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角蛋白废物微生物水解技术的研究

谭盈盈

  我国拥有丰富的角蛋白资源,它们大多未被充分利用,有的甚至污染环境,造成公害。采用微生物水解技术,可将其转化成很好的资源。角蛋白具有不溶于水和抗分解的性质,要将这项技术成功地应用于角蛋白废物的开发,必须找到高活性的降解菌株,建立合适的水解工艺并研创高效的水解装置。本课题针对羽毛角蛋白废物的资源化利用,进行了为期三年的系统研究并取得了如下研究成果:1.分离了八个羽毛角蛋白的高效降解菌株。以某养殖场污水处理系统的活性污泥作为分离源,分离纯化了两株放线菌(A1和A2),三株真菌(F1、F2和F3),三株细菌(B1、B2和B3)。试验证明,这些菌株都有很高的降解羽毛角蛋白的活性,其中以A1和F1的降解活性最为突出。菌株A1和菌株F1都能以羽毛为唯一的碳源、氮源和能源生长,将其接种于经过灭菌处理的羽毛培养基中,振荡培养4~5天后可使整枝羽毛完全消失。2.鉴定了一株高效羽毛角蛋白降解菌。菌株F1能在马铃薯蔗糖培养基上生长。28℃点植培养10天,菌落直径可达3cm,菌落生长较快。菌落无味,表面粉末状,正面呈淡粉红色,背面呈紫红色。菌丝有隔膜多核,直径2~3微米。子实体结构复杂,具有帚状分枝,产生成串的分生孢子,分生孢子椭圆形,表面光滑。未见有性阶段。初步判定菌株F1属于半知菌亚门、丝孢菌纲、丝孢菌目、丛梗孢科、拟青霉属(Paecilomyces)。迄今为止,国内外还没有拟青霉降解羽毛的文献报道。3.试验了两个高效降解菌株(F1和A1)的生长条件(营养条件和环境条件)。在营养条件上,着重考察了钙离子和镁离子的添加效应。研究证明,两种离子对菌株F1和菌株A1的产酶及其酶活都有显著的刺激作用。在环境条件上,着重考察了溶解氧、起始pH值和温度的影响。研究证明,菌株F1和菌株A1皆为好氧性微生物;菌株F1产酶的最适pH值为9左右,最适温度为30℃;菌株A1产浙江大学环境工程硕士学位论文摘 要酶的最适叫值为8左右,最适温度为35~40oC。4.建立了菌株FI和菌株AI降解羽毛角蛋白的动力学方程。研究证明,这_。_____。。。。__。n_:___.._。____。。,_.Vm。。[SI。、、;_,。。。_两个高效菌株的降解反应可用8hgg}*a旧**e方程 V一二上的L上L)拟合。试验求_—-”Km+[S]0得菌株FI:Vm。x二2.795gi(L*一,Km二1.197glL;菌株AI:Vm。x二0.661gi(L*V〕Km二0.628glL。在羽毛角蛋白浓度较高时(反应初期),宜选用菌株FI,充分利用其反应潜力大的特点;在羽毛角蛋白浓度较低时(反应后期),宜选用菌株AI,充分利用其底物亲和力大的特点。由于反应速度是决定生产成本的重要因素,选用菌株FI的经济性优于菌株AI。5.提出了羽毛角蛋白微生物水解的新工艺。即先将收集的羽毛进行清洗,再进行加热预处理,然后采用特制反应器水解,最后从水解液中分离回收水溶蛋白,由水解残渣生产高蛋白饲料。采用该工艺,可从 Ikg羽毛回收水溶蛋白0.11 kg,铝得高蛋白饲料0.6kg。6.研创了高效的羽毛角蛋白微生物水解装置。借鉴垃圾堆肥和活性生物滴滤池技术,设计了羽毛沥滤床反应器。将经过加热预处理的羽毛作为“填料”,放置于羽毛沥滤床反应器的中段,让高效菌株在其中生长代谢,使无机培养液从装置顶部喷淋至“填料”上,富含水溶蛋白的水解液从底部引出。羽毛沥滤床反应器的主要操作和效能参数为:供气量 1195.Zffi3lffi3*,沥滤量 0.3ffi3lffi3*,回流量6.72m3lm3·d,容积负荷6.67kglm了d,转化率40O,容积产品(可溶蛋白)产率2.4kglm3·d o……   
[关键词]:角蛋白;角蛋白酶;角蛋白降解菌;微生物水解;可溶蛋白;生物沥滤床
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2003年