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微生物絮凝剂MBFXH的制备及其性能研究

湛雪辉

  传统的有机和无机絮凝剂,虽然具有价格低,絮凝效果好等优点,被广泛使用,但随着人们对健康和环保的要求越来越高,它们的一些缺点也日渐显露:经常饮用或吃含铝絮凝剂的物质,会导致老年性痴呆症:聚丙烯酰胺类絮凝剂的单体不易降解,对人体有毒害作用,易引发癌症:在传统絮凝剂的制备过程中,易引起二次污染等等。因此,人们越来越迫切地希望找到一些具有对人体无害、絮凝效:果好、易生物降解、不引起二次污染等特点的新型絮凝剂。微生物絮凝剂就是具有这些特点的新型絮凝物质。微生物絮凝剂是指某些自身具有絮凝能力的微:生物,以及由某些微生物分泌的具有絮凝能力的大分子物质,如蛋白质、脂类、多糖等。目前虽已发现了多种微生物絮凝剂,因为价格高等原因,还没有能广泛使用,但是,由于它本身的优点,以后肯定会在水处理、食品、制药等行业大量使用,替代传统的絮凝剂。微生物絮凝剂价格过高,主要是由于生产成本高和絮凝剂产率太低等原因造成的。本论文的重点在于怎样提高絮凝剂的产率,同时还研究了絮凝剂的分离纯化、鉴定及其絮凝机理等,主要工作如下。首先,从多个不同样品中筛选絮凝剂产生菌,共筛选到了26株絮凝剂生产菌,絮凝率达60%以上的有5株,本研究中选用其中絮凝率最大的一株霉菌(命名为M1)为研究对象,该菌的菌体本身无絮凝能力,它的培养液具有絮凝能力。用2ml培养液絮凝100毫升4克/升高岭土悬浮液(高岭土的平均粒径为3.52微米),搅拌静置5分钟后,透光率达72.8%。其次,研究了培养条件对M1的絮凝剂产率的影响。通过单因素试验发现,葡萄糖、果糖等碳源有利于M1的生长及絮凝剂的生成,而乳糖等效果不明显;蛋白胨、谷氨酸等氮源对M1的生长及絮凝剂的生成有利,而硫酸铵、氯化铵等氮源的作用不大:培养温度为30℃时有利于M1的生长,26℃时M1的絮凝剂的产率最大,采用变温培养的方法(先在30℃培养一段时间,再调温至26℃培养一段时间),有利于提高M1的絮凝剂的产率:培养基的初始pH为6.5时,M1的絮凝剂的产率最大;通气量对M1生成絮凝剂有影响,摇床转速为160转/分钟时,M1的絮凝剂产率最大。在此基础上,采用均匀设计试验,考察了以上各因素共同作用时对M1的絮凝剂的产率的影响,结果显示,当葡萄糖和蛋白胨的含量分别为9克/升、6.5克/升,培养基的初始pH值为5.5,摇床转速为150转/分钟时,M1的絮凝剂产率最大,达79.6%。试验说明,改变M1的培养条件,能显著地提高M1的絮凝剂的产率。第三,通过诱变育种的方法,研究了M1的诱变菌株产絮凝剂的情况。试验中采用紫外线作诱变剂,用巧W的紫外灯在30cm的距离照射Ml的菌丝片段悬浮液若干时间,发现90秒的照射时间最好,经该时间诱变后的菌株的变势最大,说明在相同的条件下,90秒的照射时间是最佳诱变剂量。用该方法选育出来的菌株MIA的絮凝剂产率可达83%左右。利用紫外线诱变育种的方法提高微生物絮凝剂的产率,在国内外尚属首次。第四,采用乙醇沉淀的方法,从诱变菌株MIA的培养液中提取了絮凝剂MBFXH,该物质为白色,每升培养液中大约含0.86克絮凝剂MBFXH。经过元素分析、糖的呈色反应、紫外光谱及分子量的测定等方法,证实絮凝剂MBFXH为一种多糖,分子量约为1.8xl护。采用红外光谱和核磁共振等方法,确知絮凝剂中含有一OH、一COOH等官能团,及Q型糖昔键。根据MIA和MBFXH的特点,提出了一个MBFXH的生物合成机理。最后,对絮凝剂MBFXH的絮凝特性进行了研究。在pH为7,絮凝4克/升的高岭土(平均粒径为3.52微米)悬浮液时,160mg/L的MBFXH的浓度最好,达84%左右。MBFXH的热稳定性比较好,在20oC、35℃、50oC、65oC、80℃等温度的情况下,以及在50℃时,加热20分钟、40分钟、60分钟、80分钟、100分钟后,它的絮凝能力变化不大,絮凝率均在82%一85%之间。高岭土悬浮液的pH值,对MBFXH的絮凝能力影响不大,絮凝率基本上在84%左右。金属阳离子对MBFXH有促凝作用,尤以钙离子最为显著,在相同条件下,絮凝高岭土悬浮液时,加入钙离子后,能将透光率从85.5%提高到93.6%。综上所述,本论文筛选出了一株能分泌絮凝剂的絮凝剂产生菌,通过改善培养条件、诱变育种等方法,使得该菌的絮凝剂产率得到了较大的提高;分析提取后的絮凝剂MBFXH,确定它是一种大分子多糖;MBFXH的絮凝能力很强,在絮凝高岭土悬浮液时,加入钙离子后,透光率达93.6%。……   
[关键词]:微生物絮凝剂;产率;培养条件;紫外诱变;提纯
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中南大学2004年