【摘要】：微生物絮凝劑具有良好的絮凝脫色功能,在食品工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是一般微生物絮凝劑的制備過程繁瑣,生產(chǎn)成本高,限制了其發(fā)展的進(jìn)程。而菲律賓蛤仔粘附性污泥已被報道是一種非常有前景的天然微生物絮凝劑資源,具備絮凝、脫色、重金屬去除等典型微生物絮凝劑功能,且能自然沉淀、適合淡水和海水處理。已有研究表明,菲律賓蛤仔粘附性污泥的絮凝活性可能與其中的微生物有關(guān)。但是菲律賓蛤仔粘附性污泥難于收集應(yīng)用到實際生產(chǎn)�；诖�,依據(jù)生態(tài)仿生復(fù)配的策略,對菲律賓蛤仔粘附性污泥進(jìn)行生態(tài)仿生制備,以期生產(chǎn)出一種兼具菲律賓蛤仔粘附性污泥特性又可用于發(fā)酵生產(chǎn)的微生物絮凝劑。為此,本文做了以下幾方面工作:(1)復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)的搖瓶制備本研究直接采用從養(yǎng)殖場原產(chǎn)地的菲律賓蛤仔粘附性污泥(RPM)作為接種物,與沙土復(fù)配制備一種功能類似菲律賓蛤仔粘附性污泥的復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)。采用單因素實驗考察接種體積、沙土添加量、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)轉(zhuǎn)速對復(fù)合型微生物絮凝劑絮凝率的影響。在最佳條件(接種體積(0.5%,v/v)、沙土添加量(7%,w/v)、培養(yǎng)時間(36 h)、培養(yǎng)轉(zhuǎn)速(180 r min~(-1)))下,對微生物絮凝劑(BBF)進(jìn)行連續(xù)12批次的培養(yǎng)。在序批次培養(yǎng)過程中,絮凝劑的平均產(chǎn)量為73.77±1.79 g L~(-1),穩(wěn)定的絮凝率均值為80.28±2.10%。在與菲律賓蛤仔粘附性污泥相同使用劑量(8 g L~(-1))條件下,微生物絮凝劑的絮凝率可以達(dá)到87.92±0.65%。(2)復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)的性能表征通過電鏡照片分析,我們發(fā)現(xiàn)微生物絮凝劑的表面凹凸不平,在凹陷處附著各種不同形狀的細(xì)菌;同時,BBF對亞甲基藍(lán)、結(jié)晶紫和孔雀石綠染液的脫色率分別可以達(dá)到98.78±0.46%,89.37±0.35%和99.11±0.17%,對小球藻的收獲率可以達(dá)到85.65±0.15%。我們對絮凝率穩(wěn)定的5到11批次的樣品進(jìn)行多糖的含量鑒定分析,發(fā)現(xiàn)第8批次的多糖含量最高,第10批次的多糖含量最低,與絮凝率的變化趨勢一致。(3)基于高通量測序,對復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)進(jìn)行微生物多樣性分析基于高通量分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),在屬的分析水平上,在菲律賓蛤仔粘附性污泥中相對豐度占比最高的七個屬分別是Pseudoalteromonas(6.28%-23.04%)、Neptuniibacter(8.14%-24.24%)、Maribacter(3.63%-4.72%)、Paraglaciecola(1.70%-6.28%)、Marine monomonas(1.17%-3.18%)、Winogradskyella(1.81%-2.62%)和Vibrio(1.49%-2.72%)。然而在BBF中相對豐度最高的菌屬依次為是弧菌屬(58.73%-91.05%)和芽孢桿菌屬(0.39%-30.61%)。在序批次實驗研究過程中,發(fā)現(xiàn)第10批次中弧菌屬和芽孢桿菌屬的相對豐度最低為75.09%,對應(yīng)在第10批次的絮凝率也最低為77.54±1.17%。推斷認(rèn)為,弧菌屬和芽孢桿菌屬是微生物絮凝劑中主要起絮凝作用的多糖產(chǎn)生菌株。(4)復(fù)合型微生物絮凝劑(MBF-JPS)發(fā)酵罐生產(chǎn)的研究基于復(fù)合型微生物絮凝劑BBF的研究,考慮到實際生產(chǎn)效能與生產(chǎn)安全,采用兩株(JP和S5)從菲律賓蛤仔粘附性污泥分離得到的假交替單胞菌屬作為接種物,與聚氨酯生物填料復(fù)配制備出一種可應(yīng)用于生產(chǎn)的復(fù)合型微生物絮凝劑MBF-JPS。采用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合型微生物絮凝劑MBF-JPS的生產(chǎn)條件。結(jié)果表明,最佳生產(chǎn)條件為26.33℃、pH為8.33、溶解氧濃度為61.11%,在該條件下,絮凝率最高可達(dá)到81.76±0.26%,產(chǎn)量為5.15 g L~(-1)。復(fù)合型微生物絮凝劑吸附重金屬鉛的效率為0.2686 mg g~(-1)。MBF-JPS對淡水小球藻和海水小球藻的沉降效率分別為96.98±1.02%和97.44±0.98%,對亞甲基藍(lán)的脫色效率極為顯著可達(dá)到99.26±0.34%,對結(jié)晶紫溶液的脫色率為68.47±0.49%。(5)復(fù)合型微生物絮凝劑(MBF-JPS)成分提取與分離純化對已制備得到的復(fù)合型微生物絮凝劑(MBF-JPS),我們采用離心、濃縮、透析、醇沉系列方法進(jìn)行多糖的提取和水解。高效液相色譜分析結(jié)果表明,復(fù)合型微生物絮凝劑MBF-JPS水解后的單糖組分為甘露糖、氨基葡萄糖、核糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖和巖藻糖,摩爾比為3:3.5:9.2:0.8:1.2:63.9:2.2:3.6:12.6。將研究結(jié)果與課題組前期針對菲律賓蛤仔粘附性污泥的絮凝成分的單糖組分分析結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),在定量分析與單糖組成上都展現(xiàn)出了高度的相似性。本文通過搖瓶小試研究和發(fā)酵罐中試研究,利用生態(tài)仿生的手段制備出兩種微生物絮凝劑。這兩種微生物絮凝劑具有比菲律賓蛤仔粘附性污泥更高的絮凝活性并且更易收集。復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)可以自我沉降;而復(fù)合型微生物絮凝劑(MBF-JPS)可懸浮收集。其中弧菌屬和芽孢桿菌屬是復(fù)合型微生物絮凝劑(BBF)中起絮凝作用多糖的主要產(chǎn)生菌株,在復(fù)合型微生物絮凝劑(MBF-JPS)中兩株假交替單胞菌屬也可以產(chǎn)生起絮凝作用的活性多糖。為今后以菲律賓蛤仔粘附性污泥為基礎(chǔ)的生態(tài)仿生型微生物絮凝劑的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了實驗基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ421;TQ920.6
【圖文】：

入 3％到 11％（w/v）的砂土，目的是為細(xì)菌生長提供附著位點。同時測量 1.0的絮凝率低至 19.31±1.9％。圖 2-1b 所示，在 7％的沙土添加量下，BBF 的絮加至 74.4±1.8％，之后隨著沙土的增加絮凝率趨于平穩(wěn)。培養(yǎng)時間對 BBF 絮影響如圖 2-1c 所示。從圖中可以明顯看出，24 小時后 BBF 的絮凝率顯著增加養(yǎng)時間達(dá)到 36 小時后絮凝率達(dá)到最高值 72.3±1.4％，然后逐漸下降。如圖 2示，當(dāng)轉(zhuǎn)速從 100 r min-1增加到 260 r min-1時，BBF 的最高絮凝率在 180 r min到極值 74.4±1.8％。因此，基于單因素發(fā)酵實驗，篩選出的最佳發(fā)酵條件為 0./ v）接種量，7％（w / v）砂土添加量，36 h 培養(yǎng)時間，180 r min-1轉(zhuǎn)速。與沉淀 BBF 的絮凝率相反，單批次實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)上清液呈現(xiàn)出負(fù)性或極低的絮凝活性（圖 2-1abcd）。尤其是，除培養(yǎng)時間的實驗之外，所有上單因子的最佳水平下顯示出顯著的負(fù)絮凝活性。在對于培養(yǎng)時間的單因素實驗BBF 的絮凝率在培養(yǎng)時間為 36 小時達(dá)到峰值 72.3±1.4％，遠(yuǎn)高于上清液絮凝率±5.94％。這些結(jié)果表明起絮凝活性作用的主要成分是沉淀（BBF）而不是上清

圖 2-2 BBF 的絮凝趨勢(a)從第 1 批次到第 11 批次的連續(xù)發(fā)酵實驗；FSTB，第 1 次批ELJK，第 11 批次；(b)不同使用劑量的 BBF 與 RPM 絮凝率的比較Fig 2.2 The flocculation rate trends of BBF. (a) from the first to eleventh batch of the sequentiafermentation. FSTB, the first batch; EJLK, the eleventh batch; and the in-between were sequenumbered; (b) The comparison of BBF and RPM dosage on kaolin clay suspension flocculation.本章小結(jié)本章通過單因素試驗，發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)的生產(chǎn)條件為 0.5％（v/v）的接種量，7％/ v）的沙土添加量，36 h 的培養(yǎng)時間，180 r min-1的轉(zhuǎn)速�；谧顑�(yōu)的生產(chǎn)條件產(chǎn)出生態(tài)仿生型的復(fù)合型微生物絮凝劑 BBF，通過與 RPM 在絮凝實驗中的使用對比可以看出，來自仿生制劑的 BBF 顯示出與新鮮 RPM 相當(dāng)?shù)男跄钚�，這表生制備的 BBF 已經(jīng)達(dá)到與天然收集的 RPM 相似的絮凝性能。通過連續(xù) 11 批次酵實驗發(fā)現(xiàn)，BBF 的產(chǎn)量與使用劑量的比率高于許多報道的生物絮凝劑。與其他物絮凝劑相比，BBF 具有高效率和低消耗的優(yōu)點。

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳圣賓;歐陽志云;徐衛(wèi)華;肖q

本文編號：2720844