出芽短梗霉处理马铃薯淀粉废水*

陈洁，白林，吕亚娟，徐飞

(兰州城市学院化学与环境科学学院，甘肃兰州，730070)

马铃薯淀粉废水(potato starch waste，简称PSW)是在淀粉生产时排放的含有大量有机污染物的废水，它主要含有淀粉、纤维素、蛋白质等有机物。直接排放会造成水体富营养化导致水体生物窒息死亡，造成环境污染。同时淀粉废水中的高浓度有机物正好可以为微生物的生长繁殖提供有力条件。

出芽短梗霉是一类与酵母有密切关系的真菌，属半知菌门短梗霉属，在自然环境中广泛分布，通常可从植物碎片、花粉、木材、土壤中分离获得。出芽短梗霉发酵能产生胞外多聚糖、酶、抗菌素、单细胞蛋白等多种产物，这些物质用途非常广泛，尤其是所产生的胞外多聚糖具有极佳的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、粘结性和易自然降解等许多独特的理化和生物学特性，无毒无害，对人体无任何副作用。被广泛地用于医药制造、食品包装、水果和海产品保鲜、化妆品工业、烟草制造工业和农业种子保护等众多领域，是一种有极大开发价值和前景的多功能新型生物制品［1］。国内外均有将淀粉水解或直接用马铃薯淀粉废水作为碳源生产普鲁兰多糖的相关报道［2－4］。本研究利用出芽短梗霉对马铃薯淀粉废水进行生物处理，探讨了菌体生长、有机物总量及COD的变化，最终实现了环境保护和经济效益的双重目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉废水取自某马铃薯淀粉生产企业。

发酵液组成(g/L):淀粉废水，KH2PO48.0，NaCl 2.0，(NH4)2SO40.6，pH 6。其他试剂均为分析纯级别。

1.2 实验方法

将菌液转接到装有培养液的锥形瓶中，在28℃下120 r/min培养，每24 h取出培养液测其菌体量、有机物总量和COD的值。

1.3 分析方法

1.3.1 淀粉废水浓度的改变水平

以COD为指标测定淀粉废水浓度的改变水平。COD采用标准重铬酸钾法(GB11901－1989)测定。

1.3.2 有机物总量的测定

将培养液过滤取清液，用乙醇沉淀24h后离心得到的固体量即有机物总量。

2 结果与讨论

2.1 不同COD浓度的废水对菌株生长的影响

从图1看出，不同COD浓度的淀粉废水中出芽短梗霉的生长周期基本相同，为120 h，此时废水中不含淀粉，新陈代谢物——普鲁兰多糖的量最高。但是PSW的浓度不同对它们的生长过程有很大的影响，从图1看出，48 h内菌体在任何浓度的废水中都会迅速生长繁殖，而48 h后4 584 mg/L与4752 mg/L 2个低浓度废水中的菌体生长变得缓慢，而在10 780 mg/L与15 843 mg/L 2个高浓度废水中菌体呈现一种持续增长的过程，在10 780 mg/L的废水中的菌体生长对数期到72 h，在15 843 mg/L废水中的菌体生长对数期至到120 h此后生长变的缓慢。如上所述，淀粉废水中所含的有机物都是利于此菌生长的，浓度越高可以提供更多的碳源及其它营养源，菌体生长的也更旺盛。当碳源、营养源消耗完，菌体的生长也变的缓慢。由此说明淀粉废水COD值在16 000 mg/L内均不会影响出芽短梗霉的生长。

图1 废水浓度对出芽短梗霉的生长曲线的影响Fig.1 Effect of waste concentration on growth of Aureobasidium pullulan

2.2 不同浓度的废水对有机物总量的影响

马铃薯淀粉废水中主要包括淀粉、蛋白质、纤维、糖类等［5］，出芽短梗霉生长需要的关键营养碳源和氮源均可由淀粉废水提供。菌体在在生长繁殖过程时要不断消耗有机物，积累代谢产物—普鲁兰多糖。

图2 废水浓度对有机物总量的影响Fig.2 Effect of waste concentration on organic matter

从图2中可以看出，随着处理时间的增长，不同浓度的废水有机物总量都在降低，4 584 mg/L与4 752 mg/L两个低浓度废水含有机物总量较少，菌体在对数期和稳定期有机物总量的变化均较平缓。10 780 mg/L与15 843 mg/L 2个高浓度废水中菌体细胞对数期变长，10780 mg/L内的菌体在72 h内由于自身繁殖生长消耗总有机量较大到72 h后进入稳定期，细胞数不再增加，细胞内储存物累计率增加，代谢产物也增加所以有机物总量下降趋势变小。15 843 mg/L到96 h进入稳定期随后有机物总量下降也变小。由于废水浓度的提高生长繁殖的菌体数量增加，那么最终代谢产物普鲁兰多糖的量也变大。但是时间过长菌体会二次代谢将普鲁兰多糖消耗。

2.3 出芽短梗霉对废水COD的影响

图3中看出不同COD的淀粉废水在出芽短梗霉的作用下，COD都会明显降低之后就趋于平缓。但是不同浓度废水COD下降的方式有所不同。在48 h内，浓度为4 584 mg/L的废水下降的幅度最大，4 752、10 780、15 843 mg/L随着浓度增大下降趋势变小，15 843 mg/L COD在72 h内变化趋势都很小。4 584 mg/L和4 752 mg/L在72 h候后COD减小均变的缓慢。10 780 mg/L与15 843 mg/L在120 h后减小幅度才变小。由于废水培养液中的有机物被出芽短梗霉利用于细胞物质的合成，包括碳骨架的构建、糖类的贮存，以及代谢产物普鲁兰多糖的形成。COD值大说明有机物含量高，它影响菌体的生长，菌体在营养丰富的情况下可以大量繁殖生长，同时消耗的有机物会更多此时消耗有机物要多于代谢产物的量，那么COD减小。当有机物剩余量不足以供大量菌体生长繁殖那么就进入稳定期消耗与代谢渐进平衡，COD值下降趋缓。在稳定期废水COD降低幅度虽然变小，但随着处理时间的增长COD依旧下降，说明有机物在减少。这是因为营养物质耗尽后，普鲁兰多糖就会被出芽短梗霉分解，以维持细胞的正常发育。

图3 出芽短梗霉对废水COD的影响Fig.3 Effect of Aureobasidium pullulan on waste COD

3 结论

(1)不同浓度的碳源下，出芽短梗霉的生长时期基本相同，碳源是该菌生长的关键营养控制要素，高浓度的PSW不但不会抑制出芽短梗霉的生长，反而使其生长更旺盛，对数期变长。

(2)出芽短梗霉的最后代谢多糖总量遵循一个规律，即随着碳源浓度的提高，最终代谢产物的量也随之增大。

(3)从实验中可看出，土豆淀粉废水有机物浓度越高，在用出芽短梗霉处理时，废水COD值降低幅度越大，COD去除率越高。

［1］ 崔唐兵，郭勇，郑穗平.出芽短梗霉的研究进展［J］.工业微生物，2002，32(2):41 －46.

［2］ Christian Barnett，Alan Smith，Bermard Scanlon.Pullulan production byAureobasidium pullulansgrowing on hydrolysed potato starch waste ［J］.Carbohydrate Polymers，1999，38(3):203 －209.

［3］ 邵荣，许琦，刘姗姗.以淀粉废水、麦芽根制备生物材料－短梗霉多糖［J］.食品科学，2007，28(8):314－317.

［4］ 陈洁，傅正生，王长青，等.普鲁兰多糖在土豆淀粉废水中的发酵条件研究［J］.食品工程，2006，98(1):28－30.

［5］ 王闯.淀粉及其废弃物利用价值的探讨［J］.陕西师范大学学报，2004，32(S1):121 －125.