微生物絮凝劑的提取及有效成分的測定

摘 要:用乙醇從去菌細(xì)胞培養(yǎng)液中提取到絮凝物質(zhì)，經(jīng)測定，四種微生物絮凝劑含有蛋白質(zhì)和糖類。

關(guān)鍵詞:提取;有效成分

中圖分類號:TQ

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)05-0286-02

1 引言

絮凝劑，又稱沉降劑，作為一類可使液體中不易沉降的固體懸浮微粒凝聚、沉淀的物質(zhì)，在廢水處理、發(fā)酵工業(yè)后處理、食品加工、土木疏浚施工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

目前使用的絮凝劑，從其來源及性質(zhì)上可分為無機(jī)絮凝劑、人工合成高分子絮凝劑和天然生物高分子絮凝劑。無機(jī)絮凝劑主要有鐵系(氯化鐵、硫酸鐵及其多聚物)和鋁系(如氯化鋁、硫酸鋁及其多聚物)。鋁鹽具有毒性，會影響人類健康，如誘發(fā)老年癡呆癥;鐵鹽會造成處理水中帶顏色，如高濃度的鐵也會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。人工合成高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺衍生物、聚乙烯亞胺、聚乙烯嘧啶等，在自然界中不易被降解，易造成二次污染，而且其單體有“三致”效應(yīng)(致畸、致癌、致突變)。因此，這些絮凝劑的應(yīng)用受到很大限制。

相比之下，天然生物高分子絮凝劑對人體無害，可以被生物降解，對生態(tài)環(huán)境也不存在不利影響，遠(yuǎn)比前兩類絮凝劑安全，而微生物絮凝劑是天然生物高分子絮凝劑的重要種類。能產(chǎn)生絮凝劑的微生物種類多，生長快，易于采取生物工程手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因而微生物絮凝劑在生物絮凝劑中最具發(fā)展前途。

微生物絮凝劑是某些種類的細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母等在特定培養(yǎng)條件下，其生長代謝至一定階段產(chǎn)生的具有絮凝活性的代謝生物。微生物絮凝劑主要包括利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑、利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑和直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑。

微生物細(xì)胞是天然有機(jī)高分子絮凝劑的重要來源。如藻類細(xì)胞壁的基質(zhì)主要由許多異多糖、脂類物質(zhì)和部分蛋白質(zhì)組成。目前已廣泛用作絮凝劑的褐藻酸就是一些褐藻細(xì)胞壁的成分。酵母菌細(xì)胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)及N-乙酰葡萄糖胺等成分也可用作絮凝劑。絲狀真菌的細(xì)胞壁多糖除了纖維素、甘露聚糖和葡聚糖外，還有一種極其重要的多糖—幾丁質(zhì)。細(xì)菌的細(xì)胞壁也含有多種可作絮凝劑的物質(zhì)，如革蘭氏陰性菌中的脂多糖和蛋白質(zhì)，革蘭氏陽性菌中的磷壁質(zhì)、蛋白質(zhì)及肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。但由于細(xì)菌細(xì)胞個數(shù)較小，不易收集，目前利用藻類和霉菌的細(xì)胞壁提取物較多，利用細(xì)菌細(xì)胞壁的較少。

微生物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物有的貯藏在細(xì)胞內(nèi)，有的則分泌到細(xì)胞外。分泌到細(xì)胞外的物質(zhì)主要是細(xì)菌的莢膜和粘液質(zhì)。除水外，它們的主要成分是多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類及其復(fù)合物。這些物質(zhì)在某種程度上都可用作絮凝劑，但貢獻(xiàn)最大的還是多糖類。

第三種絮凝劑是直接利用活細(xì)胞作絮凝劑，它有下列優(yōu)點(diǎn):①免去了提取所需成本;②可用少量菌種接入被處理廢液中使其繁殖;③無二次污染。不足是被處理廢液中必須無妨礙菌體生長的因素。

關(guān)于微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理，目前普遍為人們所接受的是離子鍵、氫鍵結(jié)合學(xué)說，又稱“化學(xué)架橋”學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為:盡管微生物絮凝劑的性質(zhì)不同，但它們引起懸浮物絮凝的機(jī)理相似，由于有絮凝活性的物質(zhì)分子量大，有長直鏈結(jié)構(gòu)，表面積大，一個絮凝劑分子可以同時與幾個懸浮顆粒以離子鍵、氫鍵方式結(jié)合，成為懸浮顆粒之間的“化學(xué)架橋”，在適宜條件下使分散狀態(tài)的懸浮顆粒迅速結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成大的凝聚體而沉積，從而表現(xiàn)出絮凝活性。該學(xué)說可以解釋化學(xué)性質(zhì)不同的微生物絮凝劑引起絮凝的原因，也可以解釋不同外界因素，如pH、溫度、離子種類、離子強(qiáng)度對絮凝活性的影響。

由于微生物絮凝劑具有高效、安全、可生物降解、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，曾被應(yīng)用于屠宰廢水、焦化廢水、瓷器釉藥廢水、制藥廢水、棕櫚酸油乳化廢水及消除污泥膨脹、污泥脫水干化等水處理中，收到良好效果。

本文對四株絮凝活性較高的絮凝劑產(chǎn)生菌產(chǎn)生的絮凝劑進(jìn)行了提取，并對其有效成分進(jìn)行了測定。

2 材料和方法

2.1 菌種培養(yǎng)

2.2.1 樣品來源

廣州市無害化處理廠吸收塔污水和沉淀池活性污泥中篩選的四株絮凝活性較高的絮凝劑產(chǎn)生菌，分別標(biāo)示為GC2、GC3、GC6、GC7。

2.1.2 培養(yǎng)基

采用GC培養(yǎng)基。

葡萄糖20克 KH2PO4 B2克

K2HPO45克(NH4)2SO40.2克

NaCl0.1克脲0.5克

酵母膏0.5克蒸餾水1000毫升

pH7.5-8.58磅滅菌

2.1.3 培養(yǎng)方法

將菌種接種到裝有25ml培養(yǎng)基的100ml三角瓶中，150rpm，30℃培養(yǎng)18-24小時，所得培養(yǎng)液進(jìn)行絮凝劑的提取。

2.2 絮凝劑的提取

各菌培養(yǎng)液于4℃，8000rpm離心15min(采用J2-21型BECKMAN高速冷凍離心機(jī)，美國產(chǎn))，取出上清液定容后4℃預(yù)冷，加入2倍體積預(yù)冷的乙醇，輕搖，4℃放置24小時。收集沉淀后用70%乙醇洗滌后得到絮凝劑，干燥至恒重，稱重得到絮凝劑的產(chǎn)量(公式如下):

絮凝劑的產(chǎn)量(g/L)=絮凝劑干重(g)上清液體積(ml)×1000

2.3 絮凝劑的有效成分測定

提取的絮凝劑溶于蒸餾水作為實(shí)驗(yàn)樣品。

2.3.1 茚三酮顯色實(shí)驗(yàn)

稱取0.5克茚三酮，溶于100ml95%乙醇。臨用前配制。

取一支試管，加入樣品4滴，0.5%茚三酮-乙醇溶液2滴，混勻后于小火上煮沸1-2分鐘，放置冷卻。觀察顏色變化。

2.3.2 α-萘酚實(shí)驗(yàn)(Molish反應(yīng))

5克α-萘酚溶于50ml95%乙醇中，用時現(xiàn)配。

1ml樣品與2滴α-萘酚試劑于試管中混合，傾斜試管，沿管壁慢慢加入1ml濃硫酸(勿搖動)，小心豎起試管，觀察濃硫酸與樣品試劑混合液分界面有無紫環(huán)以檢測樣品中是否含糖。

3 結(jié)果與討論

3.1 絮凝劑的提取

將乙醇加到去菌體的培養(yǎng)液中，GC3、GC6培養(yǎng)液中有白色或黃色粉末狀沉淀，GC2、GC7則有網(wǎng)狀物質(zhì)形成。沉淀有粘性，放置一段時間粘于瓶底。一般每升培養(yǎng)液可得絮凝劑0.55-1.39克(詳見表1)。

表1 四株菌所產(chǎn)絮凝劑的提取量

菌號絮凝劑產(chǎn)量

GC21.20g/l

GC30.64g/l

GC60.55g/l

GC71.39g/l

3.2 絮凝劑的有效成分測定

3.2.1 茚三酮顯色實(shí)驗(yàn)

茚三酮可與蛋白質(zhì)、氨基氮反應(yīng)形成紫紅色，最終形成藍(lán)紫色化合物。GC2、GC3、GC6、GC7產(chǎn)的絮凝劑(分別記為MF-2、MF-3、MF-6、MF-7)與0.5%茚三酮-乙醇溶液混勻，煮沸，冷卻后，顏色由粉紅色變成紫紅色，直到藍(lán)紫色，證明樣品中含有蛋白質(zhì)或氨基氮。

3.2.2 α-萘酚實(shí)驗(yàn)(Molish反應(yīng))

糖類化合物與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生物，糠醛及其衍生物與α-萘酚起縮合作用，生成紫色的縮合物。MF-2、MF-3、MF-6、MF-7在濃硫酸與樣品液分界面上有清晰的紫環(huán)形成，證明GC2、GC3、GC6、GC7產(chǎn)的絮凝劑含有大量的糖類。

4 結(jié)論

用乙醇從去菌細(xì)胞培養(yǎng)液中提取到絮凝物質(zhì)，經(jīng)測定主要是蛋白質(zhì)和糖類。絮凝劑產(chǎn)量是0.55-1.39g/L。

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