申请日2006.01.17
公开(公告)日2006.07.12
IPC分类号A01N63/02
摘要
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。
権利要求書
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。
说明书
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。