产絮菌Ochrobactrum sp.W2利用玉米秸秆水解液的产絮特性及机制研究

发布时间：2020-11-21 06:02

　　 无机絮凝剂、有机絮凝剂的广泛使用,潜在地威胁着人类身体健康。生物絮凝剂作为一种高效、安全、无二次污染的净水剂,已越来越受到人们的关注和重视。目前,生物絮凝剂研究过程中较为重要的问题是如何降低生物絮凝剂的合成成本,从而推动生物絮凝剂的工业化应用。这个问题可以通过廉价基质,选育高效产絮菌株解决。本研究以玉米秸秆水解液为基质选育高效产絮菌株,优化了秸秆水解条件,明确了水解液中戊糖、己糖含量,以及适合菌株高效产絮的秸秆水解液产絮培养基成分。在优化的条件下,考察了磷酸盐对菌株产絮特性的影响,减少了磷酸盐的用量,进一步降低了生物絮凝剂合成成本。通过分析生物絮凝剂的活性成分、Zeta,探讨了絮凝机制。本研究利用响应曲面及高效液相色谱(HPLC)的方法,明确玉米秸秆水解条件及水解液中还原糖的含量,配置成产絮培养基,选育高效絮凝剂产生菌,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)分析絮凝剂成分。结果显示,在酸浓度为2%(v:v),120°C下汽爆2h,秸秆水解液中含有18.9g/L木糖、6.63g/L葡萄糖、5.22g/L阿拉伯糖。选育到两株能同步利用戊糖、己糖的高效产絮菌株,通过形态观察、生理生化、脂肪酸鉴定、16Sr DNA基因的分子生物学等多相分类鉴定等析,表明W2隶属于苍白杆菌Ochrobactrum sp.、W4隶属于Bacillus subtilis。两株菌的絮凝率分别为95±2%,94±2.2%,絮凝活性成分主要为多糖和蛋白。基于菌株W2利用木糖的能力(2.02 g L~(-1)h~(-1))大于菌株W4利用木糖的能力(0.14 g L~(-1)h~(-1)),因此将菌株W2作为主要的研究对象。利用响应曲面法确定了W2利用玉米秸秆水解液合成生物絮凝剂的条件。采用离子色谱(ICP)、主成分分析、高效液相色谱(HPLC)的方法,分析了生物絮凝剂合成的影响因素,研究了糠醛对产絮特性的影响,用动力学模型解析了合成过程。研究结果表明W2在p H7.0、发酵温度30°C、摇床转速为140rpm/min、培养时间为18h的优化条件下,利用玉米秸秆水解液合成生物絮凝剂的产量为3.8g/L,絮凝率达到92%。影响W2生物絮凝剂合成的主要因素是p H(54.6%)和TOC(47.4%),玉米秸秆水解液副产物糠醛能够促进W2菌体生长。利用离子色谱,分析了玉米秸秆水解过程中释放的P元素,明确磷酸盐对产絮特性的影响。明确了磷酸盐的添加量对生物絮凝剂的合成的影响,影响W2生物絮凝剂产量的磷酸盐浓度顺序为:0g/L2g/L1g/L0.5g/L,并且PO_4~(3-)能强化W2生物絮凝剂的絮凝活性。无PO_4~(3-)存在时,Ca~(2+)同样能强化W2生物絮凝剂的絮凝活性,探讨了Ca~(2+)强化W2生物絮凝剂活性的机制。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X703.5
【部分图文】：

1.4 生物絮凝剂的研究现状生物絮凝剂的开发与研究，正日益受到科学界及社会的广泛关注。尤其最近十年，科学界对生物絮凝剂的关注度正逐年提高。由图1-1可知，直至搜索时间为止，近十年关于生物絮凝剂研究的SCI文章出版数量增长了近10倍，文章数量增长了740%，可见科学界对生物絮凝剂的研究持续升温。图1-2表明了生物絮凝剂研究课题组的国家分布状况。由图可知，我国处于生物絮凝剂研究的领先地位。随着对生物絮凝剂课题的深入研究，结果表明生物絮凝剂是一项具备实际应用潜力、具有光明的市场应用前途，是一项有重要科学?

科学界对生物絮凝剂的关注度正逐年提高。由图1-1可知，直至搜索时间为止，近十年关于生物絮凝剂研究的SCI文章出版数量增长了近10倍，文章数量增长了740%，可见科学界对生物絮凝剂的研究持续升温。图1-2表明了生物絮凝剂研究课题组的国家分布状况。由图可知，我国处于生物絮凝剂研究的领先地位。随着对生物絮凝剂课题的深入研究，结果表明生物絮凝剂是一项具备实际应用潜力、具有光明的市场应用前途，是一项有重要科学研究意义的技术。图 1-1 生物絮凝剂的 SCI 文章数量Fig.1-1 SCI articles numbers of biflocculant on SCI index

数微生物能高效的利用单糖[51]，进而能够提高微生物对木质纤维素的转化。稀酸结合汽爆处理木质纤维素具有成本低、工艺简单、操作过程简便等，使其应用程度备受关注。但是，酸水解、汽爆的过程中，木质纤维素受温高压在水解为单糖的过程中，会产生一定量的水解副产物，例如呋喃类、弱酸类物质、酚类物质等[52]，如图 1-3。
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本文编号：2892640