利用高含鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼用枯草芽孢桿菌的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高含鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼料用枯草芽孢桿菌的方法。步驟為：1.飼料菌株的馴化培養(yǎng)：通過連續(xù)馴化培養(yǎng)的手段，提高菌株對高含鹽氨基酸廢水的耐受力；2.菌株的發(fā)酵，在合適的發(fā)酵條件下，于發(fā)酵罐中通過一定時間的液體通氣培養(yǎng)后得到飼料用枯草芽孢桿菌菌體。離心收集菌體后于70℃烘箱內(nèi)干燥至恒重后稱重。經(jīng)計算每升高含鹽氨基酸廢水最高可獲得35g飼用枯草芽孢桿菌菌體。利用本方法，可有效利用廢水中含有的氨基酸、微量元素和生長因子，大大降低飼用枯草芽孢桿菌的發(fā)酵成本，同時還大為減小了污水處理負(fù)荷，達到了綜合利用的效果，具有顯著的經(jīng)濟與社會效益。
【專利說明】利用高含鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼用枯草芽孢桿菌的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水資源的綜合利用領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種利用高含鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼料用枯草芽孢桿菌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，世界上有70%的人喝不到安全衛(wèi)生的飲用水，每天有2.5萬人死于與污水或惡劣衛(wèi)生條件相關(guān)的疾??；到2050年，預(yù)計全世界會有大約70億人面臨用水短缺。我國有82%的人飲用淺井和江河水，其中細菌污染超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的占75%，受到有機物污染的飲水人口約1.6億。其中工業(yè)排放的污水是水污染的主要來源。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，全國每年廢水排放量659.2億噸。其中，工業(yè)廢水排放量230.9億噸，占廢水排放總量的35.0%。實際上，排污水量遠遠超過這個數(shù)，因為許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)污水排放量難以統(tǒng)計。
[0003]我國是氨基酸生產(chǎn)大國，大部分生產(chǎn)半胱氨酸的企業(yè)采取的生產(chǎn)方法都是毛發(fā)酸法水解法，每年產(chǎn)生的高含鹽氨基酸廢水不僅數(shù)量巨大，且污染物濃度高，其COD濃度為50~80g/L，氨氮濃度為5~8g/L，總氯濃度為120~150g/L，屬典型的高濃度有機、氨氮、高鹽分、強酸性廢水，處理難度和負(fù)擔(dān)極大，由此造成的環(huán)境污染問題已成為制約氨基酸生產(chǎn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。然而，氨基酸生產(chǎn)中的高濃度廢水含又有很多寶貴的資源，如氨基酸、蛋白質(zhì)等固體物質(zhì)懸浮物、多種無機鹽、有機酸及還原糖等，全氮(N)含量高達75-150g/L，氨基酸含量高達150-300g/L。同時該廢水中不含難分解的有毒、有害物質(zhì)。這種含氨基酸廢水的大量排放不僅污染了環(huán)境還浪費了很多有實用價值的氨基酸。在目前國際經(jīng)濟增幅轉(zhuǎn)緩的大背景下，嘗試“節(jié)能減排”清潔生產(chǎn)理念將為氨基酸生產(chǎn)企業(yè)帶來新的機遇，也是發(fā)酵工業(yè)面臨的重大 科研課題。
[0004]目前，對于高含鹽氨基酸廢水的處理，國內(nèi)外尚無成熟的可普遍推廣的處理工藝。目前所報道的氨基酸廢水處理方法主要有電滲析法、超濾法、生化法等，但電滲析和超濾法因投資和運行成本高、維護不便等缺點限制了該方法的推廣；而生化法因其投資和運行成本低，技術(shù)成熟，不產(chǎn)生二次污染，運行管理方便等優(yōu)點在有機廢水處理中得到世界性的關(guān)注。目前這種方法存在的問題是，對中低濃度污水較為合適，但不適合處理高濃度的氨基酸廢水。高濃度的氨基酸廢水因較高濃度NH3-N和高濃度的鹽，會對厭氧及好氧的微生物產(chǎn)生強烈的抑制作用，使生化反應(yīng)效果較差，處理后的水不易穩(wěn)定達標(biāo)排放。若將污水高倍稀釋，又大大增加了處理量，同時廢水中的優(yōu)質(zhì)氨基酸資源都白白浪費掉了。目前也有人采用先對高濃度氨基酸廢水進行預(yù)處理(濃縮回收其氨基酸成分)，然后再用生物技術(shù)處理低濃度的混合廢水。這種方法是處理氨基酸廢水的一種有效方法，既回收了氨基酸，又降低了生物處理的負(fù)擔(dān)。但是整個處理方法上存在濃縮處理過程成本高，耗時費力，資源回收與廢水處理相脫節(jié)，且有高溫蒸發(fā)濃縮后有機物容易變質(zhì)等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于提供一種利用高鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼料用枯草芽孢桿菌的方法，其工藝簡單，成本低廉，將高鹽氨基酸廢水處理和發(fā)酵生產(chǎn)直接結(jié)合，免去了一切中間預(yù)處理步驟，實現(xiàn)高濃度污水的直接生物利用，在低成本地實現(xiàn)變廢為寶的同時還減少了排放，經(jīng)濟效益及社會效益顯著。
[0006]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:
[0007]—種利用高鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼料用枯草芽孢桿菌的方法，其步驟是:
[0008](I)飼料菌株的連續(xù)馴化培養(yǎng)，具體如下:先配制含不同濃度梯度的高含鹽氨基酸污水的液體培養(yǎng)基，加1.5%-2.5% (質(zhì)量體積比)瓊脂制成固體培養(yǎng)基。將飼料用枯草芽孢桿菌按常規(guī)方法活化后，依次接種到上述不同濃度梯度的固體培養(yǎng)基上進行連續(xù)傳代培養(yǎng)(培養(yǎng)溫度為15-35°C)，逐步提高菌種的耐鹽能力。經(jīng)過兩個月的連續(xù)培養(yǎng)，最終菌株能在高含鹽氨基酸廢水占培養(yǎng)基總質(zhì)量28-38%左右的上述培養(yǎng)基中生長。
[0009](2)發(fā)酵:將步驟(1)馴化的枯草芽孢桿菌菌株按接種量0.5-5%接種至以高含鹽氨基酸廢水為氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在15-35°C，轉(zhuǎn)速為100-300rpm/min條件下于發(fā)酵罐中進行液體發(fā)酵，通氣系數(shù)為0.2-0.8 (每分鐘通入發(fā)酵液體積0.2-0.8倍的過濾空氣)，發(fā)酵2d后4000r/min離心IOmin收集菌體后將其置于70°C恒溫干燥箱中，干燥至恒重后稱重。經(jīng)計算，按此方法每升高含鹽氨基酸廢水可經(jīng)生物轉(zhuǎn)化最高可獲得35g枯草芽孢桿菌菌體。
[0010]所述的高含鹽氨基酸廢水來自毛發(fā)酸法水解生產(chǎn)氨基酸的企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，全氮(N)含量為75-150g/L，氨基酸含量為150-300g/L，氯離子含量為80_180g/L。
[0011]所述的飼料用枯草芽孢桿菌來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心:解淀粉芽抱桿菌植物亞種(Bacillus amyloli quefaci ens subsp.p lantarum) CICC20037。
[0012]所述的含不同濃度梯度的高含鹽氨基酸廢水的液體培養(yǎng)基，其高含鹽氨基酸廢水的濃度分別為125g/L，250g/L，`330g/L，其他化學(xué)基質(zhì)組分為:碳源(按葡萄糖計):30-90g/L,磷酸二氫鉀(KH2PO4):3-15g/L,酵母粉:0-10g/L,硫酸鎂(MgSO4):0.3_9g/L，碳酸鈣(CaCO3):0-2g/L，硫酸亞鐵(FeSO4):0_4g/L。培養(yǎng)基pH為7_8 ;其中，碳源為下述的一種或多種糖類的混合物:葡萄糖；蔗糖；糖蜜；玉米淀粉酶解液；紅薯淀粉酶解液或木薯淀粉酶解液。
[0013]所述的玉米淀粉酶解液；紅薯淀粉酶解液或木薯淀粉酶解液是以常規(guī)酶法水解制備而成(或參見:劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003:296.)
[0014]所述的高含鹽氨基酸廢水為氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基，其配方為:高含鹽氨基酸污水125g/L-330g/L，碳源:30_90g/L，磷酸二氫鉀(KH2PO4):3_15g/L，酵母粉:0_10g/L，硫酸鎂(MgSO4):0.3-9g/L，碳酸鈣(CaCO3):0_2g/L，硫酸亞鐵(FeSO4):0_4g/L，培養(yǎng)基 pH 為 6-8 ；其中，碳源為下述的一種或多種糖類的混合物:葡萄糖；蔗糖；糖蜜；玉米淀粉酶解液；紅薯淀粉酶解液或木薯淀粉酶解液。
[0015]作為優(yōu)選，步驟(1)中馴化培養(yǎng)的培養(yǎng)溫度為20_35°C，馴化培養(yǎng)的培養(yǎng)基pH為
7.2。
[0016]作為優(yōu)選，步驟(2)中所述的發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)基pH為7.2。
[0017]作為優(yōu)選，步驟(2)中的培養(yǎng)溫度為31°C，培養(yǎng)時間為2d。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:[0019]本發(fā)明中的菌株經(jīng)過連續(xù)馴化培養(yǎng)后，能以高濃度高含鹽氨基酸廢水作為氮源而快速生長，這樣就成功地將高含鹽氨基酸廢水的凈化處理和發(fā)酵生產(chǎn)直接結(jié)合，免去了中間預(yù)處理步驟，實現(xiàn)了氨基酸廢水的低成本資源化利用，既可以回收大量有用物質(zhì)，降低發(fā)酵生產(chǎn)的成本，同時還減少了污水的排放，具有很強的競爭優(yōu)勢。以武漢某半胱氨酸生產(chǎn)企業(yè)為例，其以各種動物毛發(fā)為原料生產(chǎn)各種氨基酸，年產(chǎn)生廢液約I萬噸；如廢液完全利用，可年發(fā)酵生產(chǎn)350噸飼料枯草芽孢桿菌，達到1750萬的年產(chǎn)值，同時還可以減少高COD值廢水的排放，減輕污水處理裝置負(fù)荷，生態(tài)與經(jīng)濟效益顯著。
[0020]本發(fā)明中所得到的耐鹽菌株是以傳統(tǒng)的飼用枯草芽孢桿菌菌株為出發(fā)菌株用傳統(tǒng)方法進行馴化培養(yǎng)產(chǎn)生了生理適應(yīng)性而得到的，沒有改變其遺產(chǎn)特征，具有非常好的生物安全性，可直接用于生產(chǎn)。
[0021]本發(fā)明所得的耐鹽菌株生活力強，氮源利用效率高，在發(fā)酵罐小試規(guī)模下，即可達到每升廢水原液產(chǎn)出35g菌體的生產(chǎn)水平，單從經(jīng)濟上講就具有很高的應(yīng)用推廣潛力。
[0022]利用本發(fā)明馴化培養(yǎng)的菌株，可將高含鹽氨基酸廢水處理和發(fā)酵生產(chǎn)直接結(jié)合，免去了一切中間預(yù)處理步驟，實現(xiàn)高濃度污水的直接生物利用，在低成本地實現(xiàn)變廢為寶的同時還減少了排放，經(jīng)濟效益及社會效益顯著。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明進行進一步闡述；但是本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0024]以下實施例中使用的微生物，全部為公眾可以獲得的常規(guī)菌種。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以使用其他的假絲酵母菌種來驗證本發(fā)明的技術(shù)方案。所述技術(shù)方案，如未特別說明，均為常規(guī)技術(shù)方案，所用試劑均為本領(lǐng)域常用試劑。
[0025]實施例1:飼料用枯草芽孢桿菌菌種的選育。
[0026]1.取來自武漢某氨基酸廠，毛發(fā)酸法水解生產(chǎn)半胱氨酸后的廢液，作為下面所需的高含鹽氨基酸廢水之用。其成分表如下:
[0027]表1氨基酸廢水相關(guān)元素含量
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種利用高鹽氨基酸廢水發(fā)酵生產(chǎn)飼料用枯草芽孢桿菌的方法，其步驟是: (1)飼料菌株的連續(xù)馴化培養(yǎng)，具體如下:先配制含不同濃度梯度的高含鹽氨基酸污水的液體培養(yǎng)基，加1.5%-2.5%質(zhì)量體積比瓊脂制成固體培養(yǎng)基；將飼料用枯草芽孢桿菌按常規(guī)方法活化后，依次接種到上述不同濃度梯度的固體培養(yǎng)基上進行連續(xù)傳代培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為15-35°C，逐步提高菌種的耐鹽能力；經(jīng)過兩個月的連續(xù)培養(yǎng)，最終菌株能在高含鹽氨基酸廢水占培養(yǎng)基總質(zhì)量28-38%的上述培養(yǎng)基中生長； (2)發(fā)酵:將步驟(1)馴化的枯草芽孢桿菌菌株按接種量0.5-5%接種至以高含鹽氨基酸廢水為氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在15-35°C，轉(zhuǎn)速為100-300 rpm/min條件下于發(fā)酵罐中進行液體發(fā)酵，通氣系數(shù)為0.2-0.8，發(fā)酵2 d后4000 r/min離心10 min收集菌體后將其置于70°C恒溫干燥箱中，干燥至恒重后稱重； 所述的高含鹽氨基酸廢水來自毛發(fā)酸法水解生產(chǎn)氨基酸的企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，全氮含量為75-150 g/L，氨基酸含量為150-300 g/L，氯離子含量為80-180 g/L ； 所述的飼料用枯草芽孢桿菌來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心:解淀粉芽孢桿菌植物亞種(ifeciBiAs amyloliquefaciens subsp.plantarum') CICC 20037 ； 所述的含不同濃度梯度的高含鹽氨基酸廢水的液體培養(yǎng)基，其高含鹽氨基酸廢水的濃度分別為125 g/L, 250 g/L, 330 g/L，其他化學(xué)基質(zhì)組分為:碳源:30-90 g/L，磷酸二氫鉀:3-15 g/L，酵母粉:0-10 g/L，硫酸鎂:0.3-9 g/L，碳酸鈣:0_2 g/L，硫酸亞鐵:0_4 g/L ;培養(yǎng)基PH為7-8 ;其中，碳源為下述的一種或多種糖類的混合物:葡萄糖；蔗糖；糖蜜；玉米淀粉酶解液；紅薯淀粉酶解液或木薯淀粉酶解液； 所述的高含鹽氨基酸廢水為氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基，其配方為:高含鹽氨基酸污水125 g/L-330 g/L，碳源:30-90 g/L，磷酸二氫鉀:3-15 g/L，酵母粉:0-10 g/L，硫酸鎂:0.3-9 g/L，碳酸鈣:0-2 g/L，硫酸亞鐵:0-4 g/L，培養(yǎng)基pH為6-8;其中，碳源為下述的一種或多種糖類的混合物:葡萄糖；蔗糖；糖蜜；玉米淀粉酶解液；紅薯淀粉酶解液或木薯淀粉酶解液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(1)的培養(yǎng)溫度為20-35°C，培養(yǎng)基PH為7.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述的發(fā)酵培養(yǎng)基pH為7.2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的培養(yǎng)溫度為31°C，培養(yǎng)時間為2 do
【文檔編號】C12R1/125GK103642729SQ201310645592
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】楊波, 胡征, 劉志剛 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)