微生物發(fā)酵工業(yè)廢水生產(chǎn)油脂研究范文

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隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，人們迫切的尋找新型的清潔可再生能源，生物柴油憑借其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入了人們的視野。生物柴油可采用天然油脂為原料。從目前的生產(chǎn)技術(shù)來看，動(dòng)植物油是主要的生產(chǎn)原料。但生產(chǎn)成本較高，由此造成了生物柴油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。根據(jù)微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)利用廉價(jià)的工業(yè)廢水，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了對(duì)環(huán)境的污染，因此該項(xiàng)研究具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、產(chǎn)油微生物及微生物油脂生產(chǎn)特點(diǎn)

微生物油脂是產(chǎn)油微生物在一定條件下將碳水化合物、碳?xì)浠衔锖推胀ㄓ椭忍荚崔D(zhuǎn)化為菌體內(nèi)大量?jī)?chǔ)存的油脂，一般占菌體干重的20%以上[1]。

（一）產(chǎn)油微生物種類自然界中的酵母菌、霉菌、細(xì)菌、藻類等許多微生物都可以產(chǎn)生油脂。酵母菌中的粘紅酵母的油脂含量最高可達(dá)72%。紅冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可達(dá)60%~67%。霉菌中的深黃被孢霉油脂含量可達(dá)86%，絨毛棒質(zhì)霉達(dá)75%，卷枝毛霉達(dá)65%。微藻中的叢粒藻、鹽生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。細(xì)菌中的節(jié)桿菌油脂含量在40%以上。

（二）微生物油脂生產(chǎn)特點(diǎn)與動(dòng)植物油生產(chǎn)相比，微生物油脂具有生產(chǎn)周期短、生長(zhǎng)迅速、可規(guī)模化管理、不受季節(jié)、氣候變化等優(yōu)點(diǎn)。此外，能夠供給產(chǎn)油微生物生長(zhǎng)的原料來源也很廣泛，工農(nóng)業(yè)廢棄物或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣等都可以作為產(chǎn)油微生物的培養(yǎng)原料。產(chǎn)油微生物可以利用多種碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作為發(fā)酵底物，方真等[2]發(fā)現(xiàn)斯達(dá)油脂酵母在經(jīng)過脫毒處理的木屑水解液中可以正常生長(zhǎng)，油脂的積累率可達(dá)葡萄糖碳源的60%以上，為該種酵母利用廢棄甘油和木質(zhì)纖維素水解液作為發(fā)酵底物生產(chǎn)生物柴油提供有力支持。

二、工業(yè)廢水的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)

適合微生物生長(zhǎng)積累油脂的工業(yè)廢水含有可作為碳源的豐富有機(jī)物、糖類，如淀粉廢水、味精廢水、啤酒廢水等。這類廢水屬高濃度有機(jī)廢水，COD、BOD濃度高，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素等有機(jī)物，極易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化污染環(huán)境。

三、利用工業(yè)廢水發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的研究現(xiàn)狀

工業(yè)廢水尤其是食品工業(yè)廢水中含有大量的還原性糖，可以被微生物利用作為碳源積累油脂。由于微生物的生長(zhǎng)代謝分解利用了廢水中的有機(jī)物，降低了廢水的污染程度實(shí)現(xiàn)了資源合理化應(yīng)用。

（一）利用淀粉廢水發(fā)酵鐘娜等[3]利用淀粉廢水對(duì)高產(chǎn)油粘紅酵母進(jìn)行了馴化和篩選，使其對(duì)淀粉廢水COD的耐受程度達(dá)到了75000mg/L，400L發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)33h的培養(yǎng)后，生物量達(dá)25.3g/L,菌體油脂含量為29.5%，COD降解率為92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉廢水，采用添加營(yíng)養(yǎng)因子的方法研究了產(chǎn)油菌株FR的生長(zhǎng)、產(chǎn)油及COD去除，發(fā)現(xiàn)經(jīng)淀粉酶液化處理后的產(chǎn)油率可達(dá)45.3%，淀粉酶和糖化酶先后處理后的COD去除率可達(dá)66.3%。

（二）利用味精廢水發(fā)酵邢旭[5]等研究了粘紅酵母RH8在味精廢水中的生長(zhǎng)、產(chǎn)油及COD去除率，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)廢水pH至5.5后，添加廢葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能夠促進(jìn)茵體的生長(zhǎng)、產(chǎn)油和COD去除。生物量最高可達(dá)15.6g／L，干茵體中油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到29.61％，COD去除率達(dá)到45.1％。

（三）利用啤酒廢水發(fā)酵郭淑賢等[6]用斯達(dá)油脂酵母發(fā)酵啤酒生產(chǎn)廢水，發(fā)酵條件經(jīng)優(yōu)化后菌體生物量、油脂產(chǎn)量、油脂含量、COD降解率和油脂不飽和脂肪酸指數(shù)分別達(dá)到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，較優(yōu)化前分別提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，優(yōu)化效果顯著。

四、存在問題及展望

目前微生物發(fā)酵廢水生產(chǎn)油脂還處于實(shí)驗(yàn)階段，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展還有亟待解決的幾個(gè)問題：工業(yè)廢水成分復(fù)雜，如味精廢水和啤酒廢水，由于廢水中含有生產(chǎn)菌株產(chǎn)生的代謝廢物和各工序產(chǎn)生的其他廢水，有可能含有影響產(chǎn)油微生物正常生長(zhǎng)的微量元素，但其組成較復(fù)雜難于分析；在微生物發(fā)酵前需對(duì)廢水進(jìn)行稀釋調(diào)pH值等前處理，增加了生產(chǎn)成本和工序；以廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物，其生物量、油脂積累量仍然較低，目前尚不能滿足工業(yè)化需求。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以從以下幾方面展開相關(guān)研究：深入研究產(chǎn)油微生物在發(fā)酵中油脂的合成代謝途徑；加強(qiáng)產(chǎn)油微生物對(duì)原料的適應(yīng)性，通過基因重組、定向進(jìn)化等手段篩選、馴化，獲得具有更強(qiáng)適應(yīng)性和更高產(chǎn)油能力的菌株；進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵條件，減少發(fā)酵前處理工序、獲得成本低、產(chǎn)油高的發(fā)酵模式。

作者：于雅瀟 薛偉  何南思 單位：承德石油高等專科學(xué)校 化學(xué)工程系 承德石油高等專科學(xué)校 計(jì)算機(jī)系