本發明涉及一種利用活性污泥和秸稈發酵生產γ-聚谷氨酸的方法，屬于生物工程領域。
背景技術：
在污水處理過程中，活性污泥法是應用最為廣泛的技術之一，這一方法因其效率高、成本低、占地少的優點在水處理中發揮著非常重要的作用，但這一方法處理污水的過程中會產生大量的剩余污泥，通常占污水總量的0.5％-1.0％。在一個普通的二級污水處理廠中，污泥處理所需投資約占總投資的30％-40％，運行費用約占總運行費用的20％-50％。污泥消化后經脫水再進行填埋是國內大型污水處理廠中常用的處置方法。填埋處置較經濟，但這種處置方式需要占用大量的土地、浪費污泥中可回收利用的資源，同時增加對地下水造成污染的潛在危險。因此，剩余活性污泥的資源化利用或高效處理方法的研究已成為當今世界各國十分關注的熱點。
近年來，農作物秸稈成為農村面源污染的新源頭。每年夏收和秋冬之際，總有大量的小麥、玉米等秸稈在田間焚燒，產生了大量濃重的煙霧，不僅成為農村環境保護的瓶頸問題，甚至成為殃及城市環境的罪魁禍首。據有關統計，我國作為農業大國，每年可生成7億多噸秸稈，成為“用處不大”但必須處理掉的“廢棄物”。
γ-聚谷氨酸是微生物產生的一種胞外氨基酸聚合物，是一種水溶性、可被生物降解的新型高分子材料，在環保、化工等領域具有廣闊的應用前景。目前由于γ-聚谷氨酸發酵培養基成本高，導致γ-聚谷氨酸價格過高缺乏市場競爭力。
枯草芽孢桿菌Z-115是山東建筑大學市政與環境工程學院分離并保存的一株生產γ-聚谷氨酸的菌株（張超，欒興社，朱明晟，等. 各種氨基酸對枯草芽孢桿菌生產聚谷氨酸的促進作用. 食品工業［J］，2013，1（34）: 119-122.），該菌株屬于枯草芽孢桿菌。在上述文章中，作者通過實驗證明：在發酵初始添加 3 g/L 天冬氨酸、1.5 g/L苯丙氨酸和在對數生長期晚期添加7 g/L谷氨酸使γ-聚谷氨酸產量分別提高12.6%、23.7%和31.7%。但是該技術在實際應用中存在著發酵培養基成本高的缺點，限制了它的廣泛推廣與應用。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種利用活性污泥和秸稈發酵生產γ-聚谷氨酸的方法，該方法解決了目前活性污泥和秸稈污染環境和γ-聚谷氨酸發酵培養基成本過高的問題。國內外文獻還沒有利用活性污泥和秸稈發酵生產γ-聚谷氨酸這方面的任何相關報道。
具體技術方案如下：
（1）將秸稈進行機械粉碎，過20-40目篩子篩分；
（2）利用板框式壓濾機對污泥進行脫水處理，使泥餅含水率降至75%以下，并與秸稈混合；
（3）加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸沒污泥和秸稈，在70-85℃的條件下水解2-3h；
（4）水解液自然冷卻至常溫后，加入10mol/L氫氧化鈉溶液調pH至7.0，4000r/min離心后獲得水解液；
（5）每1000mL水解液中加入4%的谷氨酸鈉制成發酵培養基，121℃滅菌15 min待用；
（6）接種3％-5％的枯草芽孢桿菌，在37℃的條件下發酵80-90h；
（7）固液分離，再提取發酵液中的聚谷氨酸。
上述方法中，步驟（1）中，污泥和秸稈的混合比例：秸稈30％-80％，活性污泥20%-70％。
上述方法中，步驟（5）中，加入的枯草芽孢桿菌為Bacillus subtilis Z-115。
上述方法中，步驟（6）中，采用的提取步驟：發酵液于4000r/min離心10min除去菌體，上清液加入2.5倍體積無水乙醇，搖勻，4000r/min、5min離心得沉淀，沉淀用蒸餾水溶解，透析過夜，透析液加2倍體積無水乙醇，得到的沉淀物在105℃烘箱中干燥，得到γ-聚谷氨酸粗品。
本發明利用活性污泥和秸稈生產γ-聚谷氨酸，為活性污泥和秸稈的無害化處理提供一條新的途徑，適合國家“十二五”規劃產業政策，應用前景非常廣闊。本發明具有以下優點：
（1）本發明解決了活性污泥和秸稈對環境的污染問題，首次提出利用活性污泥和秸稈來生產附加值高的聚谷氨酸。
（2）利用活性污泥和秸稈生產γ-聚谷氨酸，解決了γ-聚谷氨酸發酵培養基成本過高的問題，培養基成本可以降低90%以上。
（3）目前秸稈的預處理一般均采用加入纖維素酶以提高秸稈的糖化率，但酶制劑價格昂貴，導致處理成本過高缺乏市場競爭力。本發明采用的是硝酸，處理成本更低。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其進行限定。如無特別說明，下述實施例中出現的百分數均為重量百分數。
實施例1
采用下述方法制備γ-聚谷氨酸：
1、將秸稈進行機械粉碎，過20-40目篩子篩分。
2、利用板框式壓濾機對污泥進行脫水處理，使泥餅含水率降至75%以下，并與秸稈混合，其中，污泥和秸稈的混合比例：秸稈30％，活性污泥70％。
3、加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸沒污泥和秸稈，在70℃的條件下水解3h。
4、水解液自然冷卻至常溫后，加入10mol/L氫氧化鈉溶液調pH至7.0，4000r/min離心后獲得水解液。
5、每1000mL水解液中加入4%的谷氨酸鈉制成發酵培養基，121℃滅菌15 min待用。
6、接種3％的枯草芽孢桿菌Z-115，在37℃的條件下發酵80h。
7、發酵液于4000r/min離心10min除去菌體，上清液加入2.5倍體積無水乙醇，搖勻，4000r/min、5min離心得沉淀，沉淀用蒸餾水溶解，透析過夜，透析液加2倍體積無水乙醇，得到的沉淀物在105℃烘箱中干燥，得到γ-聚谷氨酸粗品，產量為8.2g/L。
實施例2
采用實施例1的方法制備γ-聚谷氨酸，不同的是，步驟2采用的污泥和秸稈的混合比例：秸稈80％，活性污泥20%；步驟3采用的過程是：加入1mol/L的硝酸溶液，直至浸沒污泥和秸稈，在85℃的條件下水解2h。γ-聚谷氨酸的最終產量為9.4g/L。
實施例3
采用實施例1的方法制備γ-聚谷氨酸，不同的是，步驟6采用的過程是：接種5％的枯草芽孢桿菌，在37℃的條件下發酵90h，γ-聚谷氨酸的最終產量為10.2g/L。