DS16多糖微生物絮凝劑的制備及安全性評價.pdf

1、微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，可以吸附、中和、絮凝、沉淀水中不易降解的固體懸浮顆粒和膠體顆粒等特殊高分子代謝產(chǎn)物，被認(rèn)為是一種安全、高效、能自然降解的新型水處理劑，故研究與開發(fā)倍受關(guān)注。現(xiàn)在應(yīng)用的無機和有機化學(xué)絮凝劑在水處理中各具特色，但伴隨經(jīng)濟發(fā)展和人們對良好環(huán)境質(zhì)量的渴求，為了人民健康和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)低毒、高效、多功能絮凝劑的研究一直在進(jìn)行。微生物絮凝劑可大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品無毒、處理效率高，有替代其它類型絮

2、凝劑產(chǎn)品的可能性與發(fā)展趨勢。 研究目的：本課題組在前期的研究工作中篩選到一株微球菌DS16，其代謝產(chǎn)物具有良好的絮凝活性。本項研究擬在前期研究的基礎(chǔ)上，對DS16發(fā)酵產(chǎn)生的絮凝劑進(jìn)行提純分析，并對該產(chǎn)品的制備工藝和安全性進(jìn)行研究，從而研發(fā)出一種安全、高效的新型微生物絮凝劑。 研究方法：通過DEAE-Sepharose FF和Sephadex G-200對發(fā)酵生產(chǎn)的絮凝劑進(jìn)行提取純化，利用紫外掃描、紅外光譜和毛細(xì)管電泳對純

3、化樣品進(jìn)行分析，通過急性毒性試驗、Ames試驗、小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核試驗三方面對純化樣品做了安全性評價。通過定性及定量測定微生物絮凝劑的投加量、溫度、pH、金屬離子對微生物絮凝劑絮凝活性的影響，以了解微生物絮凝劑的絮凝特性。通過正交試驗對微球菌DS16產(chǎn)絮凝劑的培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化，獲得發(fā)酵生產(chǎn)的最優(yōu)配方；用此配方進(jìn)行放大試驗，并對發(fā)酵液進(jìn)行提取制備，找出適合本產(chǎn)品并且收率最高的制備工藝。 研究結(jié)果：經(jīng)DEAE-Se

4、pharose FF和Sephadex G-200純化后，Sephadex G-200圖譜中多糖活性峰為一對稱單峰。紫外掃描確定純化樣品的特征吸收峰在250nm，紅外光譜圖譜分析顯示是一張典型的多糖光譜圖，高效毛細(xì)管電泳結(jié)果顯示微球菌DS16發(fā)酵產(chǎn)生的多糖絮凝劑主要由鼠李糖，葡萄糖，甘露糖，半乳糖組成。毒理學(xué)試驗的結(jié)果表明，急性經(jīng)口毒性試驗中實驗動物無中毒及死亡現(xiàn)象，樣品屬實際無毒；Ames試驗中受試物各劑量組回變菌落數(shù)均未超過自發(fā)回變

5、菌落數(shù)的2倍，亦無劑量——反應(yīng)關(guān)系，結(jié)果為陰性；樣品對小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞無致微核作用。 微生物絮凝劑投加量在10mg/L時絮凝效果最好，絮凝活性達(dá)到96．46％；在20～35℃絮凝活性相對穩(wěn)定，30℃時絮凝活性達(dá)到最高96．2％；pH值為7．0時絮凝活性最高；K+、Na+、Cu2+和Fe2+都對絮凝活性的展示有抑制作用，而Ca2+、Mg2+對微生物絮凝劑的絮凝活性有促進(jìn)作用。 本研究確定了高效微生物絮凝劑產(chǎn)生菌DS16

6、的最佳發(fā)酵時間為18h。通過正交試驗確定的有利于微生物絮凝劑合成的最佳培養(yǎng)基成分為K2HPO40．45％、NaH2PO40．14％、液糖1．8％、（NH4）2SO40．5％、酵母提取物0．04％、Mg2SO40．02％、CaCl20．01％；培養(yǎng)條件為溫度29℃、搖瓶轉(zhuǎn)速170rpm、通氣量0．2V/V·min、投料系數(shù)0．76。通過向培養(yǎng)基中添加不同濃度Mn2+進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)Mn2+對絮凝劑的產(chǎn)生有顯著的促進(jìn)作用，在添加量為6mg/L

7、時絮凝劑干重達(dá)到最高值，獲得最高絮凝活性的使用濃度僅為2mg/L。通過補料分批發(fā)酵在18h時絮凝劑干重達(dá)到了13．7g/L，絮凝活性達(dá)到97．26％。 通過3000升發(fā)酵罐的發(fā)酵動態(tài)分析及生產(chǎn)工藝研究確定了比較成熟的生產(chǎn)工藝。發(fā)酵液用平板膜截留濃縮3倍，濃縮液加入3倍乙醇洗滌沉淀兩遍，沉淀用平板式吊袋潔凈離心機離心，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機干燥，然后粉碎包裝成品。 結(jié)論：通過本研究建立了一套成熟可行的生產(chǎn)工藝，找出了絮凝活性的