出芽短梗霉處理馬鈴薯淀粉廢水*

陳潔，白林，呂亞娟，徐飛

(蘭州城市學院化學與環境科學學院，甘肅蘭州，730070)

馬鈴薯淀粉廢水(potato starch waste，簡稱PSW)是在淀粉生產時排放的含有大量有機污染物的廢水，它主要含有淀粉、纖維素、蛋白質等有機物。直接排放會造成水體富營養化導致水體生物窒息死亡，造成環境污染。同時淀粉廢水中的高濃度有機物正好可以為微生物的生長繁殖提供有力條件。

出芽短梗霉是一類與酵母有密切關系的真菌，屬半知菌門短梗霉屬，在自然環境中廣泛分布，通常可從植物碎片、花粉、木材、土壤中分離獲得。出芽短梗霉發酵能產生胞外多聚糖、酶、抗菌素、單細胞蛋白等多種產物，這些物質用途非常廣泛，尤其是所產生的胞外多聚糖具有極佳的成膜性、成纖維性、阻氧性、可塑性、粘結性和易自然降解等許多獨特的理化和生物學特性，無毒無害，對人體無任何副作用。被廣泛地用于醫藥制造、食品包裝、水果和海產品保鮮、化妝品工業、煙草制造工業和農業種子保護等眾多領域，是一種有極大開發價值和前景的多功能新型生物制品［1］。國內外均有將淀粉水解或直接用馬鈴薯淀粉廢水作為碳源生產普魯蘭多糖的相關報道［2－4］。本研究利用出芽短梗霉對馬鈴薯淀粉廢水進行生物處理，探討了菌體生長、有機物總量及COD的變化，最終實現了環境保護和經濟效益的雙重目的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉廢水取自某馬鈴薯淀粉生產企業。

發酵液組成(g/L):淀粉廢水，KH2PO48.0，NaCl 2.0，(NH4)2SO40.6，pH 6。其他試劑均為分析純級別。

1.2 實驗方法

將菌液轉接到裝有培養液的錐形瓶中，在28℃下120 r/min培養，每24 h取出培養液測其菌體量、有機物總量和COD的值。

1.3 分析方法

1.3.1 淀粉廢水濃度的改變水平

以COD為指標測定淀粉廢水濃度的改變水平。COD采用標準重鉻酸鉀法(GB11901－1989)測定。

1.3.2 有機物總量的測定

將培養液過濾取清液，用乙醇沉淀24h后離心得到的固體量即有機物總量。

2 結果與討論

2.1 不同COD濃度的廢水對菌株生長的影響

從圖1看出，不同COD濃度的淀粉廢水中出芽短梗霉的生長周期基本相同，為120 h，此時廢水中不含淀粉，新陳代謝物——普魯蘭多糖的量最高。但是PSW的濃度不同對它們的生長過程有很大的影響，從圖1看出，48 h內菌體在任何濃度的廢水中都會迅速生長繁殖，而48 h后4 584 mg/L與4752 mg/L 2個低濃度廢水中的菌體生長變得緩慢，而在10 780 mg/L與15 843 mg/L 2個高濃度廢水中菌體呈現一種持續增長的過程，在10 780 mg/L的廢水中的菌體生長對數期到72 h，在15 843 mg/L廢水中的菌體生長對數期至到120 h此后生長變的緩慢。如上所述，淀粉廢水中所含的有機物都是利于此菌生長的，濃度越高可以提供更多的碳源及其它營養源，菌體生長的也更旺盛。當碳源、營養源消耗完，菌體的生長也變的緩慢。由此說明淀粉廢水COD值在16 000 mg/L內均不會影響出芽短梗霉的生長。

圖1 廢水濃度對出芽短梗霉的生長曲線的影響Fig.1 Effect of waste concentration on growth of Aureobasidium pullulan

2.2 不同濃度的廢水對有機物總量的影響

馬鈴薯淀粉廢水中主要包括淀粉、蛋白質、纖維、糖類等［5］，出芽短梗霉生長需要的關鍵營養碳源和氮源均可由淀粉廢水提供。菌體在在生長繁殖過程時要不斷消耗有機物，積累代謝產物—普魯蘭多糖。

圖2 廢水濃度對有機物總量的影響Fig.2 Effect of waste concentration on organic matter

從圖2中可以看出，隨著處理時間的增長，不同濃度的廢水有機物總量都在降低，4 584 mg/L與4 752 mg/L兩個低濃度廢水含有機物總量較少，菌體在對數期和穩定期有機物總量的變化均較平緩。10 780 mg/L與15 843 mg/L 2個高濃度廢水中菌體細胞對數期變長，10780 mg/L內的菌體在72 h內由于自身繁殖生長消耗總有機量較大到72 h后進入穩定期，細胞數不再增加，細胞內儲存物累計率增加，代謝產物也增加所以有機物總量下降趨勢變小。15 843 mg/L到96 h進入穩定期隨后有機物總量下降也變小。由于廢水濃度的提高生長繁殖的菌體數量增加，那么最終代謝產物普魯蘭多糖的量也變大。但是時間過長菌體會二次代謝將普魯蘭多糖消耗。

2.3 出芽短梗霉對廢水COD的影響

圖3中看出不同COD的淀粉廢水在出芽短梗霉的作用下，COD都會明顯降低之后就趨于平緩。但是不同濃度廢水COD下降的方式有所不同。在48 h內，濃度為4 584 mg/L的廢水下降的幅度最大，4 752、10 780、15 843 mg/L隨著濃度增大下降趨勢變小，15 843 mg/L COD在72 h內變化趨勢都很小。4 584 mg/L和4 752 mg/L在72 h候后COD減小均變的緩慢。10 780 mg/L與15 843 mg/L在120 h后減小幅度才變小。由于廢水培養液中的有機物被出芽短梗霉利用于細胞物質的合成，包括碳骨架的構建、糖類的貯存，以及代謝產物普魯蘭多糖的形成。COD值大說明有機物含量高，它影響菌體的生長，菌體在營養豐富的情況下可以大量繁殖生長，同時消耗的有機物會更多此時消耗有機物要多于代謝產物的量，那么COD減小。當有機物剩余量不足以供大量菌體生長繁殖那么就進入穩定期消耗與代謝漸進平衡，COD值下降趨緩。在穩定期廢水COD降低幅度雖然變小，但隨著處理時間的增長COD依舊下降，說明有機物在減少。這是因為營養物質耗盡后，普魯蘭多糖就會被出芽短梗霉分解，以維持細胞的正常發育。

圖3 出芽短梗霉對廢水COD的影響Fig.3 Effect of Aureobasidium pullulan on waste COD

3 結論

(1)不同濃度的碳源下，出芽短梗霉的生長時期基本相同，碳源是該菌生長的關鍵營養控制要素，高濃度的PSW不但不會抑制出芽短梗霉的生長，反而使其生長更旺盛，對數期變長。

(2)出芽短梗霉的最后代謝多糖總量遵循一個規律，即隨著碳源濃度的提高，最終代謝產物的量也隨之增大。

(3)從實驗中可看出，土豆淀粉廢水有機物濃度越高，在用出芽短梗霉處理時，廢水COD值降低幅度越大，COD去除率越高。

［1］ 崔唐兵，郭勇，鄭穗平.出芽短梗霉的研究進展［J］.工業微生物，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］ 邵榮，許琦，劉姍姍.以淀粉廢水、麥芽根制備生物材料－短梗霉多糖［J］.食品科學，2007，28(8):314－317.

［4］ 陳潔，傅正生，王長青，等.普魯蘭多糖在土豆淀粉廢水中的發酵條件研究［J］.食品工程，2006，98(1):28－30.

［5］ 王闖.淀粉及其廢棄物利用價值的探討［J］.陜西師范大學學報，2004，32(S1):121 －125.