申请日 20200902
公开（公告）日 20201106
IPC分类号 C02F9/14; C12P19/44; C12N1/20; C12R1/385; C12R1/39
摘要
本发明涉及一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，包括下述步骤：(1)对餐厨废水和鱼粉废水进行预处理；(2)混合餐厨废水和鱼粉废水制备发酵培养基；(3)制备铜绿假单胞菌种子液、荧光假单胞菌种子液，混合铜绿假单胞菌种子液和荧光假单胞菌种子液成发酵种子液，发酵种子液加入制备的发酵培养基进行发酵培养，产生鼠李糖脂；(4)提取发酵产生的鼠李糖脂。本发明对餐厨废水和鱼粉废水进行资源化利用，充分利用了两种废水中的油脂、蛋白质、糖类，N、P及无机盐离子等营养物质，以铜绿假单胞菌和荧光假单胞菌为发酵菌种，实现了鼠李糖脂的低成本生产的同时处理这两种废水，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
权利要求书
1.一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)分别对餐厨废水和鱼粉废水进行预处理；
(2)以餐厨废水为碳源，以鱼粉废水为氮源，混合餐厨废水和鱼粉废水制备发酵培养基；
(3)分别对铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌进行活化、扩大培养制得种子液，以2～10：1的体积比混合铜绿假单胞菌种子液和荧光假单胞菌种子液成发酵种子液，发酵种子液加入制备的发酵培养基进行发酵培养，产生鼠李糖脂；
(4)提取发酵产生的鼠李糖脂。
2.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：步骤(1)中，对餐厨废水的预处理为：餐厨废水首先通过格栅进入沉淀池，沉淀时间4～18h，上层油脂和中层废水进入酸碱调节池，调节pH至5.8～7.8；鱼粉废水的预处理为：鱼粉废水首先进入沉淀池，沉淀时间4～18h，上层鱼油和中层废水进入酸碱调节池，调节pH至5.8～7.8。
3.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：步骤(2)中，餐厨废水与鱼粉废水以10～40：1的比例混合。
4.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于步骤(3)中铜绿假单胞菌种子液通过下述步骤制备得到：
(a)斜面培养：将铜绿假单胞菌接种于斜面培养基上，28～37℃培养1～3d，置于4℃冰箱保藏；
(b)种子培养：取斜面培养好的菌种接种到种子培养基上进行扩大培养，28～37℃、150～200r/min条件下培养12～36h，获得浓度为2～8×108cfu/ml的铜绿假单胞菌种子液。
5.根据权利要求4所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：斜面培养基为：酵母粉0.5％、蛋白胨1.0％、NaCl 1％、琼脂粉1.5％，pH值7.4±0.2，121℃灭菌20min；种子培养基为：酵母粉0.5％、蛋白胨1.0％、NaCl1.0％，pH值7.4±0.2，121℃灭菌20min。
6.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于荧光假单胞菌种子液通过下述步骤制备得到：
(i)平板培养：将荧光假单胞菌接种于平板培养基上，25～37℃培养1～2d，置于4℃冰箱保藏；
(ii)种子培养：取平板培养好的菌种接种到种子培养基上进行扩大培养，25～37℃、150～200r/min条件下培养16～42h，获得浓度为2～8×108cfu/ml的荧光假单胞菌种子液。
7.根据权利要求6所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：平板培养基为：蛋白胨20g、磷酸氢二钾1.5g、硫酸镁1.5g、甘油10mL、琼脂10g、无菌水1000mL，pH值7.2±0.2，121℃灭菌20min；种子培养基为：蛋白胨20g、磷酸氢二钾1.5g、硫酸镁1.5g、甘油10mL、无菌水1000mL，pH值7.2±0.2，121℃灭菌20min。
8.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：发酵培养过程中，将混合均匀的发酵种子液接种到配制好的发酵培养基中，接种量5％～15％，温度28～37℃，转速150～220r/min，培养时间16～48h。
9.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：步骤(4)中鼠李糖脂的提取方法选用氯仿-甲醇萃取法、硅胶柱层析法、预处理酸沉淀冷冻干燥法、预处理活性炭吸附-酸沉淀法中的任一种。
10.根据权利要求1所述资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，其特征在于：餐厨废水和鱼粉废水生产鼠李糖脂的同时废水也被处理了，发酵鼠李糖脂产量8～60g/L，废水COD去除率60～95％，脱氮率55～92％。
说明书
一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体地说是涉及一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法。
背景技术
餐厨废水是指由餐饮行业排放的未经任何处理的废水。餐厨废水成分复杂，含污量很高，包括面粉类和米类食品残余、动植物油、蔬菜、肉骨、鱼刺以及各种调味品等等，其组分主要包括动植物油、脂类、蛋白质、淀粉、纤维素和无机盐，同时也含有钙、镁、钾、铁等一些微量元素。餐饮废水中所含的大量的动植物油脂，直接排放造成了严重的环境污染及资源浪费。餐厨废水的处理方法有物理法、化学法和生物法。物理法主要是用于去除餐厨废水中的油分，主要包括粗粒化法、磁吸附法等。化学法主要包括混凝法、破乳法、电解法等，其处理效果好、占地面积少、工艺操作简单、污泥量少和易实现自动化等优点。物理法和化学法处理后往往需要再进行二次处理。生物处理法是利用微生物的生物氧化作用使废水中的烃类动植物油分解从而得到净化的一种方法，有处理效率高、无需进行二次处理等优点。餐厨废水无害化和资源化处理越来越受到人们的重视。
鱼粉是饲料工业特别是水产饲料中重要的动物性蛋白质原料。鱼粉废水呈棕黄色粘稠状、有腥臭味、无毒。废水中含有悬浮物(鱼粉)、蛋白质及鱼油等物质，水中固体物质含量约占23％，蛋白质含量约占20％。废水COD含量高，约占30000mg/L。废水中富含大量N、P及无机盐离子，排放量大。目前，鱼粉废水主要有以下几种处理方式：通过过滤(超滤法和纳滤法等)的方法、厌氧方法、电解法处理鱼粉废水等。鱼粉废水中富含大量的营养物质，另外，蛋白质、鱼油这些高经济价值物质未经回收利用也是一种巨大的浪费。
鼠李糖脂(Rhamnolipid)是一种生物表面活性剂，它不仅溶于甲醇、氯仿和乙醚，在碱性水溶液中也表现出良好的溶解特性。然而鼠李糖脂最突出的特性是它的表面活性，如能显著降低水的表面张力，改变固体表面的润湿性，具有乳化、破乳、消泡、洗涤、分散与絮凝、抗静电和润滑等多种功能。鼠李糖脂分子含有亲水的鼠李糖基和憎水的脂肪酸链，因此鼠李糖脂是具有两亲性的物质。它不仅具有可与化学表面活性剂相媲美的增溶、乳化、润湿、发泡等性能，而且具有低毒易于生物降解、对环境友好等特性。鼠李糖脂对微生物、动物和人类均不会构成危害，在不同的温度、酸碱度以及盐度的环境中相对稳定，可以有效降解原油中至少5种多环芳香族碳氢化合物(PAHs)。
为了使鼠李糖脂与化学表面活性剂具有相同的竞争优势，必须降低其生产的原料成本，优化生产工艺，提高发酵过程的产率以及发展有效的提取工艺，从而在经济上使鼠李糖脂的工业化应用更加可行。要想对鼠李糖脂进行大规模工业开发，必须满足：供微生物生长的基质廉价易得；生产工艺简单；产品得率高；产物的活力高，有特效。而目前限制鼠李糖脂在工业上广泛应用的主要因素是其过高的生产成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，通过寻找价格低廉、来源广泛的原料作为微生物发酵生产鼠李糖脂的培养基，可有效降低其生产成本。
为了达到目的，本发明提供的技术方案为：
一种资源化利用餐厨废水、鱼粉废水发酵产鼠李糖脂的方法，包括下述步骤：
(1)分别对餐厨废水和鱼粉废水进行预处理；
(2)以餐厨废水为碳源，以鱼粉废水为氮源，混合餐厨废水和鱼粉废水制备发酵培养基；
(3)分别对铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌进行活化、扩大培养制得种子液，以2～10：1的体积比混合铜绿假单胞菌种子液和荧光假单胞菌种子液成发酵种子液，发酵种子液加入制备的发酵培养基进行发酵培养，产生鼠李糖脂；
(4)提取发酵产生的鼠李糖脂。
在餐饮服务业类生产过程中会产生大量含油废水，这类废水的特点是有机物和油脂含量高，且基本不含重金属和其他有毒物质，可作为微生物发酵生产鼠李糖脂的原料。
食品废水因含有丰富的碳源、氮源和微量元素，是理想的生物资源化原料，餐厨废水和鱼粉废水就是食品加工废水中典型的两类。鱼粉废水和淀粉废水排放量大，富含大量的蛋白质、糖类及无机盐离子等营养物质，具有潜在利用价值。将餐厨废水作为微生物生长的碳源、鱼粉废水作为氮源，利用铜绿假单胞菌和荧光假单胞菌混合菌种对其进行发酵生产鼠李糖脂，变“废”为宝，不仅可实现资源的回收利用，防止资源流失，避免环境污染，也符合当前国家大力发展循环经济、建设节约型社会的政策取向，更符合全球重视资源节约和环境保护的社会发展主流。在实现了鼠李糖脂的低成本生产的同时处理这两种废水，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
作为优选，步骤(1)中，对餐厨废水的预处理为：餐厨废水首先通过格栅进入沉淀池，沉淀时间4～18h，上层油脂和中层废水进入酸碱调节池，调节pH至5.8～7.8；鱼粉废水的预处理为：鱼粉废水首先进入沉淀池，沉淀时间4～18h，上层鱼油和中层废水进入酸碱调节池，调节pH至5.8～7.8。
作为优选，步骤(2)中，餐厨废水与鱼粉废水以10～40：1的比例混合。
作为优选，步骤(3)中铜绿假单胞菌种子液通过下述步骤制备得到：
(a)斜面培养：将铜绿假单胞菌接种于斜面培养基上，28～37℃培养1～3d，置于4℃冰箱保藏；
(b)种子培养：取斜面培养好的菌种接种到种子培养基上进行扩大培养，28～37℃、150～200r/min条件下培养12～36h，获得浓度为2～8×108cfu/ml的铜绿假单胞菌种子液。
作为优选，斜面培养基为：酵母粉0.5％、蛋白胨1.0％、NaCl 1％、琼脂粉1.5％，pH值7.4±0.2，121℃灭菌20min；种子培养基为：酵母粉0.5％、蛋白胨1.0％、NaCl1.0％，pH值7.4±0.2，121℃灭菌20min。
作为优选，荧光假单胞菌种子液通过下述步骤制备得到：
(i)平板培养：将荧光假单胞菌接种于平板培养基上，25～37℃培养1～2d，置于4℃冰箱保藏；
(ii)种子培养：取平板培养好的菌种接种到种子培养基上进行扩大培养，25～37℃、150～200r/min条件下培养16～42h，获得浓度为2～8×108cfu/ml的荧光假单胞菌种子液。
作为优选，平板培养基为：蛋白胨20g、磷酸氢二钾1.5g、硫酸镁1.5g、甘油10mL、琼脂10g、无菌水1000mL，pH值7.2±0.2，121℃灭菌20min；种子培养基为：蛋白胨20g、磷酸氢二钾1.5g、硫酸镁1.5g、甘油10mL、无菌水1000mL，pH值7.2±0.2，121℃灭菌20min。
作为优选，发酵培养过程中，将混合均匀的发酵种子液接种到配制好的发酵培养基中，接种量5％～15％，温度28～37℃，转速150～220r/min，培养时间16～48h。
作为优选，步骤(4)中鼠李糖脂的提取方法选用氯仿-甲醇萃取法、硅胶柱层析法、预处理酸沉淀冷冻干燥法、预处理活性炭吸附-酸沉淀法中的任一种。
作为优选，餐厨废水和鱼粉废水生产鼠李糖脂的同时废水也被处理了，发酵鼠李糖脂产量8～60g/L，废水COD去除率60～95％，脱氮率55～92％。
本发明的有益效果在于：
本发明对餐厨废水和鱼粉废水进行资源化利用，充分利用了两种废水中的油脂、蛋白质、糖类，N、P及无机盐离子等营养物质，以铜绿假单胞菌和荧光假单胞菌为发酵菌种，实现了鼠李糖脂的低成本生产的同时处理这两种废水，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。
发明人 （吴昊;陈越;周玲;龚昊源;郑晓君;陈建军;）
