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摘 要:用乙醇从去菌细胞培养液中提取到絮凝物质,经测定,四种微生物絮凝剂含有蛋白质和糖类。
关键词:提取;有效成分
中图分类号:TQ
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)05-0286-02
1 引言
絮凝剂,又称沉降剂,作为一类可使液体中不易沉降的固体悬浮微粒凝聚、沉淀的物质,在废水处理、发酵工业后处理、食品加工、土木疏浚施工等领域有着广泛的应用。
目前使用的絮凝剂,从其来源及性质上可分为无机絮凝剂、人工合成高分子絮凝剂和天然生物高分子絮凝剂。无机絮凝剂主要有铁系(氯化铁、硫酸铁及其多聚物)和铝系(如氯化铝、硫酸铝及其多聚物)。铝盐具有毒性,会影响人类健康,如诱发老年痴呆症;铁盐会造成处理水中带颜色,如高浓度的铁也会对人类健康和生态环境产生不利影响。人工合成高分子絮凝剂,如聚丙烯酰胺衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙烯嘧啶等,在自然界中不易被降解,易造成二次污染,而且其单体有“三致”效应(致畸、致癌、致突变)。因此,这些絮凝剂的应用受到很大限制。
相比之下,天然生物高分子絮凝剂对人体无害,可以被生物降解,对生态环境也不存在不利影响,远比前两类絮凝剂安全,而微生物絮凝剂是天然生物高分子絮凝剂的重要种类。能产生絮凝剂的微生物种类多,生长快,易于采取生物工程手段实现产业化,因而微生物絮凝剂在生物絮凝剂中最具发展前途。
微生物絮凝剂是某些种类的细菌、放线菌、霉菌、酵母等在特定培养条件下,其生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的代谢生物。微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂和直接利用微生物细胞的絮凝剂。
微生物细胞是天然有机高分子絮凝剂的重要来源。如藻类细胞壁的基质主要由许多异多糖、脂类物质和部分蛋白质组成。目前已广泛用作絮凝剂的褐藻酸就是一些褐藻细胞壁的成分。酵母菌细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及N-乙酰葡萄糖胺等成分也可用作絮凝剂。丝状真菌的细胞壁多糖除了纤维素、甘露聚糖和葡聚糖外,还有一种极其重要的多糖—几丁质。细菌的细胞壁也含有多种可作絮凝剂的物质,如革兰氏阴性菌中的脂多糖和蛋白质,革兰氏阳性菌中的磷壁质、蛋白质及肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。但由于细菌细胞个数较小,不易收集,目前利用藻类和霉菌的细胞壁提取物较多,利用细菌细胞壁的较少。
微生物细胞的代谢产物有的贮藏在细胞内,有的则分泌到细胞外。分泌到细胞外的物质主要是细菌的荚膜和粘液质。除水外,它们的主要成分是多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物。这些物质在某种程度上都可用作絮凝剂,但贡献最大的还是多糖类。
第三种絮凝剂是直接利用活细胞作絮凝剂,它有下列优点:①免去了提取所需成本;②可用少量菌种接入被处理废液中使其繁殖;③无二次污染。不足是被处理废液中必须无妨礙菌体生长的因素。
关于微生物絮凝剂的絮凝机理,目前普遍为人们所接受的是离子键、氢键结合学说,又称“化学架桥”学说。该学说认为:尽管微生物絮凝剂的性质不同,但它们引起悬浮物絮凝的机理相似,由于有絮凝活性的物质分子量大,有长直链结构,表面积大,一个絮凝剂分子可以同时与几个悬浮颗粒以离子键、氢键方式结合,成为悬浮颗粒之间的“化学架桥”,在适宜条件下使分散状态的悬浮颗粒迅速结合成网状结构,形成大的凝聚体而沉积,从而表现出絮凝活性。该学说可以解释化学性质不同的微生物絮凝剂引起絮凝的原因,也可以解释不同外界因素,如pH、温度、离子种类、离子强度对絮凝活性的影响。
由于微生物絮凝剂具有高效、安全、可生物降解、无二次污染等优点,曾被应用于屠宰废水、焦化废水、瓷器釉药废水、制药废水、棕榈酸油乳化废水及消除污泥膨胀、污泥脱水干化等水处理中,收到良好效果。
本文对四株絮凝活性较高的絮凝剂产生菌产生的絮凝剂进行了提取,并对其有效成分进行了测定。
2 材料和方法
2.1 菌种培养
2.2.1 样品来源
广州市无害化处理厂吸收塔污水和沉淀池活性污泥中筛选的四株絮凝活性较高的絮凝剂产生菌,分别标示为GC2、GC3、GC6、GC7。
2.1.2 培养基
采用GC培养基。
葡萄糖20克 KH2PO4 B2克
K2HPO45克(NH4)2SO40.2克
NaCl0.1克脲0.5克
酵母膏0.5克蒸馏水1000毫升
pH7.5-8.58磅灭菌
2.1.3 培养方法
将菌种接种到装有25ml培养基的100ml三角瓶中,150rpm,30℃培养18-24小时,所得培养液进行絮凝剂的提取。
2.2 絮凝剂的提取
各菌培养液于4℃,8000rpm离心15min(采用J2-21型BECKMAN高速冷冻离心机,美国产),取出上清液定容后4℃预冷,加入2倍体积预冷的乙醇,轻摇,4℃放置24小时。收集沉淀后用70%乙醇洗涤后得到絮凝剂,干燥至恒重,称重得到絮凝剂的产量(公式如下):
絮凝剂的产量(g/L)=絮凝剂干重(g)上清液体积(ml)×1000
2.3 絮凝剂的有效成分测定
提取的絮凝剂溶于蒸馏水作为实验样品。
2.3.1 茚三酮显色实验
称取0.5克茚三酮,溶于100ml95%乙醇。临用前配制。
取一支试管,加入样品4滴,0.5%茚三酮-乙醇溶液2滴,混匀后于小火上煮沸1-2分钟,放置冷却。观察颜色变化。
2.3.2 α-萘酚实验(Molish反应)
5克α-萘酚溶于50ml95%乙醇中,用时现配。
1ml样品与2滴α-萘酚试剂于试管中混合,倾斜试管,沿管壁慢慢加入1ml浓硫酸(勿摇动),小心竖起试管,观察浓硫酸与样品试剂混合液分界面有无紫环以检测样品中是否含糖。
3 结果与讨论
3.1 絮凝剂的提取
将乙醇加到去菌体的培养液中,GC3、GC6培养液中有白色或黄色粉末状沉淀,GC2、GC7则有网状物质形成。沉淀有粘性,放置一段时间粘于瓶底。一般每升培养液可得絮凝剂0.55-1.39克(详见表1)。
表1 四株菌所产絮凝剂的提取量
菌号絮凝剂产量
GC21.20g/l
GC30.64g/l
GC60.55g/l
GC71.39g/l
3.2 絮凝剂的有效成分测定
3.2.1 茚三酮显色实验
茚三酮可与蛋白质、氨基氮反应形成紫红色,最终形成蓝紫色化合物。GC2、GC3、GC6、GC7产的絮凝剂(分别记为MF-2、MF-3、MF-6、MF-7)与0.5%茚三酮-乙醇溶液混匀,煮沸,冷却后,颜色由粉红色变成紫红色,直到蓝紫色,证明样品中含有蛋白质或氨基氮。
3.2.2 α-萘酚实验(Molish反应)
糖类化合物与浓硫酸作用生成糠醛及其衍生物,糠醛及其衍生物与α-萘酚起缩合作用,生成紫色的缩合物。MF-2、MF-3、MF-6、MF-7在浓硫酸与样品液分界面上有清晰的紫环形成,证明GC2、GC3、GC6、GC7产的絮凝剂含有大量的糖类。
4 结论
用乙醇从去菌细胞培养液中提取到絮凝物质,经测定主要是蛋白质和糖类。絮凝剂产量是0.55-1.39g/L。
参考文献
[1]张彤,朱怀兰,林哲.微生物絮凝剂的研究与应用进展[J].应用与环境生物学报,1996,2(1):95-105.
[2]李智良,张本兰,裴健. 微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验[J].应用与环境生物学报,1997,3(1):67-70.
[3]吴健,戴桂馥.微生物细胞的絮凝与微生物絮凝剂[J].环境污染与防治,1994,16(6):27-29.
[4]黄尚雄.生物化学技术基础[D].广州:暨南大学生物学系,110.
[5]郭书好,罗新祥,阮秀兰,蒋笃孝. 有机化学实验与指导[M]. 广州:暨南大学出版社,1995:155-160.
关键词:提取;有效成分
中图分类号:TQ
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)05-0286-02
1 引言
絮凝剂,又称沉降剂,作为一类可使液体中不易沉降的固体悬浮微粒凝聚、沉淀的物质,在废水处理、发酵工业后处理、食品加工、土木疏浚施工等领域有着广泛的应用。
目前使用的絮凝剂,从其来源及性质上可分为无机絮凝剂、人工合成高分子絮凝剂和天然生物高分子絮凝剂。无机絮凝剂主要有铁系(氯化铁、硫酸铁及其多聚物)和铝系(如氯化铝、硫酸铝及其多聚物)。铝盐具有毒性,会影响人类健康,如诱发老年痴呆症;铁盐会造成处理水中带颜色,如高浓度的铁也会对人类健康和生态环境产生不利影响。人工合成高分子絮凝剂,如聚丙烯酰胺衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙烯嘧啶等,在自然界中不易被降解,易造成二次污染,而且其单体有“三致”效应(致畸、致癌、致突变)。因此,这些絮凝剂的应用受到很大限制。
相比之下,天然生物高分子絮凝剂对人体无害,可以被生物降解,对生态环境也不存在不利影响,远比前两类絮凝剂安全,而微生物絮凝剂是天然生物高分子絮凝剂的重要种类。能产生絮凝剂的微生物种类多,生长快,易于采取生物工程手段实现产业化,因而微生物絮凝剂在生物絮凝剂中最具发展前途。
微生物絮凝剂是某些种类的细菌、放线菌、霉菌、酵母等在特定培养条件下,其生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的代谢生物。微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂和直接利用微生物细胞的絮凝剂。
微生物细胞是天然有机高分子絮凝剂的重要来源。如藻类细胞壁的基质主要由许多异多糖、脂类物质和部分蛋白质组成。目前已广泛用作絮凝剂的褐藻酸就是一些褐藻细胞壁的成分。酵母菌细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质及N-乙酰葡萄糖胺等成分也可用作絮凝剂。丝状真菌的细胞壁多糖除了纤维素、甘露聚糖和葡聚糖外,还有一种极其重要的多糖—几丁质。细菌的细胞壁也含有多种可作絮凝剂的物质,如革兰氏阴性菌中的脂多糖和蛋白质,革兰氏阳性菌中的磷壁质、蛋白质及肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。但由于细菌细胞个数较小,不易收集,目前利用藻类和霉菌的细胞壁提取物较多,利用细菌细胞壁的较少。
微生物细胞的代谢产物有的贮藏在细胞内,有的则分泌到细胞外。分泌到细胞外的物质主要是细菌的荚膜和粘液质。除水外,它们的主要成分是多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物。这些物质在某种程度上都可用作絮凝剂,但贡献最大的还是多糖类。
第三种絮凝剂是直接利用活细胞作絮凝剂,它有下列优点:①免去了提取所需成本;②可用少量菌种接入被处理废液中使其繁殖;③无二次污染。不足是被处理废液中必须无妨礙菌体生长的因素。
关于微生物絮凝剂的絮凝机理,目前普遍为人们所接受的是离子键、氢键结合学说,又称“化学架桥”学说。该学说认为:尽管微生物絮凝剂的性质不同,但它们引起悬浮物絮凝的机理相似,由于有絮凝活性的物质分子量大,有长直链结构,表面积大,一个絮凝剂分子可以同时与几个悬浮颗粒以离子键、氢键方式结合,成为悬浮颗粒之间的“化学架桥”,在适宜条件下使分散状态的悬浮颗粒迅速结合成网状结构,形成大的凝聚体而沉积,从而表现出絮凝活性。该学说可以解释化学性质不同的微生物絮凝剂引起絮凝的原因,也可以解释不同外界因素,如pH、温度、离子种类、离子强度对絮凝活性的影响。
由于微生物絮凝剂具有高效、安全、可生物降解、无二次污染等优点,曾被应用于屠宰废水、焦化废水、瓷器釉药废水、制药废水、棕榈酸油乳化废水及消除污泥膨胀、污泥脱水干化等水处理中,收到良好效果。
本文对四株絮凝活性较高的絮凝剂产生菌产生的絮凝剂进行了提取,并对其有效成分进行了测定。
2 材料和方法
2.1 菌种培养
2.2.1 样品来源
广州市无害化处理厂吸收塔污水和沉淀池活性污泥中筛选的四株絮凝活性较高的絮凝剂产生菌,分别标示为GC2、GC3、GC6、GC7。
2.1.2 培养基
采用GC培养基。
葡萄糖20克 KH2PO4 B2克
K2HPO45克(NH4)2SO40.2克
NaCl0.1克脲0.5克
酵母膏0.5克蒸馏水1000毫升
pH7.5-8.58磅灭菌
2.1.3 培养方法
将菌种接种到装有25ml培养基的100ml三角瓶中,150rpm,30℃培养18-24小时,所得培养液进行絮凝剂的提取。
2.2 絮凝剂的提取
各菌培养液于4℃,8000rpm离心15min(采用J2-21型BECKMAN高速冷冻离心机,美国产),取出上清液定容后4℃预冷,加入2倍体积预冷的乙醇,轻摇,4℃放置24小时。收集沉淀后用70%乙醇洗涤后得到絮凝剂,干燥至恒重,称重得到絮凝剂的产量(公式如下):
絮凝剂的产量(g/L)=絮凝剂干重(g)上清液体积(ml)×1000
2.3 絮凝剂的有效成分测定
提取的絮凝剂溶于蒸馏水作为实验样品。
2.3.1 茚三酮显色实验
称取0.5克茚三酮,溶于100ml95%乙醇。临用前配制。
取一支试管,加入样品4滴,0.5%茚三酮-乙醇溶液2滴,混匀后于小火上煮沸1-2分钟,放置冷却。观察颜色变化。
2.3.2 α-萘酚实验(Molish反应)
5克α-萘酚溶于50ml95%乙醇中,用时现配。
1ml样品与2滴α-萘酚试剂于试管中混合,倾斜试管,沿管壁慢慢加入1ml浓硫酸(勿摇动),小心竖起试管,观察浓硫酸与样品试剂混合液分界面有无紫环以检测样品中是否含糖。
3 结果与讨论
3.1 絮凝剂的提取
将乙醇加到去菌体的培养液中,GC3、GC6培养液中有白色或黄色粉末状沉淀,GC2、GC7则有网状物质形成。沉淀有粘性,放置一段时间粘于瓶底。一般每升培养液可得絮凝剂0.55-1.39克(详见表1)。
表1 四株菌所产絮凝剂的提取量
菌号絮凝剂产量
GC21.20g/l
GC30.64g/l
GC60.55g/l
GC71.39g/l
3.2 絮凝剂的有效成分测定
3.2.1 茚三酮显色实验
茚三酮可与蛋白质、氨基氮反应形成紫红色,最终形成蓝紫色化合物。GC2、GC3、GC6、GC7产的絮凝剂(分别记为MF-2、MF-3、MF-6、MF-7)与0.5%茚三酮-乙醇溶液混匀,煮沸,冷却后,颜色由粉红色变成紫红色,直到蓝紫色,证明样品中含有蛋白质或氨基氮。
3.2.2 α-萘酚实验(Molish反应)
糖类化合物与浓硫酸作用生成糠醛及其衍生物,糠醛及其衍生物与α-萘酚起缩合作用,生成紫色的缩合物。MF-2、MF-3、MF-6、MF-7在浓硫酸与样品液分界面上有清晰的紫环形成,证明GC2、GC3、GC6、GC7产的絮凝剂含有大量的糖类。
4 结论
用乙醇从去菌细胞培养液中提取到絮凝物质,经测定主要是蛋白质和糖类。絮凝剂产量是0.55-1.39g/L。
参考文献
[1]张彤,朱怀兰,林哲.微生物絮凝剂的研究与应用进展[J].应用与环境生物学报,1996,2(1):95-105.
[2]李智良,张本兰,裴健. 微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验[J].应用与环境生物学报,1997,3(1):67-70.
[3]吴健,戴桂馥.微生物细胞的絮凝与微生物絮凝剂[J].环境污染与防治,1994,16(6):27-29.
[4]黄尚雄.生物化学技术基础[D].广州:暨南大学生物学系,110.
[5]郭书好,罗新祥,阮秀兰,蒋笃孝. 有机化学实验与指导[M]. 广州:暨南大学出版社,1995:155-160.