一种预处理醇类发酵废水提高油脂酵母转化率并调控油脂脂肪酸组成的方法

摘要

本发明公开了一种预处理醇类发酵废水提高油脂酵母转化率并调控微生物油脂脂肪酸组成的方法，通过分析不同条件下不同脱毒剂对发酵抑制剂的去除特点，根据油脂酵母对醇类废水的转化效率和脂肪酸组成的不同需求控制脱毒条件，工艺简单可行、成本低廉、能显著减少发酵抑制物对油脂酵母的毒害，在提高油脂酵母转化效率的同时，通过不同脱毒剂对醇类废水中发酵抑制物的去除程度不同，调控油脂酵母发酵产生微生物油脂脂肪酸的组成，获得附加值更高的富含高不饱和脂肪酸的产品。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种预处理醇类发酵废水提高油脂酵母转化率并调控微生物油脂脂肪酸组成的方法。

背景技术：

以木质纤维素作为原料生产的乙醇、丁醇等被认为是一种能够替代石油的最具前景的可再生燃料。其生产原理是将富含木质纤维素的原料经过预处理和酶解手段水解成富含可利用糖(葡萄糖、木糖、纤维二糖、阿拉伯糖等)的纤维素水解液，再经过发酵和精馏工艺获得醇类，醇类发酵生产过程中会产生大量废水，直接排放会对环境造成极大污染。醇类发酵废水富含有机酸成分、发酵残糖以及木质纤维素原料水解与后续发酵过程中残存的副产物，COD一般可达20000mg/L以上，而油脂酵母可以利用醇类发酵废水中的残糖和有机酸生产微生物油脂并降低COD，因此利用油脂酵母将醇类发酵废水中的营养成分转化为微生物油脂的路线经济可行。但在工业上，醇类发酵废水的脱毒工艺和脂肪酸组成的调控工艺一直是制约生物燃料发展的瓶颈。

木质纤维素的预处理工艺会产生醛类(糠醛、5-羟甲基糠醛)和酚类等副产物。这些副产物在后期醇类发酵中难以被微生物吸收利用，发酵结束后会随废水排出。预处理过程的剧烈条件也会产生大量难降解的色素物质。稀酸处理和氨纤维爆破等预处理手段也会使废水中的硫酸盐和氨氮含量很高。这些发酵抑制物对于油脂酵母发酵的抑制作用主要表现在对菌体生长、糖代谢过程和油脂积累的抑制。因而发酵抑制物的去除，对油脂酵母利用醇类废水进行发酵生产微生物油脂有重要的意义。而微生物油脂的脂肪酸组成与植物油脂接近，主要组成成分以C16、C18系脂肪酸为主，如棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚麻酸等，不仅可以用作食品上重要油脂的替代品(如可可脂等)，还可以提供有益人类健康的各类功能性油脂。总体而言，微生物油脂的油脂脂肪酸组成决定了微生物油脂的用途。因此，寻找一种简单、高效、周期短的调控微生物油脂脂肪酸组成方法十分重要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种预处理醇类发酵废水提高油脂酵母转化率并调控微生物油脂脂肪酸组成的方法，加入脱毒剂，显著减少发酵抑制物对油脂酵母的毒害，在提高油脂酵母转化效率的同时，通过不同脱毒剂对醇类废水中发酵抑制物的去除程度不同，调控油脂酵母发酵产生微生物油脂脂肪酸的组成，获得附加值更高的富含高不饱和脂肪酸的产品。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种预处理醇类发酵废水提高油脂酵母转化率并调控微生物油脂脂肪酸组成的方法，该方法包括以下步骤：

a、滤去醇类发酵废水中的固形物后，按0.5wt％～5wt％的比例加入脱毒剂，搅拌反应一段时间后过滤或沉淀除去脱毒剂使滤液中糠醛含量≤5g/L、5-羟甲基糠醛含量≤5g/L、酚类含量≤6g/L、氨氮含量为≤3g/L、透光率≤70％得到脱毒后的滤液；所述的脱毒剂为活性炭、凹凸棒石、沸石、极性或非极性的大孔吸附树脂的一种；

b、取脱毒后的滤液接入油脂酵母种子液进行好氧发酵。

所述搅拌包括桨式搅拌、螺旋推进式搅拌、锚式搅拌、框式搅拌等其中的一种，搅拌速度为50～300rpm/min，时间为0.5～2h。

所述油脂酵母是Rhodotorula glutinis、Trichosporon cutaneum、Rhodosporidium toruloides、Lipomyces starkeyi、Cryptococcus albidus、Trichosporon dermatis、Trichosporn coremiiforme、Yarrowia lipolytica中的一种或一种以上。

本发明通过不同脱毒剂对醇类废水中发酵抑制物的去除程度不同，在提高油脂酵母转化效率的同时，调控油脂酵母发酵产生微生物油脂脂肪酸的组成。

本发明的有益效果如下：本发明针对经过发酵且高温蒸馏后的醇类发酵废水组成成分复杂、发酵抑制物丰富，通过分析不同条件下不同脱毒剂对发酵抑制剂的去除特点，根据油脂酵母对醇类废水的转化效率和脂肪酸组成的不同需求控制脱毒条件，工艺简单可行、成本低廉、能显著减少发酵抑制物对油脂酵母的毒害，在提高油脂酵母转化效率的同时，通过不同脱毒剂对醇类废水中发酵抑制物的去除程度不同，调控油脂酵母发酵产生微生物油脂脂肪酸的组成，获得附加值更高的富含高不饱和脂肪酸的产品。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

利用活性炭对乙醇发酵废水进行脱毒处理，处理完成后利用Trichosporoncutaneum进行发酵。

将Trichosporon cutaneum从试管中接入50mL的活化培养基中，20℃，活化培养24h，得到Trichosporon cutaneum种子液，所述的活化培养基为：葡萄糖20g/L、蛋白胨10g/L、酵母粉10g/L，余量为水。

对照组乙醇发酵废水培养基中不使用活性炭进行脱毒，直接将种子液接入培养基进行发酵。

在乙醇发酵废水中分别按0.5wt％、5wt％的比例加入活性炭，采用桨式搅拌的方式，搅拌条件为50rpm/min下搅拌0.5h，搅拌完成后采用过滤的方法去除活性炭，取滤液测定醛类(糠醛、5-羟甲基糠醛)、酚类、氨氮含量，并测定透光率；再调节pH后接入油脂酵母种子液进行好氧发酵，离心收集乙醇发酵废水中的酵母菌体，发酵底物根据排放要求进行后续处理。不同活性炭添加量对发酵抑制物各组分的脱毒情况见表1。不同活性炭添加量对微生物油脂脂肪酸含量的调控情况见表2。不同活性炭添加量对油脂酵母转化效率的调控情况见表3。

表1

表2

表3

实施例2：

利用凹凸棒石对乙醇发酵废水进行脱毒处理，处理完成后利用Rhodosporidiumtoruloides进行发酵。

将Rhodosporidium toruloides从试管中接入50mL的活化培养基中，20℃，活化培养24h，得到Rhodosporidium toruloides种子液，所述的活化培养基为：葡萄糖20g/L、蛋白胨10g/L、酵母粉10g/L，余量为水。

对照组乙醇发酵废水培养基中不使用凹凸棒石进行脱毒，直接将种子液进行发酵。

在乙醇发酵废水中分别按2wt％的比例加入凹凸棒石，采用锚式搅拌的方式分别搅拌0.5、2h，转速为200rpm/min，搅拌完成后采用过滤的方法去除凹凸棒石，取滤液测定醛类(糠醛、5-羟甲基糠醛)、酚类、氨氮含量，并测定透光率；再调节pH后接入油脂酵母种子液进行好氧发酵，离心收集乙醇发酵废水中的酵母菌体，发酵底物根据排放要求进行后续处理。

表4显示了不同搅拌时间里发酵抑制物各组分的脱毒情况。表5显示了不同搅拌时间对微生物油脂脂肪酸含量的调控情况。表6显示了不同搅拌时间对油脂酵母转化效率的调控情况。

表4

表5

表6

实施例3：

利用极性大孔吸附树脂对丁醇发酵废水进行脱毒处理，处理完成后利用Rhodotorula glutinis和Lipomyces starkeyi进行混菌发酵。

将Rhodosporidium toruloides和Lipomyces starkeyi分别从试管中接入50mL的活化培养基中，20℃，活化培养24h，得到种子液，所述的活化培养基为：葡萄糖20g/L、蛋白胨10g/L、酵母粉10g/L，余量为水。

对照组丁醇发酵废水培养基中不使用极性大孔吸附树脂进行脱毒，直接将种子液接入培养基进行发酵。

在丁醇发酵废水中分别按2wt％的比例加入极性大孔吸附树脂，采用螺旋式推进搅拌的方式搅拌2h，转速和为100rpm/min，搅拌完成后采用沉淀的方法去除极性大孔吸附树脂，取滤液测定醛类(糠醛、5-羟甲基糠醛)、酚类、氨氮含量，并测定透光率；再调节pH后接入油脂酵母种子液进行好氧发酵，离心收集丁醇发酵废水中的酵母菌体，发酵底物根据排放要求进行后续处理

实验结果：(1)按质量分数计，在不使用极性大孔吸附树脂进行脱毒的滤液中，糠醛含量为1.357g/L、5-羟甲基糠醛含量为2.504g/L、总酚含量为4.658g/L，氨氮含量为1.023g/L。而使用极性大孔吸附树脂进行脱毒的滤液中，糠醛含量为0.854g/L,5-羟甲基糠醛含量为0.574g/L、总酚含量为1.214g/L，氨氮含量为0.548g/L。(2)按质量分数计，在不使用极性大孔吸附树脂进行脱毒的发酵培养基中，Rhodotorula glutinis和Lipomycesstarkeyi进行混菌发酵产生的微生物油脂的油脂含量为8.1％，油脂产量为0.89g/L,脂肪酸组成为：棕榈酸38.1％,硬脂酸31.8％，油酸10.4％，亚油酸12.1％，其他7.6％。在使用极性大孔吸附树脂进行脱毒后的发酵培养基中，产生的微生物油脂的油脂含量为12.5％,油脂产量为1.02g/L，脂肪酸组成为：棕榈酸31.9％,硬脂酸32.6％，油酸14.7％，亚油酸16.8％，其他4％。

实施例4：

利用非极性大孔吸附树脂对丁醇发酵废水进行脱毒处理，处理完成后利用Trichosporn coremiiforme进行发酵。

将Trichosporn coremiiforme从试管中接入50mL的活化培养基中，20℃，活化培养24h，得到Trichosporn coremiiforme种子液，所述的活化培养基为：葡萄糖20g/L、蛋白胨10g/L、酵母粉10g/L，余量为水。

对照组丁醇发酵废水培养基中不使用非极性大孔吸附树脂进行脱毒，直接将种子液接入培养基进行发酵。

在丁醇发酵废水中按2wt％比例加入非极性大孔吸附树脂，采用桨式搅拌的方式，搅拌时间为1h，转速分别为50、300rpm/min，搅拌完成后采用过滤的方法去除非极性大孔吸附树脂，取滤液测定醛类(糠醛、5-羟甲基糠醛)、酚类、氨氮含量，并测定透光率；再调节pH后接入油脂酵母种子液进行好氧发酵，离心收集乙醇发酵废水中的酵母菌体，发酵底物根据排放要求进行后续处理。表7显示了不同转速下脱毒对发酵抑制物各组分的影响，表8显示了不同转速下脱毒对微生物油脂脂肪酸含量的影响，表9显示了不同非极性大孔吸附树脂添加量对油脂酵母转化效率的调控情况。

表7

表8

表9