（发酵工程专业论文）酵母菌群利用大豆蛋白废水生产scp的研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e a p p l i c a t i o no f t h em a s t e r sd e g r e eo fe n g i n e e r i n g s t u d yo fy e a s tg r o u pu s i n gs o yp r o t e i nw a s t e w a t e r t op r o d u c t i o ns c p c a n d i d a t e ：y ul e i j u a n s p e c i a l t y ： f e r m e n t a t i o ne n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r l ij i n g l o n g s h a n d o n gi n s t i t u t e 钌m 删7 舢1舢y 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 山东轻工业学院硕仁学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第1 章绪论1 1 1 大豆蛋白废水来源与特点1 1 1 1 大豆蛋白废水来源。1 1 1 2 大豆蛋白废水特点1 1 2 大豆蛋白废水处理技术的研究与进展2 1 2 1 大豆蛋白废水处理技术2 1 。2 2 资源化与利用3 1 3s c p 生产现状4 1 4 本论文的选题背景、选题依据和研究意义4 1 5 本论文的主要研究内容5 第2 章大豆蛋白废水的检测分析7 2 1 引+ 占7 2 2 材料与设备8 2 2 1 实验材料8 2 2 2 仪器设备8 2 3 检测方法与实验方法9 2 3 1 检测方法9 2 4 目录 第3 章酵母菌群的选择1 5 3 1 概述15 3 2 材料与设备1 6 3 2 1 实验材料1 6 3 2 2 试验设备1 7 3 3 方法与步骤。1 7 3 3 1 试验方法1 7 3 4 结果与分析18 3 4 1 平板点种试验1 8 3 4 2 平板点种刺激圈试验1 9 3 4 3 双菌株混合发酵试验2 0 3 4 4 三菌株混合发酵试验2 2 3 4 5 四菌株五菌株混合发酵试验2 3 3 4 5 多菌株混合发酵最优试验结果比对2 4 3 5 本章小结2 5 第4 章酵母菌群混合发酵培养基的研究2 7 4 1 材料与设备2 7 4 1 1 实验材料2 7 4 1 2 仪器设备2 7 4 2 试验方法2 7 4 3 结果与分析2 8 4 3 1 碳源对菌体生长的影响2 8 4 3 2 氮源对菌体生长的影响3 0 4 3 3 磷源对菌体生长量的影响3 l 4 3 4 培养基条件j 下交试验3 2 4 4 本章小结3 3 第5 章酵母菌群混合发酵条件研究3 5 5 1 引言3 5 5 2 材料与方法：3 5 5 2 1 材料3 5 2 山东轻t 业学院硕 ：学位论文 5 2 2 设备3 5 5 3 试验方法3 6 5 4 结果与分析3 6 5 4 1p h 值对产物中粗蛋白含量及废水中c o d 去除率的影响3 6 5 4 2 接种比例对产物中粗蛋白含量及废水中c o d 去除率的影响3 7 5 5 第6 章 6 1 6 2 6 4 第7 章 7 1 7 2 7 3 目录 参考文献5 7 致谢6 3 在学期间主要科研成果：6 5 一、发表学术论文：6 5 二、其它科研成果6 5 山东轻t 业学院硕十学位论文 摘要 本课题的目的是利用菌种之间的协同作用，通过在偏酸性环境中获得优势生 长的酵母菌群的混合培养，充分利用大豆蛋白废水中的营养物质生产s c p ，实现 废物资源化利用的同时，达到低成本、高效益地生产s c p 和处理废水的目的。研 究的主要内容及研究结果如下： ( 1 ) 大豆蛋白废水成分测定：对蛋白质、脂肪、多糖、b o d 、c o d 、p h 等化学 物质进行测定并对其所含有的营养成分进行分析，确切的了解大豆蛋白废水的营 养状况与水质状况。 ( 2 ) 酵母菌群的选择：选择能分别利用蛋白质、脂肪、多糖等营养成分的酵母 菌，以菌体中粗蛋白含量与废水中有机物的去除率为指标，通过实验确定发酵废 水生产s c p 的酵母菌群。通过平板点种试验和平板点种刺激圈筛选，从5 0 株供试 菌中筛选出7 株优良菌种，再经过多菌混合发酵试验，最终选择四菌种混合发酵 处理大豆蛋白废水生产s c p 。酵母菌群组成菌株是：解脂假丝酵母解脂变种、产 朊假丝酵母、白地霉、扣囊拟内孢霉酵母。 ( 3 ) 酵母菌群发酵培养基的研究：通过考察碳源、氮源、磷盐的添加种类与 添加量的不同，用以研究酵母菌群混合发酵的最佳培养基条件，提高菌体产量与 产物中粗蛋白含量，并提高废水处理效果。通过单因素及正交试验结果得出，最 佳培养基组成为：大豆蛋白废水原浓度：以葡萄糖糖为碳源，添加量为1 ；硫 酸铵为氮源，添加量为2 ；磷酸二氢钠为磷源，添加量为1 5 。 ( 4 ) 发酵工艺参数研究：确定微生物种类后，通过正交试验和单因素实验对 培养基及发酵条件进行探究，确定发酵温度、培养时间、接种量及接种比例等因 素。通过对培养中涉及的相关因素进行研究，确定了酵母菌群利用大豆蛋白废水 生产s c p 的发酵条件是：p h 为6 ，培养温度是2 8 ，培养时间是3 6 h ，接种量为2 8 ， 接种比例是热带假丝酵母：白地霉：产朊假丝酵母：扣囊拟内孢霉酵母菌：解脂 假丝酵母解脂变种= l ：l ：2 ：2 ，搅拌速度为1 6 0 r m i n 。 ( 5 ) s c p 成分测定及废水水质评价：通过对发酵产物进行化学组分、氨基酸 组成、理化指标和卫生指标四方面的检测分析，表明多菌混合发酵大豆蛋白废水 所生产的s c p 蛋白含量较高、氨基酸组成丰富，各项理化指标和卫生指标符合国 家要求，是一种营养丰富、安全可靠的蛋白源。测定混合发酵后的大豆蛋白废水 水质各项指标，并与国际排放标准进行比对，结果显示，本研究处理后废水能够 达到国际三级排放标准，可直接排放至城镇二级污水处理厂。 关键词：大豆蛋白废水；酵母菌群；四菌混合发酵；s c p 摘要 山东轻t 业学院硕十学位论文 a b s t r a c t t h em a i na n dr e s u l t so ft h i sr e s e a r c ha r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d e t e r m i n a t i o nc o m p o s i t i o no fs o yp r o t e i nw a s t e w a t e r d e t e r m i n a t i o no fc h e m i c a ls u b s t a n c e sa n a l y s i st h en u t r i e n t sc o n t a i n e do fs o y p r o t e i nw a s t e w a t e r ，s u c ha sp r o t e i n ，f a t ，p o l y s a c c h a r i d e s ，b o d ，c o d ，p h ，a n ds oo n ， s ot h a tw ec a nk n o wt h en u t r i t i o n a ls t a t u sa n dq u a l i t yo fs o yp r o t e i nw a s t e w a t e r ( 2 ) y e a s tg r o u ps e l e c t i o n t om y c e l i u mc o n v e r s i o ni nt h ec r u d ep r o t e i nc o n t e n ta n dr e m o v a lr a t eo fo r g a n i c m a t t e ro fw a s t e w a t e ra sa l li n d i c a t o r , c h o o s ey e a s tw h i c hc a l lr e s p e c t i v e l yt o u s e p r o t e i n s ，f a t s ，p o l y s a c c h a r i d e s a n do t h e rn u t r i e n t s ，t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t s t o d e t e r m i n et h ey e a s tg r o u pw h i c hc a nf e r m e n tw a s t e w a t e rt op r o d u c es c ep r o d u c i n g p r o t e i nf e e d i n gb yt h ef e r m e n t a t i o no fp o m a c eo fo r a n g ew a ss t u d i e di nt h i sp a p e r o n e o ft h em o s ts u i t a b l ec o m b i n a t i o n so fs t r a i n sw a ss c r e e n e do u tf r o m 5 0s t r a i n sb y c o n v e n t m n a ls e r e e n i n gm e t h o d s t h em o s ts u i t a b l ec o m b i n a t i o n so fs t r a i n sw e r e c a n d i d al i p o l y t i c a ，c a n d i d au t i l i s ，g e o t r i c h u mc a n d i d u ml i n k ，e n d o m y c o p si s f i b u r i g e r 。 ( 3 ) r e s e a r c ho nf e r m e n t a t i o nm e d i u my e a s tg r o u p r e s e a r c ho p t i m a lg r o w t hc o n d i t i o n sf o rm i x e df e r m e n t a t i o no fy e a s tg r o u pt h r o u g h s t u d yd i f f e r e n tt y p e sa n da d dt h ea m o u n to fc a r b o n ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s 。t h e a i m o ft h a ts t u d yw a st oi m p r o v et h ep r o d u c to ft h ec r u d ep r o t e i nc o n t e n ta n dw a s t e w a t e r t r e a t m e n te f f e c t 。t h eo p t i m u mm e d i u mc o m p o s i t i o na r ea sf o l l o w s ：g l u c o s es u g a r a s c a r b o ns o u r c ea n di t sa d d i n gi s1 ，a m m o n i u ms u l f a t ea sn i t r o g e ns o u r c ea n di t s a d d i n gi s2 ，s o d i u md i h y d r o g e np h o s p h a t ea sap h o s p h o r u ss o u r c ea n di t sa d d i n g i s 1 5 。 ( 4 ) f e r m e n t a t i o np a r a m e t e r ss t u d y u s i n gs c r e e n e ds t r a i n st h em e d i u ma n dt h ec o n d i t i o no f t h ef e r m e n t a t i o n w e r e s t u d y e di nt h ep a p e r t h eo p t i m u md a t a ，i n c l u d i n gi n o c u l u mr a t i oa n dq u a n t i t y ，t h e c u l t i v a t i o nt i m ea n dt e r np e r a t u r ew e r ea c q u i r e d f e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n so fy e a s tg r o u p u s i n gs o y p r o t e i nw a s t e w a t e r t op r o d u c eo fs c pa r ea sf o l l o w s ，p h6 ，f e r m e n t a t i o n t e m p e r a t u r e2 8 ，f e r m e n t a t i o nt i m e3 6 h ，i n o c u l u m2 8 ，s p e e d1 6 0 l t l n sp e rm i n u t e 。 ( 5 ) c o m p o n e n td e t e r m i n a t i o no fs c pa n dq u a l i t ya s s e s s m e n to f w a s t ew a t e r d e t e c t i o na n da n a l y s i so ff e r m e n t a t i o np r o d u c t s ，s u c ha sc h e m i c a la n da m i n o a b s t r a c t a c i dc o m p o s i t i o n ，p h y s i c a la n dc h e m i c a li l n d i c a t o r s ，h e a l t hi n d i c a t o r s ， a n ds oo n 。 t h er e s u l t ss h o wt h a tm u l t i s t r a i nm i x e df e r m e n t a t i o no fs o yp r o t e i nw a s t e w a t e rt o p r o d u c es c p i sf e a s i b l e ，a n dt h es c pi san u t r i e n t r i c ha n ds a f ep r o t e i ns o u r c e 。 k e yw o r d s ：s o yp r o t e i nw a s t e w a t e r ；y e a s tg r o u p ；m i x e df e r m e n t a t i o no fy e a s t ；s i n g l e c e l lp r o t e i n 山东轻t 业学院硕j ：学位论文 第1 章绪论 1 1 大豆蛋白废水来源与特点 1 1 1 豆制品废水来源 大豆是绿色植物进行光合作用后的产物，种植面积广，产量大，其化学组成 及化学结构都比较复杂，是一种常用且非常重要的食品原料和工业原料。大豆蛋 白废水，是在以大豆为原料加工制作新兴大豆蛋白制品时所产生的，因其化学耗 氧量、生物耗氧量值较高，属于高浓度有机废水。我国是大豆种植大国，大豆产 量巨大，随着近几年大豆深加工技术的进步和深加工产业的迅速发展，加工制作 大豆产品时相应产生的高浓度有机废水大量增加。大豆分离蛋白的生产一般采用 碱溶酸沉工艺，采用此技术每生产1 吨大豆分离蛋白会产生3 5 6 5 m 3 废水；采用酸 洗法每生产1 吨大豆浓缩蛋白大约能产生2 5 5 5 n q j 废水。 有关报道显示，生产7 5 1 1 屯大豆蛋白所产生的高浓有机废水，其生物耗氧量相 当于一座拥有2 5 3 万人口规模的城市一天的生活污水【1 1 。一个年产3 0 0 0 d 屯大豆蛋 白的企业，每天将能够产生大约3 0 0m 3 高浓度乳清有机废水，其化学需氧量每升废 水中达到1 5 0 0 0 2 2 0 0 0 m g ，废水中含有的有机物主要是可溶性蛋白和低聚糖。据 统计，全国每天产生的乳清水约为1 5 万吨，年产生乳清废水4 5 0 万吨以上。 1 1 2 大豆蛋白的废水特点 我国大豆蛋白制品产量大，且产地较为集中，因此产生的废水量大，且有机 物浓度高。采用酸沉法生产大豆分离蛋白时，高浓度有机废水主要产生于离心分 离时水洗水和乳清废水；低浓度废水主要来自于清洗水。一般情况下，每生产一 吨大豆分离蛋白能够产生高浓度有机废水大约3 0 吨，产生低浓度废水约7 0 吨， 低浓度清洗水c o d c r 3 0 0 5 0 0 m g l 甜。高浓度乳清废水的水质组成如表1 1 所示。 表1 1 大豆蛋白废水的水质情况 t a b l e1 1t h ew a t e rq u a l i t yo fs o yp r o t e i nw a s t e w a t e r 项p h c o d e r b o d 5 r s st k nn h 4 + - n蚩白质p 0 4 一p 目 m g l 1 m g l 1n a g l 。l n a g l 。1n a g l 1 m g u 1r a g l - 1m g l 1 含3 5 11 17 4 7 4 3 2 0 6 7 0 0 3 7 6 2 5 7 24 0 0 0 8 2 6 量5 01 9 6 2 411 3 1 50 7 1 6 7 0 1 0 6 75 0 0 0 在我国，大豆蛋白制品加工企业非常多，生产的蛋白制品也多种多样，加工 l 第1 章绪论 工艺不尽同，存在较大差别，这就使得有机废水所含成分千差万别，污染指标间 的差异也十分大。虽然不同工艺所产生的废水污染指标存在较大差别，但是大豆 蛋白有机废水也有着许多共同点：一是废水排放相对集中；二是废水中的有机物 浓度高；三是废水对环境造成的污染比较严重。一般情况下，大豆蛋白废水的c o d e r 在1 0 0 0 0 m g l - 1 以上，但有时也能高达2 0 0 0 0 m g l ，b o d 5 可达8 0 0 0 m g lo 以上【3 - 4 1 。 大豆蛋白废水虽然污染严重，但其本身没有毒性，污染主要是由于其所含有的有 机物造成的。大豆蛋白废水含有的主要成分是蛋白质、碳水化合物、脂肪等有机 营养物，如果这类废水不经处理，将其直接排到受纳水体中，有机物能够加速水 体中植物生长，消耗水体中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死 亡，产生严重后果，“赤潮”与“水华”也是由于大量有机废水任意排放所致。 1 2 大豆蛋白废水处理技术的研究与进展 1 2 1 大豆蛋白废水处理技术 目前的科研与生产中，对大豆蛋白废水处理的最终目的是去除废水中含有的 蛋白质、脂肪等高浓度有机营养物质，使被处理废水的各项指标达到国家规定的 排放标准。现阶段，大豆蛋白废水处理的方法有很多种，包括物理法、化学法、 物理化学法、生化法、物理生物法，近几年还出现了超渗透压处理污水技术。 ( 1 ) 物理法 通过物理法将废水中的某些成分吸附到被吸附材料上，以达到去除污染物的 目的。原理就是，纤维素依靠直链的纤维分子中存在数目众多的羟基上形成的氢 键彼此胶结成束，胶束再定向排布成网状结构，易于被吸附材料吸附。 ( 2 ) 物理化学法 物化手段和生化手段相结合的方法处理豆制品废水 肖长君、费庆志、刘晓旭等根据废水生化性较好的特点，先进行混凝沉淀混 凝气浮的物化处理，再进行生物接触氧化反应，通过物化手段和生化手段相结合， 从而大大降低了废水的有机负荷，提高了废水的生化性，取得了较为的理想的处 理效果【引。 ( 3 ) 生物化学法 对于大豆蛋白废水处理方面的研究与工程实践，国外从6 0 年代开始【纠1 】；国内 从7 0 年代开始，研究工作者进行了广泛而深人的探索研究，且已有工程投产运行 1 2 - 1 9 】。在诸多处理工艺中，研究和应用最多的是厌氧生物处理工艺，其次是好氧 处理，大豆蛋白废水中的污染物资源化回收与利用也有一定的研究。 我国白2 0 世纪7 0 年代以来，相继开发应用了一系列新型高效厌氧消化器，尤 其在大豆蛋白废水处理中的应用，使污染物的去除效果大大提高，并可回收大量 2 山东轻丁业学院颂i ：学位论文 的生物能，不仅如此，大豆蛋白废水厌氧生物处理的微生物生态学研究也有很大 进展。 厌氧处理 厌氧生物处理技术是一种节能、低耗、无害化的废水净化技术，是在断绝供 氧的情况下，利用厌氧微生物的生命活动过程，使废水中的有机物转化成简单的 有机物和无机物的处理过程。 常用于大豆蛋白废水处理的厌氧生物处理工艺有：厌氧滤床( a f ) 、厌氧硫 化床( a f b ) 、上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、折流板反应器( a b r ) 、两相厌氧处理 工艺等。 好氧处理 好氧处理包括以下方法：传统活性污泥法、完全混合性污泥法、吸附再生活 性污泥法、吸附生物氧化或吸附生物降解( a b 法) 、间歇式活性污泥法( 也称序 批式活性污泥法，s b r 法) 。 厌氧好氧结合 大豆蛋白废水处理过程中，先将首段经过厌氧发酵，在厌氧过程中将一部分 难降解的大分子物质转化成小分子中间产物，降解去除绝大部分有机污染物：厌 氧出水进入好氧发酵段，采用活性污泥法或氧化塘法处理，出水可以达到排放标 准【2 0 1 。 1 2 2 资源化与利用 大豆蛋白废水中含有丰富的糖类、维生素、有机酸、水溶性蛋白、氨基酸、 脂类等营养成分，大都是可降解的有机物，不含有毒有害物质，可生化性达到 0 6 - 4 ) 7 ，适合微生物的生长。通过技术手段将废水中的营养成分充分利用进行有 价值产品的生产，不仅可以变废为宝，提高资源利用效率，同时可减少环境污染。 当前，对大豆蛋白制品废水资源化利用方面的研究包括：利用废水中的营养成分 培养酵母菌、维生素等，作为生物培养液基质生产高价值产品；发酵生产花生四 烯酸和二十碳五烯酸、利用细菌产氢、利用大豆蛋白生产废水培养油脂酵母菌， 利用大豆蛋白废水深层发酵食用菌；用于相关加工产品原料；利用膜分离技术回 收废水中的活性成分，包括膜处理技术，超滤法；紫色非硫细菌处理高浓度有机 废水。 大豆蛋白废水的处理方法很多，目i i f 主要采用多级生物处理，利用厌氧和好 氧生物处理法降低废水中的c o d 和b o d 5 值，但是该处理工艺复杂，设备投资大， 能耗高，且很难达标排放；近几年，膜技术在大豆蛋白废水处理中的应用研究有 所增加，但大都处于试验阶段，因为膜污染和膜的成本高造成设备投资太大，导 致实际应用于生产的很少。 3 第l 章绪论 1 3s c p 生产现状 单细胞蛋白( s i n g l ec e l lp r o t e i n ，简称s c p ) 又称微生物蛋白或菌体蛋白，是利 用工业废水、农副加工产品以及有机垃圾等作为培养基，培养微型藻类及酵母、 非病源细菌、真菌等单细胞生物体。s c p 在饲料与食品的生产方面都有非常广泛应 用。s c p 是当今世界积极研究的新蛋白质饲料资源，目前饲料酵母、菌糠单细胞蛋 白饲料、藻体饲料等，能显著提高蛋鸡的产蛋率、增强猪抗病能力、提高鱼肉粗 蛋白含量并降低鱼肉的含脂率。s c p 在食品工业上的应用也十分普遍，如：增加谷 类食品的蛋白质生物价、提高食品的物理性能、作为食品添加剂、提高食品中维 生素和矿物质含量、作为食品发酵剂等。因为s c p 具有诸多优点，如：营养丰富、 生物效能高，利用原料广、可就地取材，可提供稳定的蛋白质来源，使用设备简 单且占地面积小，生产周期短且生产效率高等，因此具有不可比拟的优势，目前 成为食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。因此，在世界粮食供应不足和蛋白 质缺乏的情况下，开发利用s c p 越来越受到人们的重视。 在英国，甲醇s c p 己形成工业化生产；在美国，乙醇s c p 作为食品添加剂已有 商品面世【2 啦2 1 。目前，利用各种农业森林或家畜工业的废料生产s c p 也已进行研究 和开发。在我国，也非常重视s c p 的开发工作。据资料可知，利用味精废水生产热 带假丝酵母s c p ，蛋白质含量可达到6 0 ，产品可以用作饲养禽畜，效果与鱼粉相 同。我国在研究螺旋藻的培养方法方面已获成功。我国人口众多且增长迅速，而 可耕地面积有限，粮食、肉食供应不足，蛋白质摄入量低于世界平均水平。因此， 从工业上开发新蛋白质资源来弥补蛋白质供应的不足，大力发展s c p 工业，在我国 显得尤为重要和迫切。 1 4 本论文的选题背景、选题依据和研究意义 近年来，我国大豆蛋白加工行业快速发展，与此同时，产生了大量高浓度有 机废水。因废水中富含多种营养成分，若直接排放，不但废水中的低聚糖、可溶 性蛋白等宝贵资源被无谓浪费，且会导致水体的富营养化，危害环境。因此，搞 好大豆蛋白废水的治理及综合回收利用越来越受到环境科学工作者的重视。 大豆蛋白废水，主要来源于大豆蛋白生产过程中的备料、分离和浓缩生产工 段，包含溶解性和非溶解性低聚糖、乳清蛋白、脂肪酸、无机盐和少量纤维。该 废水中有机物含量较高，b o d 5 达5 0 0 0 8 0 0 0 m g l ，c o d 达l8 0 0 0 - - , 2 0 0 0 0 m g l 。 现用的处理方法不尽相同，少量企业将其稀释后直接排放，部分企业采用粉煤灰 活化漂珠、活化煤歼石等为吸附材料吸附废水中的有机物，还有企业采用物化法 处理等。但是，该废水目前的主要处理方法是直接将其进行多级生物处理，利用 4 山东轻t 业学院硕i j 学位论文 厌氧和好氧法降低废水中的c o d 及b o d 值，运用此技术处理的废水虽然能够达 到国家排放标准，但此法考虑的仅仅是处理，而废水中可回收并极具经济价值的 大量低聚糖、可溶性蛋白却被浪费。 目前在大豆蛋白废水处理工艺的不足之处有： ( 1 ) 对废水中的有机物进行离心分离，虽然可以较好的分离大豆蛋白废水中 的大分子蛋白质，但其能耗较大，且废水中的某些小分子蛋白质及其它营养成分 难以去除，不易推广。 ( 2 ) 高浓度有机废水经厌氧生物处理可获取能源气体沼气，被誉为产能的污 水处理技术，但工艺复杂，操作不稳定，且处理后仍有较高的n 、p 浓度，出水 水质达不到排放要求，仍需繁琐的后续处理。 ( 3 ) 物理法不能真正去除废水中的有机物。 ( 4 ) 化学法对浓度高的有机物去除效果差，对浓度低的有机物去除比较彻底， 但是有机物被浪费。 废水处理方法虽然众多，但只适用于特定废水处理，且工艺、技术存在诸多 缺点，不能将废水中的有效物质充分回收。大豆蛋白废水含有大量的糖、蛋白质 和脂肪类有机物，且不含有毒有害物质，是培养和生产单细胞蛋白的理想原料。 利用酵母菌群混合技术将可分别利用糖类、蛋白质和脂类等成分、且均能在偏酸 性的环境中获得优势生长的微生物，用于大豆蛋白废水生产单细胞蛋白，不仅可 以回收颇具经济价值的s c p ，而且同时又能极大程度上降低废水中污染物指标， 减轻了后续处理压力，做到节能减排，降低生产成本，发展循环经济。 1 5 本论文的主要研究内容 本课题通过可分别利用糖类、蛋白质和脂类等成分、且均能在偏酸性的环境 中获得优势生长的酵母菌群的混合培养，利用菌种之间的协同作用，充分利用大 豆蛋白废水中的营养物质，将其转化为自身物质来生产s c p 。运用此技术，既能 有效治理大豆蛋白废水，解决污水处理难题，又能将废水中的营养成分充分利用， 获得营养价值、经济价值极高的产品，实现废物资源化利用，同时达到低成本、 高效益地生产s c p 和处理废水的目的。 ( 1 ) 大豆蛋白废水成分测定：对蛋白质、脂肪、多糖、b o d 、c o d 、p h 等 化学物质进行测定并对其所含有的营养成分进行分析，确切的了解大豆蛋白废水 的营养状况与水质状况。 ( 2 ) 酵母菌群的选择：选择能分别利用蛋白质、脂肪、多糖等营养成分的酵 母菌，以菌体中粗蛋白含量与废水中有机物的去除率为指标，通过实验确定发酵 废水生产s c p 的酵母菌群组成。 第i 章绪论 ( 3 ) 酵母菌群发酵培养基的研究：通过考察碳源、氮源、磷盐的添加种类与 添加量的不同，来研究发酵培养基的组成，以确保酵母菌群混合发酵的最佳生长 繁殖条件，提高菌体产量与产物中粗蛋白含量，并提高废水处理效果。 ( 4 ) 发酵工艺参数研究：确定微生物种类后，通过正交试验和单因素实验对 培养基及发酵条件进行探究，确定发酵温度、培养时间、接种量及接种比例等因 素。 ( 5 ) s c p 成分测定及废水水质评价：检测酵母菌群发酵大豆蛋白废水生产的 s c p 的营养成分及氨基酸组分，对其进行营养评价；对处理前后的废水水质进行 分析，综合评价酵母菌群利用大豆蛋白废水生产s c p 的可行性。 山东轻丁业学院硕l ：学位论文 第2 章大豆蛋白废水的检测分析 第2 章大豆蛋白废水的柃测分析 年来，随着膜分离技术研究和膜组件丌发的日益发展，为低浓度溶液的分离浓缩 提供了有效的手段，使大豆蛋白制品废水中活性物质的分离回收成为可能。 废水处理方法虽然众多，但处理技术和处理水平方面都存在诸多不足，例如 某些工艺只适用于特定废水处理，且工艺、技术存在诸多缺点，不能将废水中的 有效物质充分回收。 本课题的目的是通过可分别利用糖类、蛋白质和脂类等成分、且均能在偏酸 性的环境中获得优势生长的酵母菌群的混合培养，利用菌种之间的协同作用，充 分利用大豆蛋白废水中的营养物质，将其转化为自身物质来生产s c p ，实现废物 资源化利用的同时，达到处理废水的目的。 对蛋白质、脂肪、多糖、b o d 、c o d 、p h 等化学物质进行测定并对其所含有 的营养成分进行分析，确切的了解大豆蛋白废水的营养状况与水质状况，作为选 择酵母菌群的依据。 2 2 材料与设备 2 2 1 实验材料 大豆、脱脂豆粕、蛋白质、棉子糖、葡萄糖、硫酸、磷酸氢二钠、重铬酸钾、 氢氧化钠、硫酸铜、酒石酸钾钠、甘氨酸、茚三酮、亚甲基兰、辛酸、盐酸、异 辛烷、邻菲罗琳、硫酸亚铁铵、硫酸铝、钼酸铵、硫酸银、硫酸汞、乙醚、硼酸、 五水硫酸铜、石油醚、乙醇、高氯酸、冰醋酸、甲醇、三氯化铁、氯化钙、磷酸 二氢钾、硫酸镁、三氯醋酸、十二烷基磺酸钠、考马斯亮蓝r 2 5 0 、溴酚蓝、b 琉基乙醇、四甲基乙二胺。 2 2 2 仪器设备 实验仪器 p h 计 凯式定氮仪 灭菌锅 制冷式生化培养箱 7 2 1 紫外分光光度计 电热恒温水浴锅( h h $ 2 1 。4 ) 电热恒温鼓风干燥箱( d h g 9 1 4 0 ) 分析天平( f a 3 1 4 ) 台式高速冷冻离心机( s u p e rt 2 ：) 冰箱( b c d 1 9 7 t ) 产地 上海雷磁仪器厂 德国g e r h a r d t 公司 山东新华医疗器械厂 广东省医疗器械厂 镇江森达发酵设备有限公司 上海精密仪器仪表有限公司 上海精宏实验设备有限公司 上海海康电子仪器厂 美国k e n d r o 仪器有限公司 青岛海信电器有限公司 山东轻t 业学院硕一 ：学位论文 实验室微电脑电导率仪( e c z l 4 ) 阿贝折射仪( w a y l c o d 消解仪( 5 7 1 1 ) b o d 仪( c y - h ) 索氏提取器 电泳仪( d y y - z c ) 高效液相色谱仪 微量进样器 2 3 检测方法与实验方法 北京哈纳科仪有限公 上海光学仪器厂 广东省环境保护仪器制备厂 广东省环境保护仪器制备厂 北京化学仪器公司 北京六一仪器厂 w a t e s r 公司 上海医疗器械厂 2 3 1 检测方法 ( 1 ) 可溶性固形物的测定，用w a y 阿贝折射仪测量； ( 2 ) 灰分的测定，灰化法，g b t 5 0 0 9 4 1 9 8 5 ； ( 3 ) 粗蛋白质的测定，凯氏定氮法，g b t 5 0 0 9 5 1 9 8 5 ： ( 4 ) 脂肪的测定，索氏提取法，g b t 5 0 0 9 6 1 9 8 5 ； ( 5 ) p h 值的测定，p h 计测定； ( 6 ) 电导度的测定，实验室微电脑电导仪测定； ( 7 ) 化学需氧量( c o d c ，) 的测定，密封催化消解法； ( 8 ) 生化需氧量( b o d s ) 的测定，稀释与接种法，g b 7 4 8 8 8 7 ； ( 9 ) 糖类的测定，高效液相色谱法( h p l c ) 4 9 】；柱温为室温；流速设定1 分 钟1 5 m l ；流动相采用乙睛水( 体积比为7 5 ：2 5 ) ，定量采用外标法。 j 4 u l 二lu 1 o u i i ，u 6 u l u uu io u 儿o 儿u d l w 若弓jd u uw l j i a j t d u u 儿若jw i - q - ( 2 1 1 a 1 y o - d 试剂名称分离胶1 0 浓缩胶5 3 0 0 9 l a c r - b i s ( m l ) 6 71 7 o 5 m o l l t r i s - h c ，p h8 9 ( m l ) 5 0 5 m o l l t r i s h c l ，p h6 7 ( m l ) - 1 2 5 1 0 0 9 l s d s ( m l ) 0 2 0 1 ttemed(ml)00 10 01 蒸馏水( m l ) 7 9 6 8 9 第2 章人豆蛋亡j 废水的榆测分析 表2 1s d s - p a g e 分析时浓缩胶和分离胶的组成 t a b l e 2 1t h ec o m p o s i t i o no fc o n c e n t r a t e dg e la n ds e p a r a t i o ng e lw h e na n a l y s i s续表 电极缓冲溶液配制( p h 值为8 3 ) ：分别准确称取s d s 5 9 、t r i s l5 9 、甘氨酸7 2 9 ， 置于1 0 0 0 m l 容量瓶中，加水定容至刻度，于冰箱中4 c 保存，使用前用蒸馏水 稀释5 倍：脱色液按体积比配制，水：冰醋酸：甲醇= 6 5 ：1 0 ：2 5 ；样品处理液 配制：蒸馏水2 5 m l ，0 5 m o l l t r i s h c l ( p h 6 7 2 ) 2 0 m l ，丙三醇2 0 m l ，浓度 2 0 s d s 溶液2 0 m l ，浓度0 1 的澳酚蓝0 5 m l ，1 3 - 琉基乙醇的混合液1 0 m l ； 待测样处理：准确吸取l m l 样品，从中加入l m l 样品处理液，于1 0 0 水浴加 热5 m i n 。 操作过程 依次将分离胶与浓缩胶灌进制胶板框内，待胶凝固后，用o l o o u l 的移液器 向进样槽内进样2 0 i t l ，通电进行电泳，当色带在浓缩胶层时将电流设定为2 0 m a ， 当色带进入分离胶时将电流调为3 0 - 5 0 m a ，当色带到板框底部时断电，停止电 泳；电泳结束后用l o o g l 的三氯醋酸溶液固定3 0 m i n ；用o 5 l 考马斯亮兰染色 2 h ；用脱色液脱色，直至凝胶板蛋白质染色条带清晰。 2 3 1 实验方法 ( 1 ) 乳清废水制备 采用碱溶酸沉( 一步碱溶法) 制备大豆蛋白废水。 称取豆粕1 k 妒于5 0 下与去离子水混合( 混合比例为豆粕：去离子水= 1 ： 1 3 ) 一用4 0 n a o h 调p h 值至8 5 一搅拌4 0 m i n ( 恒温) 降温至4 0 _ 用3 0 h c i 调节p h 值到4 5 叶静置2 0 m i n - - * 离心分离( 3 0 0 0 r m i n ，5 m i n ) _ 得上清液5 0 1 。 1 k g 原料豆粕生成9 8 k g 分离蛋白乳清废水。 ( 2 ) 大豆和脱脂豆粕中糖类、异黄酮、皂普检测样品的制备 大豆_ 粉碎_ 过6 0 目筛一乙醚脱脂8 h 叶取5 9 脱脂大豆与5 9 豆粕一加入浓 度为8 0 的乙醇溶液8 0 m l - - - ，7 0 水浴中搅拌提取8 h _ 提取液_ 布氏漏斗过滤_ 用8 0 的乙醇溶液定容至1 0 0 m l 5 1 】。 糖类检测样品的制备 取上述提取液1 0 0 m l ，用离心机进行离心分离5 m i n ，转速为3 0 0 0 r m i n ，得 到的上清液用0 4 5 i _ t m 的微孔滤膜过滤，滤液作为待测样品。 l o 山东轻t 业学院顾 ：学位论义 2 4 检测结果分析 2 4 1 水质检测结果 表2 2 大豆蛋白废水检测结果 t a b l e 2 2t h et e s tr e s u l t so fs o yp r o t e i nw a s t e w a t e r p h 值 悬浮物可溶性固 c o db o d 灰分电导率 m g l 。1 形物。b r i x m g l 1n a g l 一1 大豆蛋白4 5 1 3 92 4 81 8 9 8 66 6 5 80 3 54 7 8 废水 排放标准 乱97 0 1 0 0 2 0 一一 ( 国家一 级标准) 由表2 2 中的数据可以看出，每升大豆蛋白废水中的c o d 含量1 8 9 8 6 m g ， b o d 含量达到6 6 5 8 m g ，浓度较高，属于大豆蛋白加工过程排放的高浓度废水。 此外，此种废水显酸性、电导率较高、易腐败，b o d 、c o d 高出国家规定排放标 准数百倍，悬浮物也大大超过了国家排放标准7 0 m g l 。 2 4 2 原料及大豆蛋白废水中主要有价成分的检测结果 表2 3 原料及人豆蛋白废水中主要有价成分的检测结果 t a b l e 2 3t h em a i nv a l u a b l ec o m p o n e