CN108996705A - 一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法及所得产物的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法及所得产物的应用，该转化方法包括：(1)生物反应器中装入含富营养化物质的水体，并补加碳源；(2)生物反应器中接种可饲用真菌，在室温下间歇培养1～3d或连续培养，使富营养化物质同化为新增殖的菌丝球的组成部分；(3)以新增殖的菌丝球制备动物饲料。该物质富含蛋白质、多糖及其它生物活性成分，可促进动物生长和抑制病原菌与保障动物健康。本发明一方面再利用水体中富营养化物质，减少了污染物排放，实现了水环境净化；另一方面获得了营养丰富且对动物有保健功能的真菌菌丝体产品。既保护了水环境，又获得了优质动物饲料，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法及所得产物的应用，具体是通过添加碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质得到菌体蛋白产物，属于环境保护与资源循环利用领域。
背景技术
水体富营养化已成为备受关注的全球性环境污染问题，据统计，在欧洲受调查的96个湖泊、水库中，有80％受到氮、磷的污染，呈现富营养化状态。中国富营养化和重富营养化湖泊亦达湖泊总量66％和22％，其中也包括中国著名的五大淡水湖及旅游景点西湖等景观水体。总氮和总磷浓度分别高达20mg/L和1.5mg/L。
微生物修复技术在水体净化中发挥着重要作用，因使用方便、不需要增加工程量和处理效果较好等优点，成为环境领域的研究热点之一。该技术利用微生物分解代谢作用实现对水中污染物转移、转化及降解，净化水体。例如，通过反硝化作用将氨氮和亚硝酸盐等转化为氮气和一氧化二氮等。戴志东(CN201610294795.0)利用了硝化杆菌的分解代谢，实现了养殖水体的净化。但该过程会消耗大量的碳源而释放出温室气体二氧化碳，且一氧化二氮等代谢产物可能造成严重的大气污染。
生物絮团技术是依靠微生物的合成代谢作用，借助适当比例的碳源，同化吸收水体中的营养性污染物，形成可被养殖动物饲用的菌体蛋白，并降低水体污染物浓度。然而，生物絮团含有丰富的微生物种类，要实现有效的人工控制是十分困难的，因此其成分复杂多变，不利于资源化。
真菌为单细胞或多细胞异养真核微生物，常见的是各类蕈类(大型真菌)，也包括霉菌和酵母，绝大多数对人类有益，如制酱、酿酒、食品加工、发酵饲料和环境保护等。例如，戴志东(CN201610294795.0)将白腐真菌与其他微生物混合到饲料中，发酵生产蛋白质，为水产动物提供生存资源。王圃等(CN201510382860.0)利用了固定化白腐真菌除藻控藻，去除水体中的叶绿素类污染物。其中，真菌多糖是由真菌所产生的一种重要的高分子化合物，安全无毒、理化性质独特，有多方面的生物活性，可增强细胞和机体免疫等作用。真菌的蛋白和多肽种类丰富，具有核糖体失活、抗病毒和免疫调节等生物活性。由于真菌多糖和蛋白的生产周期短，不受季节和地域限制，具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景。在现代畜牧业中的应用实践证明，真菌多糖和蛋白提取物可明显促进畜禽生产能力的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法及所得产物的应用，其是通过外加碳源强化可饲用真菌的同化作用，去除水体中的富营养化物质。一方面再利用水体中富营养化物质，减少了污染物排放，实现了水环境净化；另一方面获得了营养丰富且对动物有保健功能的真菌菌丝体产品。既保护了水环境，又获得了优质动物饲料，具有广泛的应用价值。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法，包括如下步骤：
(1)在生物反应器中装入含富营养化物质的水体，同时补加碳源；
(2)向生物反应器中接种可饲用真菌的菌丝球或菌丝块，在室温下间歇培养1～3d或连续培养，使富营养化物质同化为新增殖的菌丝球的组成部分，如菌体蛋白和多糖及其它生物活性物质；
(3)收集新增殖的菌丝球用于制备动物饲料。
进一步地，本发明的步骤(1)中，所述生物反应器包括三角瓶(200mL～2L)、发酵罐(20L～1000L)或反应槽(1m3～1000m3)及其它各种形状的培养容器，此外，生物反应器配置有搅拌或曝气装置。搅拌装置的搅拌速度为20～200转/分钟，曝气装置使水体中溶解氧达到2～8mg/L。
进一步地，本发明的步骤(1)中，所述含富营养化物质的水体中富营养化物质包括氨氮、硝态氮和含氮有机物，及磷酸盐和有机磷，含富营养化物质的水体中氮元素含量为2～1000mg N/L，磷元素含量为0.1～100mg P/L。
进一步地，本发明的步骤(1)中，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、麦芽精和糖蜜，及其它可分解为单糖、二糖及小分子糖类的天然有机物或天然有机物的加工产物，加入的碳源量相当于葡萄糖0.02～20g/L。
进一步地，本发明的步骤(2)中，所述可饲用真菌包括丝状真菌和大型真菌，优选为虫生真菌，该真菌一方面对氮源的需求量大，另一方面可产生菌体蛋白和多糖及其它对养殖动物有保健作用的物质。
进一步地，本发明的步骤(2)中，所述菌丝球为真菌在液体培养基中形成的菌丝球；所述的菌丝块为真菌在固体培养基表面上挑取的菌丝块。菌丝球或菌丝块以0.4％～5％的接种量接入相应的三角瓶、发酵罐或反应槽类生物反应器中。
进一步地，本发明的步骤(2)中，所述间歇培养是指生物反应器为装一次水，排一次水，如此重复；所述的连续培养是指生物反应器为不断进水和不断排水。
进一步地，本发明的步骤(3)中，所述新增殖的菌丝球采用孔径0.2～2mm的纱布或过滤袋收集，新增殖菌丝球得率为10～500g/L。
一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法制得的菌丝球产物在动物饲料上的应用，包括直接以新增菌丝球饲喂养殖动物，或将新增菌丝球混入饲料中后再饲喂养殖动物。
本发明的技术原理为：在碳源充足的条件下，真菌依靠合成代谢从水体中大量吸收氮磷等营养元素，实现自身快速增殖生长，形成菌体蛋白和多糖及其它生物活性物质，达到富营养化物质资源化利用的目的。该合成代谢是将氨氮和硝态氮等转化为菌体蛋白，而不是转化为氮气和一氧化二氮，且补充的碳源被转化为真菌多糖。
以常用的热水提取法分离出菌丝球中的粗多糖和粗蛋白质，以常用的苯酚-硫酸法测得其真多糖含量为2％～12％，以考马斯亮蓝法测得真菌蛋白含量为2％～10％。采用国标方法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测得水相的剩余总氮浓度为0.5～20mg/L，对应的总氮去除率为60％～90％。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)所制备的菌丝球产量大，新增殖的菌丝球中菌体蛋白和多糖含量高。
(2)本发明中以廉价易得的碳源“换取”水体中宝贵的氮磷资源，既获得了有价值的蛋白质和多糖及其它生物活性物质等高附加值产品，又能减少氮磷带来的富营养化问题，兼具有经济效益和环保效益。
(3)本发明中的饲用真菌含有大量对养殖动物有保健作用的物质，非常适合作为动物饲料使用。
(4)本方法中的物质转化效率高，操作简便，产出投入比高，一般野外现场均可进行，因此易于推广。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)在1L三角瓶中装入人工配置的富营养化水样400mL，其中含有硫酸铵135mg/L(110mg N/L)。同时补加葡萄糖至550mg/L，并以不补加葡萄糖的作对照组。
(2)向三角瓶中接种虫草菌的菌丝球悬浮液20mL，其菌丝球湿重为4g，在摇床上于160转/分钟、28℃间歇培养3d，期间该菌丝球不断从水相中吸收利用碳源和硫酸铵等，生成新的菌丝球；同时观察发现，因缺乏碳源，对照组没有新的菌丝球产生。
(3)采用孔径为0.8mm的纱布过滤收集菌丝球后，转移至定性滤纸上于烘箱内75℃完全干燥1h，即得虫草菌动物饲料5.6g。采用热水法提取其中的多糖和蛋白质，以苯酚-硫酸法测得其虫草多糖含量为9.2％，以考马斯亮蓝法测得虫草蛋白含量为8.5％。以碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测得水相的剩余总氮浓度为14mg/L，对应的总氮去除率为89.6％。直接以烘干的菌丝球饲喂养殖动物。
本工艺的特点是：适用于开展对富营养化水体转化潜力的分析、预判和条件优化，为后续大规模工程应用奠定基础。
实施例2
(1)向容积为1.4m3的反应槽中注入含养殖鱼塘水1.2m3，其中总氮2.8mg/L，总磷1.1mg/L。同时补加葡萄糖至550mg/L，并以不补加葡萄糖的作对照组。
(2)向反应槽中接种虫草菌的菌丝球悬浮液120L，其菌丝球湿重为24kg，连续曝气保持溶解氧浓度大于3.0mg/L，在室温下间歇培养1d，期间该菌丝球不断从水相中吸收利用碳源和氮磷等，生成新的菌丝球；同时观察发现，因缺乏碳源，对照组仅有少量新菌丝球产生。
(3)采用过滤袋(直径50cm，深度60cm，孔径0.8mm)收集菌丝球后，自然渗干至无水滴出，即得鲜新虫草菌动物饲料180kg。采用热水法提取其中的多糖和蛋白质，以苯酚-硫酸法测得其虫草多糖含量为10.2％，以考马斯亮蓝法测得虫草蛋白含量为9.0％。以碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测得水相的剩余总氮浓度为0.58mg/L，对应的总氮去除率为79.3％；以过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法测得水相的剩余总磷浓度为0.10mg/L，对应的总磷去除率为90.9％。将鲜新菌丝球混入饲料中后再饲喂养殖动物。
本工艺的特点是：实现了水体的富营养化物质的规模化回收利用，及动物饲料的大批量生产，同时为其它应用工程提供建设运行参数。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种以碳源促进可饲用真菌转化水体富营养化物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在生物反应器中装入含富营养化物质的水体，同时补加碳源；
(2)向生物反应器中接种可饲用真菌的菌丝球或菌丝块，在室温下间歇培养1～3d或连续培养，使富营养化物质同化为新增殖的菌丝球的组成部分；
(3)收集新增殖的菌丝球用于制备动物饲料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，生物反应器包括三角瓶、发酵罐或反应槽，所述生物反应器还配置有搅拌装置或曝气装置，所述搅拌装置的搅拌速度为20～200转/分钟，所述曝气装置使水体中溶解氧达到2～8mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，富营养化物质包括氨氮、硝态氮和含氮有机物，及磷酸盐和有机磷，含富营养化物质的水体中氮元素含量为2～1000mg N/L，磷元素含量为0.1～100mg P/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碳源为葡萄糖、蔗糖、麦芽精和糖蜜，及其它可分解为单糖、二糖及小分子糖类的天然有机物或天然有机物的加工产物，加入的碳源量相当于0.02～20g/L葡萄糖。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，可饲用真菌包括丝状真菌和大型真菌。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可饲用真菌为虫生真菌。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，菌丝球为真菌在液体培养基中形成的菌丝球；菌丝块为真菌在固体培养基表面上挑取的菌丝块，菌丝球或菌丝块以0.4％～5％的接种量接入生物反应器中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，间歇培养是指生物反应器为装一次水，排一次水，如此重复；所述的连续培养是指生物反应器为不断进水和不断排水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，新增殖的菌丝球采用孔径0.2～2mm的纱布或过滤袋收集，新增殖菌丝球得率为10～500g/L。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法制得的菌丝球产物在动物饲料上的应用，该应用包括直接以新增殖的菌丝球饲喂养殖动物，或将新增殖的菌丝球混入饲料中后再饲喂养殖动物。
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