酵母菌处理大米淀粉废水的工艺研究

励 飞，缪礼鸿，李芙蓉

(1.武汉工业学院生物与制药工程学院，湖北武汉，430023;2.武汉工业学院化学与环境工程学院，湖北武汉，430023)

酵母菌处理大米淀粉废水的工艺研究

励 飞1，缪礼鸿1，李芙蓉2

(1.武汉工业学院生物与制药工程学院，湖北武汉，430023;2.武汉工业学院化学与环境工程学院，湖北武汉，430023)

研究了利用不同酵母菌株处理大米淀粉废水的效果，以及温度、pH、摇床转速对废水处理的影响。结果表明：利用产朊假丝酵母1087处理大米淀粉废水效果最佳。在不灭菌条件下，酵母菌接种量为5%、培养温度30℃、转速160 r/min的情况下，培养24 h后，大米淀粉废水pH从初始4.0上升至8.15，COD从6250 mg/L降为3087 mg/L，COD去除率为50.5%。产朊假丝酵母1087在大米淀粉废水中连续传代5次均能保持稳定。

产朊假丝酵母;大米淀粉废水;生物处理

大米淀粉废水是大米生产淀粉或淀粉糖浆的工业废水，其主要部分是大米浸泡水，废水中含有丰富的营养物质，由于其COD含量高，易酸化的特点，直接进行厌氧处理需要添加大量的碱调节pH，废水处理成本高，同时会产生大量污泥。酵母菌具有耐酸、耐高渗透压、耐高浓度有机底物等特性，并且具有污泥负荷高、剩余污泥可回收用作饲料蛋白等突出的优越性，因而可用于多种高浓度有机废水的处理，既可减轻废水的污染负荷，又可实现废水资源化利用。目前，国内外已有不少研究者开展了利用酵母菌处理有机废水的报道［1－3］。

本文报道了一株产朊假丝酵母直接用于大米淀粉废水的生物处理，并研究了废水处理的影响因子。

1 材料与方法

1.1 菌种

产朊假丝酵母(Candida utilis)1087，挪威毕赤酵母(Pichia.pastoris)TQ－1，东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)XQ－2，酒精酵母(Saccharomyces cerevisiae)BYB－2，东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)Z3，啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)均由本实验室提供，安琪饲料酵母(Saccharomyces cerevisiae)为市购菌种。

1.2 主要试剂

(1)0.1%标准葡萄糖溶液：准确称取1.0000 g无水葡萄糖(101℃干燥2 h)，蒸馏水溶解，加入5 mL浓盐酸，定容至1000 mL。

(2)0.250 N重铬酸钾消解液：准确称取经过120℃烘干2 h的分析纯K2Cr2O712.259 g，溶于约50 mL蒸馏水中，边搅拌边缓慢加入浓硫酸100 mL，冷却后移入1000 mL容量瓶中，加入30 g固体硫酸汞，蒸馏水定容。

(3)试亚铁灵指示剂溶液：分别精确称取1.485 g邻菲啰啉和0.695 g FeSO4·6H2O，稀释至100 mL，贮存于棕色试剂瓶中。

(4)0.250 mol/L重铬酸钾标准液：准确称取经120℃烘干2 h的基准纯 K2Cr2O712.259 g，蒸馏水溶解后，移入1000 mL容量瓶，蒸馏水定容。

(5)0.05 N硫酸亚铁铵：称取21.0 g分析纯(NH4)2Fe(SO4)·6H2O溶于蒸馏水中，边搅拌边缓慢加入20 mL浓硫酸，待冷却后，移入1000 mL容量瓶中，蒸馏水定容。

(6)COD消解硫酸：称取10 g硫酸银于容量瓶中，加入1000 mL浓硫酸，放置1—2 d溶解。

(7)DNS试剂：分别取6.3 g DNS和262 mL 2 mol/L NaOH溶液。加至500 mL含有185 g酒石酸钾钠热水溶液中，再加入5 g结晶酚和5 g亚硫酸钠，搅拌溶解冷却，加水定容至1000 mL，贮存于棕色瓶中备用。

1.3 培养基

土豆培养基(PDA)：200 g马铃薯，洗净去皮切碎，加水1000 mL煮沸0.5 h，纱布过滤，加入20 g葡萄糖，pH自然，固体培养基中加入2%琼脂，115℃灭菌30 min。

1.4 实验原料

淀粉废水：取自武汉市郊某大米淀粉糖加工企业的大米浸泡废水。

1.5 仪器

PHS－3C酸度计(杭州东星仪器设备厂);垂直流超净工作台(ZHTH－1112型，上海智成分析仪器制造有限公司);立式压力蒸汽灭菌器(YXQ－2S－30－S11型，上海博讯实业有限医疗设备厂);电热恒温培养箱(JC303－4型，上海沪验仪器有限公司);35℃恒温摇床(HQ45B型，中国科学院武汉科学仪器厂);恒温水浴锅(HHSZ－1－2，武汉市琴台医疗器械厂);冷冻离心机;恒温真空干燥箱;生物显微镜;血球计数板。

1.6 实验方法

1.6.1 菌种活化

采用PDA固体培养基进行划线活化，然后接2环于100 mL PDA液体培养基，30℃、160 r/min培养 24 h，血球计数板计数［4］。

1.6.2 酵母的筛选

取100 mL淀粉废水分别装入10个250 mL三角瓶，然后分别接入活化好的酵母菌5%(约107/mL)，初始 pH 4.0，经过 30 ℃、160 r/min、24 h培养血球计数板计数。经过4000 r/min离心机离心，上清液进行COD测定。

1.6.3 发酵的最佳条件确定

(1)最佳温度

取100 mL淀粉废水于250 mL三角瓶中，采取5%的酵母接种量，采用不同培养温度(26℃，30℃，35℃)，160 r/min、24 h培养血球计数板计数。比较酵母菌数，经过4000 r/min离心机离心，测定上清液COD，从而确定最佳发酵温度。

(2)最佳初始pH

过低的pH会对酵母的生长有一定影响，通过添加石灰调节不同初始 pH(4.0，4.5，5.0)，以 5%的酵母接种量，培养温度30℃，摇床160 r/min发酵24 h，比较发酵终点pH以及酵母菌数确定最佳初始pH。

(3)最佳摇床转速

取100 mL淀粉废水于250 mL三角瓶中，按5%的酵母接种量，初始 pH4.0，培养温度30℃，不同摇床转速(120 r/min，140 r/min，160 r/min，180 r/min，200 r/min)、摇床培养24 h，以血球计数板计酵母菌数为指标，确定发酵的最佳转速条件。

(4)酵母菌生长曲线的绘制：

取200 mL淀粉废水于500 mL三角瓶培养，采用5%的酵母接种量，初始pH4.0，30℃、160 r/min摇床培养，通过血球计数板计数，以及测定废水pH，绘制酵母菌生长曲线，从而确定最佳的发酵时间。

(5)酵母菌传代处理废水的稳定性研究

产朊假丝酵母菌1087在废水中发酵24 h，摇匀后，取10 mL菌液加入新的废水中，摇床30℃，160 r/min，24 h培养，测定酵母菌数，废水pH以及上清液COD。如此经过七次转接的发酵，以酵母数、pH、上清液COD为指标，确定其稳定性。

1.7 测定方法

酵母菌计数采用血球计数板计数方法［4］;COD测定采用密封法［5］。

2 结果与讨论

2.1 处理大米废水酵母菌株的筛选

由图1可知，产朊假丝酵母与其他酵母菌株相比具有明显的生长优势，其发酵24 h后数量可从原来的约107/mL增生1.32×108/mL。这是由于产朊假丝酵母能充分利用有机酸作为碳源［6］，所以可利用易酸化的大米废水中的有机酸作为碳源。故后续实验都采用产朊假丝酵母1087为研究对象。

图1 不同酵母菌在废水中生长情况

2.2 培养温度对酵母菌处理淀粉废水的影响

在26℃，30℃，35℃三个培养温度下，接入相同的酵母数量，比较发酵终点的酵母数量和终点COD以及终点pH，选择最合适培养温度(见表1)。

表1 培养温度对酵母处理废水的影响

由表1可知，在培养温度30℃时，废水的pH由初始pH 4.0提高到8.15，有机酸和其他营养物质能被充分其利用，酵母菌数达到1.32×108个/mL，COD由原来的6253 mg/L降为3095 mg/L，处理效果最明显。温度较低时，酵母菌的生长缓慢，对营养物质的利用率明显偏低。当培养温度为35℃时，酵母菌依然生长良好，说明产朊假丝酵母1087有良好的适应高温能力。从成本角度考虑与处理效果考虑，选用30℃为最佳培养温度。

2.3 初始pH对废水处理的影响

初始pH对酵母的生长有一定影响，通过比较发酵终点的酵母数量和终点COD以及终点pH，选择最合适的初始pH(见表2)。

表2 废水初始pH对酵母菌1087处理效果的影响

酵母菌适宜在弱酸性环境下成长，在pH 3.8—6.0 均能生长良好，故选用初始 pH 4.0，4.5，5.0 三个梯度进行比较。由表2可知，初始pH对产朊假丝酵母1087的生长影响并不明显，原始pH 4.0与调节到5.0的处理效果类似，所以从成本考虑，不添加石灰调节，当初始pH为4.0时，其处理效果与生长效果为最佳。

2.4 通气量对废水处理的影响

产朊假丝酵母1087生长与摇床的转速有密切关系，转速越快，废水的溶氧量越多［5］。

由图2可知，当摇床转速达到160 r/min的时，发酵终点的酵母菌数可达到最大值，即1.27×108个/mL。转速继续增加，酵母菌数无明显变化，所以最佳摇床转速为160 r/min。

图2 摇床转速对产朊假丝酵母生长影响

2.5 产朊假丝酵母在淀粉废水中的生长曲线

利用产朊假丝酵母1087的生长情况以及废水的pH变化与时间的关系，绘制产朊假丝酵母的生长曲线，如图3所示。

图3 产朊假丝酵母生长曲线

由图3可知，单位体积内产朊假丝酵母1087的数量和pH值随着时间的增加而增加，当培养时间为18h时，酵母的数量最大1.25×108个/mL，pH达到8.10。延长培养时间，酵母菌数无明显增长，pH也基本稳定，这是因为废水中的有机酸以及其他可被酵母菌利用的营养物质已被酵母菌利用殆尽，酵母菌的数量达到稳定。从成本角度考虑，18h为最佳培养时间。

2.6 产朊假丝酵母的传代稳定性

酵母菌在废水的传代稳定有利于酵母的连续利用，也有利于废水处理工艺的连续运作。根据产朊假丝酵母在废水中的生长情况与pH判断酵母的传代稳定性，见图4.

图4 传代次数对酵母菌生长影响

由图4可知，产朊假丝酵母在连续5代培养中，均处于稳定状态，其pH和酵母菌数无明显差异。故产朊假丝酵母在大米淀废废水中的利用，具有良好的稳定性，可以连续使用5代。

3 结论

本研究筛选出最适合在大米淀粉废水中生长的酵母为产朊假丝酵母1087。在不灭菌条件下，接种量为 5%，不补充氮磷，培养温度 30℃、转速160 r/min的情况下培养24 h，酵母菌处理废水效果最好，大米淀粉废水pH从初始4.0上升至8.15，COD从6250mg/L降为3087mg/L，COD去除率为50.5%。经酵母菌处理后的大米淀粉废水pH显著提高，可直接进行厌氧处理。

［1］ 杨清香，贾振杰，潘 峰，等.酵母菌在废水处理中的应用［J］.环境污染治理技术与设备，2005，6(2)：1 －5.

［2］ 李素玉，李光辉，杨淑春，等.利用酵母菌净化玉米淀粉工业废水的研究［J］.水处理技术，2002，18(4)：227 －229.

［3］ Watanabe T，Masaki K，Iwashita K.Treatment and phosphorus removal from high－concentration organic wastewater by the yeast Hansenula anomala J224 PAWA［J］.Bioresource Technology，2009，100：3914 －3920.

［4］ 赵斌，何绍红，微生物学实验［M］.北京：科学出版社，2002.

［5］ 陈毓荃.生物化学实验方法和技术［M］.北京：科学出版社，2002.

［6］ 高卫卫，杜金华，韩伟.产朊假丝酵母利用不同有机酸作碳源的研究［J］.生物技术，2008，18(5)：42 －43.

Study on the rice starch wastewater treatment by the yeast

LI Fei1，MIAO Li-hong1，LI Fu-rong2
(1.School of Biology and Pharmaceutical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China;2.School of Chemical and Environmental Engineering，Wuhan polytechnic University，Wuhan 430023，China)

In this paper，the treatment effect on rice starch wastewater by different strains of yeast，temperature，pH，and shaking speed were studied.The results showed the Candida utilis 1087 was the most suitable strains for the treatment of rice starch wastewater.In non－sterile conditions，with 5%inoculum of the yeast，culture temperature 30 ℃，and speed of 160 rpm，the rice starch wastewater pH rose to 8.15 from an initial pH 4.0 after 24h，the CODtot reduced to 3087mg/L from 6250mg/L，the removal rate of CODtot was reached 50.5%.The yeast strain 1087 remained stable after continuous culture five times.

Candida utilis;Rice starch wastewater;Biological Treatment

TS 210.9;X 792

A

1009-4881(2011)04-0004-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.04.002

2011-08-31.

励飞(1985 －)，男，硕士研究生，E －mail：fasteruns@yahoo.com.cn

缪礼鸿(1965－)男，博士，教授，E－mail：lhmiao2002@yahoo.com.cn.

武汉市科技攻关计划项目(200960223065);武汉工业学院研究生创新基金项目(09CX017).