大豆乳清废水生产单细胞蛋白的实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flexhansen
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大豆乳清废水中的有机成分主要为乳清蛋白和低聚糖,COD达20000mg/L左右,属于高浓度有机废水。该废水的处理现状多为采用生物处理工艺降解其中有机污染物,以及应用膜分离技术回收其中生理活性物质,而关于利用该废水生产单细胞蛋白(SCP)的研究还很鲜见。本文在相关实验研究的基础上,初步探讨了大豆乳清废水用于生产SCP的适用性与可行性,认为利用大豆乳清废水生产SCP作为一项新兴的废水处理与资源化技术值得推广。本文以实现该技术的工业应用为目的,进行了菌种筛选、菌种复配,发酵罐生产等基础研究,为进一步的中试研究以及工程应用奠定了良好的基础。  本文首先针对大豆乳清废水的水质特点,结合对工业酵母特性的调研,选择了5种酵母:白地霉(Geotrichumcandidumlink)、产朊假丝酵母(Candidautilis)、热带假丝酵母(Candidatropicalis)、解脂假丝酵母解脂变种(Candidalipolyticavar.lipolytica)和扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsisfibuligera),均为发酵工业上广泛应用的饲料酵母,其安全性具有很好的保障。  以大豆乳清废水生产SCP的实验表明,S.fibuligera和C.lipolyticavar.lipolytica为最适菌种。其中,C.lipolyticavar.lipolytica在废水COD11150mg/L、初始pH值6.17、摇床恒温25℃、摇床转速180r/min等条件下,发酵12小时的细胞产量达2.35g/L,COD去除率达48.3%;S.fibuligera在对数期的细胞增殖速率、SCP的蛋白质含量以及蛋白质产量分别为0.3589g/L·h、39.7%和0.88g/L,均居于五种备选酵母之首。  为提高SCP产量,对以上5种酵母进行复配研究。研究结果表明,S.fibuligera和C.lipolyticavar.lipolytica按6∶1的比例进行复配所形成的复合菌群,能够大幅提高废水中有机物转化为SCP的效率和废水COD的去除率。S.fibuligera与C.lipolyticavar.lipolytica组合后,摇瓶发酵制备的SCP产量较S.fibuligera单独制备时提高了3.3%,蛋白产量0.37%,尤其是COD去除率提高了51%。S.fibuligera与C.lipolyticavar.lipolytica之间可能存在着偏利共生、协作或互惠共生等正相互作用关系,组成一个和谐共生的微生物群体。  本文通过分析,确定了发酵罐的合理结构型式,自制了酵母发酵罐。采用间歇、好氧以及开放的方式运行发酵反应器,在开放、好氧、间歇运行的条件下,酵母发酵生产SCP工艺适宜的主要技术参数为:发酵时间16h,通气量0.5m3/h,接种量2%。  采用发酵终了液作为下一轮发酵接种液的连续运行实验表明,经过4个周期的生产运行,发酵系统中混合菌群仍能保持很好的稳定性,可以实现菌种的“一次接种,连续使用”,为发酵罐的连续运行提供了有价值的指导,进而可简化发酵工艺,节约种子培养投入。  以大豆乳清废水作为发酵原料生产SCP时,pH值对SCP产量影响作用较小,C/N值、悬浮物(SS)、消泡剂和COD浓度的影响作用显著。其中,C/N值的提高(如向大豆乳清废水中添加葡萄糖)和预除去大豆乳清废水中的SS均会导致SCP产量的下降;废水浓度的升高和适量消泡剂的添加均可显著提高SCP产量。因此,对于利用酵母发酵大豆乳清废水生产SCP工艺,不必对原水进行pH值和C/N值的调节。  本文通过小试研究,利用混合酵母共发酵大豆乳清废水16h,SCP产量可高达6.33g/L,同时,废水的COD去除率高达50%,较好的实现了废水的处理及资源化,可以作为大豆乳清废水预处理技术,同时还可回收具有较高经济价值的单细胞蛋白,产生一定的经济效益。由于以微生物合成蛋白成本低,因此该技术与其他废水资源化技术相比,具有较强的竞争优势和良好的应用前景。
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