CN102674560A

CN102674560A - 一种生物降解白酒厂黄水的工艺

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Publication number: CN102674560A
Application number: CN2012101696815A
Authority: CN
Inventors: 张志才; 任晓锋; 刘丹; 申王莉
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: CN102674560B

Abstract

本发明公开了一种生物降解白酒厂黄水的工艺，涉及生物工程技术领域。即利用米曲霉作为出发菌株，通过生物发酵工艺降低酒厂黄水COD的工艺。其工艺流程是米曲霉菌种经过液体摇瓶培养、一级种子培养、接入到稀释的白酒厂黄水中，进行发酵培养。采用此方法COD去除率可达到60～98%，BOD去除率达到90～99%，pH由原始3.5升至7.0～8.0，产生的废水经过离心和分子截留，可以获得用作饲料添加剂的菌体和活性分子。

Description

一种生物降解白酒厂黄水的工艺

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，特指利用米曲霉降解酒厂黄水。将原酒厂黄水稀释3～10倍后接入米曲霉菌种降解废水中的COD。米曲霉降解后，废水COD去除率可达到60～98%，BOD去除率达到90～99%，pH由原始pH升至7.0，同时降解后的废水可以提取出菌丝体和活性成分用作饲料添加剂。

背景技术

白酒在中国有着超过千年的传统历史，近年来，随着白酒行业的迅速发展，其带来的环境问题也日益严重。尽管我国探索治理白酒生产废水已有一定的年限，但总体来说情况并不乐观。国内现有固态发酵法白酒生产企业对发酵工艺部分产生的黄水，未进行综合利用，其有机物浓度较高，污染很大；如若直接排放不仅造成极大的资源浪费，而且对周边环境造成严重影响。

目前，国内再利用白酒酿造黄水主要有以下几种方式：一是将黄水经沉淀、过滤、脱色后直接用于调味。二是利用黄水、酒尾、大曲粉、食用酒精按比例混合后通过串蒸提香。三是利用生物酶酯化技术对黄水进行酯化，将有机酸等成分转化为酯类等白酒香味成分的混合液，制备得到的酯化液可进行串蒸提香，灌窖，可提高基酒中香味物质的含量。四是将黄水用于保养窖池。然而这些处理方式，虽可提升总酯、总酸含量及香味，但只能回收黄水中的低沸点的物质，利用率较低，且处理周期较长，酯化后的废液仍待进一步处理，仍然要面对直接排放污染环境的现实。故仍需对黄水进行深度处理，彻底解决黄水的污染问题。

除此之外，酿造废水的色度去除是一个难题，特别是酒糟废液，经厌氧处理后，废水呈黑褐色白酒生产废水深度处理方法有：吸附法，膜过滤法，催化氧化法，混凝沉淀法等。吸附法常用活性炭，粉煤灰，沙滤等为吸附剂。周小波等采用Fenton试剂对酒精废水生物法处理的出水进行催化氧化，处理后的废水CODcr去除率为60%。陈丽春采用臭氧氧化法深度处理酒精废水，通过臭氧的强氧化性，去除难降解有机物，出水水质优于一般单纯生物法。采用臭氧法无需投加任何药剂，无二次污染，但大规模处理废水时，成本相应也会增大。

采用生物强化技术处理有毒、难降解的有机物废水也受到关注。目前生物强化技术的方法方式很多，如直接投加特效降解微生物。米曲霉能分泌多种酶类如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、植酸酶、糖化酶等，因此该菌在现代工业中的应用领域不断扩展。Tejomyee S. B.等人从被久效磷污染的土壤中分离得到米曲霉，研究其对农药久效磷的生物降解作用，研究结果表明在较短时间里米曲霉对久效磷降解具有高效性。Truong Q.T.等人研究了用米曲霉处理含有高浓度悬浮体的木薯淀粉加工废水中的情况，通过改变多种影响米曲霉生长的因素来提高其对废水的降解效率，其降解率可高达90%。Xiang J.M.等人从烟叶中分离得到了能降解尼古丁的米曲霉，研究利用米曲霉的静息细胞分析对尼古丁的降解途径。通过对降解过程中间产物的分析，最终确定了利用真菌降解尼古丁的新途径。Parshetti G.K.等人研究了米曲霉NCIM-1146对活性蓝-25的生物降解作用。研究发现活性蓝的脱色是通过真菌的吸收然后才被降解的，在摇床培养条件下比静置培养具有较快的吸收和脱色。添加葡萄糖后提高了米曲霉对活性蓝的降解。由此可见米曲霉具有降解较难降解有机物的能力。

本发明人经过深入的研究，摸索出一种以米曲霉作为出发菌株，降解白酒厂黄水的方法。该方法不同于过去的方法在于所使用的菌种是被美国食品药物管理局(FDA)和美国饲料公定协会(AAFCO)、我国农业部认定的可以直接饲喂动物的饲料级微生物添加剂的米曲霉菌种，降解白酒厂黄水，同时得到菌体蛋白和含有一种或几种酶制剂（糖化酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶）等发酵液的活性成分。这些菌体和活性成分可以作为饲料添加剂。

发明内容

本发明提供的是米曲霉降解酒厂黄水的生物技术。酒厂黄水经过米曲霉降解后，其pH明显升高至碱性，COD去除率可达到60～98%，BOD去除率达到90～99%。

本发明所述的降解黄水的工艺,按照下述步骤进行：以米曲霉为出发菌株，进行试管扩大培养、液体摇瓶培养、一级种子培养和降解黄水，降解后的废水经过离心获得的米曲霉菌丝体，滤液经过分子截留获得多种生物活性分子，这些菌丝体和生物活性分子可以用在饲料添加剂中。

本发明所用的菌种是米曲霉任何一种菌种，如中国普通微生物菌种保藏管理中心（CCGMC）、中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)、中国工业微生物菌种保藏管理中心 (CICC)、中国医学微生物菌种保藏管理中心(CMCC)、国家兽医微生物菌种保藏中心 (CVCC)和抗生素菌种保藏管理中心等等保藏的菌种。

其中所述的的试管扩大培养基为马铃薯蔗糖培养基。

其中所述的液体摇瓶培养和一级种子培养的培养基均为(克/升)：葡萄糖5～30，酒石酸铵0.1～5，苯甲醇0.2～3，硫酸镁0.2～1，吐温80 0.5～10，磷酸二氢钾2～9，邻苯二甲酸3～18克，pH 5～8，120～140℃灭菌20～40分钟；

其中所述的摇瓶培养工艺条件为，接种一环米曲霉试管斜面孢子于装有16～48%（体积比）的摇瓶培养基的三角瓶中，在转速：150转/分，温度25～35℃，培养24～72小时；

其中所述的一级种子培养工艺为，按1～20%（体积比）的接种量将摇瓶培养种子液接种到一级种子培养基中，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养18～72小时；

其中所述的降解黄水工艺为：培养基的组成为：葡萄糖0.5～3千克，黄豆饼粉0.5～2千克；硫酸铜5～15克，硫酸亚铁5～15克，硫酸锰5～20克，上述原料加入到稀释3～10倍的黄水1000L（黄水原来的COD_CR＝35000mg/L）；降解工艺如下：按2～20%（种子液体积/废水体积）接种一级液体菌种，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养36～168小时。

其中上述降解黄水工艺中的培养基各成分可以按此比例放大；

其中所述的的黄水是任意一种固态发酵白酒厂的黄水，如五粮液、茅台、洋河、今世缘等白酒。

使用该工艺废水降解后，COD去除率可达到60～98%，BOD去除率达到90～99%，pH由原始pH升至7.0。

根据本发明所述的发酵培养工艺，结合本领域的基本知识，可以根据生产需要，增加二级、三级甚至四级种子罐，进一步扩大固态发酵生产规模，以进行工业化生产。二级、三级甚至四级种子罐采用的培养基与摇瓶培养基和一级种子培养基相同，接种量为5～20%，培养条件同于一级种子培养，

其中所述的降解后的废水经过离心获得的米曲霉菌丝体，滤液经过分子截留获得多种生物活性分子，按照下述步骤进行：将上述的米曲霉降解的酒厂黄水，3000～6000rpm离心5～20分钟，获得菌丝体，菌丝体烘干，保存；滤液，通过分子量5000～10000的膜截留浓缩50～100倍，-20℃冷冻干燥，得到大分子的活性成分。

此工艺处理酒厂黄水优点在于采用的菌种是农业部认定的可以直接饲喂动物的饲料级微生物添加剂的米曲霉，因此获得菌体和酶制剂可以作为饲料添加剂，使得黄水得以资源化，降低了废水处理的成本。

附图说明

图1为本专利的工艺流程图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案所涉及的材料及工艺，给出了以下实施例，但是这些实施例不以任何形式限制本发明的范围。

本发明采用的COD_CR测定方法为：准确移取10mL水样和90mL蒸馏水于250mL锥形瓶中，加10mL H₂SO₄(1:3)，并准确加入10.00mL 0.002 mol/L KMnO₄溶液，将锥形瓶放入沸水浴中加热30分钟（加热过程中若观察到红色褪去，应适量补加高锰酸钾溶液），水浴液面要高于锥形瓶内的液面，使其中的还原性物质被充分氧化。取出后，溶液应为浅红色，立即准确加入0.005mol/L Na₂C₂O₄标准溶液10.00mL，红色应完全退去。然后在70～80℃下用高锰酸钾溶液滴定至微红色，30秒内不褪色即为终点（终点时溶液温度不应低于60oC）。记录高锰酸钾溶液用量。以10mL蒸馏水代替水样重复上述实验记录高锰酸钾的量，作为空白试验。 COD根据下列公式计算：

其中：V₁：滴定水样时高锰酸钾溶液消耗量（mL）；V：空白滴定时高锰酸钾溶液消耗量；M：高锰酸钾溶液的浓度。

实施例1

1、试管斜面菌种的制作

在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环米曲霉菌种（Aspergillus oryzae）（中国普通微生物菌种保藏管理中心，CGMCC5992），26℃，培养时间50小时；4℃保存备用。

2、液体摇瓶培养菌种的制作

精确称取葡萄糖5克，酒石酸铵0.1克，苯甲醇0.2克，硫酸镁0.2克，吐温80 0.5克，磷酸二氢钾2克，邻苯二甲酸缓冲液3克，水1000 mL, pH 5，分装250mL三角瓶，每瓶50mL，共20瓶，120 ℃灭菌 40分钟；冷却后，每瓶接入一环4℃保存的米曲霉菌种，在25℃，150转/分，培养 72小时；

3、一级液体菌种的制作

精确称取葡萄糖50克，酒石酸铵1克，苯甲醇2克，硫酸镁2克，吐温80 5克，磷酸二氢钾20克，邻苯二甲酸30克，水10L，装于15L的种子罐中，120℃灭菌20分钟；灭菌冷却后，在温度25 ℃，搅拌转速50 转/分，通气量0.2 ：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养 72小时；

4、黄水降解

稀释3倍的江苏洋河酒厂黄水1000L，加入葡萄糖0.5千克，黄豆饼粉0.5千克；硫酸铜5克，硫酸亚铁5克，硫酸锰5克，；接入2%（种子液体积/废水体积）接种一级液体菌种，在温度25℃，搅拌转速60转/分，通气量0.3：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养44小时后，废水COD去除率可达到65%，BOD去除率达到90%，pH由原始pH升至7.0。

5、菌体与活性物质提取

上述的米曲霉降解的酒厂废水，3000rpm离心6分钟，获得菌丝体，菌丝体烘干，保存。滤液，通过分子量5000的膜截留浓缩50倍，-20℃冷冻干燥，得到大分子的活性成分。该活性成分含有以下一种或几种酶：如糖化酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶。菌体和胞外活性成分共重4.9千克。由于许多文献（刑来君，普通真菌学，1999年）已经报道，米曲霉能够分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、植酸酶、糖化酶等多种酶类，因此推测该活性成分含有以下一种或几种酶：如糖化酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶。菌体和胞外活性成分共重2～5千克。

实施例2

1、试管斜面菌种的制作

在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环米曲霉菌种（Aspergillus oryzae），30℃，培养时间100小时；7℃保存备用。

2、液体摇瓶培养菌种的制作

精确称取葡萄糖150克，酒石酸铵250克，苯甲醇15克，硫酸镁0.4克，吐温80 4克，磷酸二氢钾5克，邻苯二甲酸缓冲20克，水10 L, pH 6，分装250mL三角瓶，每瓶100克，共100瓶，130℃灭菌30分钟；冷却后，每瓶接入一环7℃保存的米曲霉菌种，在30℃，150转/分，培养50小时；

3、一级液体菌种的制作

精确称取葡萄糖2000克，酒石酸铵200克，苯甲醇150克，硫酸镁60克，吐温80 60克，磷酸二氢钾400克，邻苯二甲酸1000克，水100L，装于130L的种子罐中，130℃灭菌30分钟；冷却后，在温度30℃，搅拌转速125转/分，通气量1：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养50小时；

4、黄水降解

稀释7倍的江苏今世缘酒业股份有限公司的黄水1000L，葡萄糖2千克，黄豆饼粉1.2千克；硫酸铜10克，硫酸亚铁10克，硫酸锰12克；按13%（种子液体积/废水体积）接种一级液体菌种，在温度30℃，搅拌转速120转/分，通气量1：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养100小时。此时COD去除率可达到89%，BOD去除率达到95%，pH由原始pH升至7.0。

5、粗酶制品的制备

米曲霉降解的江苏今世缘酒业股份有限公司的酒厂废水，4500rpm离心15分钟，获得菌丝体，菌丝体烘干，保存。滤液，通过分子量8000的膜截留浓缩70倍，-20℃冷冻干燥，得到大分子的活性成分。该活性成分含有以下一种或几种酶：如糖化酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶。菌体和胞外活性成分共重3.5千克。

实施例3

1、试管斜面菌种的制作

在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环米曲霉菌种（Aspergillus oryzae），35℃，培养时间144小时；10℃保存备用。

2、液体摇瓶培养菌种的制作

精确称取葡萄糖300克，酒石酸铵50克，苯甲醇30克，硫酸镁10克，吐温80 100克，磷酸二氢钾90克，邻苯二甲酸缓冲液180克，水10L, pH7.5，分装250mL三角瓶，每瓶120 mL，共80瓶， 140℃灭菌20分钟；冷却后，每瓶接入一环10℃保存的米曲霉菌种，在35℃，150转/分，培养72小时；

3、一级液体菌种的制作

精确称取葡萄糖1500克，酒石酸铵250克，苯甲醇150克，硫酸镁50克，吐温80 500克，磷酸二氢钾450克，邻苯二甲酸缓冲液900克，水50L，装于70L的一级种子罐中， 140℃灭菌40分钟；灭菌冷却后，在温度35℃，搅拌转速200转/分，通气量2：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养50小时；

4、二级液体菌种的制作

精确称取葡萄糖15000克，酒石酸铵2500克，苯甲醇1500克，硫酸镁500克，吐温80 5000克，磷酸二氢钾4500克，邻苯二甲酸缓冲液9000克，水500L，装于700L的一级种子罐中， 140℃灭菌40分钟；灭菌冷却后，在温度35℃，搅拌转速200转/分，通气量2：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养18小时；

5、黄水降解

原料组成为稀释10倍的黄水1000L，葡萄糖3千克，黄豆饼粉1.8千克；硫酸铜15克，硫酸亚铁15克，硫酸锰20克，按20%（种子液体积/废水体积）接种一级液体菌种，在温度34℃，搅拌转速190转/分，通气量2：1体积/体积/每分钟（通气气体体积/发酵液体积/每分钟），培养168小时。COD去除率可达到97%，BOD去除率达到99%，pH由原始pH升至7.0。

6、粗酶制品的制备

米曲霉降解的酒厂废水， 6000rpm离心20分钟，获得菌丝体，菌丝体烘干，保存。滤液，通过分子量10000的膜截留浓缩100倍，-20℃冷冻干燥，得到大分子的活性成分。该活性成分含有以下一种或几种酶：如糖化酶、蛋白酶、植酸酶、脂肪酶。菌体和胞外活性成分共重2.4千克。

Claims

1.一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于按照下述步骤进行：以米曲霉为出发菌株，进行试管扩大培养、液体摇瓶培养、一级种子培养和降解黄水，降解后的废水经过离心获得的米曲霉菌丝体，滤液经过分子截留获得多种生物活性分子。

2.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于所用的菌种是米曲霉任何一种菌种，如中国普通微生物菌种保藏管理中心（CCGMC）、中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)、中国工业微生物菌种保藏管理中心 (CICC)、中国医学微生物菌种保藏管理中心(CMCC)、国家兽医微生物菌种保藏中心 (CVCC)和抗生素菌种保藏管理中心等等保藏的菌种。

3.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的的试管扩大培养基为马铃薯蔗糖培养基。

4.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的液体摇瓶培养和一级种子培养的培养基均为(克/升)：葡萄糖5～30，酒石酸铵0.1～5，苯甲醇0.2～3，硫酸镁0.2～1，吐温80 0.5～10，磷酸二氢钾2～9，邻苯二甲酸3～18克，pH 5～8，120～140℃灭菌20～40分钟。

5.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的摇瓶培养工艺条件为，接种一环米曲霉试管斜面孢子于装有16～48%（体积比）的摇瓶培养基的三角瓶中，在转速：150转/分，温度25～35℃，培养24～72小时。

6.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的一级种子培养工艺为，按1～20%（体积比）的接种量将摇瓶培养种子液接种到一级种子培养基中，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养18～72小时。

7.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的降解黄水工艺为：培养基的组成为：葡萄糖0.5～3千克，黄豆饼粉0.5～2千克；硫酸铜5～15克，硫酸亚铁5～15克，硫酸锰5～20克，上述原料加入到稀释3～10倍的黄水1000L（黄水原来的COD_CR＝35000mg/L）；降解工艺如下：按2～20%（种子液体积/废水体积）接种一级液体菌种，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养36～168小时。

8.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的的黄水是任意一种固态发酵白酒厂的黄水，如五粮液、茅台、洋河、今世缘等白酒。

9.根据权利要求1所述的一种生物降解白酒厂黄水的工艺，其特征在于其中所述的降解后的废水经过离心获得的米曲霉菌丝体，滤液经过分子截留获得多种生物活性分子，按照下述步骤进行：将上述的米曲霉降解的酒厂黄水，3000～6000rpm离心5～20分钟，获得菌丝体，菌丝体烘干，保存；滤液，通过分子量5000～10000的膜截留浓缩50～100倍，-20℃冷冻干燥，得到大分子的活性成分。