專利名稱：一種鞘鞍醇桿菌及用它制備糖蛋白類生物絮凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嗜溫鞘鞍醇桿菌(Sphingobacterium thalpophilum)BF-QSH7及用它從淀粉廢水中制備一種新型糖蛋白類生物絮凝劑SPB-1的方法。
背景技術(shù)：
絮凝劑廣泛應(yīng)用于污水處理、食品生產(chǎn)及生物發(fā)酵等工業(yè)領(lǐng)域，但目前所廣泛使用的無機(jī)和有機(jī)合成高分子絮凝劑的殘留物往往引起環(huán)境污染問題，甚至對(duì)人類具有致癌、致畸等毒性作用，已被許多國家禁止或限量使用。因此人們把目光轉(zhuǎn)向開發(fā)高效、安全無毒、不污染環(huán)境的新型絮凝劑。
生物絮凝劑主要是由微生物在特定培養(yǎng)條件下所分泌產(chǎn)生的具有絮凝活性的高分子生物聚合物，具有安全無毒，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。目前美國、日本、英國等數(shù)十個(gè)國家對(duì)生物絮凝劑進(jìn)行了研究，篩選出多種絮凝劑產(chǎn)生菌，并在絮凝條件、機(jī)理、產(chǎn)絮凝劑的基因控制、絮凝劑的純化、性質(zhì)以及應(yīng)用方面進(jìn)行了一系列的工作。Takeda等人從土壤中分離出紅平紅球菌(R.erythropolis)S-l菌株，由其產(chǎn)生的蛋白類絮凝劑NOC-1，處理各種廢水效果顯著，但因生產(chǎn)成本高而未獲得廣泛應(yīng)用。(M.Takena，R.Kurane，J.Kiozumi，I.Nakamura，Agri.Biol.Chem.1991，55(10)2663-2664)。目前用于制備生物絮凝劑的菌種大都以葡萄糖、果糖、蔗糖、乙醇等有機(jī)物為碳源，以牛肉膏、蛋白胨、酵母汁等為氮源，生產(chǎn)成本高，從而大大限制了在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。
淀粉廣泛應(yīng)用于食品、化工、造紙、醫(yī)藥、紡織等工業(yè)領(lǐng)域，在其生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢水，直接排放不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且會(huì)造成資源的浪費(fèi)。各國都在尋求處理淀粉廢水的有效途徑，研究較多的是利用淀粉廢水米生產(chǎn)酵母、霉菌、細(xì)菌的單細(xì)胞，還未見有利用淀粉廢水制備生物絮凝劑的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7及用它從淀粉廢水中制備高活性、低成本的新型糖蛋白類生物絮凝劑SPB-1的方法，它能彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。
一種嗜溫鞘鞍醇桿菌編號(hào)為BF-QSH7，其特征是保藏單位為武漢中國典型微生物培養(yǎng)物保藏中心，保藏號(hào)為M.204033。
嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7用于制備糖蛋白類生物絮凝劑。
一種用嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7制備糖蛋白類生物絮凝劑的方法，其特征是向淀粉廢水中加入(NH4)2SO4、K2HPO4和MgSO4作為發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)高溫蒸汽滅菌后接入含有嗜溫鞘鞍醇桿菌的種子培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵培養(yǎng)溫度為25-35℃，通氣，攪拌，培養(yǎng)20-48h后將發(fā)酵液離心分離，收集菌體，以稀鹽酸抽提菌體，提取液減壓濃縮后，加入丙酮或乙醇沉降，離心收集沉淀，真空干燥即得生物絮凝劑的粗品，經(jīng)超濾、透析、真空干燥后得到生物絮凝劑的純品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)所選育的嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7能以淀粉廢水為主要原料制備具有高絮凝活性的生物絮凝劑SPB-1，而且發(fā)酵時(shí)間短，提取工藝簡單，可大大降低生產(chǎn)成本；(2)所制備的生物絮凝劑SPB-1是一種具有多個(gè)活性位點(diǎn)的高分子糖蛋白類物質(zhì)，絮凝活性高，絮凝對(duì)象廣泛，使用條件粗放；(3)淀粉廢水經(jīng)發(fā)酵提取生物絮凝劑后，有機(jī)負(fù)荷大大減小，有利于后續(xù)處理，為高濃度淀粉廢水的處理提供了方便。


附圖1為生物絮凝劑SPB-1經(jīng)酸解和硅烷化后的GC-MS圖。圖中1、2、3、4分別表示樣品中所含的四種糖組分，即D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖和塔羅糖。
附圖2為糖組分1的MS圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫中D-Glucopyranose的MS圖譜。圖中a為樣品的MS圖，b為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)MS圖，匹配率為92％。
附圖3為糖組分2的MS圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫中D-Galactopyranose的MS圖譜。圖中a為樣品的MS圖，b為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)MS圖，匹配率為86％。
附圖4為糖組分3的MS圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫中D-Mannopyranose的MS圖譜。圖中a為樣品的MS圖，b為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)MS圖，匹配率為91％。
附圖5為糖組分4的MS圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫中Talose的MS圖譜。圖中a為樣品的MS圖，b為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)MS圖，匹配率為91％。
附圖6為生物絮凝劑SPB-1的紅外光譜圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明中所用的嗜溫鞘鞍醇桿菌(S.thalpophilum)編號(hào)為BF-QSH7，它分離自污水處理廠的活性污泥中，菌種保藏采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。該菌株在營養(yǎng)瓊脂平板上培養(yǎng)時(shí)，菌落呈圓形，邊緣整齊，向上凸起，表面光滑，潤濕，室溫下放置3天后呈黃色；菌體為直桿狀，無芽孢，無鞭毛，有莢膜；菌體內(nèi)脂質(zhì)含鞘氨醇磷脂。該菌株主要生理生化特性見表1。
表1菌株BF-QSH7主要生理生化特性

制備糖蛋白類生物絮凝劑時(shí)，向每升自來水中加入葡萄糖20.0g、酵母膏0.5g、(NH4)2SO42.0g、K2HPO45.0g、MgSO40.2g、NaCl 0.1g得到種子培養(yǎng)基，每升淀粉廢水(取自山東省諸城市興貿(mào)有限公司玉米淀粉廠，廢水水質(zhì)分析結(jié)果見表2)中加入(NH4)2SO42.0g、K2HPO41.5g、MgSO40.2g得到發(fā)酵培養(yǎng)基。將菌種從營養(yǎng)瓊脂斜面轉(zhuǎn)接到上述的種子培養(yǎng)基，200rpm，30℃條件下?lián)u床培養(yǎng)12h，使菌體細(xì)胞密度達(dá)到106-107個(gè)/ml，然后以5％(v/v)的接種量接到上述發(fā)酵培養(yǎng)基。發(fā)酵培養(yǎng)時(shí)溫度為30℃、通氣量為0.51/min、攪拌速度為300rpm、pH為6.5-7.0、培養(yǎng)時(shí)間為24h。
本發(fā)明中所述的發(fā)酵培養(yǎng)基中所用的三種無機(jī)鹽的用量可依次為0.5-4.0g、1.0-3.0g、0.1-0.2g，其中(NH4)2SO4可改用NH4NO3或尿素；所述的接種量可為2-10％。
培養(yǎng)好的發(fā)酵液以10000rpm離心20min收集菌體，每升發(fā)酵液可獲得15.8g濕菌體，用0.2mol/l的鹽酸抽提三次，合并提取液，減壓蒸餾至原體積的十分之一后，4℃下加入2倍體積的冷丙酮或乙醇并放置4h，6000rpm離心10min，收集沉淀，真空干燥得到淺黃色粉末狀物質(zhì)，為本發(fā)明的絮凝劑粗品，收率為每升發(fā)酵液2.69g。
將所得絮凝劑粗品懸浮于100mM的磷酸鹽緩沖液(pH為7.4)中，超濾(10KDa)濃縮，蒸餾水透析后，冷凍干燥，得淺黃色粉末狀物質(zhì)。將所得粉末狀物質(zhì)再溶于上述磷酸鹽緩沖液中，同上操作，超濾濃縮并冷凍干燥，即可得到生物絮凝劑的純品(SPB-1)，收率為每升發(fā)酵液1.07g。
本發(fā)明的生物絮凝劑SPB-1的總糖含量采用硫酸-苯酚法測(cè)定為81.9％，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮蘭法測(cè)定為8.4％。將SPB-1酸解和硅烷化后利用GC-MS測(cè)定單糖的組成及含量，結(jié)果見附圖1、2、3、4、5。從圖中可以看出，糖的組分為D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖和塔羅糖，它們的質(zhì)量比約為4∶5∶5∶1；將SPB-l堿解后以氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定其中蛋白質(zhì)的氨基酸組成，結(jié)果表明SPB-1中含天門冬氨酸(2.05％)、絲氨酸(2.45％)、甘氨酸(15.57％)、丙氨酸(16.49)、纈氨酸(11.66)、異亮氨酸(3.17％)、亮氨酸(9.80％)、酪氨酸(1.29％)、苯丙氨酸(5.44％)、賴氨酸(9.74)、組氨酸(0.98％)、精氨酸(6.01％)、脯氨酸(15.3％)等多種氨基酸；紅外光譜分析結(jié)果見附圖6。從該圖中可以看出，該生物絮凝劑為一種具有羥基、酰胺基等多個(gè)活性吸附位電的糖蛋白類化合物。凝膠滲透色譜法測(cè)定結(jié)果表明其分子量在3×106-6×106之間。
本發(fā)明所得到的生物絮凝劑SPB-1能有效絮凝高齡土懸液，硅藻土懸液、泥漿水、活性污泥，在使用濃度為5.0mg/l時(shí)，對(duì)其中懸浮顆粒物的去除率都在95.0％以上；各種陽離子共存時(shí)(包括Na+、K+、Mg2+、Fe2+、Ca2+、Fe3+、Al3+)不能增強(qiáng)其絮凝活性，甚或有抑制作用；該生物絮凝劑可在較寬的pH范圍內(nèi)保持其絮凝活性，在pH為1-11對(duì)高齡土懸液的絮凝活性都在90％以上。
發(fā)酵制備絮凝劑前后廢水水質(zhì)的變化見表2。從表2可以看出，通過發(fā)酵培養(yǎng)、離心分離菌體、提取絮凝劑等步驟之后，CODCr、BOD5和淀粉的去除率分別達(dá)到85.0％、86.0％和97.7％，水體中有機(jī)負(fù)荷大大減少，有利于后續(xù)處理。
表2發(fā)酵制備絮凝劑前后廢水水質(zhì)CODCrBOD5淀粉總氮 總磷項(xiàng)目(mg/l)(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)處理前15369 89677654304 491處理后2311 1254179 102 96去除率(％)85.0 86.097.766.4 80.權(quán)利要求
1.一種嗜溫鞘鞍醇桿菌編號(hào)為BF-QSH7，其特征是保藏單位為武漢中國典型微生物培養(yǎng)物保藏中心，保藏號(hào)為M.204033。
2.嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7用于制備糖蛋白類生物絮凝劑。
3.一種用嗜溫鞘鞍醇桿菌BF-QSH7制備糖蛋白類生物絮凝劑的方法，其特征是向淀粉廢水中加入(NH4)2SO4、K2HPO4和MgSO4作為發(fā)酵培養(yǎng)基，經(jīng)高溫蒸汽滅菌后接入含有嗜溫鞘鞍醇桿菌的種子培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵培養(yǎng)溫度為25-35℃，通氣，攪拌，培養(yǎng)20-48h后將發(fā)酵液離心分離，收集菌體，以稀鹽酸抽提菌體，提取液減壓濃縮后，加入丙酮或乙醇沉降，離心收集沉淀，真空干燥即得生物絮凝劑的粗品，經(jīng)超濾、透析、真空干燥后得到生物絮凝劑的純品。
全文摘要
一種嗜溫鞘鞍醇桿菌BF－QSH7，其特征是保藏單位為武漢保藏中心，保藏號(hào)為M.204033。它可用于制備糖蛋白類生物絮凝劑，制備時(shí)向淀粉廢水中加入(NH
文檔編號(hào)C02F1/52GK1570081SQ200410023988
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
發(fā)明者王修林, 梁生康, 周愛華, 單寶田 申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)