利用味精工业废水发酵法生产苏云金芽孢杆菌杀虫剂项目介绍

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课外科技活动介绍－利用味精工业废水发酵法生产苏云金芽孢杆菌杀虫剂项目介绍
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一、        立项依据

（项目的意义、现状分析）

苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)属于芽孢杆菌属，是目前世界上用途最广，开发时间最长，产量最大，应用最成功的生物杀虫剂，占生物防治剂总量的90%以上。我国年产量达3万吨左右，年防治面积增至约300万公顷次。该杀虫剂已广泛用于水稻、玉米、棉花、蔬菜及林业上的多种重要鳞翅目害虫的防治。目前Bt生物农药主要利用农副原料发酵法生产，随着农副原料价格上升，原料成本制约其对化学农药竞争力及其产业进一步扩大。

我国是世界味精生产大国，年产量已达到60万吨。一般每生产１吨味精约有25吨发酵废液排出，因此味精工业每年排出上亿吨以上的高浓度有机废水,其中含有10万吨蛋白质。这是味精厂的主要污染源且处理也最为困难，由于味精工业本身利润较低，因此废水处理问题已成为我国味精工业发展面临的重大难题。分析味精工业废水，我们发现废水中含有大量可利用的营养成分。因此如果能够充分利用这些资源就有可能变废为宝，减少有机污染排放。

我们利用味精废水生产Bt生物农药，提供了1条经济效益和社会效益俱好的利用高浓度有机废水生产生物农药的新工艺路线。一方面利用味精废水生产Bt杀虫剂能够有效降低了Bt生产的原料成本，另一方面味精工厂实现废水的资源化利用，有效降低了废水处理经费，提高工厂经济效益，同时彻底解决废水中有机物污染治理问题，此外Bt杀虫剂是也是生物农药发展重要方向。该研究路线非常符合我国清洁生产和循环经济发展趋势，直接影响到味精工业的可持续发展，同时符合农业产业化政策方向。

Bt是目前国内外最重要的生物农药品种，随着人类的环保意识不断增强，生物农药正在引起越来越多的关注。苏云金杆菌制剂克服了传统化学农药污染环境、危害人畜、易产生抗性等缺点，具有选择性强、安全、原料简单等优点，在生物杀虫剂市场中所占份额也日益增加。

我们采用味精工业废水生产Bt杀虫剂具备以下优势：1.实现味精废水资源化利用，有效除低废水中有机质含量，变废为宝；2.大大除低Bt生产原料成本，Bt农药在价格上更有竞争力；3、Bt发酵产生的二次废水，其有机质含量较低，只要简单处理就达到排放标准。因此该技术路线非常符合清洁生产的要求，实现产业可持续发展，极具有竞争力。

目前国内每年味精厂要排放上亿吨的工业废水，其中含有10万吨蛋白质及其它有机质，如果充分利用这些有机质进行Bt生物农药的生产，一方面可以变废为宝，既解决的污水处理问题，同时还可创造一定经济效益，另一方面有效降低了Bt生产的原料成本，大大提高Bt生物农药竞争力。尤其福建省是国内重要味精生产省份，主要两家味精生产厂家：沙县麦丹与福州富成，年产味精达到10万吨以上，由于大量的工业废水排放引起了当地政府的重视，如果能够有效将工业废水转化为生物农药，将对企业实现可持续发展起着关键作用。同时如果能够成功实现味精工业废水生产Bt农药，为相似的工业废水处理提供一条经济效益与社会效益俱佳的工艺路线。

二、项目已有的工作基础与条件



前期工作基础：

（1）本实验室长期从事微生物菌种选育工作,早期从事过谷氨酸生产菌株的选育工作,对味精工业生产流程非常熟悉,而且与福建省最大的味精厂(沙县麦丹味精厂)有紧密的产学研关系；

（2）课题负责人周晓兰高级实验师长期从事工业微生物研究开发工作，参与味精厂、酶制剂厂污水处理工程设计工作，具备较丰富制污经验；曾经参加国家攻关、福建省重点项目、福建省自然基金资助的工业微生物相关研究课题，相关研究获得福建省科技进步奖二等奖1项，获福建省科技厅鉴定成果2项。因此具备有深厚科学研究基础。



发表相关论文：

1、周晓兰，施巧琴.大米淀粉渣固态发酵生产饲料蛋白的研究.福建轻纺，2002 (3）：1-6

2、周晓兰，施巧琴.啤酒酵母胞外多糖发酵条件的研究.工业微生物.3，2003（1）：1 –

3、周晓兰，影响绛红色小单孢菌（Micromonospora  Purpurea）S-1212孢子萌发的几个主要因子的研究，   福建师范大学学报 2001 （1）：72-75

4、周晓兰，23种生化因子对被孢霉Mortierella LsabeLina F－898生长代谢的影响，

福建师范大学学报 2001（3）：92-85，

5、周晓兰，碱性脂肪酶产生菌扩展青霉变株特性及其酶学特性的研究，福建轻纺 ，2003（1）：1-4，

三、    项目实施方案及实施计划

1、具体研究内容、研究目标和拟解决的关键问题

（1）味精工业废水成分分析及废水预处理

根据来源于不同味精厂高浓度有机废水进行成份分析，寻找废水中影响Bt生长的成分。根据我们前期的试验发现：味精废水中影响Bt生长的主要因素之一是硫酸根,为此在含硫酸根的味精废水中添加钙的氧化物,使它们与硫酸根反应生成CaSO4 ,然后利用重力沉淀分离或离心分离方法将部分沉淀物去除。当废水中重金属元素浓度较高时，可采用离子交换树脂技术有选择地将对生产有严重副作用的成分去除。

（2）菌种驯化

为使Bt菌种对味精废水有较强的适应能力，要不断地在废水中驯化它们。为加快这一驯化过程，在培养基中可人工模拟添加某些对Bt增殖和产生杀虫成份有严重副作用的成份。经过在斜面、平板和摇床上的几十代多种方式的驯化培养,即筛选出对废水适应能力较强的Bt菌株。

（3）发酵培养基的优化

在处理好的工业废水的基础上，补充添加一些重要营养物。利用PLackett-Burman设计法对发酵培养基成分重要因子进行筛选，采用响应面分析法（RSM分析法）确定最佳营养物配方浓度。

（4）发酵条件的优化

发酵条件优化主要包括：发酵初始pH、发酵温度、通风量、搅拌转速、接种量、放罐时间及发酵过程工艺控制参数。



2、重点解决的关键技术

（1）菌种驯化

为使Bt 菌种对味精废水有较强的适应能力，要不断地在废水中驯化它们，这是成功实现利用味精工业废水Bt发酵的关键问题。我们主要采取驯化方法是在了解有机废水成分的基础，诱变育种结合有意加大影响Bt生长成份，通过斜面、平板和摇床上的驯化培养，快速筛选到对废水适应能力较强的Bt菌株。同时还必须保持原菌种的毒力。

（2）利用工业废水发酵培养基与培养条件的优化

在以工业废水为主体营养物的基础上，确定驯化后Bt菌株发酵的最佳营养物添加配方与发酵条件，最终达到工业化生产的目标。

3、实施方案、实施方法、具体实施计划（含年度进展情况）及可行性分析

（1）味精工业废水成分分析。目的：分析废水中影响Bt生长的成分及主要营养成分。

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（2）工业废水预处理。目的：去除废水中影响Bt生物的成分，调配到Bt发酵恰当营养浓度

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（3）工业废水对Bt菌种驯化。目的：驯化成功获得适应于工业废水发酵的Bt菌种，同时仍旧保持原有毒力。

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（4）以工业废水为基础添加营养物，营养物配方优化。目的：在处理好的工业废水基础上，添加少量营养物，采用PLackett-Burman设计对营养物重要因子进行筛选，采用响应面分析法（RSM）确定最佳营养物配方浓度。

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（5）Bt发酵条件优化。目的：确定Bt发酵工艺条件（包括温度、空气量、初始pH、扩大流程、中间补料等等）

                    

进度：

2007年3月—5月：分析不同来源的味精工业废水成分，同时研究不同成分对Bt菌种的影响及工业废水中已具备的营养成分

2007年5月—6月：味精工业废水的预处理（去除不利于Bt菌株生长成分）

2007年6月—10月：适应于味精工业废水Bt菌株驯化

2007年10月—2008年2月：利用味精工业废水为主体的Bt发酵培养基的优化及发酵工艺条件优化



项目预期的成果和效果（包括成果形式、数量、实施范围、受益学生数等）

（1）提供不同来源味精工业废水成分组成及预处理方案

（2）提供适合味精工业废水发酵的Bt菌种

（3）提供在味精工业废水基础上Bt发酵培养基的配方与发酵工艺条件

（4）味精工业废水处理后，不会造成二次污染，最终污水排放达到国家环保标准

（5）参加科研的学生可学到：微生物菌种驯化、菌种选育、培养基配方优化组合、寻找微生物最佳生长条件、工业废水处理等一系列科研手段和方法，为今后从事科研工作打下良好的基础。

本项目的特色与创新之处
（1）利用味精工业的有机废水生产Bt生物农药的技术路线具备清洁生产、循环经济及可持续发展特色；

（2）大力发展Bt生物农药，有效降低生产原料成本，有利于提高Bt杀虫剂相对于化学农药的市场竞争力；