【摘要】： 針對(duì)目前淀粉工業(yè)廢水處理與資源化以及微生物誘變育種技術(shù)中存在的問題,基于分子生物學(xué)和微波輻照技術(shù),本文進(jìn)行了用于淀粉工業(yè)廢水資源化處理的乳酸高產(chǎn)菌微波誘變育種技術(shù)及相關(guān)基礎(chǔ)研究。建立微波誘變選育高產(chǎn)乳酸菌的技術(shù)方法,并設(shè)計(jì)研制了相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行乳酸高產(chǎn)菌株的選育;采用生理生化和分子生物學(xué)方法對(duì)突變菌種進(jìn)行表征,深入探討微波誘變?nèi)樗峋倪^程和機(jī)制,考查微波場(chǎng)中影響高產(chǎn)乳酸菌選育的主要因素及影響規(guī)律,同時(shí),對(duì)玉米淀粉工業(yè)廢水用于發(fā)酵制備乳酸工藝進(jìn)行了研究,并將活性炭纖維(ACF)作為固定乳酸菌載體引入發(fā)酵體系,建立了ACF的HNO3-Fe(Ⅲ)改性方法,選擇315型陰離子交換樹脂對(duì)發(fā)酵液中的乳酸進(jìn)行分離提取。 本研究采用干酪乳桿菌鼠李糖亞種(Lactobacillus casei subsp.)X1-12作為原始出發(fā)菌種,自行設(shè)計(jì)一種功率連續(xù)可調(diào)水循環(huán)冷卻式微波輻照育種裝置,用以抵消微波輻照時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng),在低功率微波條件下,對(duì)干酪乳桿菌X1-12進(jìn)行誘變處理,在微波功率400W,輻照時(shí)間3min的誘變條件下,篩選得到一株突變株W4-3-9,L-乳酸產(chǎn)量為115.8g/L,比出發(fā)菌株提高了58.0%,連續(xù)遺傳10代,產(chǎn)酸性狀穩(wěn)定。通過對(duì)微波輻照前后乳酸菌細(xì)胞表面形態(tài)和遺傳物質(zhì)DNA形貌的AFM觀察對(duì)比可知,微波輻照前乳酸菌表面有明顯凸起,而輻照后乳酸菌表面光滑,且遺傳物質(zhì)DNA有明顯的開環(huán)和斷裂情況。進(jìn)一步對(duì)出發(fā)菌株X1-12和突變株W4-3-9進(jìn)行了AFLP DNA指紋圖譜分析,聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果顯示出差異條帶,并對(duì)d21差異帶進(jìn)行測(cè)序,在GenBank中進(jìn)行BLAST序列類似性檢索,得出該差異序列與乳酸脫氫酶序列相似,說明微波輻照后乳酸脫氫酶的酶切位點(diǎn)發(fā)生了變化。 將選育的高產(chǎn)L-乳酸菌種W4-3-9應(yīng)用于淀粉工業(yè)廢水為原料制備乳酸工藝中,其結(jié)果表明:玉米浸泡廢水與工藝廢水體積配比為3:7、葡萄糖添加量70g/L、初始pH 6.8、接種量5%、在溫度37℃下厭氧發(fā)酵72h,L-乳酸產(chǎn)量可達(dá)62.28 g/L,并且發(fā)酵過程對(duì)廢水的COD有45%的去除,NH4+-N去除率75%。 對(duì)淀粉廢水中的微生物進(jìn)行平板稀釋法分離,初步鑒定廢水中存在酵母菌、霉菌、葡萄球菌、芽孢桿菌四類主要微生物。研究微波輻照對(duì)淀粉廢水培養(yǎng)基殺菌條件,達(dá)到培養(yǎng)基細(xì)菌總數(shù)為0cfu/mL時(shí),微波功率為500W,輻照時(shí)間100s。廢水培養(yǎng)基中總糖、還原糖、蛋白質(zhì)營養(yǎng)成分滅菌后損失率為:11.76%、18.77%和7.42%,優(yōu)于高壓蒸汽滅菌的營養(yǎng)成分損失。 實(shí)驗(yàn)選擇315型陰離子交換樹脂對(duì)發(fā)酵液中的乳酸進(jìn)行分離提取,通過吸附等溫線實(shí)驗(yàn)及上柱條件與洗脫條件優(yōu)化,最終確定最佳上柱流速為1.5BV/h、上柱pH1.9、洗脫劑為去離子水、洗脫流速為1BV/h。在實(shí)現(xiàn)乳酸與乙酸、檸檬酸、丙酮酸及葡萄糖等良好的分離基礎(chǔ)上,乳酸純度從原發(fā)酵液中的72.4%提高到85.3%,從吸附到洗脫,全過程中乳酸提取率為79.2%。 采用固定化菌體發(fā)酵法,研究ACF載體影響乳酸菌固定化的影響因素。實(shí)驗(yàn)用濃HCl、H2SO4、HNO3及FeCl3對(duì)ACF表面進(jìn)行改性,并對(duì)改性前后的ACF進(jìn)行XPS射線衍射表征和表面菌膜厚度掃描電鏡觀察,HNO3-Fe(Ⅲ)協(xié)同改性后單絲菌膜厚度為40μm。ACF表面酸性含氧官能團(tuán)增加,表面正電荷也增加,改性后ACF表面特性能很好地促進(jìn)乳酸菌的吸附固定,固定乳酸菌的ACF載體用于發(fā)酵過程,發(fā)酵時(shí)間縮短到48h,L-乳酸產(chǎn)量68.6g/L較無載體發(fā)酵的L-乳酸量增加了6.4 g/L,同時(shí)為后序乳酸發(fā)酵液分離提供了良好條件。 實(shí)驗(yàn)表明:玉米淀粉生產(chǎn)廢水作為發(fā)酵培養(yǎng)基,改性ACF作乳酸菌載體,采用陰離子交換樹脂吸分離提取發(fā)酵液中乳酸,整個(gè)工藝可以實(shí)現(xiàn)淀粉廢水的資源化、無害化,具有經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙重效益。
【圖文】：

圖 1-1 玉米淀粉生產(chǎn)廢水節(jié)點(diǎn)Fig. 1-1 The node of corn starch wastewater in production淀粉工業(yè)廢水作為食品工業(yè)中污染最嚴(yán)重的廢水之一，對(duì)廢水進(jìn)行資源、無害化處理，將其中物質(zhì)回收起來進(jìn)行綜合利用也有如下報(bào)道：國內(nèi)部分企業(yè)利用亞硫酸浸泡廢水濃縮做玉米漿或提取植酸鈣鎂，其ODCr濃度還在 15000～18000mg/L，甚至高達(dá) 20000mg/L 以上[15]。李素玉等6]利用好氧微生物白地霉和擬內(nèi)孢霉凈化玉米淀粉生產(chǎn)廢水，生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白SCP），并在氧氣充足條件下，廢水中自然存在的微生物與這兩種菌協(xié)同作，可使廢水 COD 除去率達(dá)到 90%以上。加無機(jī)鹽 KH2P04可提高白地霉和擬孢霉對(duì)玉米淀粉廢水的凈化效率。王宇光等[17]利用固定化紅曲霉處理粉絲生產(chǎn)廢水的同時(shí)，可生產(chǎn)天然紅色。粉絲生產(chǎn)廢水的 COD 由 5800mg/L 降到 1600mg/L，不僅可以降低粉絲生廢水直接排放引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)每立方粉絲廢水可生產(chǎn)天然紅曲色 200～250g。

析、電滲析、中空纖維超濾膜、反滲透膜的膜法分離。1.5.6.1 鈣鹽法提取乳酸提取乳酸最成熟的方法就是乳酸鈣結(jié)晶-酸解工藝。該工藝的流程圖見圖1-3。第04期 徐偉：微波誘變?nèi)樗岣弋a(chǎn)菌選育及淀粉廢水發(fā)酵制乳酸工藝研究 B027-47-31
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張悅;淀粉廢水資源化處理中微波滅菌工藝及機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2689848