一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法

2023-05-10 21:40:06 1

一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法
【專利摘要】一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法。它涉及一種利用有機廢水產類胡蘿蔔素的方法。它解決了現有PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿蔔素的方法中PSB對於有機物的降解能力有限，供類胡蘿蔔素合成底物較少，廢水處理中菌體類胡蘿蔔素的產率低，阻礙了廢水處理的資源化進程的問題。方法：一、調節食品有機廢水的pH值，然後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、提取獲得類胡蘿蔔素。與現有傳統的單獨利用光合細菌處理食品有機廢水技術相比，本發明方法的菌體產率和類胡蘿蔔素產率分別提高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類胡蘿蔔素的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用有機廢水產類胡蘿蔔素的方法。

【背景技術】
[0002]食品有機廢水是排放量較大的一類廢水，因其無毒害、並且富含大量的糖類、蛋白質及纖維素等大分子營養物質。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，對環境的汙染非常強烈，尤其會造成水體的富營養化，破壞水體的自淨能力。目前主要利用生物法處理食品有機廢水，包括活性汙泥法和生物膜法等；但活性汙泥法和生物膜法的工藝流程複雜，且會產生大量剩餘汙泥，處置費用高，資源化程度低，還易造成二次汙染。
[0003]利用光合細菌(Photosynthetic bacteria, PSB)處理食品有機廢水,不僅可以高效去除汙染物，而且可以回收菌體內的目標高價值物質(如單細胞蛋白、5-氨基乙醯丙酸、類胡蘿蔔素、輔酶Q等)。基於PSB特殊的生理生態學特性，可以以多種有機物作為碳、氮源，利用光能，通過特定的產能代謝途徑(光合磷酸化和氧化磷酸化)將廢水中的汙染物質降解，並轉化為有價值的菌體成分，實現有機廢水處理的高度資源化。其中PSB菌體中的類胡蘿蔔素含量相對較高，因此利用PSB廢水處理過程中實現類胡蘿蔔素的合成生產是一種綠色、環保、可持續的處理技術。現在用PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿蔔素的方法雖然有很多，但已有的這些方法中由於PSB對於有機物的降解能力有限，供類胡蘿蔔素合成底物較少，導致廢水處理中菌體類胡蘿蔔素的產率低，從而降低了 PSB處理效率和類胡蘿蔔素的回收效率，阻礙了廢水處理的資源化進程。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決現有PSB處理食品有機廢水合成類胡蘿蔔素的方法中PSB對於有機物的降解能力有限，供類胡蘿蔔素合成底物較少，廢水處理中菌體類胡蘿蔔素的產率低，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類胡蘿蔔素的方法。
[0005]按以下步驟利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素:
[0006]一、調節食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然後加入對數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、提取獲得類胡蘿蔔素；
[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]本發明方法中用到的食品有機廢水中不含有重金屬。
[0013]本發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的利用率，從而為菌體和類胡蘿蔔素的合成提供更多的原料，並抑制類胡蘿蔔素降解的酶(過氧化物酶)的活性，從而提高菌體的類胡蘿蔔素產率。
[0014]與現有傳統的單獨利用光合細菌處理食品有機廢水技術相比，本發明方法的菌體產率和類胡蘿蔔素產率分別提高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蔔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]本發明技術方案不局限於以下所列舉【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類胡蘿蔔素:
[0021]一、調節食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然後加入對數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、提取獲得類胡蘿蔔素；
[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)購自於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購自於中國普通微生物菌種保藏管理中心，菌株編號為ACCC10257。
[0028]本實施方式類胡蘿蔔素的分離、回收、提取可採用現有光合細菌(PSB)處理食品有機廢水合成類胡蘿蔔素的技術。
[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,增加大分子物質降解，以及抑制降解類胡蘿蔔素有關酶的產生，一方面為類胡蘿蔔素合成途徑提供更多的基質底物，另一方面在抑制類胡蘿蔔素的降解，從而提高菌體類胡蘿蔔素的產率。類胡蘿蔔素的生產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類胡蘿蔔素:
[0035]一、調節食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然後加入對數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、提取獲得類胡蘿蔔素；
[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、提取獲得類胡蘿蔔素按以下步驟進行:
[0043]A、取步驟二處理96h的食品有機廢水6mL，離心棄去上清液(轉數為10000r/min，離心時間為1min)；
[0044]B、向離心沉澱物(菌體)中加入濃度為3mol/L的HC14mL，然後微波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環境中冷卻1min ；
[0048]F、離心棄去上清液(轉數為10000r/min，離心時間為1min)；
[0049]G、用無菌水洗滌菌體兩次，再離心，離心轉數為10000r/min，離心時間為5min)；
[0050]H、向離心沉澱物中加入丙酮6mL，之後28°C恆溫水浴振蕩浸提30min ；
[0051]1、迅速放入_20°C環境中冷卻2min，然後離心(轉數為10000r/min，離心時間為1min)，保留上清液，即得到類胡蘿蔔素。
[0052]實施例2
[0053]本實施例與實施例1的不同點在於步驟一中每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的不同點在於步驟一中每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的不同點在於步驟一中不投加促生菌菌液，其它步驟及參數與實施例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量分別提高34.3%,67.2%和25.5%。說明本發明方法可以有效提高球形紅桿菌的菌體產量。
[0060]實施例1?4食品有機廢水中類胡蘿蔔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中類胡蘿蔔素濃度分別為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中類胡蘿蔔素的產量分別提高207%、106%、和104%。說明本發明方法可以明顯提高類胡蘿蔔素的產量。
[0061]通過比較發現類胡蘿蔔素產率(即單位生物產量的類胡蘿蔔素濃度)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中類胡蘿蔔素產率分別提高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，減少了對類胡蘿蔔素的降解。
【權利要求】
1.一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法，其特徵在於按以下步驟利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素: 一、調節食品有機廢水的pH值為6.5?8.0，然後加入對數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、提取獲得類胡蘿蔔素； 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.根據權利要求1所述的一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法，其特徵在於食品有機廢水中不含有重金屬。
3.根據權利要求1或2所述的一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法，其特徵在於食品有機廢水的COD值為8000?15000mg/L，TN值為500?2000mg/L，TP值為20?50mg/Lo
4.根據權利要求3所述的一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法，其特徵在於步驟一中每100毫升食品有機廢水加入30?70 μ L促生菌菌液。
5.根據權利要求3所述的一種利用食品有機廢水產類胡蘿蔔素的方法，其特徵在於步驟一中每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 優先權日:2014年8月19日
【發明者】劉淑麗, 張光明, 李相昆, 張 傑 申請人:哈爾濱工業大學