地区：上海市 宝山区
关键词：广西大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000003750
成果描述：
| 该课题来源于国家自然科学基金委（批准号21066001）。课题以糖蜜酒精废水的复杂色素体系为研究对象，探讨生物强化法脱色的过程强化和机理研究，试图为开辟具有自主知识产权的高效糖蜜酒精废水脱色新工艺奠定理论基础，丰富相关色素污染物生物脱色及生物降解过程强化的基础理论。中国年食糖产量超过1千万吨，以制糖业副产物—糖（废）蜜为发酵原料生产高附加值产品如酵母、酒精、味精、柠檬酸等一直是糖厂提高综合经济效益的途径之一。以糖蜜酒精废水为例,中国年产500t以上规模的糖厂约70%都设有酒精车间，酒精提纯后排出的废液即糖蜜酒精废水（Molasses spend wash, MSW），不仅COD和BOD值分别高达8万和4万mg/L，水量也很大，每生产1t酒精约排放15t废水，有机物含量高达0.7～1t。废液中的黑褐色素是在生产过程中逐步产生累积而成的多种色素混合物，主要包括酚类色素、焦糖色素、类黑精色素等3种。不同类型色素物质的积累和混合所形成的高色度更是该类废水彻底净化的难点之一。取得的主要成果包括：获得具有自主知识产权的脱色用菌株。构建筛选模型，经过初筛和多次复筛从土壤样品中共分离获得77株菌，其中6株菌显示出类黑精脱色活性，三株具有较好脱色实际糖蜜酒精废水的菌株A5p1、BP1、F12经鉴定为Aspergillus flavus A5P1, Aspergillus tubingensis F12, Aspergillusfumigatus BP1，并对前两株进行保藏，保藏号分别为CGMCC.4292和CGMCC.7174。全面考察各种因素对黄曲霉A5P1脱色实际糖蜜酒精废水的影响，发现碳源对菌株A5P1的脱色率的影响较大，实际的糖蜜酒精废水在外加碳源后脱色率明显增加，而且菌体生长显著，认为是废水中营养物质缺乏，不能满足菌体生长的需要。最终在最佳脱色条件下黄曲霉A5P1培养4天对糖蜜酒精废水的脱色率达到53%，COD减少80%。揭示了菌株A5p1和塔宾曲霉F12的的脱色机制。对实际废水的脱色以生物降解为主，而生物吸附在合成类黑精的脱色中所占比例略大。从实际废水脱色的培养液中检测出漆酶（Lac）和两种胞外过氧化物酶——锰过氧化物酶（MnP）和不依赖锰的过氧化物酶（MiP）的酶活，但是水平不高，认为不是主要的脱色机制。由各种代谢过程产生的总H<,2>O<,2>生成速率与脱色率基本同步，而且外加蔗糖后总H<,2>O<,2>生成速率增加10倍，认为黄曲霉A5p1脱色机制是一个受产H<,2>O<,2>酶影响、复杂的生物降解过程。对葡萄糖氧化酶（GOD）活力的跟踪检测发现GOD比活、脱色率和过氧化氢产量具有相关性；通过添加抑制剂或激活剂进一步证明GOD同过氧化氢生成量和脱色率之间保持着相同的变化趋势，因此认为GOD是菌株A5p1产生过氧化氢的酶系之一，同时其产生可能源于糖蜜酒精废水组成或类黑精的诱导作用。以合成类黑精为模型研究脱色机理，认为脱色机理可能是吸附、产H<,2>O<,2>、木质素氧化酶（MnP、Lac和MIP）等的协同作用。考察了几大类材料对固定化菌株A5p1的影响，发现有机材料特别是天然有机材料相对于无机材料更适合该菌体的生长固定和脱色，大孔隙率载体相对于小空隙率载体可以固定更多的菌体，其中固定脱色效果最好的载体为丝瓜络。固定化后的黄曲霉A5P1对糖蜜酒精废水的脱色率可达到65.7%。在构建的反应器中无曝气状态下对糖蜜酒精废水进行连续脱色，稳定运行25天。主要的创新点：筛选到两株可用于实际糖蜜酒精废水脱色处理的菌株（黄曲霉A5p1，塔宾曲霉F12），该两株菌株均未见文献报道。与一些文献报道的菌株相比，虽然A5p1的脱色率不是最高，但是它可直接用于未经厌氧处理的糖蜜酒精废水的脱色，而且培养时间短，对培养基无限制要求，有较宽的pH和温度适应范围，因此有着一定的应用价值，并且为类似有色物质的脱色提供了新的微生物资源。重点研究并初步弄清了黄曲霉A5p1、塔宾曲霉F12的脱色机理，特别是发现葡萄糖氧化酶可能是类黑精脱色的关键酶和H<,2>O<,2>脱色机制，为今后利用这几种菌株进行糖蜜酒精废水及其类似有色废水的脱色奠定一些理论基础。主要研究成果：在J. Anal. At. Spectrom、化工学报、环境科学等国内外重要刊物上发表论文10篇，其中有2篇为SCI收录，1篇为EI收录，申请两项中国发明专利并获得授权。该项目培养研究生6名，其中5名已毕业并获得硕士学位，还有1名在读博士。仍在继续开展研究，菌株在金属吸附、染料脱色等方面都具有良好的应用前景。 |
