一株酵母生物絮凝剂的发酵工艺参数优化及特性研究

庭欣月 夏祥 谢翼飞 陈成

摘 要 从藻水中分离、筛选得到了一株稳定高效的微生物絮凝剂产生菌J-2。采用单因素实验优化碳源、氮源、培养温度、初始pH、絮凝剂量、藻液pH和金属盐离子等，选择葡萄糖作为碳源，0.5 g·L-1尿素和0.5 g·L-1酵母膏组合作为氮源，培养温度为37 ℃，发酵初始pH值为7.0，絮凝剂加入剂量为1 mL，藻液pH值为12.0，金属盐离子选择5 mM MgCl2。在此条件下絮凝活性提高5%～10%。

关键词 微生物絮凝剂；酵母菌；培养条件；絮凝效果

中图分类号：X703.5 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.075

絮凝剂又称沉降剂，是一类可使溶液中不易沉降的固体悬浮颗粒凝集、沉淀的物质。絮凝技术是目前国内外提高水质处理效率的一种水处理技术，其优点是经济简便。相对于传统絮凝剂，微生物絮凝剂具有生物相容性、无毒、无二次污染、生物可降解等优点。根据不同的废水水质开发具有针对性的高效微生物絮凝剂，既能明显提高絮凝效果，还能在极大程度上降低絮凝剂投入量，从而降低处理成本。因此优化工艺参数，对微生物絮凝剂的发酵及作用效果都具有重要意义[1-3]。

1 材料与方法

1.1 材料与培养基

微生物絮凝剂产生菌由成都某小区的景观藻水中分离、筛选得到。

培养基：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

将小区景观水室温放置一夜浓缩，倒去上清液。称取50 mL藻液（调节pH至11.5），加入1 mL氯化钙溶液（1%），搅拌30 s后，加入发酵液0.5 mL，搅拌

4.5 min，静置20 min，小心去除上清液，收集下面的絮体，10 000 r·min-1离心5 min，75 ℃烘干称重。直接量取50 mL藻液10 000 r·min-1离心5 min，作空白组。

2 结果与分析

2.1 碳源优化

分别选取1%乳糖、木糖、甘露糖、麦芽糖来取代葡萄糖，对比空白组（1%葡萄糖），按照5%的接种量，在30 ℃、160 r·min-1的摇床中培养2 d，测定发酵液OD600（发酵液过浓，稀释浓度1∶4纯水）和藻类去除效率。实验结果见表1，甘露糖略优于葡萄糖。考虑到价格方面，甘露糖更昂贵，所以从实际出发选择葡萄糖比甘露糖更合适。

2.2 氮源优化

分别选取0.1%蛋白胨、酵母膏、尿素、硫酸铵和氯化铵，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的摇床中培养2 d，测定发酵液OD600和藻类去除效率。实验结果见表2。从絮凝活性看，0.5%尿素和0.5%酵母膏组合为最佳氮源，絮凝效率可达88.20%。

2.3 发酵温度优化

将接入种子液的发酵液放置在不同温度的摇床中（10 ℃、20 ℃、30 ℃和37 ℃）培养2 d，测定发酵液OD600和藻类去除效率。由图1可以看出，该菌株在37 ℃时絮凝活性达到最高值91.70%。

2.4 初始pH优化

将种子液接入不同初始pH（5.0、6.0、7.0、8.0和9.0）的发酵液中培养2 d，测定发酵液OD600和藻类去除效率。由图2可知，当初始pH为7.0时，该菌株生长旺盛且其絮凝活性达到最大值。

2.5 絮凝剂剂量优化

选择不同发酵上清液加入到藻类水中，添加量分别为0.250 mL、0.375 mL、0.500 mL、0.750 mL和1.000 mL，测定去除率。实验结果如图3所示，当加入剂量为1.000 mL时，絮凝效率达到95.80%。

2.6 藻液pH优化

将藻液调至不同的pH值，分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0和12.0，加入优化的发酵液体积，测定去除率。结果如图4所示，初始pH优化的最佳选择是pH=12.0。

2.7 金属盐离子优化

金属阳离子选择NaCl、CaCl2、MgCl2和AlCl3，每种3个浓度（1 mM、5 mM、10mM），测定去除率。从图5结果可知，最合适用作实验的金属盐离子为CaCl2，而金属盐离子为MgCl2，浓度为5 mM时絮凝效果最佳。

3 結论

本研究针对酵母生物絮凝剂J-2，进行了发酵工艺参数优化及絮凝特性研究。J-2的最佳碳源为葡萄糖，最佳氮源为0.5 g·L-1尿素和0.5 g·L-1酵母膏；最佳培养条件：培养温度37 ℃，初始pH=7.0。最佳的絮凝特性条件为絮凝剂剂量1.000 mL、藻液pH=12.0、金属盐离子5 mM MgCl2。

参考文献：

[1] 洒威，李刚.絮凝性微生物的分离与筛选[J].安徽农业科学，2013，41（5）：2047-2049.

[2] 陶然，杨朝晖，曾光明.微生物絮凝剂产生菌的筛选、鉴定及其培养条件的优化研究[J].中国生物工程杂志，2005，25（8）：76-81.

[3] 马放，段姝悦，孔祥震.微生物絮凝剂的研究现状及其发展趋势[J].中国给水排水.2012，28（2）：7-9.

（责任编辑：刘昀）