非灭菌环境下固定化白腐真菌抑菌策略的研究

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国内外研究表明,白腐真菌分泌的木质素降解酶系在严格灭菌条件下可以降解多种染料,而在非灭菌条件下将其应用到实际工程中的案例基本没有,究竟是什么因素制约其在实际工程中的应用呢?答案是染菌,一旦降解体系染菌较重,白腐真菌的生长、产酶及对染料的降解效率均受到急剧影响。然而,采用实验室研究中普遍使用的灭菌手段来解决染菌问题显然在实际工程中行不通,因为它将大大提高工艺的运行成本。因此,染菌问题成为制约其实际应用的瓶颈因素,能否解决白腐真菌降解含染料废水过程中的染菌问题是该工艺能否应用到实际工程中的关键环节。为有效解决这一问题,本论文主要从载体角度出发,开展了非灭菌环境下固定化白腐真菌抑菌策略的研究。旨在建立非灭菌环境下固定化白腐真菌处理含染料废水的控制策略,并揭示在非灭菌环境下抑菌载体的抑菌机理,为最终解决白腐真菌染菌问题奠定基础,从而加快白腐真菌在实际工程中应用的进程,使其在环境保护领域发挥更大的现实作用。研究结果表明:(1)利用多因素正交试验以锰过氧化物酶(MnP)为评价指标,在选定的4种惰性载体中筛选出最佳抑菌固定化培养方案为:载体材料聚氨酯泡沫、载体大小1.0×1.0×1.0cm~3、载体质量1.2g、载体形状三棱柱。(2)与悬浮培养相比,在非灭菌环境下,最佳抑菌固定化培养方案能很好的抑制酵母菌和球杆菌等杂菌,使体系pH趋于稳定,加快碳氮营养成分的消耗速率,使产酶期和酶活高峰期提前,并提高酶活产量(MnP为683U/L),使其在非灭菌环境下降解活性染料K-2BP时获得了与灭菌环境相当的较高脱色率,24h的脱色率达68.21%,3d脱色率达93.5%,比悬浮培养的3d脱色率高80%,且运行周期缩短了3d。(3)在非灭菌环境下,不同染料投加时间对白腐真菌的生长状况、菌体与载体的结合度、体系的抑菌效果、酶活高峰值及酶活下降幅度和速率均有显著影响。(4)在非灭菌环境下,不同染料投加时间对体系的脱色效果有高度显著的影响。越靠近产酶高峰期投加染料的体系,其24h脱色率和最高脱色率均较高(第2d、3d、4d投加染料体系的24h脱色率分别为68.21%、57.47%、55.60%,最高脱色率分别为94.69%、93.65%、88.64%),反之则越低(第5d投加染料体系的24h脱色率和最高脱色率分别为49.57%和57.56%)。从脱色率随时间的变化趋势看,体系脱色率的突跃主要集中在投加染料后的24h内,随后脱色率缓慢增加,至48h基本达到最高值。(5)在非灭菌环境下,采用最佳抑菌固定化培养方案,在白腐真菌培养第2d或3d投加染料可获得理想的脱色率,从而使整个固定化培养白腐真菌降解染料体系运行时间由原来的10d以上缩短至4~5d。
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