一種利用澱粉廢水進行深加工的方法
2023-04-28 06:20:26
專利名稱：一種利用澱粉廢水進行深加工的方法
技術領域：
本發明涉及利用澱粉廢水進行深加工的方法，具體地說，本發明提供了一種利用澱粉廢水生產微生物多不飽和脂肪酸的方法。
背景技術：
澱粉在很多的行業有廣泛的應用，已經形成了很大的規模。據最近荷蘭拉波銀行一份關於世界澱粉生產情況的國際食品與農業研究報告，2003年世界澱粉總產量約4900萬噸，其中玉米澱粉約3940萬噸，佔總量的80.4％，小麥澱粉約410萬噸佔8.36％，木薯澱粉約300萬噸佔6.12％，土豆澱粉約260萬噸，佔5.3％。
澱粉生產過程中需要大量的水，一般生產1噸澱粉需要10噸水以上，這類澱粉廢水大多含有豐富的有機質如澱粉，微量元素和相關營養因子，COD因不同工藝而異，高濃度澱粉廢水可以達到80000左右。目前很少治理、利用，造成環境汙染及資源浪費。隨著環境保護要求的不斷增強，廢水逐漸成為限制澱粉工業發展的主要因素。
我們對澱粉廢水培養油脂真菌的結果表明澱粉廢水可以作為油脂真菌的培養基質。一些真菌能夠在澱粉廢水中合成PUFA油脂。同時降低廢水COD，結果廢水被資源化治理。
多不飽和油脂是指含20及20個以上碳原子的多不飽和脂肪酸，根據末端雙鍵位置分為ω-3系列如α亞麻酸(ALA，C183n-3)、二十碳五烯酸(EPA，C205n-3)、二十二碳六烯酸(DHA，C226n-3)和ω-6系列如亞油酸(LA，C182n-6)、γ-亞麻酸(GLA，C183n-6)花生四烯酸(AA，C204n-6)兩大類。
目前商業上ω一3多不飽和脂肪酸主要從深海魚油中提取，工藝複雜、成本高、穩定性差，還受到氣候條件和資源的限制。除部分動植物以外，多不飽和脂肪酸主要來源於微生物，尤其是ω一3多不飽和脂肪酸。許多藻類、真菌、細菌擁有ω一3多不飽和脂肪酸所需的系列脫飽和酶和連接酶，是ω一3多不飽和脂肪酸的初始生產者，而高等植物和動物則很少含有ω一3多不飽和脂肪酸。微生物具有適應性強、生長繁殖迅速、生長周期短、易培養、不受原料產地限制等特點，所以利用微生物生產多不飽和脂肪酸是一條重要途徑。目前，日本、英國等國家已先後問世了γ-亞麻酸、雙高γ-亞麻酸、花生四烯酸等發酵產品，而EPA、DHA等仍處於研究階段。
微生物發酵生產多不飽和脂肪酸研究關注的重點仍然是尋求高產菌株和研究發酵工藝。生產發酵周期長，生產專用培養基中需要高質量、高含量的速效碳源如葡萄糖、麥芽糖等限制因素，阻礙了微生物發酵生產PUFAs產業化進程。因此利用廉價資源作為發酵基質很有必要。而利用微生物技術資源化處理澱粉廢水則可為形成澱粉清潔生產及循環經濟產業奠定基礎。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用澱粉加工廢水進行微生物多不飽和脂肪酸油脂的微生物深加工技術。實現澱粉加工產業的生態化，解決澱粉加工過程中廢水的汙染和資源化問題。
為實現上述目的，本發明方法針對澱粉生產廢水中含有豐富的澱粉營養成分和微生物需要的相關微量元素，可以滿足微生物生產的需要。通過篩選獲得的優勢產多不飽和脂肪酸微生物利用澱粉廢水中的營養成分，合成微生物多不飽和脂肪酸，同時減少廢水中的COD負荷，達到廢水作為發酵原料和治理的目的。
具體的說，本發明提供了一種利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於在澱粉廢水中加入碳源和促進劑，滅菌後，接入多不飽和脂肪酸高產菌株進行發酵培養，發酵後將菌絲體過濾，並將出水回用於澱粉加工過程中。
其中所述的碳源為食用糖，促進劑為MgSO4，MnSO4，(NH4)2SO4。優選地，在1L廢水中加入食用糖10～30g，MgSO42～3g，MnSO41～2.5g，(NH4)2SO40.8～1g。
所述的發酵培養的條件為接種量(體積分數v/v)1～10％，種齡2d，溫度25～30℃，培養時間5～7d，通氣量(體積分數v/v/h)1∶1.2～1∶1.5，轉速80～150r/min。
優選地，本發明所述液體發酵條件為接種量(體積分數v/v)1～5％，，溫度25-28℃，培養時間6～7天，通氣量1∶1.2-1∶1.4，轉速100～120r/min。
更優地，本發明所述發酵條件為接種量(體積分數v/v)3％，培養時間7天，種齡2d溫度26℃，通氣量1∶1.3，轉速110r/min。
上述方法中，所述的澱粉廢水為穀物及塊根、塊莖類，如玉米澱粉廢水、小麥澱粉廢水、土豆澱粉廢水、紅薯澱粉廢水、木薯澱粉廢水、葛根澱粉廢水、野生果實澱粉等所有類型澱粉加工後產生的廢水。
本發明所述的多不飽和脂肪酸微生物包括，主產γ-亞麻酸(GLA)的菌株刺孢小克銀漢黴(Cunninghamella echinulata)Fg等。主產花生四烯酸(AA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)的菌株多形單毛孢(Monoblepharis polymorpha Comu)Ma及其誘變株(Me)、(Md)等。
本發明發酵條件產生的菌絲生物量為16～20g/L，油脂量為7～10g/L，油脂中基本成分為肉豆寇酸0.27％～0.50％，棕櫚酸12.65％～14.85％，棕櫚烯酸0.78％～1.38％，硬脂酸2.89％～3.30％，油酸33.4％～40.98％，亞油酸16.47％～20.65％，花生酸0.30％～1.67％，花生烯酸0.36％～0.78％，花生二烯酸0.20％～0.89％。
主效多不飽和脂肪酸因菌株不同，其中γ-亞麻酸主效菌(Fg)GLA含量為15.23％～25.45％、花生四烯酸主效菌(Ma)AA含量為30.36％～42.45％；十二碳六烯酸主效菌菌株多形單毛孢誘變株(Md)DHA含量為6.32％～9.65％、二十碳五烯酸主效菌多形單毛孢誘變株誘變株(Me)EPA含量5.76％～9.90％。
本發明的優點是
(1)有效解決澱粉廢水產生的汙染及浪費，將廢水進行資源化處理後回用，為澱粉加工循環經濟產業奠定技術基礎。
(2)以澱粉廢水作為發酵原料生產多不飽和脂肪酸，因利用廢水。不僅可節約原料費用，而且也省去廢水治理費用及用水費用，有利於澱粉清潔生產與循環經濟。
(3)技術控制性強，不易效仿。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
實施例1(1)菌種製備多不飽和脂肪酸高產菌種製備將冰箱保藏斜面菌株刺孢小克銀漢黴(Fg)(Cunninghamella echinulata)，多形單毛孢(Monoblepharispolymorpha Cornu)(Ma)及其誘變株(Me)(Md)分別接入PDA(馬鈴薯固體培養基)斜面上進行活化，培養7d，取菌絲接入盛有100ml PDY(馬鈴薯液體)培養基的250ml搖瓶中進行液體培養。轉速120～150r/min，25-28℃下培養2天後，取接種量(體積分數v/v)5～10％，同樣的液體培養條件轉接一次獲得液體搖瓶種，後依據反應器情況進行種子製備。
(2)液體發酵生產將馬鈴薯澱粉廢水中按20g/L加入食用糖，按MgSO42g/l，MnSO42.5g/l，(NH4)2SO40.8g/l比例加入促進劑，形成發酵培養基，按3％(v/v)加入製備的多不飽和油脂高產菌刺孢小克銀漢黴(Fg)種子液，在溫度25℃，通氣量1∶1.3，轉速100r/min條件下發酵5天，菌絲生物量為16.2g/L，油脂量為7.2g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％，棕櫚酸12.65％，棕櫚烯酸1.38％，硬脂酸2.89％，油酸30.4％，亞油酸20.47％，γ-亞麻酸18.67％，花生酸1.67％，花生烯酸0.78％，花生二烯酸0.20％，EPA 0.60％，DHA 2.08％。
實施例2將紅薯澱粉廢水中按20g/L加入食用糖，按MgSO43g/l，MnSO41g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促進劑，形成發酵培養基，按5％(v/v)加入實施例1製備的多不飽和油脂高產菌多形單毛孢(Ma)種子液，在溫度25℃，通氣量1∶1.5，轉速120r/min條件下發酵7天，菌絲生物量為19.8g/L，油脂量為7.9g/L，油脂中肉豆寇酸0.50％，棕櫚酸15.85％，棕櫚烯酸1.38％，硬脂酸3.30％，油酸10.56％，亞油酸12.47％，γ-亞麻酸9.80％，花生酸0.30％，花生烯酸0.72％，花生二烯酸0.89％，花生四烯酸35.23％，EPA 0.80％，DHA1.98％。
實施例3將玉米澱粉廢水中按10g/L加入食用糖，按MgSO42g/l，2.5g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促進劑，形成發酵培養基，按3％(v/v)加入實施例1製備的多不飽和油脂高產菌多形單毛孢誘變株(Me)種子液，在溫度25℃，通氣量1∶1.5，轉速80r/min條件下發酵7天，菌絲生物量為18.5g/L，油脂量為8.5g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％，棕櫚酸14.85％，棕櫚烯酸1.38％，硬脂酸3.30％，油酸20.98％，亞油酸12.47％，γ-亞麻酸9.80％，花生酸0.30％，花生烯酸0.78％，花生二烯酸0.20，EPA7.60％，DHA2.08％。
實施例4將小麥澱粉廢水中按30g/L加入食用糖，按MgSO42g/l，MnSO42.5g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促進劑，形成發酵培養基，按10％(v/v)加入實施例1製備的多不飽和油脂高產菌多形單毛孢誘變株(Md)種子液，在溫度25℃，通氣量1∶1.5，轉速80r/min條件下發酵7天，菌絲生物量為20g/L，油脂量為9.5g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％，棕櫚酸13.85％，棕櫚烯酸2.38％，硬脂酸3.80％，油酸23.98％，亞油酸12.47％，γ-亞麻酸11.80％，花生酸0.38％，花生烯酸0.82％，花生二烯酸0.25，EPA2.60％，DHA8.08％。
權利要求
1.一種利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於在澱粉廢水中加入碳源和促進劑，滅菌後，接入多不飽和脂肪酸菌株進行發酵培養，發酵後將菌絲體過濾，並將出水回用於澱粉加工過程中。
2.如權利要求1所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵為所述的產多不飽和脂肪酸菌株為產ω-6脂肪酸系列如花生四烯酸(AA，C204n-6)菌株；產γ-亞麻酸(GLA，C183n-3)菌株；產亞油酸(LA，C182n-6)菌株。產ω-3脂肪酸系列如二十碳五烯酸(EPA，C205n-3)菌株、產二十二碳六烯酸(DHA，C226n-3)菌株。
3.如權利要求1所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵為所述的碳源為食用糖，所述的促進劑為MgSO4，MnSO4，(NH4)2SO4。
4.如權利要求2所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於，在1L廢水中加入食用糖10～30g，MgSO42～3g，MnSO41～2.5g，(NH4)2SO40.8～1g。
5.如權利要求1至3之任一所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於，所述的澱粉廢水為玉米澱粉廢水、小麥澱粉廢水、土豆澱粉廢水、紅薯澱粉廢水、木薯澱粉廢水、葛根澱粉廢水等。
6.如權利要求1至3之任一所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於，所述的發酵培養的條件為接種量1～10％，種齡2～3d，溫度25～30℃，培養時間5～7d，通氣量1∶1.2～1∶1.5，轉速80～150r/min。
7.如權利要求5所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於，所述的發酵培養的條件為接種量1～5％，，溫度25-28℃，培養時間6～7d，通氣量1∶1.2-1∶1.4，轉速100～120r/min。
8.如權利要求6所述的利用澱粉廢水進行深加工的方法，其特徵在於，所述的發酵培養的條件為接種量3％，培養時間7天，種齡2d溫度26℃，通氣量1∶1.3，轉速110r/min。
全文摘要
本發明公開了一種利用澱粉加工廢水生產微生物多不飽和脂肪酸的方法。該方法利用澱粉加工過程中產生的大量廢水，進行微生物多不飽和脂肪酸的生產。以澱粉加工廢水為基本培養基，添加部分營養和調節金屬離子，滅菌後，接入篩選獲得的微生物多不飽和脂肪酸高產菌株，採用優化發酵工藝發酵後，將菌絲體過濾，提取獲得具有顯著功能的微生物油脂，出水控制在一定的COD負荷以下，回用於澱粉加工過程中。通過該專利方法的實施，將澱粉加工過程中產生的廢水進行資源化，可有效提升澱粉加工產業的科技水平，實現澱粉加工過程中的清潔生產，產生顯著的經濟與社會效益。
文檔編號C02F3/00GK1686858SQ200510011498
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月29日 優先權日2005年3月29日
發明者張曉昱, 王宏勳 申請人:華中科技大學