CN1799363A - 淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法。采用液体深层发酵方法，该方法是按下述顺序的步骤进行：培养基调理、摇瓶培养、种子罐发酵、发酵罐发酵与发酵液后处理等过程。详细步骤见说明书。本发明优点是：为淀粉废水提供了一条新的处理处置途径，可获得杀虫效果良好并且环境友好的微生物杀虫剂，既实现了淀粉废水的资源化利用，又降低了微生物杀虫剂的生产成本。

Description

淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法

技术领域

本发明涉及环境工程中的淀粉废水的资源化利用，具体来说，是利用淀粉加工过程产生的废水生产苏云金芽孢杆菌(简称苏云金杆菌)微生物杀虫剂的方法。

背景技术

淀粉废水(Starch processing wastewater)是一种在淀粉加工过程中产生的高浓度有机废水，这些废水中含有大量的残余淀粉、葡萄糖、果糖、麦芽糖等碳水化合物、蛋白质与有机酸等，易腐败发臭，COD通常在2000-20000mg/L之间，是食品工业中污染最严重的废水之一。淀粉废水中所含的有机物大多是可以回收利用的宝贵资源。例如，玉米淀粉废水一般含有0.3-0.7％的总糖，约2.1％粗蛋白，2-3％的粗纤维与0.1-0.3％的脂肪酸；薯类淀粉废水的一般组成为(以干基计)：蛋白质为33-41％，总糖为35％，有机酸为4％，矿物质为20％。

淀粉加工的主要原料是玉米(约占80％)、薯类、小麦、小麦以及其它富含淀粉的植物块根，主要加工原理是利用淀粉比重大于水和不溶于冷水的性质，通过物理分离过程，除去其它物质获得较为纯净的淀粉制品，生产流程通常为：原料→浸泡→磨碎→过筛→淀粉分离→洗涤→脱水→干燥→淀粉。废水主要来源于浸泡与淀粉分离工段。我国现有淀粉生产企业近600多家，年产量已达400万吨。按现行加工工艺，每产生1吨淀粉大约产出20-60m³废水。

目前，国内外常用的淀粉废水处理方法有：生物处理法(包括活性污泥法、生物膜法、生物稳定塘与厌氧生物法等)、蛋白分离法(包括重力沉降法、化学絮凝法、气浮法与膜分离法等)以及微生物转化法。其中前者主要目标是COD与BOD的削减与达标排放，而后二者(蛋白分离法与微生物转化法)属于资源化利用范畴，不仅要使废水达标排放，而且要对废水中的有用物质加以利用回收，因而更受青睐。而蛋白分离法与微生物转化法两者又有所区别，区别在于蛋白分离法是采用物理化学方法将废水中的主要有用物质(主要是蛋白质)提取出来作为动物饲料，而微生物转化法是利用废水含有的丰富营养物质可支持菌体生长的特点，将之转化成单细胞蛋白饲料、生物絮凝剂等产品。相比之下，微生物转化法主要借助于微生物过程，产品的附加值较高。

微生物转化法处理淀粉废水生产单细胞蛋白的技术早在上世纪70年代就被广泛应用，采用的菌种主要有：白地霉、假丝酵母、光合细菌等，产品形式较为单一，主要为单细胞蛋白(SCP)饲料。但这类SCP饲料也存在一些缺陷：如核酸含量高(食用过多可能会引起痛风等疾病)、无肉质、风味不佳而限制了其应用范围。2004年，专利CN1570081公开了一种鞘鞍醇杆菌及用它制备糖蛋白类生物絮凝剂的方法，该专利以嗜温鞘鞍醇杆菌BF-QSH7为发酵菌种、以淀粉废水作为主要培养基制备糖蛋白类生物絮凝剂。该专利提示，除了单细胞蛋白，淀粉废水作为发酵原料也可生产其它附加值更高的产品。

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)是一类能在代谢过程中产生伴孢晶体(即杀虫晶体蛋白)的革兰氏阳性细菌，是目前世界上产量最大的微生物杀虫剂(占微生物杀虫剂总量的90％以上)，广泛应用于防治农、林和果树害虫、贮藏害虫以及卫生害虫。与化学杀虫剂相比，Bt杀虫剂具有选择性强，对人畜无害，环境友好等优点。目前Bt杀虫剂主流生产工艺是液体深层发酵，主要以各种工农业产品或农副产品，如葡萄糖、蛋白胨、黄豆粉、玉米淀粉、麦麸等为原料，原料价格过高(约占总生产成本的20-35％)是Bt杀虫剂难于普及的主要限制因素。因此，如何采用低成本、当地可得的工农业废弃物为原料，降低发酵生产成本，对于Bt杀虫剂这一生态无害型生物农药的推广应用有重要意义。

迄至今日，经国内外文献与专利检索，尚未见到利用淀粉废水为原料发酵生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的报道。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术中的不足之处，而提供一种淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法。通过发酵技术将淀粉废水制备成附加值较高的微生物杀虫剂，是一条减轻淀粉废水对环境污染、变废为宝的有效途径。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述方法制得的产品。产品可有效杀灭鳞翅目农作物害虫，对环境安全无害。产品分悬浮剂与可湿性粉剂两种制型。

本发明目的可以通过如下方法来实现：该方法是采用液体深层发酵方法，按下述顺序的步骤进行：培养基调理、种子罐发酵、发酵罐发酵与发酵液后处理等过程：其中：

g/L是指每1L培养基液体中加入的目标物的克数；

％是指每100份质量的发酵培养基液体中接入接种物的质量份数；

V/V/分是指每分钟向1份体积的培养基中通入空气的体积份数；

1)培养基调理：调节淀粉废水含固率为2-8％，加入0-1.5g/L矿质盐和1-5g/L消泡剂，用碱调pH为7.0-10.0，搅拌均匀后，在种子罐或发酵罐中经15磅压力与121℃下灭菌30-60分钟，冷却至30-35℃备用。所述的矿质盐是由磷酸氢二钾、硫酸镁与硫酸锰三种物质组成的混和物，混和物中三者的质量比为20-100∶10-30∶1-5。所用的消泡剂是指泡敌、聚丙二醇、豆油、花生油等，最好是泡敌。所用的碱是指NaOH、KOH或Ca(OH)₂，其中最好是NaOH。

2)摇瓶培养：从保藏正常的Bt斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为：温度28-32℃、转速150-250转/分，三角瓶装液量10-40％，培养时间8-12小时。所用的Bt菌株是指Bt杀虫剂厂家现行使用的主要生产菌株，如Bt HD-1、7216等，可在国内微生物保藏机构通过直接购得。牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自来水1000mL；pH 7.2-7.5，15磅压力与121℃下灭菌30分钟。

3)种子罐发酵：以1-3％的接种量将摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养。条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、通气量1∶1.0-1.5(V/V/分)、搅拌速度220-260转/分、发酵时间8-12小时。

4)发酵罐发酵：按8-15％的接种量将种子液移种到发酵罐。培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、通气量1∶1.0-1.5(V/V/分)、搅拌速度180-220转/分、发酵时间30-42小时。放罐标准：伴孢晶体脱落20％、发酵液pH为8.5-9.0。

5)发酵液后处理：发酵结束后，用传统的板框压液或高速离心法浓缩发酵液，浓缩倍数为1-6倍。浓缩液按5)①或5)②方式生产苏云金杆菌生物杀虫剂的两种剂型：

5)①是水悬浮剂，发酵液直接浓缩，浓缩液加入10-50g/L展着剂与0.2-2g/L防腐剂，搅拌均匀，分装；所述的展着剂是指Tween-20、木素磺酸钠或TX-10，其中最好是Tween-20。所述的防腐剂是指山梨酸钾、苯甲酸钠、二甲苯、尼泊金甲酯或凯松，其中最好是山梨酸钾；

5)②是可湿性粉剂，发酵液浓缩后，加入20-50g/L分散剂与1-4g/L乳化剂，搅拌均匀，送入喷雾干燥塔干燥，进风温度150-220℃，出口温度60-70℃，至含水率低于4％，分装。所述的分散剂是指高岭土、硅藻土、膨润土或轻质碳酸钙，其中最好是高岭土和硅藻土。所述的乳化剂是指木素磺酸钠、Tween-80或TX-10，其中最好是木素磺酸钠。

本发明的技术原理是：以淀粉废水所含的糖分与蛋白质、磷以及微量元素为主要营养物质，在维持适宜pH、温度与通气量的条件下，苏云金杆菌得以生长与增殖，形成芽孢与杀虫晶体蛋白等杀虫活性物质，发酵液经浓缩干燥制成微生物杀虫剂产品。

本发明与现有技术相比具有如下优点与积极效果：

(1)为淀粉废水的处理提供了一条崭新途径，并且获得微生物杀虫剂产品。

(2)与现有技术中的生物处理法相比，本方法不仅为处理了淀粉废水，而且可获得杀虫剂产品，降低了废水处理成本；与现有技术中的蛋白分离法提取饲料蛋白相比，本方法获得的产品附加值较高；与现有技术中的微生物转化法生产SCP饲料相比，本方法突破了现有技术中以蛋白饲料为最终发酵产品的局限性，克服了发酵产品(SCP饲料)核酸含量高、风味不佳的缺陷，扩大了淀粉废水的资源化利用途径。

(3)现有苏云金杆菌微生物杀虫剂的生产主要以葡萄糖、蛋白胨、黄豆粉、玉米淀粉、麦麸等为原料，原料价格过高是其难于普及的主要限制因素。本发明中苏云金杆菌主要依靠淀粉废水中自身的可利用成分(糖分、蛋白质与矿质盐等)生长与增殖，添加的成分较少，大大降低了微生物杀虫剂的生产成本，从而促进苏云金杆菌这一生态无害的生物农药的推广应用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面列举4个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例：

实施例1 生产水悬浮剂：

(1)淀粉废水样品

取河北省石家庄市某淀粉厂的淀粉废水，该厂采用红薯为原料生产淀粉，加工工艺流程为：红薯→洗涤→磨碎→过筛→浆液→离心分离→淀粉洗涤→脱水→干燥→淀粉。废水主要来源为洗涤水与分离废水(薯浆废水及蛋白质水)。经分析废水中碳水化合物含量为13.2g/L、粗蛋白含量为6.1g/L、pH＝4.45。

(2)培养基调理

调节淀粉废水含固率为3.5％，加入矿质盐0.5g/L的磷酸氢二钾、0.2g/L的硫酸镁、0.02g/L的硫酸锰和2.0g/L的消泡剂泡敌。用NaOH调pH至9.7-9.8，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭后pH约为7.0-8.0。

其它消泡剂，如聚丙二醇、豆油、花生油等，分别代替泡敌，其效果相同。

(3)摇瓶培养

从Bt HD-1菌株斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分，500mL三角瓶装液100mL培养基，培养时间10小时。

(4)种子罐发酵

接种1％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.0(V/V/分)、搅拌速度240转/分、发酵时间10小时。

(5)发酵罐发酵

接种10％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(V/V/分)、搅拌速度180转/分、发酵时间32小时。

(6)发酵液后处理

发酵结束后，经高速离心浓缩4倍，加入40g/L的展着剂Tween-20与0.5g/L的防腐剂山梨酸钾，搅拌均匀，分装。

其它展着剂是指木素磺酸钠、TX-10，代替Tween-20，效果相同。

其它防腐剂是指苯甲酸钠、二甲苯、尼泊金甲酯或凯松，代替山梨酸钾，效果相同。

实施例2  生产可湿性粉剂

(1)淀粉废水样品

同实施例1。

(2)培养基调理

同实施例1。

(3)摇瓶培养

同实施例1。

(4)种子罐发酵

接种2％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温28℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.0(V/V/分)、搅拌速度240转/分、发酵时间12小时。

(5)发酵罐发酵

接种8％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温28℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(V/V/分)、搅拌速度200转/分、发酵时间36小时。

(6)发酵液后处理

发酵结束后，经高速离心浓缩5倍，加入40g/L的分散剂高岭土与2g/L的乳化剂木素磺酸钠，搅拌均匀，送入喷雾干燥塔干燥，进风温度150℃，出口温度60℃，至含水率低于4％，分装。

其它分散剂是指硅藻土、膨润土或轻质碳酸钙，代替高岭土，效果相同。

其它乳化剂是指Tween-80或TX-10，代替木素磺酸钠，效果相同。

实施例3  生产可湿性粉剂

(1)淀粉废水样品

取北京市某淀粉厂的淀粉废水，该厂采用玉为原料生淀粉，加工工艺流程为：玉米→过筛→浸泡→粉碎→胚芽分离→磨细→筛分→沉淀分离→淀粉洗涤→脱水→干燥→淀粉。废水主要来源为浸泡水与黄浆水。经分析，该淀粉废水中碳水化合物含量为6.8g/L、粗蛋白含量为19.0g/L、pH＝4.80。

(2)培养基调理

调节淀粉废水含固率为5.0％，加入0.75g/L的磷酸氢二钾、0.3g/L的硫酸镁、0.03g/L的硫酸锰和2.5g/L的泡敌。用KOH调pH至9.5，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭后pH约为7.0-8.0。

(3)摇瓶培养

从Bt 7216菌株斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分，500mL三角瓶装液150mL培养基，培养时间8小时。

(4)种子罐发酵

接种1％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(V/V/分)、搅拌速度250转/分、发酵时间8小时。

(5)发酵罐发酵

接种10％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(V/V/分)、搅拌速度180转/分、发酵时间42小时。

(6)发酵液后处理

发酵结束后，经高速离心浓缩3倍，加入30g/L的分散剂硅藻土与1.5g/L的乳化剂Tween-80，搅拌均匀，送入喷雾干燥塔干燥，进风温度220℃，出口温度70℃，至含水率低于4％，分装。分装。

实施例4  生产水悬浮剂

(1)淀粉废水样品

同实施例3。

(2)培养基调理

调节淀粉废水含固率为4.0％，不加矿质盐，用KOH调pH至9.5，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭后pH约为7.0-8.0。

(3)摇瓶培养

同实施例3。

(4)种子罐发酵

接种1％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温32℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.5(V/V/分)、搅拌速度260转/分、发酵时间10小时。

(5)发酵罐发酵

接种8％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温32℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.5(V/V/分)、搅拌速度220转/分、发酵时间32小时。

(6)发酵液后处理

发酵结束后，经高速离心浓缩5倍，加入50g/L的展着剂木素磺酸钠与1.0g/L的防腐剂苯甲酸钠，搅拌均匀，分装。

Claims (8)

1、淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法。其特性在于该方法是采用液体深层发酵方法，按下述顺序的步骤进行：培养基调理、摇瓶培养、种子罐发酵、发酵罐发酵与发酵液后处理过程：

其中：

g/L是指每1L培养基液体中加入目标物的克数；

％是指每100份质量的发酵培养基液体中接入接种物的质量份数；

V/V/分是指每分钟向1份体积的培养基中通入空气的体积份数；

1)培养基调理：调节淀粉废水含固率为2-8％，加入0-1.5g/L矿质盐和1-5g/L消泡剂，用碱调pH为7.0-10.0，搅拌均匀后，在种子罐或发酵罐中经15磅压力与121℃下灭菌30-60分钟，冷却至30-35℃备用；

2)摇瓶培养：从Bt斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。条件为：温度28-32℃、转速150-250转/分，三角瓶装液量10-40％，培养时间8-12小时；

3)种子罐发酵：以1-3％的接种量将摇瓶菌液移入种子罐，进行发酵培养；条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、通气量1∶1.0-1.5V/V/分、搅拌速度220-260转/分、发酵时间8-12小时；

4)发酵罐发酵：按8-15％的接种量将种子液移种到发酵罐；培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、通气量1∶1.0-1.5V/V/分、搅拌速度180-220转/分、发酵时间30-42小时；

5)发酵液后处理：发酵结束后，用传统的板框压液或高速离心法浓缩发酵液，浓缩倍数为1-6倍。浓缩液按5)①或5)②方式生产苏云金杆菌生物杀虫剂的两种剂型：

5)①是水悬浮剂，发酵液直接浓缩，浓缩液加入10-50g/L展着剂与0.2-2g/L防腐剂，搅拌均匀，分装；

5)②是可湿性粉剂，发酵液浓缩后，加入20-50g/L分散剂与1-4g/L乳化剂，搅拌均匀，送入喷雾干燥塔干燥，进风温度150-220℃，出口温度60-70℃，至含水率低于4％，分装。

2、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的1)中矿质盐是磷酸氢二钾、硫酸镁与硫酸锰三种物质的混和物，混和物中三者的质量比为20-100∶10-30∶1-5。

3、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的1)中消泡剂是泡敌、聚丙二醇、豆油、花生油等，最好是泡敌。

4、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的1)中碱是NaOH、KOH或Ca(OH)₂，其中最好是NaOH。

5、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的5)①所用的展着剂是Tween-20、木素磺酸钠或TX-10，其中最好是Tween-20。

6、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的5)①所用的防腐剂是山梨酸钾、苯甲酸钠、二甲苯、尼泊金甲酯或凯松，其中最好是山梨酸钾。

7、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的5)②所用的分散剂是高岭土、硅藻土、膨润土或轻质碳酸钙，其中最好是高岭土和硅藻土。

8、根据权利要求1所述的淀粉废水生产苏云金杆菌微生物杀虫剂的方法，其特征在于：所述的5)②所用的乳化剂是木素磺酸钠、Tween-80或TX-10，其中最好是木素磺酸钠。