,并加入质量浓度为1%的黄原胶,在进风温度为180℃,频率为240Hz,进料速度为4L/h下喷雾干燥,得到所述单细胞蛋白;所述辅培养基包括工业废水(碳氮质量比为28,pH值为7.4)、乙酸钠20g/L、甲酸钠5g/L、硫酸镁3.5%、盐酸硫铵2.2%、甜菜碱1.2%和硫酸铵9.5%。
本发明中,发酵培养过程中,每隔1小时监测OD,三次测量取平均值,根据生长时间和OD做生长趋势图,结果如图1所示。将发酵液进取样镜检,结果如图2所示,可以看到无杂菌。
实施例3
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,所述方法具体包括以下步骤:
(1)利用工业废水(碳氮质量比为45,pH值为7.4)配制基础培养基,接种2.5L解脂耶氏酵母种子液进行发酵培养;以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源4.5 g、乙酸钠5g、甲酸钠1.8g,碘化钾 0.01 g、肌醇0.02g、泛酸0.05 g、对氨基苯甲酸0.03 g、核黄素0.07 g、吡哆醇0.05 g、硫酸亚铁0.02 g和酵母粉25g;所述基础培养基采用氨水和50%乙酸调节pH值为7;
(2)步骤(1)发酵培养至菌体OD值为30后,以5L/h的流速补加辅培养基,并控制溶氧为10~25%,继续发酵培养至OD值为150,此时菌体生长缓慢,发酵时间为21h,下罐,将得到的81L发酵液(干重浓度为85.05g/L)进取样镜检,观察到无杂菌后,将发酵液在6000rpm下离心10min,检测发酵液上清液的COD为84mg/L,用于计算废水中COD降解率;将得到的菌体利用水进行重悬,经2次离心后,去除发酵液中的有机化合物和无机盐,得到纯净的单细胞蛋白湿菌体;然后将单细胞蛋白湿菌体加水重悬,并加入质量浓度为1%的黄原胶,在进风温度为160℃,频率为220Hz,进料速度为2L/h下喷雾干燥,得到所述单细胞蛋白;所述辅培养基包括工业废水(碳氮质量比为45,pH值为7.4)、乙酸钠6g/L、甲酸钠12g/L、硫酸镁2%、盐酸硫铵4.5%、甜菜碱3.4%和硫酸铵7%。
实施例4
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,所述工业废水的碳氮质量比为20,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测的上清液残留COD为225 mg/L,得到80L,干重浓度为68.64g/L的发酵液。
实施例5
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,所述工业废水的碳氮质量比为55,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为243 mg/L,得到86L,干重浓度为70.38g/L的发酵液。
实施例6
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源6.5 g、乙酸钠0.5 g、甲酸钠3 g,碘化钾 0.02 g、肌醇0.01 g、泛酸0.03g、对氨基苯甲酸0.01 g、核黄素0.1 g、吡哆醇0.08 g、硫酸亚铁0.01g和酵母粉55g,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为295mg/L,得到81L,干重浓度为68.54g/L的发酵液。
实施例7
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基包括酵母基础氮源0.5 g、乙酸钠5.5 g、甲酸钠0.2 g,碘化钾 0.001g、肌醇0.2 g、泛酸0.2g、对氨基苯甲酸0.2 g、核黄素0.01 g、吡哆醇0.005 g、硫酸亚铁0.2g和酵母粉15g,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为267 mg/L,得到82L,干重浓度为63.48g/L的发酵液。
实施例8
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,所述辅培养基包括工业废水(碳氮质量比为35,pH值为7.4)、乙酸钠2g/L、甲酸钠15g/L、硫酸镁1%、盐酸硫铵5.5%、甜菜碱0.5%和硫酸铵11%,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为372 mg/L,得到84L,干重浓度为64.63g/L的发酵液。
实施例9
本实施例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,补加培养基的流速为7L/h,控制溶氧量大于25%,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为372 mg/L,得到76L,干重浓度为46.4g/L的发酵液。
对比例1
本对比例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,所述基础培养基中,将甲酸钠替换为等量的乙酸钠,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为980 mg/L,得到74L,干重浓度为15.2g/L的发酵液。
对比例2
本对比例提供一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其与实施例1的区别仅在于,所述基础培养基中,将乙酸钠替换为等量的柠檬酸钠,其它材料、步骤参数均与实施例1相同,检测上清液残留COD为1020 mg/L,得到74L,干重浓度为11.28g/L的发酵液。
本发明实施例1~9、对比例1~2提供的方法,工业废水中COD降解率和单细胞蛋白的产量如表1所示。
其中,COD降解率=(初始COD-上清液残留COD)/初始COD×100%
表1
由表1可知,本发明提供的利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,通过控制基础培养基的配方,并且发酵培养至特定的时间补加辅培养基,同时控制辅培养基的配方,控制补料方式,可以高效的将工业废水中的有机物转化为单细胞蛋白菌体生长资源,使得工业废水中COD降解率高,有效的减少废物排放及二氧化碳的产生,解决了工业废水排放问题;且再利用了资源,将有机废水的处理与资源化开发利用相结合,产生了经济效益。
由实施例1与实施例4~5比较可知,所述工业废水的碳氮质量比不在特定范围内,废水中COD降解率略低,单细胞蛋白产量偏低。
由实施例1与实施例6~8比较可知,本发明提供的方法,基础培养基或辅培养基的各组分浓度并非本发明限定的范围,废水中COD降解率略低,单细胞蛋白产量偏低。
由实施例1与实施例9比较可知,补加培养基的工艺并非本发明限定的条件,废水中COD降解率较低,单细胞蛋白产量偏低。
由实施例1与对比例1~2比较可知,本发明提供的方法,并非特定的主基础培养基,废水中COD降解率明显降低,单细胞蛋白产量偏低。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.一种利用工业废水生产单细胞蛋白的方法,其特征在于,所述方法包括:
在基础培养基存在下,将解脂耶氏酵母进行发酵培养;发酵培养至菌体OD值为30~50后,补加辅培养基,继续发酵培养,发酵完成后,得到所述单细胞蛋白;
以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基由工业废水、乙酸钠1~5 g、甲酸钠0.5~2g、酵母基础氮源1~5 g、碘化钾 0.003~0.01 g、肌醇0.02~0.1 g、泛酸0.05~0.1 g、对氨基苯甲酸0.03~0.1 g、核黄素0.02~0.08 g、吡哆醇0.01~0.06 g、硫酸亚铁0.02~0.1 g和酵母粉20~50 g组成;
所述基础培养基中工业废水的碳氮质量比为25~50;
所述基础培养基中,工业废水中有机醇的质量百分含量≤10%,有机酸的质量百分含量为10~80%,其它有机化合物的质量百分含量≤5%,无机盐的质量百分含量为0.1~10%;
所述辅培养基由工业废水、乙酸钠5~20g/L、甲酸钠5~12 g/L、硫酸镁2~3.5%、盐酸硫铵2.2~4.6%、甜菜碱1.2~3.4%和硫酸铵7~9.6%组成;
所述辅培养基中,工业废水的碳氮质量比为25~50;
所述补加培养基的流速为3~5L/h;
所述补加培养基时,溶氧为10~25%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基础培养基中,所述工业废水的pH值为6~8;
所述其它有机化合物包括醇醛化合物、烯醛化合物、有机酮类化合物、酚类化合物、醚类化合物或酯类化合物中的至少一种;
所述工业废水为经过除菌过滤的工业废水。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述解脂耶氏酵母以解脂耶氏酵母种子液的形式存在;
所述解脂耶氏酵母种子液的质量浓度为5~10%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于, 所述辅培养基中,工业废水的pH值为6~8。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述继续发酵培养至OD值为150~200。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发酵完成后,还包括将发酵液离心、重悬和喷雾干燥的步骤;
所述离心的次数≥2;
所述喷雾干燥的进风温度160~180℃,频率为220~260Hz,进料速度为2~4L/h;
所述喷雾干燥包括将发酵液与包埋剂混合后,进行喷雾干燥;
所述包埋剂包括辛烯基琥珀酸淀粉、麦芽糖糊精、环糊精、黄原胶或槐豆胶中的至少一种;
所述发酵液中包埋剂的质量浓度为1~2%。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法具体包括:
(1)利用工业废水配制基础培养基,接种解脂耶氏酵母进行发酵培养;以工业废水的体积为1L计,所述基础培养基由工业废水、酵母基础氮源1~5 g、乙酸钠1~5 g、甲酸钠0.5~2g,碘化钾 0.003~0.01 g、肌醇0.02~0.1 g、泛酸0.05~0.1 g、对氨基苯甲酸0.03~0.1 g、核黄素0.02~0.08 g、吡哆醇0.01~0.06 g、硫酸亚铁0.02~0.1 g和酵母粉20~50 g组成;所述工业废水的碳氮质量比为25~50,所述工业废水中有机醇的质量百分含量≤10%,有机酸的质量百分含量为10~80%,其它有机化合物的质量百分含量≤5%,无机盐的质量百分含量为0.1~10%;
(2)步骤(1)发酵培养至菌体OD值为30~50后,以3~5L/h的流速补加辅培养基,并控制溶氧为10~25%,继续发酵培养至OD值为150~200,将得到的发酵液进行离心、喷雾干燥,得到所述单细胞蛋白;所述辅培养基由工业废水、乙酸钠5~20g/L、甲酸钠5~12 g/L、硫酸镁2~3.5%、盐酸硫铵2.2~4.6%、甜菜碱1.2~3.4%和硫酸铵7~9.6%组成;所述辅培养基中,工业废水的碳氮质量比为25~50;所述辅培养基中,工业废水的pH值为6~8。
8.一种根据权利要求1~7任一项所述的方法在处理工业废水和/或生产单细胞蛋白中的应用。
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