一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法
【专利摘要】一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法。它涉及一种利用有机废水产类胡萝卜素的方法。它解决了现有PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法中PSB对于有机物的降解能力有限，供类胡萝卜素合成底物较少，废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低，阻碍了废水处理的资源化进程的问题。方法：一、调节食品有机废水的pH值，然后加入球形红杆菌和促生菌；二、在微好氧条件下处理时间72～96h；三、回收、提取获得类胡萝卜素。与现有传统的单独利用光合细菌处理食品有机废水技术相比，本发明方法的菌体产率和类胡萝卜素产率分别提高25％以上和100％以上，食品有机废水中COD去除率也提高78％以上。
【专利说明】一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用有机废水产类胡萝卜素的方法。
【背景技术】
[0002]食品有机废水是排放量较大的一类废水，因其无毒害、并且富含大量的糖类、蛋白质及纤维素等大分子营养物质。食品有机废水是一类富含碳、氮源成分的废水，水力负荷和有机负荷都比较高，对环境的污染非常强烈，尤其会造成水体的富营养化，破坏水体的自净能力。目前主要利用生物法处理食品有机废水，包括活性污泥法和生物膜法等；但活性污泥法和生物膜法的工艺流程复杂，且会产生大量剩余污泥，处置费用高，资源化程度低，还易造成二次污染。
[0003]利用光合细菌(Photosynthetic bacteria, PSB)处理食品有机废水,不仅可以高效去除污染物，而且可以回收菌体内的目标高价值物质(如单细胞蛋白、5-氨基乙酰丙酸、类胡萝卜素、辅酶Q等)。基于PSB特殊的生理生态学特性，可以以多种有机物作为碳、氮源，利用光能，通过特定的产能代谢途径(光合磷酸化和氧化磷酸化)将废水中的污染物质降解，并转化为有价值的菌体成分，实现有机废水处理的高度资源化。其中PSB菌体中的类胡萝卜素含量相对较高，因此利用PSB废水处理过程中实现类胡萝卜素的合成生产是一种绿色、环保、可持续的处理技术。现在用PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法虽然有很多，但已有的这些方法中由于PSB对于有机物的降解能力有限，供类胡萝卜素合成底物较少，导致废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低，从而降低了 PSB处理效率和类胡萝卜素的回收效率，阻碍了废水处理的资源化进程。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有PSB处理食品有机废水合成类胡萝卜素的方法中PSB对于有机物的降解能力有限，供类胡萝卜素合成底物较少，废水处理中菌体类胡萝卜素的产率低，阻碍了废水处理的资源化进程的问题，而提供的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法。
[0005]按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
[0006]一、调节食品有机废水的pH值为6.5?8.0，然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生囷；
[0007]二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500?30001UX、处理温度为25?30°C的微好氧条件下处理时间72?96h ；
[0008]三、回收、提取获得类胡萝卜素；
[0009]其中，步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液，球形红杆菌菌液的浓度为 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0010]步骤一中每100毫升食品有机废水加入20?80μ L促生菌菌液，促生菌为Bacillus cereus (腊样芽胞杆菌)，促生菌菌液中Bacillus cereus的浓度为1.4X 17?2.0X107cfu/mL ；
[0011]步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5?1.0mg/L O
[0012]本发明方法中用到的食品有机废水中不含有重金属。
[0013]本发明方法中加入促生菌Bacillus cereus刺激球形红杆菌的细胞活性,提高球形红杆菌对有机底物基质的利用率，从而为菌体和类胡萝卜素的合成提供更多的原料，并抑制类胡萝卜素降解的酶(过氧化物酶)的活性，从而提高菌体的类胡萝卜素产率。
[0014]与现有传统的单独利用光合细菌处理食品有机废水技术相比，本发明方法的菌体产率和类胡萝卜素产率分别提高25%以上和100%以上，食品有机废水中COD去除率也提高78%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是实施例1?4食品有机废水中COD值随处理时间变化的曲线图。
[0016]图2是实施例1?4食品有机废水中菌体产量随处理时间变化的曲线图。
[0017]图3是实施例1?4食品有机废水中类胡萝卜素的浓度随处理时间变化的曲线图。
[0018]图4是实施例1?4食品有机废水中过氧化物酶活性的比较图。
【具体实施方式】
[0019]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
[0021]一、调节食品有机废水的pH值为6.5?8.0，然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生囷；
[0022]二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500?30001UX、处理温度为25?30°C的微好氧条件下处理时间72?96h ；
[0023]三、回收、提取获得类胡萝卜素；
[0024]其中，步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液，球形红杆菌菌液的浓度为 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0025]步骤一中每100毫升食品有机废水加入20?80μ L促生菌菌液，促生菌为Bacillus cereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的浓度为 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ;
[0026]步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5?1.0mg/L ο
[0027]本实施方式中的球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)购自于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为ATCC17023 ;促生菌Bacillus cereus购自于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为ACCC10257。
[0028]本实施方式类胡萝卜素的分离、回收、提取可采用现有光合细菌(PSB)处理食品有机废水合成类胡萝卜素的技术。
[0029]本实施方式中利用促生菌Bacillus cereus刺激球形红杆菌的细胞活性,增加大分子物质降解，以及抑制降解类胡萝卜素有关酶的产生，一方面为类胡萝卜素合成途径提供更多的基质底物，另一方面在抑制类胡萝卜素的降解，从而提高菌体类胡萝卜素的产率。类胡萝卜素的生产成本也得到了明显的降低。
[0030]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:食品有机废水的COD值为8000?15000mg/L，TN值为500?2000mg/L，TP值为20?50mg/L。其它步骤及参数与实施方式一相同。
[0031]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同点是:步骤一中每100毫升食品有机废水加入30?70 μ L促生菌菌液。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
[0032]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同点是:步骤一中每100毫升食品有机废水加入40 μ L促生菌菌液。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
[0033]实施例1
[0034]按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素:
[0035]一、调节食品有机废水的pH值为6.5?8.0，然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生囷；
[0036]二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为20001UX、处理温度为25?30°C的微好氧条件下处理时间96h ；
[0037]三、回收、提取获得类胡萝卜素；
[0038]其中，步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液，球形红杆菌菌液的浓度为 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0039]步骤一中每100毫升食品有机废水加入40 μ L促生菌菌液，促生菌为Bacilluscereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的浓度为 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ;
[0040]步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.6?0.8mg/L。
[0041]步骤一中食品有机废水的COD值为12500mg/L，TN值为800?1500mg/L，TP值为25 ?45mg/L。
[0042]本实施例步骤三回收、提取获得类胡萝卜素按以下步骤进行:
[0043]A、取步骤二处理96h的食品有机废水6mL，离心弃去上清液(转数为10000r/min，离心时间为1min)；
[0044]B、向离心沉淀物(菌体)中加入浓度为3mol/L的HC14mL，然后微波30s ；
[0045]C、放入28°C温水浴摇床振荡1.5h ；
[0046]D、沸水浴 4min;
[0047]E、迅速放入_20°C环境中冷却1min ；
[0048]F、离心弃去上清液(转数为10000r/min，离心时间为1min)；
[0049]G、用无菌水洗涤菌体两次，再离心，离心转数为10000r/min，离心时间为5min)；
[0050]H、向离心沉淀物中加入丙酮6mL，之后28°C恒温水浴振荡浸提30min ；
[0051]1、迅速放入_20°C环境中冷却2min，然后离心(转数为10000r/min，离心时间为1min)，保留上清液，即得到类胡萝卜素。
[0052]实施例2
[0053]本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入20 μ L促生菌菌液，其它步骤及参数与实施例1相同。
[0054]实施例3
[0055]本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入80 μ L促生菌菌液，其它步骤及参数与实施例1相同。
[0056]实施例4
[0057]本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中不投加促生菌菌液，其它步骤及参数与实施例1相同。
[0058]实施例1?4食品有机废水中COD值随处理时间变化的曲线图如图1所示。经过96h的处理，实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中食品有机废水的COD浓度从初始的12500mg/L 分别降到 5438mg/L、7133mg/L、793mg/L 和 9959mg/L。与实施例 4 相比实施例1、实施2和实施例3的COD去除率分别提高178%、90.7%和79.6%。说明本发明方法可以显著提高食品有机废水COD的去除效率。
[0059]实施例1?4食品有机废水中菌体产量随处理时间变化的曲线图如图2所示。实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)菌体产量分别为3848mg/L、2301mg/L、3091mg/L和2888mg/L。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中球形红杆菌菌体产量分别提高34.3%,67.2%和25.5%。说明本发明方法可以有效提高球形红杆菌的菌体产量。
[0060]实施例1?4食品有机废水中类胡萝卜素的浓度随处理时间变化的曲线图如图
3所示。实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中类胡萝卜素浓度分别为11.32mg/L、
7.59mg/L、7.52mg/L和3.69mg/L。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中类胡萝卜素的产量分别提高207%、106%、和104%。说明本发明方法可以明显提高类胡萝卜素的产量。
[0061]通过比较发现类胡萝卜素产率(即单位生物产量的类胡萝卜素浓度)实施例1、实施例 2、实施例 3 和实施例 4 分别为 3.24mg/g_b1mass、2.78mg/g_b1mass、2.97mg/g-b1mass和1.90mg/g_b1mass。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中类胡萝卜素产率分别提高70.5%,46.3%和56.3%。
[0062]处理过程中测定实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的食品有机废水中过氧化物酶的活性分别为 408U/ (g.min)、667U/ (g.min)、408U/ (g.min)和 3258U/ (g.min)，如图4所示。与实施例4相比实施例1、实施2和实施例3中过氧化物酶的活性均有大幅度的下降，减少了对类胡萝卜素的降解。
【权利要求】
1.一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法，其特征在于按以下步骤利用食品有机废水产类胡萝卜素: 一、调节食品有机废水的pH值为6.5?8.0，然后加入对数生长期的球形红杆菌和促生菌； 二、加入球形红杆菌和促生菌的食品有机废水在光照强度为500?30001uX、处理温度为25?30°C的微好氧条件下处理时间72?96h ； 三、回收、提取获得类胡萝卜素； 其中，步骤一中每升食品有机废水加入360mg球形红杆菌菌液，球形红杆菌菌液的浓度为 6.2 X 18 ?7.0X108cfu/mL ； 步骤一中每100毫升食品有机废水加入20?80 μ L促生菌菌液，促生菌为Bacilluscereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的浓度为 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ; 步骤二中微好氧为控制溶解氧浓度为0.5?1.0mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法，其特征在于食品有机废水中不含有重金属。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法，其特征在于食品有机废水的COD值为8000?15000mg/L，TN值为500?2000mg/L，TP值为20?50mg/Lo
4.根据权利要求3所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法，其特征在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入30?70 μ L促生菌菌液。
5.根据权利要求3所述的一种利用食品有机废水产类胡萝卜素的方法，其特征在于步骤一中每100毫升食品有机废水加入40 μ L促生菌菌液。
【文档编号】C12P39/00GK104232725SQ201410409797
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】刘淑丽, 张光明, 李相昆, 张 杰 申请人:哈尔滨工业大学