利用正交實驗法優化當歸黃芪廢藥渣發酵生產微生物絮凝劑的研究

熊悅悅 陳嘉怡 黎玨綺 梁紫妍 陳美如 王立英

摘 要 本實驗旨在當歸黃芪廢藥渣中尋找和利用具有絮凝活性且繁殖周期短的微生物做絮凝劑，解決中藥渣處理不當帶來的問題，同時實現資源循環利用、中藥渣無毒降解的目的。

關鍵詞 半合成培養基 廢藥渣 微生物絮凝劑 正交實驗

中圖分類號：X703.5文獻標識碼：A

0前言

近年來，使用食療同源的中醫藥來治病越來越得到人們的重視，并且隨著中醫藥衛生事業的持續發展，中藥制劑備受國內外人們的歡迎，因此中藥生產和開發的力度也隨之增大。然而，中藥材生產和加工后不斷堆積產生的殘余藥渣不僅浪費資源，還在一定程度上出現污染環境等一系列問題。大多數中藥生產和開發的企業在中藥廢渣的處理上由于人力、技術、物力等不充足的原因，采用焚燒、埋掉等簡便卻不環保的處置方式;同時，廢藥渣含水量比較高，導致極易出現腐爛變質等問題?？梢?，提倡循環利用廢藥渣的處理方式對減少土地資源占用、降低對環境的污染、節約大量的資金均有著十分重要作用，廢藥渣處置方式和循環利用已經成為當今中藥企業和研究所的研發的焦點。綜上，目前對于廢藥渣生態循環利用有：廢藥渣中提取物的回收利用、在飼料的添加劑應用、食用菌栽培中的應用、在生產沼氣方面的應用等等。

本實驗將廢藥渣變廢為寶，將其發酵生成微生物絮凝劑，同時將它當作微生物絮凝劑特定的培養基，對中藥渣實現了變廢為寶、資源循環利用的處理。與傳統的人工絮凝劑相對比，天然微生物絮凝劑的現狀微生物作為生物類絮凝劑是由它本身和其產生的代謝物而組成，這些物質可以把某一些污水的懸浮微粒、化學物質等等絮凝沉降下來。同時，微生物類絮凝劑不僅有絮凝沉降污水的效能，還具有自我降解的能力，這是未來一類綠色環保型的絮凝劑。Kurane等研究者從紅平紅球菌中發酵生成微生物絮凝劑NOC-1，曾被視為最有效的微生物絮凝劑，還具備很好的絮凝活性和脫色能力。

本實驗通過單因素和正交實驗法，在液體培養基中對微生物絮凝劑MF1進行優化，再用優化前、后的MBF1（1號菌）對湖水進行處理，并測得絮凝活性和化學耗氧量，來驗證優化培養基的效果。

1材料與方法

1.1藥渣來源

當歸黃芪廢藥渣源于大學生創新創業項目制備當歸補血口服液殘余的大量廢藥渣，當歸補血口服液的中藥配比：當歸（甘肅-聚和泰）：黃芪（甘肅-聚和泰）=1：2.5。

1.2培養基類型

用PDA培養基分離純化;用藥渣查氏的固體培養基來初篩和復篩;藥渣液體發酵培養基來發酵富集微生物絮凝劑。

1.3主要試劑

高嶺土、氯化鈣、標準高錳酸鉀溶液、濃硫酸溶液（1：3）、標準草酸鈉溶液。

1.4實驗儀器

1.5菌種來源

從中藥渣分離獲得5種菌株，取絮凝活性較好的1號菌，委托北京六合華大基因科技有限公司武漢分公司進行測序，最后結果顯示：1號菌與Acremonium sp. TC-1-N1-1親源關系最近，是一種枝頂孢霉屬菌種。

2實驗方法與結果

方法：利用微生物分離純化的方法，從廢藥渣中分離出，即能在廢藥渣培養基中生長且有絮凝劑活性的微生物菌株;經過復篩，篩選出絮凝活性較好且繁殖周期短的MBF1（1號菌），先進行初步鑒定，再委托學校外的基因檢測機構進行基因鑒定;最后，通過正交實驗法對MBF1的半合成培養基進行優化，再用優化前、后的MBF1對湖水進行處理，并測其絮凝活性和化學耗氧量，來驗證優化培養基的效果。

結果：葡萄糖濃度（25g/L），藥渣濃度（7g/L），尿素濃度（0.1g/L），初始pH（7），時間（48h）;優化后MBF1的結果：MBF1的絮凝活性可達66.52%，對湖水化學需氧量降低了1.25 mg/L。

2.1當歸黃芪廢藥渣的發酵工藝

2.2正交實驗優化

根據單因素實驗結果，制作5因素4水平的正交試驗水平表（表2）。

根據發酵條件和半合成液體培養基優化的正交試驗，進行分析，結果顯示：葡萄糖濃度與培養時間對MBF1絮凝率有比較顯著影響（表2），而藥渣濃度、初始pH和尿素濃度對MBF1沒有特別顯著影響。結合表4可知，發酵MBF1的最佳條件是：葡萄糖濃度：25g/L，藥渣濃度：7g/L，尿素濃度：0.1g/L，初始pH：7，培養時間：48h。

2.3對比優化培養基前后對湖水的處理效果

2.3.1絮凝率測定

2.3.2湖水的化學需氧量

通過湖水化學需氧量的測定（見表6），結果顯示：優化后的半合成藥渣培養基發酵的MBF1比原半合成培養基化學需氧量降低了1.25 mg/L。

3討論

當歸黃芪中藥渣不僅可以發酵生產微生物絮凝劑，還可以做微生物的半合成培養基，從而達到變廢為寶、綠色環保的目的。由于當歸黃芪藥渣中主要殘留了大量的糖類和蛋白質類，因此本實驗選擇葡萄糖濃度、尿素濃度、藥渣溶液濃度、初始pH、和培養時間作為5個考察因素，采用5因素4水平的正交試驗設計優化的發酵條件，實驗結果表明MBF1產絮凝劑的影響排序為：培養時間>葡萄糖濃度>尿素>初始pH>藥渣濃度;再根據數據分析，葡萄糖濃度、培養時間對MBF1絮凝率有較為明顯的影響，而尿素、藥渣濃度和初始pH對MBF1沒有特別明顯的影響。結合正交試驗的分析，最佳水平：葡萄糖濃度：25g/L，藥渣濃度：7g/L，尿素濃度：0.1g/L，初始pH：7，培養時間：48h。在最佳條件下發酵MBF1，并對周邊的湖水進行化學耗氧量的測定，優化后的MBF1比原半合成液體培養基化學需氧量降低了1.25 mg/L。

4結論

通過單因素和正交實驗法，在半合成液體培養基中對微生物絮凝劑MF1進行優化，得到最佳的發酵條件：葡萄糖濃度（25g/L），藥渣濃度（7g/L），尿素濃度（0.1g/L），初始pH（7），時間（48h）。然后，為了驗證優化半合成液體培養基的效果，分別取優化前后的發酵MF1對湖水進行處理，并測其絮凝活性和化學耗氧量，最后結果表明：MBF1的絮凝活性可達66.52%，對湖水化學需氧量降低了1.25 mg/L。

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