申请日2012.07.09
公开(公告)日2014.01.29
IPC分类号C12P19/04; C12R1/01; C02F1/56
摘要
本发明公开了土壤杆菌ZX09利用无机盐培养液固态发酵生产水溶性生物絮凝剂索拉胶及其处理高浊、富养化江湖水的方法。它是利用土壤杆菌在无机盐合成培养液中固态发酵，获得粘稠的代谢产物，向发酵液中加入两倍体积的乙醇沉淀，沉淀真空干燥即可得生物絮凝剂索拉胶粗品。配制索拉胶溶液，投入高岭土、硅藻土、活性炭和酵母颗粒悬浊液颗粒废水中，索拉胶粗品与聚合硫酸铁复合使用处理高浊、富养化江湖水，能有效地降低江湖水的颗粒含量和COD含量，絮凝活性高、用量少、絮凝速度快，处理适用pH范围宽，有利于环境保护和大规模工业化生产。
权利要求书
1.一种索拉胶的制备方法，其特征在于所述方法是利用土壤杆菌Agrobacteriumsp. ZX09生产生物絮凝剂索拉胶，其具体步骤如下：
a. 配置培养液：种子培养液：以质量浓度计，NaH2PO4 0.25‰-2‰，KNO3 1.5‰-4.5‰，CaCl2 0.05‰-0.2‰，MgCl2 0.15‰-0.55‰，FeSO4·7H2O 0.004‰-0.013‰，MnSO4 0.001‰-0.004‰，ZnCl2 0.004‰-0.008‰，蔗糖 1%-5%，pH 5.5-11;发酵培养液是在上述种子培养液中再添加3-8%的NaCl ;
b.将种子培养液加热110-121℃灭菌15-30分钟;
c.向冷却至30-37℃的种子培养液内加入100-200μL平皿菌落液;
d.在28 ℃~30 ℃发酵18~30 h形成种子液;
e.将啤酒糟用水洗涤两次，加入10-25mL发酵培养液，再加入5%-15%的种子液;
f.在28 ℃~30 ℃发酵48~72 h;
g.向发酵瓶中加入20mL的蒸馏水清洗两次啤酒糟，收集上清液，向发上清液内注入超过两倍体积的乙醇、丙酮或异戊醇，得到生物絮凝剂索拉胶粗品。
2.一种索拉胶在水处理方面的应用，其特征在于将索拉胶与聚合硫酸铁复合使用应用于处理高浊、富养化江湖水中，降低江湖水的颗粒含量和COD含量。
3.根据权利要求2所述的索拉胶在水处理方面的应用，其特征在于所述索拉胶与聚合硫酸铁复合使用的质量比为1:10-10:1，处理水样的pH值控制在4-12之间，搅拌30min，静置30min。
4.根据权利要求2所述的索拉胶在水处理方面的应用，其特征在于所述的索拉胶通过以下步骤制备：
a. 配置培养液：种子培养液：以质量浓度计，NaH2PO4 0.25‰-2‰，KNO3 1.5‰-4.5‰，CaCl2 0.05‰-0.2‰，MgCl2 0.15‰-0.55‰，FeSO4·7H2O 0.004‰-0.013‰，MnSO4 0.001‰-0.004‰，ZnCl2 0.004‰-0.008‰，蔗糖 1%-5%，pH 5.5-11;发酵培养液是在上述种子培养液中再添加3-8%的NaCl ;
b.将种子培养液加热110-121℃灭菌15-30分钟;
c.向冷却至30-37℃的种子培养液内加入100-200μL平皿菌落液;
d.在28 ℃~30 ℃发酵18~30 h形成种子液;
e.将啤酒糟用水洗涤两次，加入10-25mL发酵培养液，再加入5%-15%的种子液;
f.在28 ℃~30 ℃发酵48~72 h;
g.向发酵瓶中加入20mL的蒸馏水清洗两次啤酒糟，收集上清液，向发上清液内注入超过两倍体积的乙醇、丙酮或异戊醇，得到生物絮凝剂索拉胶粗品。
说明书
一种索拉胶的制备方法及在水处理方面的应用
技术领域
本发明涉及土壤杆菌Agrobacteriumsp. ZX09的索拉胶固态发酵的制备方法及在水处理中的应用。
背景技术
当前我国水污染已从地表水污染延伸到地下水污染，从常规污染扩展到有毒化学品污染，形势严峻，已经成为制约我国经济、社会稳定发展的制约因素。絮凝是水处理中净化水质的常用手段和方法，尤其是各种污水处理的预处理。目前常用的传统絮凝剂有聚合三氯化铝和聚丙烯酰胺。聚合三氯化铝作为一种无机高分子絮凝剂，具有强烈的电中和及粘和架桥作用，但絮凝沉淀速度慢，停留时间长，且Al3+具有毒性，有引发老年痴呆症的风险。聚丙烯酰胺，其本身并没有毒性，但其难降解性却易造成二次污染，而且研究表明丙烯酰胺单体是一种强致癌物，具有强烈的神经毒性(H. Yokoi, T. Obita, J. Hirose, S. Hayashi, Y. Takasaki. Flocculation properties of pectin in various suspensions. Bioresource Technology. 84:287-290.)。因此开发高效、新型高分子絮凝剂是絮凝法处理废水的关键。
近年来微生物絮凝剂的研究已经引起人们的足够重视。微生物絮凝剂是一种安全、无毒、易降解、不产生二次污染的絮凝剂，由于微生物种类繁多，絮凝特性各异，具有很好的开发前景。按照来源不同，微生物絮凝剂主要可分为3类：(1)直接利用微生物细胞作絮凝剂。如某些细菌、放线菌、真菌和酵母;(2)利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂;(3)利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物主要成分为多糖及少量多肽、蛋白质、脂类及其复合物。其中微生物胞外絮凝剂絮凝效果好、易于提取分离，是现在絮凝剂的主要研究方向(M. Fujita, M. Ike, S. Tachibana, G. Kitada, S. Kim, Z Inoue. Characteristics of a bioflocculant produced by Citrobacter sp. YKF04 from acetic and propionic acids. Journal of Bioscience and Bioengineering. 89: 40- 46.)。
本发明提供了一种新型的生物絮凝剂索拉胶。它是一种由土壤杆菌Agrobacterium sp. ZX09分泌产生的胞外多糖，是一种新结构的β-葡聚糖并具有降血糖的作用(已申请中国专利，201010146371.2)(Xiu A., Kong Y., Zhou M., Zhu B. Wang S., Zhang J.. The chemical and digestive properties of a soluble glucan from Agrobacterium sp. ZX09. Carbohydrate Polymers, 82:623-628)。经过急性毒理学和慢性毒理学的评价，该生物絮凝剂无毒安全(Xiu A., Zhan Y., Zhou M., Zhu B., Wang S., Jia A., Dong W., Cai C., Zhang J.. Results of a 90-day safety assessment study in mice fed a glucan produced by Agrobacterium sp. ZX09. Food and Chemical Toxicology. 49:2377-2384)。索拉胶还能降低肝脂、血脂、体脂和体重(已申请中国专利201010198223.5)并具有预防和治疗便秘的作用(已申请中国专利201110028483.2)。
发明内容
本发明的目的(1)是在于提供土壤杆菌Agrobacteriumsp. ZX09的索拉胶固态发酵的制备方法。
本发明的另一个目的(2)是提供固态发酵生产的、可以絮凝颗粒性污水的生物絮凝剂索拉胶在处理高浊、富养化江湖水中的应用。
实现本发明目的(1)的技术解决方案是：利用土壤杆菌Agrobacteriumsp. ZX09生产生物絮凝剂索拉胶，其步骤如下：
a. 配置培养液：种子培养液：以质量浓度计，NaH2PO4 0.25‰-2‰，KNO3 1.5‰-4.5‰，CaCl2 0.05‰-0.2‰，MgCl2 0.15‰-0.55‰，FeSO4·7H2O 0.004‰-0.013‰，MnSO4 0.001‰-0.004‰，ZnCl2 0.004‰-0.008‰，蔗糖 1%-5%， pH 5.5-11;发酵培养液是在上述种子培养液中再添加3-8%的NaCl ;
b.将种子培养液加热110-121℃灭菌15-30分钟;
c.向冷却至30-37℃的种子培养液内加入100-200μL平皿菌落液;
d.在28 ℃~30 ℃发酵18~30 h形成种子液;
e.将啤酒糟用水洗涤两次，加入10-25mL发酵培养液，再加入5%-15%的种子液;
f.在28 ℃~30 ℃发酵48~72 h;
g.向发酵瓶中加入20mL的蒸馏水清洗两次啤酒糟，收集上清液，向发上清液内注入超过两倍体积的乙醇、丙酮或异戊醇，得到生物絮凝剂索拉胶粗品。
实现本发明目的(2)的技术解决方案是：将上述索拉胶与聚合硫酸铁复合使用应用于处理高浊、富养化江湖水中，能有效降低江湖水的颗粒含量和COD含量。
作为优选，索拉胶与聚合硫酸铁复合使用的质量比为1:10-10:1之间，处理水样的pH值控制在4-12之间，搅拌30min，静置30min。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)菌种的培养操作简便，工艺简单，培养基为全合成培养基，成份明确，成本低，适宜于工业化生产;(2)发酵培养液中加入3%以上的氯化钠，发酵培养不需要灭菌，节约能耗;(3)索拉胶是生物絮凝剂，可生物降解，不会造成二次污染;(4)索拉胶能够有效地絮凝高浊、富养化江湖水，絮凝活性高、用量少、絮凝速度快，处理适用pH范围宽;(5)索拉胶安全无毒。
