可再生能源的迅速发展,能够在一定程度上缓解“更多能源、更低碳排放”的压力。生物柴油是一种典型的“绿色可再生能源”。微生物油脂是具有潜力的生产生物柴油的原料,而油脂酵母由于产油量高、生长速度快、易于培养等优点,成为微生物油脂的最佳生产者。大豆油精炼废水可以培养发酵丝孢酵母,生产微生物油脂。但微生物油脂属于酵母的胞内产物,只有对酵母进行采收,才能获得微生物油脂。产絮霉菌M2-1生产的絮凝剂无毒害、对环境不产生二次污染,能够对油脂酵母进行高效、绿色的采收。但利用产絮培养基发酵M2-1生产絮凝剂,需要消耗大量的葡萄糖等营养成分,絮凝剂的原料成本过高。针对上述问题,本研究首先利用廉价原料糖蜜发酵M2-1生产絮凝剂,降低了原料成本,并利用絮凝剂分别采收了大豆油精炼废水和糖蜜发酵的油脂酵母;又利用高浓度啤酒废水发酵M2-1生产絮凝剂,进一步降低原料成本,并分别采收了大豆油精炼废水和高浓度啤酒废水发酵的油脂酵母;阐明了絮凝剂对油脂酵母的絮凝机理,并评估了絮凝剂对油脂酵母组分和微生物油脂的影响,为工程应用中低成本地生产微生物絮凝剂,高效采收油脂酵母奠定了基础,主要研究内容和成果如下:(1)对糖蜜发酵M2-1生产絮凝剂采收油脂酵母进行了研究。在利用糖蜜发酵产絮的适宜条件下,M2-1糖蜜絮凝剂的产量达到4.8 g/L,比使用产絮培养基发酵M2-1时絮凝剂的产量3.9 g/L明显提高,且絮凝剂的原料成本降低57%。对M2-1糖蜜絮凝剂和产絮发酵液采收大豆油精炼废水中发酵丝孢酵母的条件进行了优化,酵母的采收率分别达到97%和99%。使用产絮发酵液采收酵母时,虽然磷酸钙对采收率有一定的贡献,减小了絮凝剂的用量,但延长了达到理想的絮凝效果所需的时间。此外,利用M2-1糖蜜产絮发酵液采收了在糖蜜培养基中积累了1.21 g/L油脂的发酵丝孢酵母,在适宜条件下,酵母的采收率达到98%。(2)对高浓度啤酒废水发酵M2-1生产絮凝剂采收油脂酵母进行了研究。先用生活污水对高浓度啤酒废水进行1:1稀释,再利用产油微生物刺孢小克银汉霉代谢消耗了废水中90%左右的乙醇和乙酸等抑制M2-1生长和产絮的成分,之后对M2-1进行发酵生产刺孢-M2-1联合絮凝剂,絮凝剂的原料成本进一步降低,絮凝剂的产量达到4.2 g/L,同时获得了刺孢小克银汉霉积累的0.75 g/L微生物油脂。在适宜条件下,刺孢-M2-1联合絮凝剂及产絮发酵液对大豆油精炼废水中发酵丝孢酵母的采收率分别达到93.9%和94.4%。此外,利用刺孢-M2-1联合产絮发酵液采收在高浓度啤酒废水中积累了1.52 g/L油脂的发酵丝孢酵母,酵母的采收率达到95.8%。(3)解析了絮凝剂絮凝油脂酵母的机理。M2-1糖蜜絮凝剂和刺孢-M2-1联合絮凝剂主要含有糖类及其衍生物,少量的蛋白质、核酸,同时还含有大量的灰分,前者单糖主要包括半乳糖醛酸和木糖等,而后者主要包括甘露糖和葡萄糖等,两种絮凝剂的组分差异,使得它们对油脂酵母的絮凝时间不同。两种絮凝剂中除了含有碳、氢、氧、氮和硫等元素外,还含有质量分数大于20%的磷和总质量分数大于20%的金属离子钾与钠,这使得絮凝剂中灰分含量较高。两种絮凝剂的主要官能团均包括-OH、-COOH和-PO43-基团等,其中-PO43-基团是以次级键的方式与糖和蛋白质等生物大分子相连,强烈吸附Ca2+,增强絮凝剂的聚集能力和絮凝活性。M2-1糖蜜絮凝剂和刺孢-M2-1联合絮凝剂絮凝发酵丝孢酵母的机理主要为二价阳离架桥理论,在p H4-10的范围内,絮凝剂带负电,但絮凝剂中的主要官能团是Ca2+良好的吸附位点,可以通过Ca2+形成架桥,吸附带负电的发酵丝孢酵母,发生絮凝;同时,絮凝剂的三维立体网状结构,可以通过包络作用促进发酵丝孢酵母的絮凝。吸附动力学结果显示,刺孢-M2-1联合絮凝剂对发酵丝孢酵母的吸附速率较快,吸附过程符合拟二级动力学反应,化学吸附是主要限速步骤;而吸附热力学结果显示,絮凝剂对油脂酵母的吸附同时符合Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich吸附等温方程,化学吸附和物理吸附在吸附过程中共同起作用。(4)评价了絮凝剂对油脂酵母组分及微生物油脂的影响。热重分析结果表明,相较于糖蜜和高浓度啤酒废水,大豆油精炼废水培养的发酵丝孢酵母的脂质含量高,而糖类和蛋白质类物质少;絮凝剂对发酵丝孢酵母的组分基本不产生影响,但絮凝剂中较多的灰分使热失重后碳剩余量略有增加。絮凝剂对油脂产量和油脂含量几乎不产生影响,大豆油精炼废水培养的发酵丝孢酵母的油脂产量与含量在絮凝后略有增加,是因为絮凝剂采收油脂酵母的同时,也絮凝了废水中少量的废油脂。絮凝剂对微生物油脂的品质亦不产生影响,利用刺孢-M2-1联合絮凝剂采收大豆油精炼废水中的发酵丝孢酵母,获得的微生物油脂的脂肪酸组成中,不饱和脂肪酸亚油酸与油酸的含量之和占油脂脂肪酸总量的73.1%,该组成与植物油的脂肪酸组成相似,可作为生物柴油的潜在原料。热解刺孢-M2-1联合絮凝剂采收的发酵丝孢酵母,得到的热解油中烷烃类物质的碳链变长,种类及占比增加,而含氧化合物的占比降低,同时固体热解产物也略有增加,使得热解油的品质和固体热解产物的附加值得以提升。本研究建立的利用糖蜜和高浓度啤酒废水生产絮凝剂采收油脂酵母的工艺,为工程应用中油脂酵母的低成本采收提供了思路,有利于推动食品工业废物、废水的资源化利用。