生物表面活性剂鼠李糖脂改善堆肥介质微环境的作用机制及在堆肥中的应用研究

发布时间：2020-05-20 04:46

【摘要】： 本研究从堆肥过程中筛选得到产生生物表面活性剂的细菌,并将筛选得到的铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂进行分离提纯及表征,然后着重探讨了它对改善有机质颗粒降解微环境的作用机制,并在此基础上,进一步将其应用于堆肥中(实验室规模),旨在提高堆肥效率,最后初步考察了它对去除堆肥中石油烃和重金属离子污染物的潜在作用。 首先,本实验对堆肥中产生生物表面活性剂的细菌进行筛选,发现枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌为堆肥中产生生物表面活性剂的重要菌种。同时发现,在以葡萄糖为碳源的液体培养条件下,所筛选的铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的能力较强。对所筛选的铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂发酵液进行一系列的分离提纯,对得到的较纯的鼠李糖脂用液质联用进行表征,发现发酵液中含有结构不同的单鼠李糖脂及二鼠李糖脂。 接着本研究将实验制得的鼠李糖脂在堆肥中的作用机制进行了探讨。在分析生物表面活性剂基本物化性质和微生物效应的基础上,通过实验的方式,从鼠李糖脂对堆肥有机质颗粒水分分布、菌体在颗粒介质中传输、有机质组分的降解的影响及鼠李糖脂在堆肥中的降解情况等角度考察了鼠李糖脂在堆肥中的作用机制。结果发现鼠李糖脂对有机质颗粒介质的水分有较好的保持性能,有利于长时间保持堆肥微生物的活性,同时加速了外加水分的下渗,对水分在介质中的分布有潜在的优化作用;一定浓度的鼠李糖脂能够减弱铜绿假单胞菌菌体在颗粒介质表面的吸附,促进菌体在有机质颗粒中的传输,能够使菌体传输到有机质颗粒介质的深层,可见鼠李糖脂的加入对堆肥介质中菌体的分布有潜在作用;从有机颗粒介质的降解实验发现,鼠李糖脂的加入还起到了增强有机质在液相中的分散的作用,同时它促进了微生物的生长和有机质成分的降解,并且颗粒降解前后扫描电镜检测表明,鼠李糖脂的参与,使降解反应发生的主要位置发生了改变;最后,鼠李糖脂的降解实验表明,鼠李糖脂在堆肥中可以被堆肥微生物所降解,但是它不是微生物所优先降解的物质。这些实验结果表明,生物表面活性剂鼠李糖脂对改善堆肥的微环境,提高堆肥效率有潜在的作用,而且它在堆肥中不会产生二次污染。 在理论研究的基础上,将鼠李糖脂进一步应用到城市生活垃圾堆肥(实验室规模)过程中,考察其作用效果。首先考察了鼠李糖脂对堆肥物料中易降解的蔬菜有机质降解的影响。实验结果表明鼠李糖脂发酵液能够在一定程度上加快蔬菜基质的降解过程。接着将生物表面活性剂鼠李糖脂引入含石油烃的堆肥过程中,考察了鼠李糖脂对堆肥中普通有机质和疏水性的石油烃降解过程的影响。实验结果表明生物表面活性剂的加入不仅提高了堆肥效率,缩短中温条件下堆肥过程达到稳定时间,同时它对提高堆肥中石油烃的降解效果显著,这一结果和土壤修复中生物表面活性剂促进石油烃类污染物降解的理论吻合。堆肥中重金属是影响堆肥质量的一个关键因素,而堆肥腐殖酸对重金属的迁移起着关键的作用,本研究最后考察了鼠李糖脂对腐熟段堆肥腐殖酸吸附重金属离子Pb2+的影响。实验结果发现,鼠李糖脂的加入可能改变了铅离子在堆肥腐殖酸上的吸附性状,当鼠李糖脂浓度较高时,它减弱了腐殖酸对Pb2+的吸附作用。 本研究课题考察了生物表面活性剂鼠李糖脂的产生、分离提纯及其部分物化特性,同时着重对其在堆肥中的作用机制及应用进行研究,取得了一定的研究成果。本课题为较新的研究方向,对科研工作者有一定的参考价值。
【图文】：

谱图中又出现，则可证明这个峰是生物表面活性剂的峰。而那些只在培养液的色谱图中出现的峰就不是生物表面活性剂的峰。这种方法可以排除生物大分子（如蛋白质等）的干扰，因为生物大分子在甲醇的作用下不会裂解[44]。1.2.4.3 泡沫分离微生物的发酵过程中都会产生泡沫现象，，产生表面活性物质的过程中尤其显著。泡沫是由于快速搅动及向好氧培养液中充氧而产生的，在表面活性物质存在的情况下稳定下来。泡沫会使产品、营养成分及细胞流失。为了抑制泡沫的产生就必须加入一些化学抑泡剂，这不仅增加了费用、减弱氧的传递，而且还会对微生物产生负面影响。但如果利用这些泡沫来回收表面活性物质，可能是一种既经济又合理的方法。Davis D A 等对这方面进行了研究。他们用泡沫分离法对一类生物表面活性剂 Surfactin 进行了提取和浓缩，证明了泡沫分离是一种有效的生物表面活性剂分离方法。而且使泡沫分离和发酵过程相结合，建立了连续的生产过程（如图 1.1）[46]。

旋转蒸发脂分离提纯流程mnolipid separation and purification密，必须采用离心的方法除去细胞，可以取得理想的离心效果。对铜绿假单胞菌李糖脂类生物表面活性剂的离心可在 20min 即粗制产品萃取液柱层析酸化、萃取
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X705

【引证文献】

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1 肖勇;基于分子生物学技术的堆肥微生物群落、功能与应用研究[D];湖南大学;2011年

本文编号：2672076