青霉菌BX1吸附劑的成本控制

摘要：通過(guò)對(duì)青霉菌ＢＸ１吸附劑制備方式的研究，探討了不同的培養(yǎng)基組成對(duì)青霉菌生長(zhǎng)的影響，找出了合理的菌體培養(yǎng)方式，提高了青霉菌的轉(zhuǎn)化率，降低了生產(chǎn)成本，改善了菌體的成球狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了青霉菌BX1吸附劑的成本控制。

關(guān)鍵詞：青霉菌ＢＸ１；培養(yǎng)方式；成本控制

中圖分類號(hào)：Ｘ７０３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）02－0255-03

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ＢＸ１ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ

ＧＡＯ Ａｉ－ｆａｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ３，４，ＸＵ Ｗｅｎ－ｇｕｏ３

（１． Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｓｔａｉｎｅｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００３１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ；４．Ｃｈｉｎａ Ｅｎｆｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ＢＸ１ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｌｔｕｒｅ ｍｅｄｉｕｍ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｇｒｏｗｔｈ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ； ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｈａｌｌｕｓ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ， ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ＢＸ１ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｒａｉｓｉｎｇ Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ＇ｓ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｅ， ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｂａｌｌｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈａｌｌｕｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ＢＸ１； ｔｒａｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ； ｃｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ

真菌用于染料脫色具有廣譜性，對(duì)處理成分復(fù)雜的染料廢水有很好的應(yīng)用前景［１，２］。目前很多理論和實(shí)踐已證明真菌可以有效脫除染料廢水的色度［２－１０］。但是，利用微生物吸附劑大規(guī)模處理染料廢水在實(shí)際應(yīng)用中還不普遍，這主要有兩方面的原因，一是真菌一般不能以染料作為惟一的碳源和能源正常生長(zhǎng)，需要在廢水中補(bǔ)充碳源或能源，這無(wú)形中增加了處理成本；二是真菌生物吸附技術(shù)還未成熟。目前孢子接種成球在小型反應(yīng)器中已獲得成功，但實(shí)際應(yīng)用中大量獲得孢子用于接種還相當(dāng)困難，反應(yīng)器中的菌絲接種成球技術(shù)是微生物吸附劑處理染料廢水工業(yè)化的關(guān)鍵問題。因此，從微生物吸附劑制備的角度，探討成本控制的有關(guān)問題，即利用菌體的生長(zhǎng)過(guò)程，通過(guò)改變培養(yǎng)基的成分，即增加促進(jìn)生長(zhǎng)因子、采用不同的補(bǔ)料方式和改變碳源，提高青霉菌的轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本，改善菌體的成球狀態(tài)，以期為其工業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。

１ 材料與方法

１．１ 材料

１．１．１ 菌株 ＢＸ１號(hào)菌，從受污土壤中篩選，經(jīng)鑒定為草酸青霉菌（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｏｘａｌｉｃｕｍ Ｃｕｒｒｉｅ ＆ Ｔｈｏｍ）。

１．１．２ 基本培養(yǎng)基 ＫＨ２ＰＯ４ １．０ ｇ；（ＮＨ４）２ＳＯ４ １．０ ｇ；ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ ０．５ ｇ；葡萄糖１０．０ｇ；去離子水１ ０００ ｍＬ；ｐＨ ５．５±０．１。

１．１．３ 化學(xué)藥品和替代碳源 乙醇、甲醇、丙酮，均為分析純。黑曲霉，取自湖南某檸檬酸發(fā)酵副產(chǎn)物；馬鈴薯粉，馬鈴薯切片烘干研細(xì)過(guò)篩；甘薯粉，甘薯切片烘干研細(xì)過(guò)篩；玉米粉，市售；蘋果粉，蘋果切碎烘干碾細(xì)過(guò)篩。

１．２ 方法

１．２．１ 促進(jìn)生長(zhǎng)因子試驗(yàn) 在原培養(yǎng)基中分別加入１％的乙醇、甲醇和丙酮（同時(shí)保留無(wú)促進(jìn)生長(zhǎng)因子的對(duì)照組），將孢子接種培養(yǎng)的菌絲球收獲、漂洗、研碎，制成濁度為５５０～６００度的菌絲懸液，再以４％的接種量接種于含５０ ｍＬ上述培養(yǎng)基的１５０ ｍＬ錐形瓶中，搖床培養(yǎng)（３０ ℃，１２０ ｒ／ｍｉｎ）４ ｄ后，離心收集菌體并用去離子水洗滌６次，置于烘箱中，在５０ ℃下烘至恒重，用電子天平測(cè)菌體干重。

１．２．２ 分批補(bǔ)料試驗(yàn) 采用原培養(yǎng)基配方，暫不加入葡萄糖。每份培養(yǎng)基?。矗?ｍＬ，則各需葡萄糖４００ ｍｇ，按３種方式投加：在培養(yǎng)前一次性投加；分３次投加，即培養(yǎng)前加入２００ ｍｇ，隨后每隔２４ ｈ投加１００ ｍｇ，直至４８ ｈ全部加完；分４次投加，即培養(yǎng)前加入１００ ｍｇ，隨后每隔２４ ｈ投加１００ ｍｇ，直至７２ ｈ全部加完。菌體接種、培養(yǎng)、收獲、稱重各步驟同上。

１．２．３ 替代碳源試驗(yàn) 采用原培養(yǎng)基配方，不加葡萄糖，改用替代碳源。根據(jù)前期研究，確定投加量為每５０ ｍＬ培養(yǎng)基投加１ ｇ替代碳源。菌體接種、培養(yǎng)、收獲、稱重各步驟同上。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 促進(jìn)生長(zhǎng)因子對(duì)青霉菌ＢＸ１培養(yǎng)的影響

在培養(yǎng)基中加入少量的乙醇、甲醇、丙酮等常見易得的有機(jī)物，嘗試尋找對(duì)青霉菌生長(zhǎng)有促進(jìn)作用的物質(zhì)，結(jié)果見表１。由表１可知，乙醇對(duì)青霉菌的生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用，青霉菌干重是空白對(duì)照組的2倍多，菌體產(chǎn)率大大提高。在菌球形態(tài)方面，若菌球太大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與氧氣的限制可能會(huì)導(dǎo)致菌球內(nèi)部死亡或者內(nèi)部變成厭氧菌，使得產(chǎn)量降低，且菌球表面積下降，吸附量降低；若菌球太小，則含水量減少，菌絲纏繞緊密，造成傳質(zhì)阻力增加，同樣影響處理效率。因此，控制菌球形態(tài)及球徑大小是工業(yè)應(yīng)用的前提。通過(guò)試驗(yàn)可知，經(jīng)乙醇輔助生長(zhǎng)的青霉菌長(zhǎng)勢(shì)旺盛，菌球大小均勻，球徑適中，表面光滑。表明乙醇在促進(jìn)青霉菌生長(zhǎng)的同時(shí)，還有利于其成球。甲醇與丙酮對(duì)青霉菌生長(zhǎng)均有一定的抑制作用。說(shuō)明有些有機(jī)物會(huì)抑制青霉菌的生成，減少其產(chǎn)量；有些有機(jī)物則可以促進(jìn)它的生長(zhǎng)。

２．２ 分批補(bǔ)料對(duì)青霉菌ＢＸ１培養(yǎng)的影響

考查了葡萄糖３種不同的投加方式（一次性投加、分３次和４次投加）對(duì)菌體培養(yǎng)的影響，結(jié)果見表２。由表２可知，葡萄糖的不同投加方式對(duì)菌體的生長(zhǎng)繁殖有影響。將４００ ｍｇ葡萄糖分３次和４次投加，菌體產(chǎn)量與一次性投加所得的２３５．５ ｍｇ相比，分別增加了約５％和３０％。這是由于一次性投加將微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一次性加入培養(yǎng)基，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩，微生物不能有效吸收利用，造成底物的浪費(fèi)；分批添加則有利于提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率，提高菌體產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。此外，許多酶的合成受到代謝分解物的阻遏作用，快速被利用的碳源能阻遏酶的合成，而分批補(bǔ)料培養(yǎng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能夠防止該現(xiàn)象的出現(xiàn)。向培養(yǎng)液中分批加入葡萄糖，足以阻止碳源濃度達(dá)不到分解物阻遏作用閾［１１］。可見，適當(dāng)?shù)馗淖兺都臃绞?，可使青霉菌?duì)葡萄糖的吸收利用更為徹底，從而達(dá)到促進(jìn)菌體生長(zhǎng)，提高轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本的目的。

２．３ 替代碳源對(duì)青霉菌ＢＸ１培養(yǎng)的影響

微生物利用碳源物質(zhì)具有選擇性，糖類是微生物容易利用的良好碳源。在沒有糖類物質(zhì)存在時(shí)，微生物也可以吸收利用淀粉類物質(zhì)作為碳源。在以前的試驗(yàn)中，以葡萄糖為碳源，青霉菌的生長(zhǎng)情況很好。但是在廢水的大規(guī)模工業(yè)化處理中，以葡萄糖作為惟一碳源用量較大，價(jià)格很高，增加了處理成本。嘗試?yán)昧畠r(jià)的黑曲霉、馬鈴薯粉、甘薯粉、玉米粉、蘋果粉等物質(zhì)代替葡萄糖作為碳源進(jìn)行試驗(yàn)，得到的菌體產(chǎn)量如表３。從表３可以看出，用馬鈴薯粉和玉米粉作為替代碳源，菌體生長(zhǎng)狀況良好，其中青霉菌利用玉米粉的能力更強(qiáng)，成球也很均勻。上述粉末顆粒的加入，在提供碳源的同時(shí)，也成為菌體成球的晶核，對(duì)青霉菌的顆?；a(chǎn)生影響。目前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)真菌成球的機(jī)理還未能完全揭示，這一問題仍有待深入研究［１２］。一般認(rèn)為，在孢子接種條件下，孢子在生長(zhǎng)過(guò)程中相互聚集，形成晶核，在外界水力條件的促使下，不斷生長(zhǎng)出的菌絲纏繞孢子形成菌絲球。而研究中采用菌絲接種，菌體生長(zhǎng)過(guò)程中未產(chǎn)生孢子，因此馬鈴薯和玉米顆粒無(wú)形中起到了晶核的作用，試驗(yàn)中３種碳源的成球形態(tài)如表４。

３ 結(jié)論

利用菌體生長(zhǎng)過(guò)程中的一些特點(diǎn)，通過(guò)改變培養(yǎng)基的成分，即增加促進(jìn)生長(zhǎng)因子、采用不同的補(bǔ)料方式和改變碳源，找到了合理的菌體培養(yǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了青霉菌ＢＸ１吸附劑的成本控制。促進(jìn)生長(zhǎng)因子試驗(yàn)中，在培養(yǎng)基中添加少量有機(jī)溶劑乙醇，雖含量?jī)H占培養(yǎng)基的１％，但可成功地促進(jìn)青霉菌的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，效果明顯；分批補(bǔ)料試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)等量碳源在不同的補(bǔ)料方式下效果迥異，尋求合適的補(bǔ)料方式，可以相對(duì)地降低青霉菌的制備成本；替代碳源試驗(yàn)中，利用一些廉價(jià)易得的淀粉類物質(zhì)，如馬鈴薯粉、玉米粉等，不僅能使青霉菌的產(chǎn)量提高，而且成球狀況也比較理想，尤其玉米粉是一種很好的替代碳源。

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