除臭酵母JZ-6发酵条件的研究.pdf

除臭酵母 JZ- 6 发酵条件的研究 * 许丽娟王震刘标吴迎奔陈薇尹红梅贺月林 湖南省微生物研究院， 长沙 410009 摘要 为给除臭酵母 JZ- 6 的工业化生产提供参考依据， 通过单因素试验和正交试验， 以酵母 JZ- 6 对恶臭中主要臭气物 质氨气的去除率为指标进行试验。确定了除臭酵母 JZ- 6 的优化发酵条件为 接种量为 8， 培养基起始 pH 为 4， 500 mL 瓶中装液量为 150 mL， 发酵温度为 30 ℃， 培养时间为 24 h， 在此发酵条件下， 该菌株对氨的去除率达 88. 6。 关键词 除臭酵母 JZ- 6; 氨去除率; 发酵条件 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201405015 STUDY ON FEＲMENTATION CONDITION OF DEODOＲANT YEAST JZ- 6 Xu LijuanWang ZhenLiu BiaoWu YingbenChen WeiYin HongmeiHe Yuelin Hunan Institute of Microbiology，Changsha 410009，China AbstractIn order to provide reference for the industrial scale production of deodorant yeast JZ- 6，single factor tests and orthogonal design experiments was carried out to analyze ammonia removal by deodorant yeast JZ- 6． The optimal condition combinations were as follows the initial pH of culture medium was 4，culture volume was 150 mL/500 mL bottle volume ， inoculating content was 8，incubation temperature at 30 ℃ for 24 h． Under these optimized conditions，the ammonia removal rate of JZ- 6 reached 88. 6． Keywordsdeodorant yeast;ammonia removal;fermentation conditions * 湖南省农业科技项目 湘农业计［ 2009］ 76 号 ; 湖南省科技厅重大专 项 2009 FJ 1005 ; 湖南省生猪产业技术体系生猪产业规模养殖与环境 控制岗位项目资助。 收稿日期 2013 －07 －24 0引言 人类活动导致恶臭产生的环境越来越多， 如生活 垃圾、 污水处理厂和畜禽粪便等。恶臭污染被认为是 仅次于噪音的六大公害之一， 它不仅严重污染了环 境， 还危害着人们的健康甚至生命， 具有大气污染和 有害气体污染的双重性。因此实施恶臭污染控制和 管理， 研究去除恶臭物质的技术具有积极的实际意 义 ［1- 2 ］。目前恶臭治理的方法有物理、 化学和生物法， 或者是这几种方法的组合。而物理和化学法具有能 耗高、 投资大、 易产生二次污染 ［3- 4 ］等缺点。生物除臭 技术具有与其他传统方法明显的优势， 如处理效率 高、 无二次污染、 所需的设备简单、 易操作、 费用低廉、 管理维护方便等， 已经得到各国的普遍重视， 并且在 欧美、 日本得到了广泛的应用［5- 6 ］。实验室从垃圾填 埋场腐败垃圾泥土中分离筛选出一株除臭效果好、 且 除臭性能稳定的菌株 JZ- 6， 经菌落菌体形态、 生理生 化及分子鉴定为酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 。 本实验在前期研究的基础上， 对其发酵条件进行了初步 优化， 以期为该除臭酵母的工业化生产提供参考依据。 1实验部分 1. 1材料 1. 1. 1菌种 菌种从垃圾中分离筛选后获得， 命名为 JZ- 6， 并 由本实验室保藏。 1. 1. 2培养基 1 活化培养基 PDA 培养基。 2 发酵培养基 葡萄糖 20 g/L， 蛋白胨 20 g/L， KH2PO42. 0 g/L， MgSO41. 0 g/L， NaCl 1. 0 g/L， pH 为 6. 0 ～6. 5。 1. 2方法 1. 2. 1酵母的活化 无菌条件下接一环保藏菌种至斜面活化培养基， 28 ℃培养 48 h 复苏菌种。 16 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 1. 2. 2摇瓶发酵 发酵 培 养 基 在 500 mL 三 角 瓶 中 装 液 量 为 100 mL， 接种量1， 30 ℃、 180 r/min 摇床培养 24 h。 1. 2. 3酵母 JZ- 6 生长量的测定 于波长600 nm 处测定适当稀释发酵液的 OD 值。 1. 2. 4降氨实验 取 18 mL 菌液于2 L 大烧杯中， 并加入500 mg/L 的氨水 2 mL; 再往大烧杯中放入装有 20 mL 0. 005 N 硫酸吸收液的 50 mL 小烧杯， 盖上双层塑料薄膜密 封。各处理均以等量的无菌水作为对照， 每个处理重 复3 次， 置于 30 ℃的培养箱中培养。24 h 后， 取出小 烧杯检测氨的浓度。氨的测定采用纳氏试剂比色法 ［ 7 ］。 1. 2. 5氨去除率的计算方法 氨去除率 对照吸收液中氨浓度 － 处理吸收 液中氨浓度 /对照吸收液中氨浓度 100。 1. 2. 6单因素实验 考察不同培养条件 接种量、 pH 值、 培养温度和 装液量 4 个因素对除臭酵母 JZ- 6 的生物量及降氨的 影响。 1. 2. 7正交实验 选取对 JZ- 6 发酵条件影响较大的显著因素设计 正交实验， 选取 L9 34 正交实验表［8 ］， 研究发酵条件 的最佳优化组合。 2结果与分析 2. 1培养温度对 JZ- 6 菌株的生长和降氨的影响 本实验选取了五个不同的温度进行实验， 研究培 养温度对 JZ- 6 菌株的生长和降氨的影响。结果如图 1 所示， 菌株在 25 ～ 35 ℃ 内生长良好， 对氨去除率较 高， 在 30 ℃时， 菌株的生长量达到最大， 对氨的去除 率最高， 为 74. 5; 低于或高于该温度范围， 菌体长 势差， 导致氨的去除率下降。高温时， 菌体代谢活动 受到抑制影响菌株的生长和繁殖导致菌量少， 因此菌 株 JZ- 6 的最佳生长温度为 30 ℃。 图 1培养温度对 JZ- 6 生长及降氨的影响 Fig．1Effect of temperature on growth and ammonia removal rate of JZ- 6 2. 2接种量对酵母 JZ- 6 的生长及降氨的影响 接种量对酵母 JZ- 6 生长及降氨的影响见图 2， 通 过对不同接种量的研究发现， 当接种量为 2 时， 菌 株生长较慢， 菌量较低， 对氨的去除 率 最 低， 为 66. 4; 当接种量为 4 时， 菌体生长旺盛， 降氨率较 高， 为 75. 8。实验过程中发现， 随着接种量的加 大， 短时间内菌株生物量迅速增加， 但降氨率并未明 显提高， 这可能是由于接种量过高时， 菌体密度增加 从而不利于单个菌体生长， 导致菌体之间发生竞争性 抑制作用， 影响了菌株的降氨能力。因此接种量以 4为宜。 图 2接种量对 JZ- 6 生长及降氨的影响 Fig．2Effect of inoculation ratio on growth and ammonia removal rate of JZ- 6 2. 3初始 pH 值对 JZ- 6 的生长和降氨的影响 酵母菌培养的 pH 范围是微酸性的， 因此选择初 始 pH 值为3. 0、 4. 0、 5. 0、 6. 0、 7. 0 的发酵培养液进行 实验， 结果见图 3。当培养基起始 pH 为 7 时， JZ- 6 长 势差， OD600值最低; pH 为 5 时， 菌体生长好， 对氨的 去除率最高， 为 76. 2; 且初始 pH 为 3、 4 时， 菌体生 长旺盛， 对氨去除率较高， 说明 JZ- 6 在低 pH 值下可 较好生长。 图 3初始 pH 对 JZ- 6 生长及降氨的影响 Fig．3Effect of initial pH on growth and ammonia removal rate of JZ- 6 2. 4装液量对 JZ- 6 菌株的生长和降氨的影响 利用摇瓶研究菌种对氧的需求特性是一个便捷 而有效的措施。通过改变500 mL 摇瓶中的装液量考 察了不同供氧水平对 JZ- 6 生长的影响， 同时将培养 好的菌液进行了降氨实验。实验结果如图 4 所示， 装 26 环境工程 Environmental Engineering 液量为 100 mL 时， 菌株生长好， 氨去除率达 76. 5。 随着装液量的增加， 菌株的生长量随之下降， 氨去除 率也随菌量的减少而下降， 但下降并不明显。这可能 是由于该菌对氧的需求并不明显所致。 图 4装液量对 JZ- 6 生长及降氨效果的影响 Fig．4Effect of oxygen content on growth and ammonia removal rate of JZ- 6 2. 5发酵条件优化实验结果 在以上单因素实验的基础上， 考虑各发酵条件对 酵母 JZ- 6 脱氨性能影响的综合效应， 为了得出初步 优化的发酵条件， 以氨的去除率为指标， 进行正交实 验， 实验采用 L9 34 正交表设计， 共 9 个处理， 每个 处理重复 3 次。因素及水平设计见表 1， 正交实验结 果见表 2。 表 1JZ- 6 发酵条件优化 L 9 3 4 正交实验的因素及水平表 Table 1Factors and levels list of L9 34 orthogonal experiment for optimizing the fermentation conditions of JZ- 6 水平 ABCD 培养温度/℃接种量/ 初始 pH装液量/mL 12544100 23065150 33586200 表 2JZ- 6 发酵条件优化 L 9 3 4 正交实验结果 Table 2Ｒesults and analysis of L9 34orthogonal experiment for optimizing the fermentation conditions of JZ- 6 实验号ABCD氨去除率/ 1111168. 2 2122278. 3 3133365. 2 4212383. 3 5223180. 4 6231288. 6 7313276. 8 8321383. 6 9332179. 4 K1211. 7228. 3240. 4228. 0 K2252. 3242. 3241. 0243. 7 K3239. 8233. 2222. 4232. 1 Ｒ40. 614. 018. 615. 7 由表 2 的实验结果可知 降氨菌株 JZ- 6 发酵条 件的最佳组合为 A2B3C1D2， 即培养温度 30 ℃， 接种 量 8， 初始 pH 为 4， 在 500 mL 瓶中装液量为 150 mL， 培养 24 h， 对氨的去除率达 88. 6。根据表 2 实 验结果进行方差分析， 结果见表 3。由表 2 极差分析 和表 3 方差分析可知， 所考察的各个因子对氨去除率 的影响相当大， 均达到极显著水平。其中， 影响酵母 JZ- 6 脱氨的主次因素依次为 培养温度 ＞ 初始 pH ＞ 装液量 ＞ 接种量， 即 A 因素 培养温度 为影响酵母 脱氨的最主要因素， 其次是 C 因素 初始 pH 和 D 因 素 装液量 ， 而 B 因素 接种量 的影响最小。 表 3正交设计方差分析结果 Table 3Variance results analysis of orthogonal design 变异来源离差平方和自由度均方F 值P 值 A864. 7402432. 37043. 2320. 000 B100. 940250. 4705. 0460. 018 C223. 4402111. 72011. 1710. 001 D132. 620266. 3106. 6300. 007 误差180. 0201810. 001 3讨论 随着我国城市化进程的加快， 城市人口日益增多 及人们生活水平的提高， 城市生活垃圾量也与日俱 增。而这些垃圾在存放、 转运、 压缩处理过程中产生 大量臭气， 对居民和环卫工人的健康造成极大的影 响。因此有效处理生活垃圾产生的恶臭， 减少其对生 态环境和人体造成的危害已变得越来越迫切。微生 物除臭技术作为一门新兴技术， 具有工艺简单、 成本 低廉等特点， 具有广阔的应用前景 ［9- 10 ］。而利用微生 物除臭的关键是筛选高效的除臭菌株。项目组从城 市生活垃圾填埋场腐败泥土及垃圾渗滤液中取样分 离筛选获得了高效除臭菌株 JZ- 6。为了提高该菌株 的发酵水平， 本研究对该菌株的发酵条件进行优化。 通过单因素水平实验和多因素正交实验， 分析了培养 温度、 接种量、 初始 pH 值及装液量 4 个因素对酵母 JZ- 6 的生长量及降氨的影响， 可知酵母 JZ- 6 的最佳 发酵条件为培养温度 30 ℃， 接种量 8， 初始 pH 为 4， 在 500 mL 瓶中装液量为 150 mL， 培养 24 h， 对氨 去除率达 88. 6。 参考文献 ［1］单奇华， 俞元春， 傅利剑， 等． 除臭酵母的筛选及其除臭机理 ［J］． 南京林业大学学报． 自然科学版， 2005， 29 4 101- 104. ［2］余海晨， 张清敏， 侯树宇， 等． 高效除臭菌的筛选及其降解特性 研究［ J］． 农业环境科学学报， 2004， 23 2 300- 303. 下转第 76 页 36 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 固化施工成本， 这里主要考虑固化材料成本。经计 算， 每处理 1 m3含油污泥的成本约 80 元， 详见表 9， 可认为本研究提出的含油污泥固化技术在经济上具 有可行性。使用粉煤灰复合固化体系对含油污泥固 化处理， 一方面变废为宝节约资源， 另一方面有利于 降低成本， 处理后的固化体可以直接填埋处理， 以恢 复井场原貌。 表 9含油污泥固化成本分析 Table 9Analysis on solidification cost for oily sludge 药剂加量 药剂价格/ 元 t －1 每方污泥中 药剂用量/t 污泥处理价格/ 元 m －3 水泥 4340 0. 05819. 72 粉煤灰 1580 0. 217517. 40 硅酸钠 1. 56500. 02175 22. 40 硫酸铝 1. 56500. 2175 22. 40 总计81. 92 3结论 1 针对高色度、 高 COD 和高石油类含量的含油 污泥， 通过实验得出了粉煤灰复合固化体系对含油污 泥固化处理的最佳固化配方 粉煤灰15 水泥4 Al2 SO4 31. 5 Na2SiO31. 5。 2 最佳固化配方条件下对含油污泥固化处理的 效果较好， 浸出液的各主要污染指标值均满足 GB 89781996 一级标准。 3 使用粉煤灰复合固化体系对含油污泥进行固 化处理， 提高了粉煤灰的利用率， 达到“以废治废” 的 目的， 降低了含油污泥的处理费用， 含油污泥固化处 理的物料成本约 80 元/m3。 参考文献 ［1］屈撑囤， 王新强， 陈杰培． 含油污泥固化处理技术研究［J］． 石 油炼制与化工， 2006， 37 2 67- 70. ［2］战玉柱， 高洪阁， 张大松， 等． 低含油污泥固化处理技术研究 ［J］． 油气田环境保护， 2010， 20 1 20- 22. ［3］刘敏， 陈欢， 范杰， 等． 油田含油污泥固化与耐水性能研究［J］． 重庆科技学院学报， 2010， 12 6 95- 97. ［4］冯吉利， 屈撑囤， 王新强， 等． 含油污泥的固化实验研究［J］ ． 西 安石油大学学报， 2005， 20 2 43- 45. ［5］赵金省， 李兆敏， 刘东亮， 等． 粉煤灰用于含油污泥固化处理的 试验研究［J］ ． 粉煤灰综合利用， 2007 6 21- 23. ［6］董娅玮， 王文科， 杨胜科， 等． 黄土地区石油钻井废弃泥浆处置 对策研究［J］ ． 环境工程学报， 2009， 3 9 1673- 1676. ［7］张祎徽． 废弃钻井液无害化处理技术研究［ D］． 北京 中国石油 大学， 2007 65- 67. ［8］李磊． 污泥固化处理技术及重金属污染控制研究［D］． 南京 河 海大学， 2006 8- 12. ［9］董娅玮． 废弃钻井泥浆固化处理技术研究［D］ ． 西安 长安大 学， 2009 36. ［ 10］车承丹， 朱南文， 李艳林， 等． 城市污水处理厂污泥固化处理技 术研究［ J］ ． 安全与环境工程学报， 2008， 8 3 56- 59. ［ 11］王忠义， 周弘文． 速溶硅酸钠激发粉煤灰活性的试验研究［J］． 东北水利水电， 2004， 22 10 38- 39. ［ 12］徐玉民， 王寿光． 用粉煤灰作主料固化钻井废泥浆［J］ ． 油气田 地面工程， 2005， 24 8 32. ［ 13］黄鸣宇． 废弃钻井液固化处理技术［D］． 大庆 东北石油大学， 2011 25- 32. ［ 14］何瑞兵． 水基废弃钻井液无害化处理研究［ D］ ． 成都 西南石油 大学， 2002 52． 第一作者 刘宇程 1977 － ， 男， 在职博士研究生， 副教授， 主要从事油 气田污染治理方面的研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 lycswpi163． com 上接第 63 页 ［3］毕东苏． 垃圾堆肥厂臭气的生物脱臭技术综述［J］ ． 安徽农业 科学， 2007， 35 27 8623- 8625. ［4］石磊， 边炳鑫， 赵由才， 等． 城市生活垃圾卫生填埋场恶臭的防 治技术进展［ J］ ． 环境污染治理技术与设备， 2005， 6 2 6- 9. ［5］刘国华． 生物除臭技术研究进展［J］ ． 广东化工， 2009， 36 8 102- 103. ［6］张皓， 严红． 微生物除臭技术的研究现状［J］． 大连大学学报， 2008， 29 3 27- 30. ［7］吴小平， 郑耀通． 除臭微生物的筛选［J］ ． 福建轻纺， 2002 1 1- 3. ［8］黄林， 程新， 涂晓嵘， 等． 核黄素产生菌阿舒假囊酵母发酵条件 的初步研究［ J］ ． 广东农业科学， 2010 6 148- 150. ［9］姚为， 赵卿． 城市生活垃圾处理技术综述［J］ ． 广西轻工业， 2010 4 65- 66. ［ 10］罗永华， 邓穗儿， 孙国平． 一种新型微生物除臭剂的垃圾除臭实 验［ J］ ． 城市环境与城市生态， 2003， 16 3 23- 25. 第一作者 许丽娟 1980 － ， 女， 助理研究员， 研究方向为环境微生物 学。lijuanx8010163． com 通讯作者 贺月林 1963 － ， 男， 教授级工程师， 研究方向为环境微生 物学。hyl200866 yeah． net 67 环境工程 Environmental Engineering