青霉菌BX1吸附剂的成本控制

青霉菌BX1吸附剂的成本控制摘要:通过对青霉菌BX1吸附剂制备方式的研究,探讨了不同的培养基组成对青霉菌生长的影响,找出了合理的菌体培养方式,提高了青霉菌的转化率,降低了生产成本,改善了菌体的成球状态,实现了青霉菌BX1吸附剂的成本控制｡关键词:青霉菌BX1;培养方式;成本控制Study on the Cost Control of Penicillium BX1 AbsorbentAbstract: 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真菌用于染料脱色具有广谱性,对处理成分复杂的染料废水有很好的应用前景[1,2]｡目前很多理论和实践已证明真菌可以有效脱除染料废水的色度[2-10]｡但是,利用微生物吸附剂大规模处理染料废水在实际应用中还不普遍,这主要有两方面的原因,一是真菌一般不能以染料作为惟一的碳源和能源正常生长,需要在废水中补充碳源或能源,这无形中增加了处理成本;二是真菌生物吸附技术还未成熟｡目前孢子接种成球在小型反应器中已获得成功,但实际应用中大量获得孢子用于接种还相当困难,反应器中的菌丝接种成球技术是微生物吸附剂处理染料废水工业化的关键问题｡因此,从微生物吸附剂制备的角度,探讨成本控制的有关问题,即利用菌体的生长过程,通过改变培养基的成分,即增加促进生长因子､采用不同的补料方式和改变碳源,提高青霉菌的转化率,降低生产成本,改善菌体的成球状态,以期为其工业化应用提供依据｡1 材料与方法1.1 材料1.1.1 菌株BX1号菌,从受污土壤中筛选,经鉴定为草酸青霉菌(Penicillium oxalicum Currie & Thom)｡1.1.2 基本培养基KH2PO4 1.0 g;(NH4)2SO4 1.0 g;MgSO4·7H2O 0.5 g;葡萄糖10.0g;去离子水1 000 mL;pH 5.5±0.1｡1.1.3 化学药品和替代碳源乙醇､甲醇､丙酮,均为分析纯｡黑曲霉,取自湖南某柠檬酸发酵副产物;马铃薯粉,马铃薯切片烘干研细过筛;甘薯粉,甘薯切片烘干研细过筛;玉米粉,市售;苹果粉,苹果切碎烘干碾细过筛｡1.2 方法1.2.1 促进生长因子试验在原培养基中分别加入1%的乙醇､甲醇和丙酮(同时保留无促进生长因子的对照组),将孢子接种培养的菌丝球收获､漂洗､研碎,制成浊度为550~600度的菌丝悬液,再以4%的接种量接种于含50 mL上述培养基的150 mL锥形瓶中,摇床培养(30 ℃,120 r/min)4 d后,离心收集菌体并用去离子水洗涤6次,置于烘箱中,在50 ℃下烘至恒重,用电子天平测菌体干重｡1.2.2 分批补料试验采用原培养基配方,暂不加入葡萄糖｡每份培养基取40 mL,则各需葡萄糖400 mg,按3种方式投加:在培养前一次性投加;分3次投加,即培养前加入200 mg,随后每隔24 h投加100 mg,直至48 h全部加完;分4次投加,即培养前加入100 mg,随后每隔24 h投加100 mg,直至72 h全部加完｡菌体接种､培养､收获､称重各步骤同上｡1.2.3 替代碳源试验采用原培养基配方,不加葡萄糖,改用替代碳源｡根据前期研究,确定投加量为每50 mL培养基投加1 g替代碳源｡菌体接种､培养､收获､称重各步骤同上｡2 结果与分析2.1 促进生长因子对青霉菌BX1培养的影响在培养基中加入少量的乙醇､甲醇､丙酮等常见易得的有机物,尝试寻找对青霉菌生长有促进作用的物质,结果见表1｡由表1可知,乙醇对青霉菌的生长具有明显的促进作用,青霉菌干重是空白对照组的2倍多,菌体产率大大提高｡在菌球形态方面,若菌球太大,营养物质与氧气的限制可能会导致菌球内部死亡或者内部变成厌氧菌,使得产量降低,且菌球表面积下降,吸附量降低;若菌球太小,则含水量减少,菌丝缠绕紧密,造成传质阻力增加,同样影响处理效率｡因此,控制菌球形态及球径大小是工业应用的前提｡通过试验可知,经乙醇辅助生长的青霉菌长势旺盛,菌球大小均匀,球径适中,表面光滑｡表明乙醇在促进青霉菌生长的同时,还有利于其成球｡甲醇与丙酮对青霉菌生长均有一定的抑制作用｡说明有些有机物会抑制青霉菌的生成,减少其产量;有些有机物则可以促进它的生长｡2.2 分批补料对青霉菌BX1培养的影响考查了葡萄糖3种不同的投加方式(一次性投加､分3次和4次投加)对菌体培养的影响,结果见表2｡由表2可知,葡萄糖的不同投加方式对菌体的生长繁殖有影响｡将400 mg葡萄糖分3次和4次投加,菌体产量与一次性投加所得的235.5 mg相比,分别增加了约5%和30%｡这是由于一次性投加将微生物所需要的营养物质一次性加入培养基,营养物质过剩,微生物不能有效吸收利用,造成底物的浪费;分批添加则有利于提高营养物质的利用率,提高菌体产量,降低生产成本｡此外,许多酶的合成受到代谢分解物的阻遏作用,快速被利用的碳源能阻遏酶的合成,而分批补料培养的技术优点是能够防止该现象的出现｡向培养液中分批加入葡萄糖,足以阻止碳源浓度达不到分解物阻遏作用阈[11]｡可见,适当地改变投加方式,可使青霉菌对葡萄糖的吸收利用更为彻底,从而达到促进菌体生长,提高转化率,降低生产成本的目的｡2.3 替代碳源对青霉菌BX1培养的影响微生物利用碳源物质具有选择性,糖类是微生物容易利用的良好碳源｡在没有糖类物质存在时,微生物也可以吸收利用淀粉类物质作为碳源｡在以前的试验中,以葡萄糖为碳源,青霉菌的生长情况很好｡但是在废水的大规模工业化处理中,以葡萄糖作为惟一碳源用量较大,价格很高,增加了处理成本｡尝试利用廉价的黑曲霉､马铃薯粉､甘薯粉､玉米粉､苹果粉等物质代替葡萄糖作为碳源进行试验,得到的菌体产量如表3｡从表3可以看出,用马铃薯粉和玉米粉作为替代碳源,菌体生长状况良好,其中青霉菌利用玉米粉的能力更强,成球也很均匀｡上述粉末颗粒的加入,在提供碳源的同时,也成为菌体成球的晶核,对青霉菌的颗粒化产生影响｡目前国内外研究者对真菌成球的机理还未能完全揭示,这一问题仍有待深入研究[12]｡一般认为,在孢子接种条件下,孢子在生长过程中相互聚集,形成晶核,在外界水力条件的促使下,不断生长出的菌丝缠绕孢子形成菌丝球｡而研究中采用菌丝接种,菌体生长过程中未产生孢子,因此马铃薯和玉米颗粒无形中起到了晶核的作用,试验中3种碳源的成球形态如表4｡3 结论利用菌体生长过程中的一些特点,通过改变培养基的成分,即增加促进生长因子､采用不同的补料方式和改变碳源,找到了合理的菌体培养方式,实现了青霉菌BX1吸附剂的成本控制｡促进生长因子试验中,在培养基中添加少量有机溶剂乙醇,虽含量仅占培养基的1%,但可成功地促进青霉菌的生长,提高产量,效果明显;分批补料试验中,发现等量碳源在不同的补料方式下效果迥异,寻求合适的补料方式,可以相对地降低青霉菌的制备成本;替代碳源试验中,利用一些廉价易得的淀粉类物质,如马铃薯粉､玉米粉等,不仅能使青霉菌的产量提高,而且成球状况也比较理想,尤其玉米粉是一种很好的替代碳源｡参考文献:[1] 李蒙英,孟祥勋. 真菌对染料废水脱色降解的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(10):19-22.[2] FU Y Z, VIRARAGHA V AN T. Fungal decolorization of dye wastewater:a review[J]. Biores Technol,2001,79(3):251-262.[3] PALMA C,MOREIRA M T,MIELGO I,et al. Use of a fungal bioreactor as a pretreatment or post-treatment step for continuous decolorization of dyes[J]. Wat Sci Tech,1999,40(8):131-136.[4] YANG J B, VOLESKY B. Biosorption of uranium on Sargassum biomass [J]. Wat Res,1999,33(15):3357-3363.[5] SUGIMORI D,BANZAWA R,KUROZUMI M, et al. Removal of disperse dyes by the fungus Cunninghamella polymorpha[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 1999, 87(2):252-254.[6] 张书军,杨敏,辛宝平,等, 应用青霉菌BX1 活体吸附水中活性艳蓝KN-R[J].环境科学,2004,25(1):87-90.[7] MAHONY T O,GUIBAL E,TOBIN J M. Reactive dye biosorption by Rhizopus arrhizus biomass [J]. Enzyme and Microbial Technology,2002,31(4):456-463.[8] WANG Y X, YU J. Adsorption and degreadation of Synthetic dyes on the mycelium of Trametes versicolor[J]. Wat Sci Tech,1998,38(4-5):233-238.[9] RAGHUKUMAR C, D′SOUZA T M, THORN R G, et al. Lignin-modifying enzymes of Flavodon flavus, a bosidiomycete isolated from a coastal marine environment [J]. Applied and Environmental Microbiology,1999,65(5):2103-2111.[10] ZHENG Z X, LEVIN R E, PINKHAM J L, et al. Decolorization of polymeric dyes by a novel Penicillium isolate[J]. Process Biochem, 1999,34(1):31-37.[11] 张林生,蒋岚岚. 染料废水的脱色方法[J]. 化工环保,2000,20(1):14-18.[12] 刘效梅,辛宝平,李玮,等. 开放系统中4株丝状真菌的成球生长及其对染料的吸附脱色[J].环境科学,2005,26(4):143-146.。