微生物絮凝劑的提取及有效成分的測定

摘 要:用乙醇從去菌細胞培養液中提取到絮凝物質，經測定，四種微生物絮凝劑含有蛋白質和糖類。

關鍵詞:提取;有效成分

中圖分類號:TQ

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)05-0286-02

1 引言

絮凝劑，又稱沉降劑，作為一類可使液體中不易沉降的固體懸浮微粒凝聚、沉淀的物質，在廢水處理、發酵工業后處理、食品加工、土木疏浚施工等領域有著廣泛的應用。

目前使用的絮凝劑，從其來源及性質上可分為無機絮凝劑、人工合成高分子絮凝劑和天然生物高分子絮凝劑。無機絮凝劑主要有鐵系(氯化鐵、硫酸鐵及其多聚物)和鋁系(如氯化鋁、硫酸鋁及其多聚物)。鋁鹽具有毒性，會影響人類健康，如誘發老年癡呆癥;鐵鹽會造成處理水中帶顏色，如高濃度的鐵也會對人類健康和生態環境產生不利影響。人工合成高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺衍生物、聚乙烯亞胺、聚乙烯嘧啶等，在自然界中不易被降解，易造成二次污染，而且其單體有“三致”效應(致畸、致癌、致突變)。因此，這些絮凝劑的應用受到很大限制。

相比之下，天然生物高分子絮凝劑對人體無害，可以被生物降解，對生態環境也不存在不利影響，遠比前兩類絮凝劑安全，而微生物絮凝劑是天然生物高分子絮凝劑的重要種類。能產生絮凝劑的微生物種類多，生長快，易于采取生物工程手段實現產業化，因而微生物絮凝劑在生物絮凝劑中最具發展前途。

微生物絮凝劑是某些種類的細菌、放線菌、霉菌、酵母等在特定培養條件下，其生長代謝至一定階段產生的具有絮凝活性的代謝生物。微生物絮凝劑主要包括利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑、利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑和直接利用微生物細胞的絮凝劑。

微生物細胞是天然有機高分子絮凝劑的重要來源。如藻類細胞壁的基質主要由許多異多糖、脂類物質和部分蛋白質組成。目前已廣泛用作絮凝劑的褐藻酸就是一些褐藻細胞壁的成分。酵母菌細胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質及N-乙酰葡萄糖胺等成分也可用作絮凝劑。絲狀真菌的細胞壁多糖除了纖維素、甘露聚糖和葡聚糖外，還有一種極其重要的多糖—幾丁質。細菌的細胞壁也含有多種可作絮凝劑的物質，如革蘭氏陰性菌中的脂多糖和蛋白質，革蘭氏陽性菌中的磷壁質、蛋白質及肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸。但由于細菌細胞個數較小，不易收集，目前利用藻類和霉菌的細胞壁提取物較多，利用細菌細胞壁的較少。

微生物細胞的代謝產物有的貯藏在細胞內，有的則分泌到細胞外。分泌到細胞外的物質主要是細菌的莢膜和粘液質。除水外，它們的主要成分是多糖及少量的多肽、蛋白質、脂類及其復合物。這些物質在某種程度上都可用作絮凝劑，但貢獻最大的還是多糖類。

第三種絮凝劑是直接利用活細胞作絮凝劑，它有下列優點:①免去了提取所需成本;②可用少量菌種接入被處理廢液中使其繁殖;③無二次污染。不足是被處理廢液中必須無妨礙菌體生長的因素。

關于微生物絮凝劑的絮凝機理，目前普遍為人們所接受的是離子鍵、氫鍵結合學說，又稱“化學架橋”學說。該學說認為:盡管微生物絮凝劑的性質不同，但它們引起懸浮物絮凝的機理相似，由于有絮凝活性的物質分子量大，有長直鏈結構，表面積大，一個絮凝劑分子可以同時與幾個懸浮顆粒以離子鍵、氫鍵方式結合，成為懸浮顆粒之間的“化學架橋”，在適宜條件下使分散狀態的懸浮顆粒迅速結合成網狀結構，形成大的凝聚體而沉積，從而表現出絮凝活性。該學說可以解釋化學性質不同的微生物絮凝劑引起絮凝的原因，也可以解釋不同外界因素，如pH、溫度、離子種類、離子強度對絮凝活性的影響。

由于微生物絮凝劑具有高效、安全、可生物降解、無二次污染等優點，曾被應用于屠宰廢水、焦化廢水、瓷器釉藥廢水、制藥廢水、棕櫚酸油乳化廢水及消除污泥膨脹、污泥脫水干化等水處理中，收到良好效果。

本文對四株絮凝活性較高的絮凝劑產生菌產生的絮凝劑進行了提取，并對其有效成分進行了測定。

2 材料和方法

2.1 菌種培養

2.2.1 樣品來源

廣州市無害化處理廠吸收塔污水和沉淀池活性污泥中篩選的四株絮凝活性較高的絮凝劑產生菌，分別標示為GC2、GC3、GC6、GC7。

2.1.2 培養基

采用GC培養基。

葡萄糖20克 KH2PO4 B2克

K2HPO45克(NH4)2SO40.2克

NaCl0.1克脲0.5克

酵母膏0.5克蒸餾水1000毫升

pH7.5-8.58磅滅菌

2.1.3 培養方法

將菌種接種到裝有25ml培養基的100ml三角瓶中，150rpm，30℃培養18-24小時，所得培養液進行絮凝劑的提取。

2.2 絮凝劑的提取

各菌培養液于4℃，8000rpm離心15min(采用J2-21型BECKMAN高速冷凍離心機，美國產)，取出上清液定容后4℃預冷，加入2倍體積預冷的乙醇，輕搖，4℃放置24小時。收集沉淀后用70%乙醇洗滌后得到絮凝劑，干燥至恒重，稱重得到絮凝劑的產量(公式如下):

絮凝劑的產量(g/L)=絮凝劑干重(g)上清液體積(ml)×1000

2.3 絮凝劑的有效成分測定

提取的絮凝劑溶于蒸餾水作為實驗樣品。

2.3.1 茚三酮顯色實驗

稱取0.5克茚三酮，溶于100ml95%乙醇。臨用前配制。

取一支試管，加入樣品4滴，0.5%茚三酮-乙醇溶液2滴，混勻后于小火上煮沸1-2分鐘，放置冷卻。觀察顏色變化。

2.3.2 α-萘酚實驗(Molish反應)

5克α-萘酚溶于50ml95%乙醇中，用時現配。

1ml樣品與2滴α-萘酚試劑于試管中混合，傾斜試管，沿管壁慢慢加入1ml濃硫酸(勿搖動)，小心豎起試管，觀察濃硫酸與樣品試劑混合液分界面有無紫環以檢測樣品中是否含糖。

3 結果與討論

3.1 絮凝劑的提取

將乙醇加到去菌體的培養液中，GC3、GC6培養液中有白色或黃色粉末狀沉淀，GC2、GC7則有網狀物質形成。沉淀有粘性，放置一段時間粘于瓶底。一般每升培養液可得絮凝劑0.55-1.39克(詳見表1)。

表1 四株菌所產絮凝劑的提取量

菌號絮凝劑產量

GC21.20g/l

GC30.64g/l

GC60.55g/l

GC71.39g/l

3.2 絮凝劑的有效成分測定

3.2.1 茚三酮顯色實驗

茚三酮可與蛋白質、氨基氮反應形成紫紅色，最終形成藍紫色化合物。GC2、GC3、GC6、GC7產的絮凝劑(分別記為MF-2、MF-3、MF-6、MF-7)與0.5%茚三酮-乙醇溶液混勻，煮沸，冷卻后，顏色由粉紅色變成紫紅色，直到藍紫色，證明樣品中含有蛋白質或氨基氮。

3.2.2 α-萘酚實驗(Molish反應)

糖類化合物與濃硫酸作用生成糠醛及其衍生物，糠醛及其衍生物與α-萘酚起縮合作用，生成紫色的縮合物。MF-2、MF-3、MF-6、MF-7在濃硫酸與樣品液分界面上有清晰的紫環形成，證明GC2、GC3、GC6、GC7產的絮凝劑含有大量的糖類。

4 結論

用乙醇從去菌細胞培養液中提取到絮凝物質，經測定主要是蛋白質和糖類。絮凝劑產量是0.55-1.39g/L。

參考文獻

[1]張彤，朱懷蘭，林哲.微生物絮凝劑的研究與應用進展[J].應用與環境生物學報，1996，2(1):95-105.

[2]李智良，張本蘭，裴健. 微生物絮凝劑產生菌的篩選及相關廢水絮凝效果試驗[J].應用與環境生物學報，1997，3(1):67-70.

[3]吳健，戴桂馥.微生物細胞的絮凝與微生物絮凝劑[J].環境污染與防治，1994，16(6):27-29.

[4]黃尚雄.生物化學技術基礎[D].廣州:暨南大學生物學系，110.

[5]郭書好，羅新祥，阮秀蘭，蔣篤孝. 有機化學實驗與指導[M]. 廣州:暨南大學出版社，1995:155-160.