一株酵母生物絮凝劑的發酵工藝參數優化及特性研究

庭欣月 夏祥 謝翼飛 陳成

摘 要 從藻水中分離、篩選得到了一株穩定高效的微生物絮凝劑產生菌J-2。采用單因素實驗優化碳源、氮源、培養溫度、初始pH、絮凝劑量、藻液pH和金屬鹽離子等，選擇葡萄糖作為碳源，0.5 g·L-1尿素和0.5 g·L-1酵母膏組合作為氮源，培養溫度為37 ℃，發酵初始pH值為7.0，絮凝劑加入劑量為1 mL，藻液pH值為12.0，金屬鹽離子選擇5 mM MgCl2。在此條件下絮凝活性提高5%～10%。

關鍵詞 微生物絮凝劑；酵母菌；培養條件；絮凝效果

中圖分類號：X703.5 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.075

絮凝劑又稱沉降劑，是一類可使溶液中不易沉降的固體懸浮顆粒凝集、沉淀的物質。絮凝技術是目前國內外提高水質處理效率的一種水處理技術，其優點是經濟簡便。相對于傳統絮凝劑，微生物絮凝劑具有生物相容性、無毒、無二次污染、生物可降解等優點。根據不同的廢水水質開發具有針對性的高效微生物絮凝劑，既能明顯提高絮凝效果，還能在極大程度上降低絮凝劑投入量，從而降低處理成本。因此優化工藝參數，對微生物絮凝劑的發酵及作用效果都具有重要意義[1-3]。

1 材料與方法

1.1 材料與培養基

微生物絮凝劑產生菌由成都某小區的景觀藻水中分離、篩選得到。

培養基：葡萄糖10 g·L-1、K2HPO4 5 g·L-1、KH2PO4 2 g·L-1、尿素0.5 g·L-1、酵母膏0.5 g·L-1、NaCl 0.1 g·L-1、MgSO4 0.2 g·L-1。

1.2 方法

將小區景觀水室溫放置一夜濃縮，倒去上清液。稱取50 mL藻液（調節pH至11.5），加入1 mL氯化鈣溶液（1%），攪拌30 s后，加入發酵液0.5 mL，攪拌

4.5 min，靜置20 min，小心去除上清液，收集下面的絮體，10 000 r·min-1離心5 min，75 ℃烘干稱重。直接量取50 mL藻液10 000 r·min-1離心5 min，作空白組。

2 結果與分析

2.1 碳源優化

分別選取1%乳糖、木糖、甘露糖、麥芽糖來取代葡萄糖，對比空白組（1%葡萄糖），按照5%的接種量，在30 ℃、160 r·min-1的搖床中培養2 d，測定發酵液OD600（發酵液過濃，稀釋濃度1∶4純水）和藻類去除效率。實驗結果見表1，甘露糖略優于葡萄糖。考慮到價格方面，甘露糖更昂貴，所以從實際出發選擇葡萄糖比甘露糖更合適。

2.2 氮源優化

分別選取0.1%蛋白胨、酵母膏、尿素、硫酸銨和氯化銨，替代原有的氮源（0.5 g·L-1尿素和0.5 g·L-1酵母膏），在30 ℃、160 r·min-1的搖床中培養2 d，測定發酵液OD600和藻類去除效率。實驗結果見表2。從絮凝活性看，0.5%尿素和0.5%酵母膏組合為最佳氮源，絮凝效率可達88.20%。

2.3 發酵溫度優化

將接入種子液的發酵液放置在不同溫度的搖床中（10 ℃、20 ℃、30 ℃和37 ℃）培養2 d，測定發酵液OD600和藻類去除效率。由圖1可以看出，該菌株在37 ℃時絮凝活性達到最高值91.70%。

2.4 初始pH優化

將種子液接入不同初始pH（5.0、6.0、7.0、8.0和9.0）的發酵液中培養2 d，測定發酵液OD600和藻類去除效率。由圖2可知，當初始pH為7.0時，該菌株生長旺盛且其絮凝活性達到最大值。

2.5 絮凝劑劑量優化

選擇不同發酵上清液加入到藻類水中，添加量分別為0.250 mL、0.375 mL、0.500 mL、0.750 mL和1.000 mL，測定去除率。實驗結果如圖3所示，當加入劑量為1.000 mL時，絮凝效率達到95.80%。

2.6 藻液pH優化

將藻液調至不同的pH值，分別為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0和12.0，加入優化的發酵液體積，測定去除率。結果如圖4所示，初始pH優化的最佳選擇是pH=12.0。

2.7 金屬鹽離子優化

金屬陽離子選擇NaCl、CaCl2、MgCl2和AlCl3，每種3個濃度（1 mM、5 mM、10mM），測定去除率。從圖5結果可知，最合適用作實驗的金屬鹽離子為CaCl2，而金屬鹽離子為MgCl2，濃度為5 mM時絮凝效果最佳。

3 結論

本研究針對酵母生物絮凝劑J-2，進行了發酵工藝參數優化及絮凝特性研究。J-2的最佳碳源為葡萄糖，最佳氮源為0.5 g·L-1尿素和0.5 g·L-1酵母膏；最佳培養條件：培養溫度37 ℃，初始pH=7.0。最佳的絮凝特性條件為絮凝劑劑量1.000 mL、藻液pH=12.0、金屬鹽離子5 mM MgCl2。

參考文獻：

[1] 灑威，李剛.絮凝性微生物的分離與篩選[J].安徽農業科學，2013，41（5）：2047-2049.

[2] 陶然，楊朝暉，曾光明.微生物絮凝劑產生菌的篩選、鑒定及其培養條件的優化研究[J].中國生物工程雜志，2005，25（8）：76-81.

[3] 馬放，段姝悅，孔祥震.微生物絮凝劑的研究現狀及其發展趨勢[J].中國給水排水.2012，28（2）：7-9.

（責任編輯：劉昀）