利用酱油酿造废水生产微生物絮凝剂的研究.pdf

湖南农业科学2 0 1 l ， ( 1 9 ) ： 2 O 2 2 H u n a n A g - c u l t u r a l S c i e n c e s 利用酱油酿造废水生产微生物絮凝剂的研究 周喜新 ， 杨华 ， 张滨 ( 1 湖南农业大学， 湖南 长沙 4 1 0 1 2 8 ； 2 长沙环境保护职业技术学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 ) 摘要： 为了降低微生物絮凝剂的生产成本， 研究了以酱油废水为培养基发酵生产絮凝剂的条件。结果表明： 将酱油废水稀释4 倍， 按 1 0 g L 浓度加入蔗糖， p H值 7 0 ， 3 0 C 条件下培养红平红球菌， 能发酵生产出微生物絮凝剂， 其产率为 1 6 8 g L ， 絮凝效率超 过 9 5 。 关键词 ： 酱油废水； 微生物絮凝剂； 红平红球菌 中图分类号： X 7 0 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 6 0 6 0 X ( 2 0 1 1 ) 1 9 0 0 2 0 0 3 Pr o d u c t i o n o f M i c r o b i a l Fl o c c u l a n t b y Us i n g S a u c e W a s t e - wa t e r ZHOU Xi x i n ， YANG Hu a ， ZHANG B i n l Hu n a n Ag r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,C h a n g s h a 4 1 0 1 2 8 , P RC ； 2 C h a n g s h a En v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n C o l l e g e ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4 ， PR Abs t r a c t ：I n o r d e r t o r e d u c e p r o d u c t i o n c o s t s f o r mi c r o b i a l fl o c c u l a n t ，t h e f e r me n t a t i o n c o n d i t i o n s f o r p r o d u c i n g mi c r o b i a l fl o c c u l a n t b y u s i n g s a u c e w a s t e- w a t e r a s a me d i u m w e r e s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t c u l t i v a t i n g Rh o d o c o c c t a e r y t h r o p o l is u n d e r t h e c o n d i t i o n s t h a t f o u r t i me s d i l u t e d s a u c e wa s t e - wa t e r ，a d d i n g s u c r o s e t o i t w i t h t h e c o n c e n t r a t i o n o f 1 0 g i ，P H 7 0 a n d t e mp e r a t u r e 3 0 c a n p r o d u c t mi c r o b i a l fl o c c u l a n t w i t h p r o d u c t i v i t y o f 1 6 8 g L a n d t l o c c u l a t i o n e ffic i e n c y i s o v e r 9 5 Ke y wo r ds ：s a u c e w a s t e w a t e r ； mi c r o b i a l fl o c e u l a n t ； Rh o d o c o c c e r y t h r o p o l i s 微生物絮凝剂是一类由微生物产生的， 可使液 体中不易降解的固体悬浮颗粒凝聚、 沉淀的特殊高 分子代谢产物。该类絮凝剂是一种高效、廉价 、 无 毒 、 无二次污染 的水处理剂 ， 可广泛应用于饮用水 处理、 废水处理、 食品 ： 业和发酵工业等领域1_ 31 。 但 由于生产成本过高， 生物絮凝剂在实际生产中尚未 得到广泛推广应用。 因而寻找廉价的培养基是生物 絮凝剂产业化过程中亟待解决的问题 。 酱油作为人们 日常生活中的调味品， 满足了人 们饮食需要。 近年来由于酱油制造工业快速发展导 致酱油生产废水排放量大增， 带来了严重的环境污 染问题。酱油废水浓度高、 负荷变化大、 色度大， 属 于难处理有机废水。 但酱油废水中含有生物生长繁 殖和代谢所需要的碳源、氮源及无机盐等营养物 质， 可用于微生物的培养【9 1O l。 试验以酱油废水为培 养红平红球菌( R h o d o c o c c u s e r y t h r o p o l i s ) 的替代培 养基，通过优化培养条件发酵生产生物絮凝剂， 以 期为降低微生物絮凝剂的生产成本， 解决酱油废水 收稿 日期 ： 2 0 1 l - 0 5 1 0 基金项目： 湖南省教育厅课题( 0 8 D 0 1 2 ) 作者简介： 周喜新( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 湖南宁县人， 博士研究生， 研 究方 向为生物化学 。 通讯作者： 杨华 对环境的污染问题提供参考。 1 材料与方法 1 1 材料 红平红球菌( R h o d o c o c c t a s e r y t h r o p o l i s ) ( 中国科 学院微生物研究所) ； 酱油废水( 湖南宁乡县加加酱 油厂 ) 。 1 2 方 法 1 2 1 培养基种子培养基： 牛肉膏3 g L ， 蛋白胨 1 0 g L ， N a C 1 3 I ， p H值 7 0 。 废水培养基： 取宁乡加加酱油厂废水稀释至不 同浓度， 添加不同量碳源， 调 p H值到不同值。 1 2 2 发酵 液培 养条件 2 5 0 mL三角烧 瓶 中装 1 0 0 m L培养基，接种红平红球菌 ，分别在 2 5 、 3 0 、 3 5 ， 1 5 0 r m i n 振荡培养9 6 h 。测定上清液中的絮 凝活I 生。 1 2 _ 3 絮凝 剂的制备 在发酵液 中添加 0 5 三 氯醋酸+ 正丁醇( 4 ： 1 ) ， 静置 1 2 h ， 6 0 0 0 r m i n 离心 1 5 m i n ， 收集上清液。再向上清液中添加 2 倍体积 的 9 5 的乙醇 ， 在 4 条件下静置 2 4 h ， 虹吸上清 液， 收集沉淀物。 沉淀物用 7 0 的乙醇洗涤 2 次， 得 到生物絮凝剂粗制品。 1 2 4 絮凝率的测定在装有 5 g L的 1 0 0 m L高 第 l 9 期 周喜新等： 利用酱油酿造废水生产微生物絮凝剂的研究 2 l 岭土悬浊液 中，加人 5 mI 1的氯化钙溶液作 为 助凝剂 ， 再加入 2 m I 的菌株发酵 清液， 调 p H值 至 7 5 ， 混合搅拌 5 ra i n ， 静置 1 0 ra i n ， 用 u v 一 7 5 4 型 分光光度计测定波长 5 5 0 r l n q 处的吸光度 同时以 2 m I 蒸馏水代替菌株发酵上清液作为对照 ，絮凝 率计算公式 ： 絮凝率= ( 4 一 B) l O 0 ， 其中 A为 对 照上清液 5 5 0 l l fi 处 的吸光度 ， B为样 品上清液 5 5 0 n l n处的吸光度。 2 结果与分析 2 1 不同碳源对发酵生产絮凝剂的影响 在酱油废水中添加质量浓度为 J 0 g L的不同 碳源， 分析其对絮凝率的影响， 结果如图 1 所示。 1 0 O 8 0 一 6 0 料 麟 4 o 2 0 0 葡萄糖 蔗糖 淀粉 乳精 甘露醇 废水 图 1 不 同碳源对发酵生产絮凝剂影响 从图 1 可以看出，仅用酱油废水作为培养基， 其絮凝率非常低， 而添加少量碳源对絮凝剂产生的 具有显著的影响 。 而且以加入葡萄糖的效果最为显 著 ， 其次是加入蔗糖。 研究还发现 ， 加入不同碳源 的 培养基生产的絮凝剂 现较高活性的时间不一样 ， 用葡萄糖和蔗糖作为碳源的培养基较其它碳源的 培养基快出现较高的絮凝活性。因此， 发酵时可以 加入适量 的葡萄糖或蔗糖 。 但考虑到蔗糖价格远低 于葡萄糖， 生产时建议加入蔗糖作为碳源， 以降低 絮凝剂生产成本。 2 2 酱油废水发酵生产絮凝剂条件的优化 以培养红平红球菌的废水浓度 ， 接种量 ， 温度 ， p H值为 4个因素进行正交试验， 试验结果见表 I 。 从表 1中极差大小能看f H ， 影 响红平红球菌生长的 因素从大到小依次为： p H值 废水浓度 接种量 温 度。其中p H值对絮凝率影响最大， p H值 7 0为最 优。其次影响的因素为废水浓度 ，当废水浓度为 2 5 时， 菌产絮凝剂的絮凝效果最好。其可能的原 因是废水中存在某些对红平红球菌有害的物质， 当 其浓度过高时 ， 抑制菌 的生长 ； 而当废水浓度过低 时， 其中的营养物质不足以完全满足菌产絮凝剂的 需要 ， 絮凝率也有所降低。 接种量的极差较小 ， 接种 量分别为 5 ， 1 0 和 1 5 时对菌产絮凝剂影响不 大。温度对絮凝剂的产生影响最小。 考虑控温的成 本 ， 生产时可考虑采用 自然温度。 表 1 正交试验结果分析 2 3 红平红球 菌发酵生产絮凝剂的生长曲 线特征 将废水稀释4倍，并按 1 0 g L的浓度加入蔗 糖， 调 p H值至 7 0 ， 3 0 C 培养红平红球菌， 间隔取发 酵液测细胞浓度及絮凝活性。 红平红球菌的生长曲 线如图2 所示。 由图 2 可看出， 2 4 h 之前， 菌体处于 适应期， 菌量无明显改变； 2 4至3 6 验 h内， 菌量有 所增加， 但速度很慢。3 6 h 后红平红球菌经过适应 期后进入了对数生长期 ， 菌体生长迅速， 细菌数目 以几何数增加。 废水培养基发酵 6 0 h以后， 红平红 球菌生长进入了稳定期， 菌的生长速率下降， 细菌 的生长速率与死亡速率达到一个动态平衡。 当细胞 进入生长期， 絮凝剂开始大量生成； 当细胞生长进 入平衡期后， 絮凝剂的生成基本停止。 可见， 在酱油 废水培养基中红平红球菌絮凝剂生长曲线模式属 于 比较典型的生长偶联型 I 。 时间( h ) 图 2 红平红球菌产絮凝剂与细胞生长的关系 2 4 絮凝剂的产率及絮凝效果 湖南农业科学 第 1 9 期 将废水稀释 4倍 ，并按 1 0 g L的浓度加入蔗 糖， 调 p H值至 7 0 ， 3 0 C 培养红平红球菌。 6 0 h 后发 酵液制备絮凝剂， 得率为 1 6 8 g L 。 絮凝剂粗品呈白 色粉末状 ， 具有多糖和蛋 白质性质 。 取絮凝剂粗品 1 g ， 溶解于 1 0 0 m L水， 取 2 m L 测絮凝活性 。静置 1 5 ra i n 后 ， 对照一直比较浑浊 ， 有 明显的悬浮颗粒 ， 无明显的絮凝沉淀现象 ； 处理 管从加人絮凝剂后就开始絮凝， 不断的有白色的絮 凝物质从管 中向底部沉淀 。 1 5 mi n后管中溶液透明 清澈， 悬浮颗粒很少， 絮凝率超过 9 5 。 说明絮凝剂 的絮凝效果比较理想( 图3 ) 。 图 3 絮凝剂粗品的絮凝效果 3 讨论 酱油酿造生产过程中会产生大量的有机废水， 随着人们对环境保护的重视， 酱油生产的废水直接 排放会对周围生态环境造成恶劣的影响。 利用含高 浓度有机物的酱油酿造废水作为廉价培养基， 既可 以充分利用废水中丰富的营养物作为产生生物絮 凝剂的碳源和氮源，又可以降低水中的污染物， 达 到双重功效 】3I。酱油废水中的粮食残留物等可以作 为微生物生长和发酵的碳源， 但试验表明酱油废水 还需外加少量的糖作为微生物生长的碳源。 而前期 的研究表明， 酱油废水中 N的含量可达到 l _5 g L ， 酱油废水中富含的蛋白质、 氨基酸等作为氮源能满 足微生物生长和发酵的需求。研究同时表明， 红平 红球菌发酵过程能有效降低酱油废水 B O D、 S S 等 指标 ， 起到处理污水的作用， 但对于酱油废水的色 度改变很小。 参考文献： 【 1 】 张彤， 朱怀兰， 林哲 微生物絮凝剂的研究与应用进展 J 应用与环境生物学报， 1 9 9 6 ， 2 ( 1 ) ： 9 5 1 0 5 2 陈晓， 王洪媛， 杨翔华 微生物絮凝剂研究与应用进展I J 1 | 抚 顺石 油学 院学报 ， 2 0 0 2 ， 1 2 ， 2 2 ( 4) ：2 7 3 0 3 郭磅， 孙洪伟 新型复合型生物絮凝剂的制备与应用研究 J 】 生物技术 ， 2 0 1 0 ， 2 0 ( 5 ) ： 8 5 8 7 f 4 芦艳， 乔福珍 ， 孟丽丽 利用啤酒废水培养生物絮凝剂产生 菌的研究 应用化工， 2 0 0 9 ， 1 1 ： 1 5 6 4 1 5 6 7 【 5 毛艳 丽 ， 朱涛， 裴中芳 ， 等 利用糖 蜜废水 生产微生物絮凝剂 及条件优化和效果实验研究l J I 环境1 - 程学报， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 8 6 9 O 6 林俊岳， 曾建忠， 罗剑钦， 等 利用糯米淀粉废水制备微生物絮 凝剂研究 安徽农业科学， 2 0 1 0 ， ( 6 ) ： 3 0 9 0