利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法

專利名稱：利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法
技術領域：
本發明屬脂肽類生物表面活性劑的發酵生產領域，特別是涉及一種利用退漿廢水作為 培養基組份發酵生產生物表面活性劑的方法。
背景技術：
染整廠的廢水處理一直是環保的重點難點，目前基本上都是通過一些物理化學或者生 物的方法對廢水進行處理以達到排放標準。其中也有對印染廠的退漿廢水現有加以回收的 相關文獻，但是沒有文獻報道把它用作微生物的培養基生產生物表面活性劑。
表面活性劑在許多工業領域中占有特殊的地位，在紡織與印染行業尤其突出，各個工 序中都可能需要加入表面活性劑。但多年來表面活性劑都是用化學方法合成的，這樣得到 的表面活性劑由于原材料的來源，價格，產品性能等方面存在的問題使其應用受到限制， 更重要是它常常給環境帶來污染。隨著紡織、染整技術的進一步發展以及人們對于織物、 環保的更高要求，生物表面活性劑將會受到青睞。
生物表面活性劑是一類由生物體系新陳代謝產生的具有表面活性的兩親化合物,其本 身無毒或低毒，用量少，選擇性好，可生物降解，對環境不造成污染；比化學合成的表面 活性劑顯示出更強的表面活性，乳化能力也更強。市場潛在需求大，具有非常廣闊的應用 前景。按其化學結構主要分為糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性劑和顆粒 表面活性劑類等六大類。
自然界中有多種微生物能通過代謝產生表面活性物質，主要是細菌，如假單孢菌、芽 孢桿菌、腸桿菌和節桿菌等；還有酵母菌和霉菌，如球擬酵母、假絲酵母和黑粉菌等。但 目前由于原料成本過高，分離成本過大，生物表面活性劑還未作大規模的商業用途。現在 的研究工作重點就放在選育高產菌株，引進廉價培養基，采取更簡便的分離方法降低分離 成本，使得生物表面活性劑的生產成本得以降低。
生物表面活性劑在化妝品，微生物采油和生物修復方面已經開始應用，并在其它領域 呈現出潛在的應用價值，特別是在紡織與印染行業，但暫時還沒有在這領域應用的報道。
染整工藝中幾乎每個工序都需要用到表面活性劑，但是現階段所用的表面活性劑都是 化學合成的，具有一定的毒性，越來越不符合當前印染助劑向綠色環保方向的發展趨勢， 且表面活性劑的性能也不能滿足人們日益增長的要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用退槳廢水發酵生產生物表面活性劑的方
3法，該方法簡單，成本低，減少環境污染，適合于工業化生產。
本發明的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，包括
(1) 選取能夠產生表面活性物質的微生物菌種，采用作為漿料的淀粉作為碳源進行培養 條件優化，得到最佳培養基配方及培養條件，其中包括碳源淀粉的濃度；
(2) 取印染廠漿料主要成份為淀粉的堿退漿廢水，過濾除去固體雜質，并測定廢水中糖 及淀粉的含量，然后通過加熱濃縮至(1)中所得出的淀粉濃度，冷卻后，用HCl調節pH 值至中性，并根據(1)所得的優化培養基配方加入除淀粉和鹽以外的其它營養成份，溶 解后滅菌，作為培養基待用；
(3) 在上述培養基中接入所選用的菌種種子液，按照(1)中的優化條件進行培養，得到
含有生物表面活性劑的發酵液。
所述步驟(1)微生物菌種選用能產生具表面活性的物質的細菌，如假單孢菌、芽孢桿 菌、腸桿菌和節桿菌等；還有酵母菌和霉菌，如球擬酵母、假絲酵母和黑粉菌等。
所述步驟(2)堿退漿廢水采用的是印染廠中淀粉占漿料的質量百分比在30% - 100% 的退漿廢水。
所生產的生物表面活性劑包括糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性劑、 顆粒表面活性劑類等六大類。
所得到生物表面活性劑的發酵液，經離心除菌、酸沉淀、或脫色處理后，應用于染整 工藝上，如煮練，皂洗，柔軟整理，抗靜電處理等工藝。
本發明利用印染廠的退漿廢水為原料配制發酵培養基，以此發酵培養微生物，代謝產 生生物表面活性劑，并將此環境友好型的生物表面活性劑應用于染整工藝上。
不同的菌種有著不同的培養基配方，碳源卻是幾乎所有培養基的主要成分之一，碳源大 多都是淀粉，多糖及葡萄糖之類的物質。本發明中就是利用印染廠的退漿廢水替代培養基 里的碳源發酵產生生物表面活性劑。
紡織漿料大致分為純淀粉或變性淀粉漿、淀粉與化學合成高分子混合漿以及純化學合 成漿三種。本技術利用印染廠淀粉占漿料的質量百分比在30%-100%的退漿廢水，作為微 生物生長所需的碳源制備發酵培養基。經過模擬廢水進行微生物培養的實驗得出，要保證 微生物能夠有效生長，廢水中的染整助劑，如陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的濃 度須小于0.1-0.5g/L。廢水中其它成分對微生物的生長沒有明顯影響，其中一定量的氯化鈉 和聚乙烯醇的存在還將促進微生物的生長及代謝。對退漿廢水的預處理，取印染廠漿料主要成份為淀粉的堿退漿廢水，過濾除去固體雜 質，用HCl調節pH值至中性，并測定廢水中糖及淀粉的含量，然后通過常壓濃縮、減壓 濃縮、薄膜濃縮或多效濃縮的方法濃縮至所需碳源濃度，但要保證某些表面活性劑的濃度 不超過限定濃度。假如表面活性劑的濃度偏高，可以通過補充碳源的形式來解決。
在生物表面活性劑的發酵生產中，對所用菌種進行培養基條件的優化，得到一個最佳 培養配方，然后按照優化培養基配方，在廢水中加入除了碳源和一些無機鹽的其他組分， 加熱溶解，滅菌。然后接種培養，培養之后得到含有生物表面活性劑的發酵液。
為降低從發酵液中分離生物表面活性劑的成本，在本發明中，通過減少生物表面活性 劑的分離步驟來達到目的。培養之后的發酵液經離心除菌，再把含生物表面活性劑的上清 液進行脫色處理后，作為本發明中的染整助劑。
為了改善傳統表面活性劑的性能及環境相容性，把生物表面活性劑應用到染整工藝中 來。各種生物表面活性劑，都是表面性能優良，環境相容的表面活性劑，可以應用在如煮 練，皂洗，柔軟整理，抗靜電處理等各個染整工藝上。
經發酵培養微生物后，廢水的COD從41360 mg/1減到了 22880 mg/1，說明廢水的處理 上達到了一定的效果。通過廢水的應用，也節約了培養基的成本，降低了生物表面活性劑 的生產成本。在應用到染整工藝的皂洗時，達到同等效果的情況下，使用脂肽類生物表面 活性劑比使用標準皂粉的成本更低。 有益效果
(1) 本發明的制備方法簡單，成本低廉，減少環境污染，適合于工業化生產；
(2) 制得的生物表面活性劑應用到染整工藝時，與傳統助劑相比，效果更優，成本更低。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而 不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。
實施例1
利用退漿廢水發酵產生脂肽類生物表面活性劑-
(1) 菌種本實例中，用于廢水發酵的微生物菌種為Sflcz7/M幼6"fcHS0121。它是一
株產脂肽類生物表面活性劑的菌種。
(2) 培養基通過模擬廢水成份對萬a"7/附w^7^HS0121進行培養基優化，得到了最佳培養基配方(1L):淀粉20 g KH2P04 2.7 g Na2HP04 12H20 17 g NH4C1 2g MgSO40.2g NaC110g CaCl2 0.00077g MnS04H20 0.0017 g Na2EDTA 0.0015 g。
(3) 廢水預處理取某印染廠的堿退漿廢水，其漿料的主要成份為淀粉。用HC1調節
廢水pH值至中性，并測定廢水中糖及淀粉的含量，然后加熱濃縮至培養基配方所需的濃 度，過濾除去固體雜質。預處理好后在廢水中按上述培養基配方加入除了淀粉和NaCl的 其他組分，加熱溶解，然后滅菌作為發酵培養基待用。
(4) 培養在滅好菌的培養基中，按5%的接種量接入5""7/^ w^toHS0121的種子 液，然后放入恒溫搖床進行培養。培養參數為:轉速為130rpm,溫度為30°C，培養72 h。 其中種子液是5ac說^ SM^& HS0121在上面所述的發酵優化培養基中在相同的條件下培 養24h得到。
(5) 實驗結果培養72h之后，得到了含有生物表面活性劑的發酵液。離心除菌后， 菌的干重為4.62 g/l，測得離心上清液的表面張力為26.42 mN/m ，其CMC值為0.1 g/l。 用HCl調節上清液的pH至2.0進行酸沉淀，至4T:冰箱過夜。離心得沉淀為產品粗提物， 水洗沉淀并冷凍干燥后的產量為1.0g/l。
實施例2
脂肽類生物表面活性劑作為活性黃3RS染色后的織物的皂洗劑
在本實例中，引入實例l中生產的脂肽類生物表面活性劑作為皂洗助劑。
(1) 完全水解染料的配制取活性染料活性黃3RS，以自來水配制成2g/L的活性染料 染液，再用NaOH調節pH值至10-11，加熱至100。C，在沸騰的條件下保溫水解120min， 降溫至6(TC，然后用鹽酸調節pH值至7-8后備用。
(2) 染色工藝
染色處方完全水解活性黃3RS染料5%(對織物重)，NaC140g/1， Na2C0310g/l，浴 比1:50。
在60。C時入染，15min后加入氯化鈉，在60。C溫度下續染15min，升溫至90。C后加入 純堿，在90。C固色30min，染色完畢后降溫冷卻，取出試樣，水洗烘干。
(3)皂洗劑配制取實例1中得到的脂肽類生物表面活性劑的粗制品，在堿性條件下 溶解于水中，加入活性炭進行去色處理，用去色之后的脂肽樣品配成溶液，pH為9，濃度 為0.1g/1，作為皂洗劑備用。
普通皂煮液配制皂片2g/l,純堿2g/1。 皂洗工藝在98'C，浴比l:30的條件下對染色后的織物進行洗色10min，完后將染色
6布取出，以7(TC溫水洗一遍再冷水洗一遍，在40'C左右烘干。
(4) 實驗結果測定
織物洗色K/S值的測定采用電腦測色配色儀測定染色織物皂洗前以及皂洗后的K/S 值，并用以下公式計算浮色去除率AK/S。
AK/S(%)=歸前，f:阜t后魏值x100 皂煮前K/S值
織物洗色率的測定在415nm最大吸收波長下，測定完全水解活性黃3RS的吸收標準 曲線。標準曲線用于測定皂洗后溶液中含染料的濃度。
定義洗色率為質量為100g織物被除去浮色的質量乘以百分比，艮P:
洗色契％) = ^^><100
式中C——為皂洗殘液中染料的濃度(g/I); V——為殘液定容后的體積(L); W——為每塊織物試樣的質量(g)。
(5) 實驗結果.-
用脂肽類生物表面活性劑作為皂洗劑的實驗結果:染色織物皂洗前的K/S值為6.003， 皂洗后的K/S值為0.876，計算得AK/S為85.39%，洗色率為0.29 。
用普通皂粉皂洗的實驗結果染色織物皂洗前的K/S值為5.913,皂洗后的K/S值為 1.397，計算得AK/S為76.38%，洗色率為0.21 。
實施例3
采用脂肽類生物表面活性劑對活性藍BRF染色后的織物皂洗
在本實例中，引入實例1中生產的脂肽類生物表面活性劑作為皂洗助劑。
(1) 完全水解染料的配制取活性染料活性藍BRF，以自來水配制成2g/L的活性染 料染液，再用NaOH調節pH值至10-11，加熱至IO(TC，在沸騰的條件下保溫水解120min， 降溫至6(TC，然后用鹽酸調節pH值至7-8后備用。
(2) 染色工藝
染色處方完全水解活性藍BRF染料5Q/。(對織物重)，NaC140g/1， Na2C0310g/l，浴 比1:50。
在60。C時入染，15min后加入氯化鈉，在60'C溫度下續染15min,升溫至卯。C后加入 純堿，在90'C固色30min，染色完畢后降溫冷卻，取出試樣，水洗烘干。
7(3) 皂洗劑配制取實例1中得到的脂肽類生物表面活性劑的粗制品，在堿性條件下 溶解于水中，加入活性炭進行去色處理，用去色之后的脂肽樣品配成溶液，pH為9，濃度 為0.1g/1，作為皂洗劑備用。
普通皂煮液配制皂片2g/l,純堿2g/1。
皂洗工藝在98'C，浴比l:30的條件下對染色后的織物進行洗色10min，完后將染色 布取出，以7(TC溫水洗一遍再冷水洗一遍，在4(TC左右烘干。
(4) 實驗結果測定
織物洗色K/S值的測定采用電腦測色配色儀測定染色織物皂洗前以及皂洗后的K7S 值，并用以下公式計算浮色去除率AK/S。
扁，前，:帛^t，
皂煮前K/S值
織物洗色率的測定在610nm最大吸收波長下，測定完全水解活性藍BRF的吸收標準 曲線。標準曲線用于測定皂洗后溶液中含染料的濃度。
定義洗色率為質量為100g織物被除去浮色的質量乘以百分比，艮P:
洗色,％) = ^^><100
式中C——為皂洗殘液中染料的濃度(g/1); V——為殘液定容后的體積(L); W——為每塊織物試樣的質量(g)。
(5) 實驗結果-
用脂肽類生物表面活性劑作為皂洗劑的實驗結果:染色織物皂洗前的K/S值為6.896， 皂洗后的K/S值為4.112，計算得AK/S為40.36%,洗色率為0.17 。
用普通皂粉皂洗的實驗結果染色織物皂洗前的K/S值為6.987，皂洗后的K/S值為 4.798，計算得AK/S為31.33%，洗色率為0.15 。
權利要求
1.一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，包括(1)選取能夠產生表面活性物質的微生物菌種，采用作為漿料的淀粉作為碳源進行培養條件優化，得到最佳培養基配方及培養條件，其中包括碳源淀粉的濃度；(2)取印染廠漿料主要成份為淀粉的堿退漿廢水，過濾除去固體雜質，并測定廢水中糖及淀粉的含量，然后通過加熱濃縮至(1)中所得出的淀粉濃度，冷卻后，用HCl調節pH值至中性，并根據(1)所得的優化培養基配方加入除淀粉和鹽以外的其它營養成份，溶解后滅菌，作為培養基待用；(3)在上述培養基中接入所選用的菌種種子液，按照(1)中的優化條件進行培養，得到含有生物表面活性劑的發酵液。
2. 根據權利要求1所述的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，其特征在 于所述步驟(1)微生物菌種選用能產生具表面活性的物質的細菌、酵母菌或霉菌。
3. 根據權利要求2所述的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，其特征在于所述步驟(1)微生物菌種選用假單孢菌、芽孢桿菌、腸桿菌、節桿菌、球擬酵母、假 絲酵母或黑粉菌。
4. 根據權利要求1所述的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，其特征在 于所述步驟(2)堿退漿廢水采用的是印染廠中淀粉占漿料的質量百分比在30% - 100%的 退漿廢水。
5. 根據權利要求1所述的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，其特征在 于所生產的生物表面活性劑包括糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性劑或顆 粒表面活性劑類六大類。
6. 根據權利要求1所述的一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，其特征在 于所得到生物表面活性劑的發酵液，經離心除菌、酸沉淀、或脫色處理后，應用于染整工 藝上。
全文摘要
本發明公開了一種利用退漿廢水發酵生產生物表面活性劑的方法，該方法利用了印染廠大量產生的含淀粉的退漿廢水作為微生物生長的碳源，進行發酵生產生物表面活性劑。采用印染廠中淀粉占漿料的質量百分比在30％-100％的退漿廢水，經過過濾、濃縮、中和后作為培養基碳源，再添加微生物生長所需的其它營養物質，滅菌后接入能代謝產生表面活性物質的微生物菌種的種子液，通過優化發酵工藝發酵后，得到含有生物表面活性劑的發酵液。經離心除菌、酸沉淀、或脫色等簡單方法處理后，能應用于染整工藝上，如煮練，皂洗，柔軟整理，抗靜電處理等工藝。本發明的制備方法簡單，成本低廉，減少環境污染，適合于工業化生產。
文檔編號C12P1/02GK101649330SQ20091019477
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者李名健, 陸大年 申請人:東華大學;陸大年