产絮菌ochrobactrum sp.w2利用玉米秸秆水解液的产絮特性及机制研究

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1、博士学位论文产絮菌Ochrobactrumsp.W2利用玉米秸秆水解液的产絮特性及机制研究CHARACTERISTCSANDMECHANISMOFBIOFLOCCULANT-PRODUCTIONSTRAINOchrobactrumsp.W2FROMCORNSTOVERHYDROLYSATE王丽哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：X703学校代码：10213国际图书分类号：628.35密级：公开工学博士学位论文产絮菌Ochrobactrumsp.W2利用玉米秸秆水解液的产絮特性及机制研究博士研究生：王丽导师：李笃中申请学位：

2、工学博士学科：环境科学与工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X703U.D.C:628.35DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCHARACTERISTCSANDMECHANISMOFBIOFLOCCULANT-PRODUCTIONSTRAINOchrobactrumsp.W2FROMCORNSTOVERHYDROLYSATECandidate：LiWangSupervisor：Prof.Duu-jo

3、ngLeeAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EnvironmentalScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMuni.&Env.Engi.DateofDefence：December,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要无机絮凝剂、有机絮凝剂的广泛使用，潜在地威胁着人类身体健康。生物絮凝剂作为一种高效、安全、无二次污染的净

4、水剂，已越来越受到人们的关注和重视。目前，生物絮凝剂研究过程中较为重要的问题是如何降低生物絮凝剂的合成成本，从而推动生物絮凝剂的工业化应用。这个问题可以通过廉价基质，选育高效产絮菌株解决。本研究以玉米秸秆水解液为基质选育高效产絮菌株，优化了秸秆水解条件，明确了水解液中戊糖、己糖含量，以及适合菌株高效产絮的秸秆水解液产絮培养基成分。在优化的条件下，考察了磷酸盐对菌株产絮特性的影响，减少了磷酸盐的用量，进一步降低了生物絮凝剂合成成本。通过分析生物絮凝剂的活性成分、Zeta，探讨了絮凝机制。本研究利用响应曲面及高效液相色谱（HPLC）的方

5、法，明确玉米秸秆水解条件及水解液中还原糖的含量，配置成产絮培养基，选育高效絮凝剂产生菌，并利用傅里叶红外光谱（FTIR）分析絮凝剂成分。结果显示，在酸浓度为2%(v:v),120°C下汽爆2h，秸秆水解液中含有18.9g/L木糖、6.63g/L葡萄糖、5.22g/L阿拉伯糖。选育到两株能同步利用戊糖、己糖的高效产絮菌株，通过形态观察、生理生化、脂肪酸鉴定、16SrDNA基因的分子生物学等多相分类鉴定等析，表明W2隶属于苍白杆菌Ochrobactrumsp.、W4隶属于Bacillussubtilis。两株菌的絮凝率分别为95±2%，

6、94±2.2%，絮凝活性成分主要为多糖和蛋白。基于菌株W2利用木糖的能力（2.02gL-1h-1）大于菌株W4利用木糖的能力（0.14gL-1h-1），因此将菌株W2作为主要的研究对象。利用响应曲面法确定了W2利用玉米秸秆水解液合成生物絮凝剂的条件。采用离子色谱(ICP)、主成分分析、高效液相色谱（HPLC）的方法，分析了生物絮凝剂合成的影响因素，研究了糠醛对产絮特性的影响，用动力学模型解析了合成过程。研究结果表明W2在pH7.0、发酵温度30°C、摇床转速为140rpm/min、培养时间为18h的优化条件下，利用玉米秸秆水解液合成

7、生物絮凝剂的产量为3.8g/L，絮凝率达到92%。影响W2生物絮凝剂合成的主要因素是pH（54.6%）和TOC（47.4%），玉米秸秆水解液副产物糠醛能够促进W2菌体生长。利用离子色谱，分析了玉米秸秆水解过程中释放的P元素，明确磷酸盐对产絮特性的影响。明确了磷酸盐的添加量对生物絮凝剂的合成的影响，影响W2生物絮凝剂产量的磷酸盐浓度顺序为：0g/L>2g/L>1g/L>0.5g/L，并且PO3-4能强化W2生物絮凝剂的絮凝活性。无PO3-2+4存在时，Ca同样能强化W2生物-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文絮凝剂的絮凝活性，探讨了C

8、a2+强化W2生物絮凝剂活性的机制。关键词：Ochrobactrumsp.；生物絮凝剂；戊糖；絮凝机制；吸附-II-摘要AbstractIntoday’sworld,inorganicflocculantsandorganicfloc