一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法
【專利摘要】一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法。它涉及一種利用有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法。它解決了現(xiàn)有PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿卜素的方法中PSB對于有機物的降解能力有限，供類胡蘿卜素合成底物較少，廢水處理中菌體類胡蘿卜素的產(chǎn)率低，阻礙了廢水處理的資源化進程的問題。方法：一、調(diào)節(jié)食品有機廢水的pH值，然后加入球形紅桿菌和促生菌；二、在微好氧條件下處理時間72～96h；三、回收、提取獲得類胡蘿卜素。與現(xiàn)有傳統(tǒng)的單獨利用光合細菌處理食品有機廢水技術(shù)相比，本發(fā)明方法的菌體產(chǎn)率和類胡蘿卜素產(chǎn)率分別提高25％以上和100％以上，食品有機廢水中COD去除率也提高78％以上。
【專利說明】一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]食品有機廢水是排放量較大的一類廢水，因其無毒害、并且富含大量的糖類、蛋白質(zhì)及纖維素等大分子營養(yǎng)物質(zhì)。食品有機廢水是一類富含碳、氮源成分的廢水，水力負荷和有機負荷都比較高，對環(huán)境的污染非常強烈，尤其會造成水體的富營養(yǎng)化，破壞水體的自凈能力。目前主要利用生物法處理食品有機廢水，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藝流程復雜，且會產(chǎn)生大量剩余污泥，處置費用高，資源化程度低，還易造成二次污染。
[0003]利用光合細菌(Photosynthetic bacteria, PSB)處理食品有機廢水,不僅可以高效去除污染物，而且可以回收菌體內(nèi)的目標高價值物質(zhì)(如單細胞蛋白、5-氨基乙酰丙酸、類胡蘿卜素、輔酶Q等)?；赑SB特殊的生理生態(tài)學特性，可以以多種有機物作為碳、氮源，利用光能，通過特定的產(chǎn)能代謝途徑(光合磷酸化和氧化磷酸化)將廢水中的污染物質(zhì)降解，并轉(zhuǎn)化為有價值的菌體成分，實現(xiàn)有機廢水處理的高度資源化。其中PSB菌體中的類胡蘿卜素含量相對較高，因此利用PSB廢水處理過程中實現(xiàn)類胡蘿卜素的合成生產(chǎn)是一種綠色、環(huán)保、可持續(xù)的處理技術(shù)?，F(xiàn)在用PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿卜素的方法雖然有很多，但已有的這些方法中由于PSB對于有機物的降解能力有限，供類胡蘿卜素合成底物較少，導致廢水處理中菌體類胡蘿卜素的產(chǎn)率低，從而降低了 PSB處理效率和類胡蘿卜素的回收效率，阻礙了廢水處理的資源化進程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿卜素的方法中PSB對于有機物的降解能力有限，供類胡蘿卜素合成底物較少，廢水處理中菌體類胡蘿卜素的產(chǎn)率低，阻礙了廢水處理的資源化進程的問題，而提供的一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法。
[0005]按以下步驟利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素:
[0006]一、調(diào)節(jié)食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然后加入對數(shù)生長期的球形紅桿菌和促生囷；
[0007]二、加入球形紅桿菌和促生菌的食品有機廢水在光照強度為500?30001UX、處理溫度為25?30°C的微好氧條件下處理時間72?96h ；
[0008]三、回收、提取獲得類胡蘿卜素；
[0009]其中，步驟一中每升食品有機廢水加入360mg球形紅桿菌菌液，球形紅桿菌菌液的濃度為 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0010]步驟一中每100毫升食品有機廢水加入20?80μ L促生菌菌液，促生菌為Bacillus cereus (臘樣芽胞桿菌)，促生菌菌液中Bacillus cereus的濃度為1.4X 17?2.0X107cfu/mL ；
[0011]步驟二中微好氧為控制溶解氧濃度為0.5?1.0mg/L O
[0012]本發(fā)明方法中用到的食品有機廢水中不含有重金屬。
[0013]本發(fā)明方法中加入促生菌Bacillus cereus刺激球形紅桿菌的細胞活性,提高球形紅桿菌對有機底物基質(zhì)的利用率，從而為菌體和類胡蘿卜素的合成提供更多的原料，并抑制類胡蘿卜素降解的酶(過氧化物酶)的活性，從而提高菌體的類胡蘿卜素產(chǎn)率。
[0014]與現(xiàn)有傳統(tǒng)的單獨利用光合細菌處理食品有機廢水技術(shù)相比，本發(fā)明方法的菌體產(chǎn)率和類胡蘿卜素產(chǎn)率分別提高25%以上和100%以上，食品有機廢水中COD去除率也提高78%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是實施例1?4食品有機廢水中COD值隨處理時間變化的曲線圖。
[0016]圖2是實施例1?4食品有機廢水中菌體產(chǎn)量隨處理時間變化的曲線圖。
[0017]圖3是實施例1?4食品有機廢水中類胡蘿卜素的濃度隨處理時間變化的曲線圖。
[0018]圖4是實施例1?4食品有機廢水中過氧化物酶活性的比較圖。

【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式按以下步驟利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素:
[0021]一、調(diào)節(jié)食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然后加入對數(shù)生長期的球形紅桿菌和促生囷；
[0022]二、加入球形紅桿菌和促生菌的食品有機廢水在光照強度為500?30001UX、處理溫度為25?30°C的微好氧條件下處理時間72?96h ；
[0023]三、回收、提取獲得類胡蘿卜素；
[0024]其中，步驟一中每升食品有機廢水加入360mg球形紅桿菌菌液，球形紅桿菌菌液的濃度為 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0025]步驟一中每100毫升食品有機廢水加入20?80μ L促生菌菌液，促生菌為Bacillus cereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的濃度為 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ;
[0026]步驟二中微好氧為控制溶解氧濃度為0.5?1.0mg/L ο
[0027]本實施方式中的球形紅桿菌(Rhodobacter sphaeroides)購自于中國普通微生物菌種保藏管理中心，菌株編號為ATCC17023 ;促生菌Bacillus cereus購自于中國普通微生物菌種保藏管理中心，菌株編號為ACCC10257。
[0028]本實施方式類胡蘿卜素的分離、回收、提取可采用現(xiàn)有光合細菌(PSB)處理食品有機廢水合成類胡蘿卜素的技術(shù)。
[0029]本實施方式中利用促生菌Bacillus cereus刺激球形紅桿菌的細胞活性,增加大分子物質(zhì)降解，以及抑制降解類胡蘿卜素有關(guān)酶的產(chǎn)生，一方面為類胡蘿卜素合成途徑提供更多的基質(zhì)底物，另一方面在抑制類胡蘿卜素的降解，從而提高菌體類胡蘿卜素的產(chǎn)率。類胡蘿卜素的生產(chǎn)成本也得到了明顯的降低。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點是:食品有機廢水的COD值為8000?15000mg/L，TN值為500?2000mg/L，TP值為20?50mg/L。其它步驟及參數(shù)與實施方式一相同。
[0031]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟一中每100毫升食品有機廢水加入30?70 μ L促生菌菌液。其它步驟及參數(shù)與實施方式一或二相同。
[0032]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一或二的不同點是:步驟一中每100毫升食品有機廢水加入40 μ L促生菌菌液。其它步驟及參數(shù)與實施方式一或二相同。
[0033]實施例1
[0034]按以下步驟利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素:
[0035]一、調(diào)節(jié)食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然后加入對數(shù)生長期的球形紅桿菌和促生囷；
[0036]二、加入球形紅桿菌和促生菌的食品有機廢水在光照強度為20001UX、處理溫度為25?30°C的微好氧條件下處理時間96h ；
[0037]三、回收、提取獲得類胡蘿卜素；
[0038]其中，步驟一中每升食品有機廢水加入360mg球形紅桿菌菌液，球形紅桿菌菌液的濃度為 6.2 X 18 ?7.0X 108cfu/mL ；
[0039]步驟一中每100毫升食品有機廢水加入40 μ L促生菌菌液，促生菌為Bacilluscereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的濃度為 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ;
[0040]步驟二中微好氧為控制溶解氧濃度為0.6?0.8mg/L。
[0041]步驟一中食品有機廢水的COD值為12500mg/L，TN值為800?1500mg/L，TP值為25 ?45mg/L。
[0042]本實施例步驟三回收、提取獲得類胡蘿卜素按以下步驟進行:
[0043]A、取步驟二處理96h的食品有機廢水6mL，離心棄去上清液(轉(zhuǎn)數(shù)為10000r/min，離心時間為1min)；
[0044]B、向離心沉淀物(菌體)中加入濃度為3mol/L的HC14mL，然后微波30s ；
[0045]C、放入28°C溫水浴搖床振蕩1.5h ；
[0046]D、沸水浴 4min;
[0047]E、迅速放入_20°C環(huán)境中冷卻1min ；
[0048]F、離心棄去上清液(轉(zhuǎn)數(shù)為10000r/min，離心時間為1min)；
[0049]G、用無菌水洗滌菌體兩次，再離心，離心轉(zhuǎn)數(shù)為10000r/min，離心時間為5min)；
[0050]H、向離心沉淀物中加入丙酮6mL，之后28°C恒溫水浴振蕩浸提30min ；
[0051]1、迅速放入_20°C環(huán)境中冷卻2min，然后離心(轉(zhuǎn)數(shù)為10000r/min，離心時間為1min)，保留上清液，即得到類胡蘿卜素。
[0052]實施例2
[0053]本實施例與實施例1的不同點在于步驟一中每100毫升食品有機廢水加入20 μ L促生菌菌液，其它步驟及參數(shù)與實施例1相同。
[0054]實施例3
[0055]本實施例與實施例1的不同點在于步驟一中每100毫升食品有機廢水加入80 μ L促生菌菌液，其它步驟及參數(shù)與實施例1相同。
[0056]實施例4
[0057]本實施例與實施例1的不同點在于步驟一中不投加促生菌菌液，其它步驟及參數(shù)與實施例1相同。
[0058]實施例1?4食品有機廢水中COD值隨處理時間變化的曲線圖如圖1所示。經(jīng)過96h的處理，實施例1、實施例2、實施例3和實施例4中食品有機廢水的COD濃度從初始的12500mg/L 分別降到 5438mg/L、7133mg/L、793mg/L 和 9959mg/L。與實施例 4 相比實施例1、實施2和實施例3的COD去除率分別提高178%、90.7%和79.6%。說明本發(fā)明方法可以顯著提高食品有機廢水COD的去除效率。
[0059]實施例1?4食品有機廢水中菌體產(chǎn)量隨處理時間變化的曲線圖如圖2所示。實施例1、實施例2、實施例3和實施例4中球形紅桿菌(Rhodobacter sphaeroides)菌體產(chǎn)量分別為3848mg/L、2301mg/L、3091mg/L和2888mg/L。與實施例4相比實施例1、實施2和實施例3中球形紅桿菌菌體產(chǎn)量分別提高34.3%,67.2%和25.5%。說明本發(fā)明方法可以有效提高球形紅桿菌的菌體產(chǎn)量。
[0060]實施例1?4食品有機廢水中類胡蘿卜素的濃度隨處理時間變化的曲線圖如圖
3所示。實施例1、實施例2、實施例3和實施例4中類胡蘿卜素濃度分別為11.32mg/L、
7.59mg/L、7.52mg/L和3.69mg/L。與實施例4相比實施例1、實施2和實施例3中類胡蘿卜素的產(chǎn)量分別提高207%、106%、和104%。說明本發(fā)明方法可以明顯提高類胡蘿卜素的產(chǎn)量。
[0061]通過比較發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素產(chǎn)率(即單位生物產(chǎn)量的類胡蘿卜素濃度)實施例1、實施例 2、實施例 3 和實施例 4 分別為 3.24mg/g_b1mass、2.78mg/g_b1mass、2.97mg/g-b1mass和1.90mg/g_b1mass。與實施例4相比實施例1、實施2和實施例3中類胡蘿卜素產(chǎn)率分別提高70.5%,46.3%和56.3%。
[0062]處理過程中測定實施例1、實施例2、實施例3和實施例4的食品有機廢水中過氧化物酶的活性分別為 408U/ (g.min)、667U/ (g.min)、408U/ (g.min)和 3258U/ (g.min)，如圖4所示。與實施例4相比實施例1、實施2和實施例3中過氧化物酶的活性均有大幅度的下降，減少了對類胡蘿卜素的降解。
【權(quán)利要求】
1.一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法，其特征在于按以下步驟利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素: 一、調(diào)節(jié)食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然后加入對數(shù)生長期的球形紅桿菌和促生菌； 二、加入球形紅桿菌和促生菌的食品有機廢水在光照強度為500?30001uX、處理溫度為25?30°C的微好氧條件下處理時間72?96h ； 三、回收、提取獲得類胡蘿卜素； 其中，步驟一中每升食品有機廢水加入360mg球形紅桿菌菌液，球形紅桿菌菌液的濃度為 6.2 X 18 ?7.0X108cfu/mL ； 步驟一中每100毫升食品有機廢水加入20?80 μ L促生菌菌液，促生菌為Bacilluscereus,促生菌菌液中 Bacillus cereus 的濃度為 1.4X 17 ?2.0X 107cfu/mL ; 步驟二中微好氧為控制溶解氧濃度為0.5?1.0mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法，其特征在于食品有機廢水中不含有重金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法，其特征在于食品有機廢水的COD值為8000?15000mg/L，TN值為500?2000mg/L，TP值為20?50mg/Lo
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法，其特征在于步驟一中每100毫升食品有機廢水加入30?70 μ L促生菌菌液。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用食品有機廢水產(chǎn)類胡蘿卜素的方法，其特征在于步驟一中每100毫升食品有機廢水加入40 μ L促生菌菌液。
【文檔編號】C12P39/00GK104232725SQ201410409797
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】劉淑麗, 張光明, 李相昆, 張 杰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學