申请日2005.03.29
公开(公告)日2005.10.26
IPC分类号C02F3/00; C02F3/34
摘要
本发明公开了一种利用淀粉加工废水生产微生物多不饱和脂肪酸的方法。该方法利用淀粉加工过程中产生的大量废水，进行微生物多不饱和脂肪酸的生产。以淀粉加工废水为基本培养基，添加部分营养和调节金属离子，灭菌后，接入筛选获得的微生物多不饱和脂肪酸高产菌株，采用优化发酵工艺发酵后，将菌丝体过滤，提取获得具有显著功能的微生物油脂，出水控制在一定的COD负荷以下，回用于淀粉加工过程中。通过该专利方法的实施，将淀粉加工过程中产生的废水进行资源化，可有效提升淀粉加工产业的科技水平，实现淀粉加工过程中的清洁生产，产生显著的经济与社会效益。
权利要求书
1、一种利用淀粉废水进行深加工的方法，其特征在于：在淀粉 废水中加入碳源和促进剂，灭菌后，接入多不饱和脂肪酸菌株进行发 酵培养，发酵后将菌丝体过滤，并将出水回用于淀粉加工过程中。
2、如权利要求1所述的利用淀粉废水进行深加工的方法，其特 征为所述的产多不饱和脂肪酸菌株为产ω-6脂肪酸系列如花生四烯 酸(AA，C20：4n-6)菌株;产γ-亚麻酸(GLA，C18：3n-3)菌株; 产亚油酸(LA，C18：2n-6)菌株。产ω-3脂肪酸系列如二十碳五 烯酸(EPA，C20：5n-3)菌株、产二十二碳六烯酸(DHA，C22：6n-3) 菌株。
3、如权利要求1所述的利用淀粉废水进行深加工的方法，其特 征为所述的碳源为食用糖，所述的促进剂为MgSO4，MnSO4， (NH4)2SO4。
4、如权利要求2所述的利用淀粉废水 进行深加工的方法，其特 征在于，在1L废水中加入食用糖10～30g，MgSO4 2～3g，MnSO4 1～ 2.5g，(NH4)2SO4 0.8～1g。
5、如权利要求1至3之任一所述的利用淀粉废水进行深加工的 方法，其特征在于，所述的淀粉废水为玉米淀粉废水、小麦淀粉废水、 土豆淀粉废水、红薯淀粉废水、木薯淀粉废水、葛根淀粉废水等。
6、如权利要求1至3之任一所述的利用淀粉废水进行深加工的 方法，其特征在于，所述的发酵培养的条件为：接种量1～10%，种 龄2～3d，温度25～30℃，培养时间5～7d，通气量1∶1.2～1∶1.5， 转速80～150r/min。
7、如权利要求5所述的利用淀粉废水进行深加工的方法，其特 征在于，所述的发酵培养的条件为：接种量1～5%，，温度25-28℃， 培养时间6～7d，通气量1∶1.2-1∶1.4，转速100～120r/min。
8、如权利要求6所述的利用淀粉废水进行深加工的方法，其特 征在于，所述的发酵培养的条件为：接种量3%，培养时间7天，种 龄2d温度26℃，通气量1∶1.3，转速110r/min。
说明书
一种利用淀粉废水进行深加工的方法
技术领域
本发明涉及利用淀粉废水进行深加工的方法，具体地说，本发明 提供了一种利用淀粉废水生产微生物多不饱和脂肪酸的方法。
背景技术
淀粉在很多的行业有广泛的应用，已经形成了很大的规模。据最 近荷兰拉波银行一份关于世界淀粉生产情况的国际食品与农业研究 报告，2003年世界淀粉总产量约4900万吨，其中玉米淀粉约3940万吨， 占总量的80.4%，小麦淀粉约410万吨占8.36%，木薯淀粉约300万吨占 6.12%，土豆淀粉约260万吨，占5.3%。
淀粉生产过程中需要大量的水，一般生产1吨淀粉需要10吨水以 上，这类淀粉废水大多含有丰富的有机质如淀粉，微量元素和相关营 养因子，COD因不同工艺而异，高浓度淀粉废水可以达到80000左右。 目前很少治理、利用，造成环境污染及资源浪费。随着环境保护要求 的不断增强，废水逐渐成为限制淀粉工业发展的主要因素。
我们对淀粉废水培养油脂真菌的结果表明：淀粉废水可以作为油 脂真菌的培养基质。一些真菌能够在淀粉废水中合成PUFA油脂。同 时降低废水COD，结果废水被资源化治理。
多不饱和油脂是指含20及20个以上碳原子的多不饱和脂肪酸，根 据末端双键位置分为ω-3系列如α亚麻酸(ALA，C18：3n-3)、二 十碳五烯酸(EPA，C20：5n-3)、二十二碳六烯酸(DHA，C22：6n-3) 和ω-6系列如亚油酸(LA，C18：2n-6)、γ-亚麻酸(GLA，C18：3n-6) 花生四烯酸(AA，C20：4n-6)两大类。
目前商业上ω一3多不饱和脂肪酸主要从深海鱼油中提取，工艺复 杂、成本高、稳定性差，还受到气候条件和资源的限制。除部分动植 物以外，多不饱和脂肪酸主要来源于微生物，尤其是ω一3多不饱和脂 肪酸。许多藻类、真菌、细菌拥有ω一3多不饱和脂肪酸所需的系列脱 饱和酶和连接酶，是ω一3多不饱和脂肪酸的初始生产者，而高等植物 和动物则很少含有ω一3多不饱和脂肪酸。微生物具有适应性强、生长 繁殖迅速、生长周期短、易培养、不受原料产地限制等特点，所以利 用微生物生产多不饱和脂肪酸是一条重要途径。目前，日本、英国等 国家已先后问世了γ-亚麻酸、双高γ-亚麻酸、花生四烯酸等发酵产品， 而EPA、DHA等仍处于研究阶段。
微生物发酵生产多不饱和脂肪酸研究关注的重点仍然是寻求高 产菌株和研究发酵工艺。生产发酵周期长，生产专用培养基中需要高 质量、高含量的速效碳源如葡萄糖、麦芽糖等限制因素，阻碍了微生 物发酵生产PUFAs产业化进程。因此利用廉价资源作为发酵基质很有 必要。而利用微生物技术资源化处理淀粉废水则可为形成淀粉清洁生 产及循环经济产业奠定基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用淀粉加工废水进行微生物多不 饱和脂肪酸油脂的微生物深加工技术。实现淀粉加工产业的生态化， 解决淀粉加工过程中废水的污染和资源化问题。
为实现上述目的，本发明方法针对淀粉生产废水中含有丰富的淀 粉营养成分和微生物需要的相关微量元素，可以满足微生物生产的需 要。通过筛选获得的优势产多不饱和脂肪酸微生物利用淀粉废水中的 营养成分，合成微生物多不饱和脂肪酸，同时减少废水中的COD负 荷，达到废水作为发酵原料和治理的目的。
具体的说，本发明提供了一种利用淀粉废水进行深加工的方法， 其特征在于：在淀粉废水中加入碳源和促进剂，灭菌后，接入多不饱 和脂肪酸高产菌株进行发酵培养，发酵后将菌丝体过滤，并将出水回 用于淀粉加工过程中。
其中所述的碳源为食用糖，促进剂为MgSO4，MnSO4，(NH4)2SO4。 优选地，在1L废水中加入食用糖10～30g，MgSO42～3g，MnSO41～ 2.5g，(NH4)2SO40.8～1g。
所述的发酵培养的条件为：接种量(体积分数v/v)1～10%，种 龄2d，温度25～30℃，培养时间5～7d，通气量(体积分数v/v/h)1∶ 1.2～1∶1.5，转速80～150r/min。
优选地，本发明所述液体发酵条件为：接种量(体积分数v/v)1～ 5%，，温度25-28℃，培养时间6～7天，通气量1∶1.2-1∶1.4， 转速100～120r/min。
更优地，本发明所述发酵条件为：接种量(体积分数v/v)3%， 培养时间7天，种龄2d温度26℃，通气量1∶1.3，转速110r/min。
上述方法中，所述的淀粉废水为谷物及块根、块茎类，如玉米淀 粉废水、小麦淀粉废水、土豆淀粉废水、红薯淀粉废水、木薯淀粉废 水、葛根淀粉废水、野生果实淀粉等所有类型淀粉加工后产生的废水。
本发明所述的多不饱和脂肪酸微生物包括，主产γ-亚麻酸 (GLA)的菌株：刺孢小克银汉霉(Cunninghamella echinulata)Fg 等。主产花生四烯酸(AA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸 (DHA)的菌株多形单毛孢(Monoblepharis polymorpha Comu)Ma 及其诱变株(Me)、(Md)等。
本发明发酵条件产生的菌丝生物量为16～20g/L，油脂量为7～ 10g/L，油脂中基本成分为：肉豆寇酸0.27%～0.50%，棕榈酸12.65%～ 14.85%，棕榈烯酸0.78%～1.38%，硬脂酸2.89%～3.30%，油酸 33.4%～40.98%，亚油酸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%。
主效多不饱和脂肪酸因菌株不同，其中γ-亚麻酸主效菌(Fg) GLA含量为15.23%～25.45%、花生四烯酸主效菌(Ma)AA含量为 30.36%～42.45%;十二碳六烯酸主效菌菌株多形单毛孢诱变株(Md) DHA含量为6.32%～9.65%、二十碳五烯酸主效菌多形单毛孢诱变株诱 变株(Me)EPA含量5.76%～9.90%。
本发明的优点是：
(1)有效解决淀粉废水产生的污染及浪费，将废水进行资源化处 理后回用，为淀粉加工循环经济产业奠定技术基础。
(2)以淀粉废水作为发酵原料生产多不饱和脂肪酸，因利用废 水。不仅可节约原料费用，而且也省去废水治理费用及用水费用，有 利于淀粉清洁生产与循环经济。
(3)技术控制性强，不易效仿。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例 仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)菌种制备：
多不饱和脂肪酸高产菌种制备：将冰箱保藏斜面菌株刺孢小克银 汉霉(Fg)(Cunninghamella echinulata)，多形单毛孢(Monoblepharis polymorpha Cornu)(Ma)及其诱变株(Me)(Md)分别接入PDA(马铃 薯固体培养基)斜面上进行活化，培养7d，取菌丝接入盛有100ml PDY (马铃薯液体)培养基的250ml摇瓶中进行液体培养。转速120～ 150r/min，25-28℃下培养2天后，取接种量(体积分数v/v)5～ 10%，同样的液体培养条件转接一次获得液体摇瓶种，后依据反应器 情况进行种子制备。
(2)液体发酵生产
将马铃薯淀粉废水中按20g/L加入食用糖，按MgSO42g/l，MnSO4 2.5g/l，(NH4)2SO40.8g/l比例加入促进剂，形成发酵培养基，按3% (v/v)加入制备的多不饱和油脂高产菌刺孢小克银汉霉(Fg)种子液， 在温度25℃，通气量1∶1.3，转速100r/min条件下发酵5天，菌丝 生物量为16.2g/L，油脂量为7.2g/L，油脂中肉豆寇酸0.27%，棕榈酸 12.65%，棕榈烯酸1.38%，硬脂酸2.89%，油酸30.4%，亚油酸20.47%， γ-亚麻酸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%。
实施例2
将红薯淀粉废水中按20g/L加入食用糖，按MgSO43g/l，MnSO4 1g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促进剂，形成发酵培养基，按5%(v/v) 加入实施例1制备的多不饱和油脂高产菌多形单毛孢(Ma)种子液，在 温度25℃，通气量1∶1.5，转速120r/min条件下发酵7天，菌丝生物 量为19.8g/L，油脂量为7.9g/L，油脂中肉豆寇酸0.50%，棕榈酸15.85%， 棕榈烯酸1.38%，硬脂酸3.30%，油酸10.56%，亚油酸12.47%，γ- 亚麻酸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%。
实施例3
将玉米淀粉废水中按10g/L加入食用糖，按MgSO42g/l， 2.5g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促进剂，形成发酵培养基，按3% (v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂高产菌多形单毛孢诱变株 (Me)种子液，在温度25℃，通气量1∶1.5，转速80r/min条件下发酵 7天，菌丝生物量为18.5g/L，油脂量为8.5g/L，油脂中肉豆寇酸0.27%， 棕榈酸14.85%，棕榈烯酸1.38%，硬脂酸3.30%，油酸20.98%，亚油 酸12.47%，γ-亚麻酸9.80%，花生酸0.30%，花生烯酸0.78%，花生 二烯酸0.20，EPA7.60%，DHA2.08%。
实施例4
将小麦淀粉废水中按30g/L加入食用糖，按MgSO42g/l，MnSO4 2.5g/l，(NH4)2SO41g/l比例加入促进剂，形成发酵培养基，按10% (v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂高产菌多形单毛孢诱变株 (Md)种子液，在温度25℃，通气量1∶1.5，转速80r/min条件下发 酵7天，菌丝生物量为20g/L，油脂量为9.5g/L，油脂中肉豆寇酸0.27%， 棕榈酸13.85%，棕榈烯酸2.38%，硬脂酸3.80%，油酸23.98%，亚油 酸12.47%，γ-亚麻酸11.80%，花生酸0.38%，花生烯酸0.82%，花 生二烯酸0.25，EPA2.60%，DHA8.08%。
