申请日2012.09.12
公开(公告)日2012.12.12
IPC分类号C02F3/34; A61K36/06; A61K36/064; A23K1/16; A23L1/305; C12R1/645; C12N1/14; C12R1/685; C12R1/845; C12R1/69; C12R1/74; C12N1/16
摘要
本发明公开了一种淀粉废水的处理方法及其应用，该方法包括以下步骤：(1)在淀粉废水中接种霉菌发酵;(2)将步骤(1)发酵所得的产物接种酵母菌，继续发酵即得。所述霉菌包括黑曲霉菌、台湾根霉菌和米曲霉菌中的一种或几种，所述酵母菌包括热带假丝酵母、白地霉菌和深红酵母中的一种或几种，发酵条件为淀粉废水中接种霉菌后29.5℃发酵16小时，接入酵母菌继续发酵，发酵液pH5.0。本发明利用微生物之间的互利共生作用，采用多菌发酵的方法处理淀粉废水，该方法不仅可去除淀粉废水中的主要污染物，还能获得具有很高饲料价值的单细胞蛋白(single cell protein)，从而实现对淀粉废水的资源化处理。
权利要求书
1.一种淀粉废水的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步 骤：
(1)在淀粉废水中接种霉菌发酵;
(2)将步骤(1)发酵所得的产物接种酵母菌，继续发酵即得。
2.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(1) 所述的淀粉废水包括：木薯淀粉废水、玉米淀粉废水、小麦淀粉废水和马铃 薯淀粉废水中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(1) 所述的霉菌包括：黑曲霉菌(Asperqillus niqer)41258、台湾根霉菌(Rhizopus formosensis)3140和米曲霉菌(Asperqillus oryzae)40177中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(1) 所述发酵的温度为25.5℃～29.5℃，发酵的时间为16～48小时，发酵的起始 pH值为4.5～6.5，步骤(2)所述继续发酵的温度为25.5℃～29.5℃，继续 发酵的时间为2～5天，继续发酵的pH值为4.5～6.5。
5.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(1) 所述发酵的搅拌速度为100rpm～200rpm，步骤(2)所述继续发酵的搅拌速 度为100rpm～200rpm。
6.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(1) 所述霉菌的接种量为2×105～1×106个/mL，步骤(2)所述酵母菌的接种 量为2×106～1×107个/mL。
7.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，步骤(2) 所述的酵母菌包括：热带假丝酵母(Candida tropicalis)2.1776、白地霉菌 (Geotrichum candidum)2.1183和深红酵母(Rhodotorula rubra)2.530中的一种 或几种。
8.如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特征在于，该方法还 包括步骤(3)，即将步骤(2)所得发酵产物离心后收集沉淀得到单细胞蛋 白。
9.一种如权利要求8所述的处理方法所得的单细胞蛋白。
10.权利要求9所述的单细胞蛋白在医药、食品或饲料加工中的应用。
说明书
一种淀粉废水的处理方法及其产物和应用
技术领域
本发明属于环境工程领域，特别涉及一种淀粉废水的处理方法及其产物 和应用。
背景技术
淀粉加工行业是水耗较高的行业，按照我国目前的工艺水平，生产每吨 淀粉产品用水约在30～40M3，产生的废水为20～30M3，废水的生物耗氧量 (BOD)与化学耗氧量(COD)很高。淀粉生产企业每年排放大量的高浓度 有机废水，而这些淀粉生产企业排放的废水处理达标率还很低，严重污染环 境，同时也成为制约淀粉生产和加工行业发展的一个主要因素。
目前淀粉废水的处理方法主要有物化混凝法和生化方法两大类。物化混 凝法只能除去淀粉废水中的悬浮物杂质和少部分水溶性污染物，总体的 CODCr去除率约在30～50%之间，该方法只能是作为淀粉废水的预处理。近 年来，生物处理方法已成为淀粉废水处理的主要方法，一些生物处理淀粉废 水的工艺及装置已应用于淀粉废水的处理时有报道，但大部分淀粉生产企业 对其排放的废水没能进行有效处理，多数是采用简单的氧化塘降解处理方 法，更谈不上资源化处理。主要原因有两个方面，一是目前的处理技术工艺 和设备投资较大，占地面积大，装置的运行和维护困难，费用高，企业难以 承担;二是这些处理工艺及装置的总体技术水平不高，处理效率低，成本高， 处理后的废水难以达到国家规定的排放标准。
淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类的统称，很多微生物如霉菌、酵母菌具 有直接降解淀粉的能力。酵母菌是一大类单细胞真核微生物的总称，酵母菌 能利用无机氮源或尿素来合成蛋白质，具有生长速度快，转化效率高等特点， 是目前最重要的单细胞蛋白的来源。酵母菌用于废水处理的研究始于20世 纪70年代后期，日本国税厅酿造研究所最早从环境工程概念上设计了酵母 菌废水处理系统应用于啤酒生产废水和食品加工废水的处理。20世纪90年 代后，日本一家企业成功地将该技术作为高浓度有机废水的前段处理手段用 于工业废水的处理，由此产生了环境工程意义上的酵母菌处理废水工艺。
酵母菌既具有细菌的特点，如以单细胞形式在，生长繁殖快，能形成较 好的絮体，因此可适用多种不同的生物反应器;同时酵母菌又具有丝状菌的 特点，细胞较大，代谢旺盛，对废水中CODCr的去除速率较快，耐酸、耐高 渗透压、耐高浓度的有机底物，可适应于BOD5从几千到几万mg/L的高浓 度有机废水的处理，污泥负荷可以高出常规活性污泥数倍，酵母菌处理废水 过程中产生的剩余污泥富含蛋白质和多氨基酸，具有很高的饲料价值和潜在 的回收利用价值。因此，酵母菌转化淀粉废水，是实现高浓度有机废水的资 源化处理的一条有效技术途径。酵母菌有较高的耐盐能力，如硫酸盐(SO42-) 浓度最高允许值可达20g/L，酵母菌对于一些普通活性污泥法不易处理的高 酸和高盐工业废水的处理更具有优越性。同时该方法具有处理效率高、需要 场地小、处理成本低等特点，适合在中小型企业推广应用。
霉菌为产淀粉酶菌株，酵母菌是单细胞蛋白生产菌株;另外，霉菌能把 酵母菌不能利用的淀粉降解成为还原糖以供酵母菌使用，同时酵母菌对环境 的适应能力较强，能与霉菌共生，且营养价值较高。淀粉生产废水中的污染 物主要是其中所含的少量淀粉、可溶性纤维素、植物蛋白质、有机酸、糖类 及部分无机盐等物质，成分较为复杂。颜色乳白，混浊，当固形物杂质含量 较少时，呈半透明状。废水的CODCr值一般在8000～30000mg/L，BOD5值 在5000～20000mg/L，SS值在3000～5000mg/L，pH在4～6，属酸性高浓 度有机废水，可生化性能较好。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题就是针对目前淀粉废水处理技术工艺成 本高，淀粉生产厂家难以承担，同时现有工艺处理废水效率低，处理后的废 水难以达到国家规定的排放标准，难以实现将淀粉废水处理资源化的问题和 缺陷，提供一种淀粉废水的处理方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案之一是：一种淀粉废水的 处理方法，其中所述处理方法包括以下步骤：
(1)在淀粉废水中接种霉菌发酵;
(2)将步骤(1)发酵所得的产物接种酵母菌，继续发酵即得。
其中步骤(1)所述的淀粉废水为本领域常规的淀粉废水，所述的淀粉 废水是指来源于淀粉加工过程中的浸泡、洗涤、压滤、脱水等工艺段的废水， 其中含有大量溶解性的有机污染物，如蛋白质、糖类、淀粉、纤维素等，属 高浓度有机废水。其中所述淀粉废水较佳地包括：木薯淀粉废水、玉米淀粉 废水、小麦淀粉废水或马铃薯淀粉废水中的一种或几种。本发明所述淀粉废 水优选地为木薯淀粉废水。所述淀粉废水的成分较佳地包括：固形物含量约 为8.0g/L，蛋白质含量为1.1g/L～1.5g/L，还原糖的含量为0.6g/L～0.7g/L; 废水的总CODCr值为8736mg/L～14533mg/L;总BOD5值为7689mg/L～ 8106mg/L;废水的可溶CODCr值为5593mg/L～8726mg/L;可溶BOD5值为 3528mg/L～5722mg/L，所述淀粉废水pH较佳地为3.8～4.3。
其中步骤(1)所述的霉菌为本领域常规使用的霉菌。所述的霉菌是形 成分枝菌丝的真菌的统称。其中所述霉菌较佳地包括青霉菌、木霉菌、黑曲 霉菌、台湾根霉菌和米曲霉菌中的一种或几种。本发明所述霉菌优选地为黑 曲霉菌(Asperqillus niqer)41258、台湾根霉菌(Rhizopus formosensis)3140和米 曲霉菌(Asperqillus oryzae)40177中的一种或几种。其中所述的霉菌优选地为 黑曲霉菌(Asperqillus niqer)41258。
其中步骤(1)所述的发酵为本领域常规的发酵方法。所述的发酵是指 霉菌分解淀粉废水中的有机或无机污染物的过程。其中所述发酵的温度较佳 地为25.5℃～29.5℃，优选地为29℃。发酵的时间较佳地为16～48小时， 优选地为20小时。发酵起始pH值较佳地为4.5～6.5，pH值优选地为5.0。 其中搅拌的速度较佳地为100rpm～200rpm，优选地为200rpm。所述霉菌的 接种量较佳地为2×105～1×106个/mL，优选地为1×106个/mL。
其中步骤(2)所述的酵母菌为本领域常规使用的酵母菌。所述的酵母 菌是子囊菌、担子菌等几科单细胞真菌的通称，可用于酿造生产，环境保护 等领域，有的酵母菌为致病菌，是遗传工程和细胞周期研究的模式生物。其 中所述酵母菌较佳地包括：嗜盐假丝酵母(Candida halophila)、粘红酵母 (Rhodotorula glutinis)、扣囊拟内孢霉菌(Endomycopsis fibuligera)、产朊假 丝酵母、克鲁斯假丝酵母(Candida krusei)、橡树假丝酵母、热带假丝酵母 (Candida tropicalis)2.1776、白地霉菌(Geotrichum candidum)2.1183和深红酵 母(Rhodotorula rubra)2.530中的一种或几种。其中所述酵母菌更佳地为：热 带假丝酵母(Candida tropicalis)2.1776、白地霉菌(Geotrichum candidum)2.1183 和深红酵母(Rhodotorula rubra)2.530中的一种或几种，其优选地为热带假丝 酵母(Candida tropicalis)2.1776。
其中步骤(2)所述的继续发酵为本领域常规使用的发酵技术。其中所 述继续发酵的温度较佳地为20℃～35℃，更佳地为25.5℃～29.5℃，其优选 地为29.5℃。其中所述继续发酵的时间较佳地为2～5天，优选地为2天。 所述继续发酵的pH值较佳地为4.5～6.5，优选地pH为4.5。所述继续发酵 的搅拌速度较佳地为100rpm～200rpm，优选地为150rpm。所述酵母菌的 接种量较佳地为2×106～1×107个/mL，优选地接种量为1×107个/mL。
其中所述技术方案较佳地还包括步骤(3)，所述步骤(3)是将步骤(2) 所得的产物离心后收集沉淀得到单细胞蛋白。其中所述的离心为本领域常规 使用的离心方法，离心速度较佳地为8000～10000rpm，离心时间较佳地为 30～60分钟。
所述步骤(3)中较佳地还包括破碎和干燥的步骤。其中所述破碎方法 为本领域常规使用的破碎方法，其方法优选地为超声波破碎法，所述超声波 破碎法优选地为在冰浴中进行。所述超声波破碎法的超声波功率较佳地为 300～400W，超声破碎的时间较佳地为20～30s，间歇时间较佳地为10～15s， 冰浴中进行破碎的次数较佳地为60～80次。其中所述的干燥方法为本领域 常规使用的干燥方法，其方法优选地为冷冻干燥法。
为解决上述技术问题，本发明采取技术方案之二是：一种如上所述的处 理方法所得的单细胞蛋白。
其中所述单细胞蛋白(single cell protein)为本领域常规的单细胞蛋白。 所述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，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳 水化合物、核酸及非蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组 成的细胞质团。本发明所述单细胞蛋白较佳地为将淀粉废水按如上所述技术 方案处理后所得反应物离心，收集沉淀所得到的单细胞蛋白。
为解决上述技术问题，本发明采取技术方案之三是：本发明所述的单细 胞蛋白在医药、食品或饲料加工中的应用。
本发明所述单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富，其中蛋白质含量为 40%～80%(质量百分比)，氨基酸的组成较为齐全，所述单细胞蛋白中还含 有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物 质，如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等，所述单细胞蛋白的应用较 为广泛。其中所述单细胞蛋白的应用较佳地包括在医药、食品或饲料加工中 的应用。本发明所述应用优选地为将本发明所述单细胞蛋白作为饲料添加剂 应用于饲料行业。
本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
相比于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明利用微生物之间的互 利共生作用，采用多菌发酵的方法处理淀粉废水，该方法不仅可去除淀粉废 水中的主要污染物，还能获得具有很高营养价值的单细胞蛋白(single cell protein)，所述单细胞蛋白可以广泛应用于医药、食品以及饲料加工行业中， 从而实现对淀粉废水的资源化处理。