【摘要】：環(huán)境污染導(dǎo)致的食品重金屬安全問題嚴(yán)重威脅著人體的健康。在生態(tài)環(huán)境中,降解重金屬離子困難,重金屬離子在食物鏈中不斷累積,導(dǎo)致食品重金屬含量超標(biāo),且在食品生產(chǎn)加工、貯存運(yùn)輸過程中會(huì)出現(xiàn)重金屬的二次污染,金屬污染成為影響中國食品質(zhì)量和安全的主要原因之一。因此建立有效的重金屬檢測和去除的方法,對于食品安全具有重要意義。金屬硫蛋白能夠有效螯合重金屬離子,并且不同的金屬硫蛋白在進(jìn)化過程中獲得螯合不同重金屬離子的能力。嗜熱四膜蟲具有5種不同的金屬硫蛋白,能夠有效螯合Cu~(2+)和Cd~(2+),是去除重金屬方面的研究熱點(diǎn)。固定化技術(shù)的花費(fèi)低,具有較好的吸附性能和吸附效率,并且在處理過程中不會(huì)污染環(huán)境。本文采用海藻酸鈉-聚乙烯醇-二氧化硅作為載體材料,制備包埋有重組嗜熱四膜蟲金屬硫蛋白的固定化球體,并探究其吸附重金屬離子的性能。獲得主要結(jié)果如下:1.選定海藻酸鈉濃度為2%、氯化鋇濃度為3%、二氧化硅用量為5 mg/mL。采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),以成球情況和重金屬離子吸附量為參考指標(biāo),得到制備用于吸附鎘離子的固定化球體的條件為:聚乙烯醇1%、硼酸1%、20 mg/mL重組金屬硫蛋白MTT1大腸桿菌,鎘離子吸附量為7.53 mg;固定化球體吸附銅離子的制備條件為:聚乙烯醇2%、硼酸1%、20 mg/mL重組金屬硫蛋白MTT2大腸桿菌,銅離子吸附量為7.44 mg。2.分別以重組金屬硫蛋白MTT1、MTT2、MTT5、TM1、TM2,重組GST標(biāo)簽等6種菌制備固定化球體,并同時(shí)制備對應(yīng)的固定化破碎菌體小球,進(jìn)行吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,固定化重組金屬硫蛋白MTT1具有更好的鎘離子吸附性能,固定化重組金屬硫蛋白MTT2具有更好的銅離子吸附性能。固定化破碎菌體的小球吸附重金屬離子的能力顯著高于固定化完整菌體小球,其中固定化重組金屬硫蛋白MTT1破碎菌體小球的鎘離子吸附量達(dá)到7.45 mg;固定化重組金屬硫蛋白MTT2破碎菌體小球的銅離子吸附量達(dá)到7.15 mg。3.掃描電鏡觀察結(jié)果表明,固定化重組金屬硫蛋白硫蛋白球體表面存在大量褶皺,內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松,存在大量孔隙,具有較大的比表面積,有利于對重金屬離子的吸附。對直徑、密度、機(jī)械強(qiáng)度等物理特性進(jìn)行表征,結(jié)果顯示,固定化重組金屬硫蛋白球體成形情況穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度較高。4.從pH值、時(shí)間、重金屬離子初始濃度等方面,建立了固定化球體吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)的優(yōu)化參數(shù)。分別設(shè)置梯度,進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在pH值為4左右時(shí),固定化重組金屬硫蛋白球體的吸附性能較好。當(dāng)pH值為4,吸附時(shí)間為4 h,重金屬離子初始濃度為200μg/mL時(shí),固定化重組金屬硫蛋白球體對于Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),固定化重組金屬硫蛋白MTT1破碎菌體的鎘離子吸附量達(dá)到了7.95 mg,固定化重組金屬硫蛋白MTT2破碎菌體的銅離子吸附量達(dá)到了7.65 mg。在吸附—解吸循環(huán)實(shí)驗(yàn)中,固定化重組金屬硫蛋白球體顯示出一定的重復(fù)利用性。5.通過擬合動(dòng)力學(xué)方程發(fā)現(xiàn),吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)的準(zhǔn)二級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的R~2分別為0.9963、0.9970,吸附過程更加符合準(zhǔn)二級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的描述,這說明在吸附過程中,化學(xué)吸附是控制反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。擬合等溫線模型的結(jié)果表明,Langmuir模型的R~2分別為0.9692和0.9395,Langmuir等溫線模型適用于描述固定化重組金屬硫蛋白球體對Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附過程,說明吸附過程是在單分子層上的吸附�？傊�,本實(shí)驗(yàn)成功制備了固定化重組金屬硫蛋白球體。小球成形穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度較高,比表面積大,具有優(yōu)秀的Cd~(2+)和Cu~(2+)吸附性能,并具有一定的重復(fù)利用性,可以為重金屬離子的有效去除提供理論和技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X56;TS201.6;O647.3
【圖文】：

圖 2.2 菌濃度對鎘離子吸附量的影響可以看出，包埋菌濃度的不同對 Cd2+吸附量有著顯著性影響，隨提高，吸附量也顯著升高。但是當(dāng)包埋的菌濃度大于 25 mg/mL程中溶液變渾濁，有大量絮狀物從固定化球體上溶出，這可能是影響了固定化球體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致在振蕩吸附過程中固定化溶液中，使溶液變得渾濁。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中選取菌濃度為 1化球體的制備及重金屬離子的吸附�；煌木N適用于處理不同的金屬離子驗(yàn)室先前的研究中[41,42,45,46]，發(fā)現(xiàn)重組金屬硫蛋白 MTT1、MTT2、 大腸桿菌對不同的金屬離子具有不同的結(jié)合能力。因此，為了探金屬硫蛋白大腸桿菌對鎘離子、銅離子吸附能力之間的差異，本同重組金屬硫蛋白大腸桿菌的固定化球體，分別進(jìn)行吸附 Cd2+和如圖 2.4 所示。化破碎菌更有利于吸附

圖 2.3 不同固定化球體對重金屬離子的吸附情況圖 A 為固定化不同菌體的鎘離子吸附量；圖 B為固定化不同菌體的銅離子吸附量。*表示差異顯著圖 A 為不同固定化球體對 Cd2+的吸附情況。從圖中可以看出，固定化破碎菌球體相較于固定化完整菌球體，能夠顯著提高對 Cd2+的吸附性能，這可能是由于將菌體破碎后，會(huì)暴露更多的吸附位點(diǎn)，如細(xì)胞碎片上的氨基、羧基和羥基[48]，金屬硫蛋白等胞內(nèi)蛋白等，且金屬硫蛋白等作用蛋白能夠直接與金屬離子接觸，有利于吸附，因此固定化破碎菌能夠顯著提高吸附性能。包埋有破碎的重組金屬硫蛋白 MTT1大腸桿菌的固定化球體對 Cd2+的吸附性能最為顯著，固定化菌種 TM1 和固定化菌種 MTT2 次之。根據(jù) T. thermophila 金屬硫蛋白的特點(diǎn)，可以判斷，吸附結(jié)果與金屬硫蛋白對鎘離子的結(jié)合特性較為相符。固定化菌種 MTT2 對 Cd2+的吸附性能較好，推測可能與金屬硫蛋白的表達(dá)量有關(guān)。圖 B 為固定化不同球體對 Cu2+的吸附情況。從圖中可以看出，固定化破碎菌 MTT2 球體對 Cu2+的吸附性能最為顯著，這也與金屬硫蛋白對銅離子的結(jié)合特性相似。固定化重組金屬硫蛋白球體具有一定的離子選

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本文編號：2742580