固定化嗜麦芽寡养单胞菌的制备及其降解羽毛废弃物的初步研究

以自制壳聚糖小球为载体,采用吸附固定法制备固定化嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia DHHJ),并将其用于羽毛废弃物降解。结果表明,采用3.0%(质量分数)的壳聚糖制成的壳聚糖小球的形态较好,经高压灭菌后弹性增加,呈多孔状,有很强的吸水性,有利于细菌的吸附固定和生长;在细胞稀释液中加入10%(质量分数)的壳聚糖小球,固定时间设为2d时,制得的固定化小球在发酵过程中释放的有效活菌数最多,可达7.0×106 cfu/mL;在连续10次、共计40d的序批发酵降解过程中,固定化菌的羽毛降解率和发酵液中的角蛋白酶酶活均保持在最大值的80%以上。固定化菌的发酵稳定性较强,能在较长时间内稳定、有效地降解羽毛,具有连续发酵潜力;固定化菌发酵降解羽毛的最佳工艺条件为:小球投加量50mg/mL,羽毛投加量25mg/mL,摇床转速130r/min,发酵5d。     

三七渣固态发酵生产绿色木霉的工艺条件研究

考察了发酵时间、孢子液接种量、固态发酵培养基装料量、培养温度、光照条件等对三七渣固态发酵生产绿色木霉的影响,并采用正交实验优化了发酵工艺条件。结果表明,发酵过程受工艺条件的影响较大,孢子液接种量、固态发酵培养基装料量、发酵时间3个因素的交互作用极显著(p0.01),这3个因素以及它们之间的交互作用对实验结果的影响程度排序为:交互作用固态发酵培养基装料量孢子液接种量发酵时间;在最佳的发酵工艺条件(即培养温度24℃、无光照、接种量20%(1g三七渣接种2mL绿色木霉孢子液)、固态发酵培养基装料量12.5g、发酵时间8d)下,平均产孢量可达10.10×109 cfu/g。     

固态发酵法制备优势硝化菌固定化产品的工艺优化

为解决高效菌在工程应用中扩大培养、保存和接种等瓶颈,研究固态发酵法制备焦化废水优势硝化菌固定化产品.以TTC脱氢酶活性法作为固体发酵生物量测定指标,通过液态发酵单因素实验初步确定硝化菌发酵条件,再用响应面法对其固态发酵条件进行优化.结果表明,TTC脱氢酶活性法适合作为表征生物质载体固定化产品生物量的测定方法,不受载体和培养时间的影响,能较好地指示干燥前固态发酵生物量的变化.固态发酵主要影响参数依次为发酵时间、发酵温度、接种量和含水率.发酵时间的最佳值为47 h,发酵温度最佳为29.4℃,接种量的最佳值为9.9 mL/200 mL,最佳含水率为48.9％时,固态发酵固定化产品酶活达到17.091 μg TF/(g·h).与液态发酵参数相比其发酵温度、接种量最佳值接近,但发酵时间由1d延长至2d,产品酶活持平.     

DSF型群体感应系统的缺失导致嗜根寡养单胞菌溶藻作用的增强

水环境中的微藻与藻际微生物之间关系复杂多变,而微生物的群体感应(QS)作用会影响并调控菌藻的共生关系。以嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)野生株(WT)和QS扩散信号因子(DSF)合成酶基因-rpfF基因敲除株(△rpfF)为实验菌株,阐明DSF型群体感应是否调控嗜根寡养单胞菌对铜绿微囊藻的溶藻效果。结果表明：嗜根寡养单胞菌野生株和rpfF基因敲除株的溶藻特性相似,均具有针对铜绿微囊藻的溶藻特异性,主要通过分泌溶藻物质间接作用于藻细胞;野生株和敲除株培养48 h后的无菌滤液均有显著的溶藻作用,在投加体积分数10%无菌滤液的条件下,野生株和敲除株7 d溶藻率分别为53%和78%。此外,实验菌株分泌的溶藻活性物质具有热稳定性和酸碱耐受性,且不容易被乙醇沉淀;三维荧光光谱、紫外可见光光谱、傅里叶变换红外光光谱分析表明菌株胞外滤液中主要以类腐殖酸物质为主,芳香化程度较高;通过比较荧光强度和吸光度可知DSF合成酶基因缺失的嗜根寡养单胞菌的无菌滤液中类腐殖酸物质含量显著高于野生株。结果表明,DSF-QS缺失的嗜根寡养单胞菌生物量增多,能分泌更多的溶藻物质,增强...     

3株反硝化聚磷菌的分离与鉴定

通过烛缸法培养富集、分离,结合除磷试验、硝酸盐还原产气试验及异染颗粒和PHB颗粒染色辅助检验相结合的方法筛选,得到3株具有较高脱氮除磷效率的反硝化聚磷菌DNPA8, DNPA9和DNPA10。在富氮富磷培养基中培养48 h,各菌株的脱氮率均大于75%,除磷率均大于78%。采用多相分类的方法确定了3株反硝化聚磷菌的分类地位,DNPA8为嗜麦芽寡养单胞菌,DNPA9为水生丛毛单胞菌属首次发现的反硝化聚磷菌;DNPA10为约翰逊氏不动杆菌。该研究结果为富营养化水体的治理提供了有效的菌种资源。     

一株微囊藻毒素降解菌的分离与鉴定

以水华蓝藻细胞中提取的微囊藻毒素为筛选物质,从太湖水华腐烂蓝藻中富集筛选出1株微囊藻毒素降解菌。该菌株革兰氏染色呈阴性,细胞细长杆状,菌落黄色,圆形,不透明,接触酶、氧化酶实验均呈阳性。16S rRNA基因序列的长度为1 416 bp(GenBank登录号为FJ976656)。系统发育树显示,该菌株与微嗜酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidam-iniphila)的亲缘关系最近。通过菌株形态特征、生理生化特征和16S rRNA基因序列分析,将此菌株鉴定为微嗜酸寡养单胞菌,不同于已报道的微囊藻毒素降解菌属种。微囊藻毒素降解实验表明,该菌株5 d内将15.4 mg/L的微囊藻毒素完全降解,降解能力高于假单胞菌。     

微囊藻毒素-LR降解菌的筛选及降解特性研究

从上海市淀山湖表层水体中筛选分离出了1株降解微囊藻毒素-LR(MC-LR)的细菌并研究了其降解特性。根据细胞形态结构、生理生化特征及其16S rDNA基因序列分析,鉴定分离菌株DHU-28(GenBank序列登录号为HM047512)属嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)。微囊藻毒素降解实验结果表明,该菌株能在以MC-LR为唯一碳源、氮源的无机盐培养基中生长,6 d内可将初始质量浓度为15 mg/L的MC-LR降解为8.12 mg/L,降解效率达到45.9%。菌株DHU-28的最适生长温度是30℃,最适生长pH为7.0。酵母粉、蛋白胨、葡萄糖等营养物质可以明显促进菌株对MC-LR的降解效率,尤其是加入50 mg/L酵母粉后,6 d降解率达到63.2%。     

中药渣微生物强化预处理效果及产气潜力

以天冬、防己和生地混合中药渣为发酵原料,分别采用固态(TS含量20%)和湿式(TS含量5%)2种发酵工艺,对经过微生物强化预处理的实验组药渣及未经过处理的对照组药渣进行沼气发酵,在35℃条件下,研究其产气潜力。在同为固态发酵工艺时,实验组药渣,产气量为1 900 mL,对照组药渣仅产气350 mL,固态发酵中实验组及对照组产气时间主要集中在前2天;而同为湿式发酵工艺时,实验组在整个实验周期产气共持续27 d,产气量为12 810 mL,对照组持续产气12 d,产气量为3 610 mL。实验结果表明,通过微生物的强化预处理均能大幅提高混合中药渣的产气率,混合中药渣经过预处理后采用湿式发酵工艺具有较好的产气潜力,其TS产气率为:0.346 m3/kg,而对照组TS产气率只有0.097 m3/kg,而固体发酵工艺并不适用于该混合中药渣的沼气发酵。     

汽爆秸秆高温固态发酵沼气的研究

沼气液态深层发酵及秸秆的物理、化学和生物预处理方式存在效率低、污染重等问题。为了解决这些问题,对蒸汽爆破预处理方式以及固态发酵在玉米秸秆沼气化中的应用进行了研究。秸秆经过蒸汽爆破预处理后,在50℃的高温条件下进行固态发酵沼气,甲烷产量达到138.2 mL/g TS。通过单因素实验优化,确定最佳发酵条件为：固液比1∶7,初始pH值7.5,接种量35%,NH₄HCO₃添加量0.04 g/g干汽爆秸秆,纤维素酶用量30 IU/g干汽爆秸秆,发酵温度50℃。在上述实验条件下,汽爆秸秆的甲烷产量提高至153.0 mL/g TS,是未汽爆秸秆的2.9倍。发酵后秸秆纤维素和半纤维素的降解率分别为59.86%和67.22%。因此,蒸汽爆破预处理有助于提高秸秆的产气量和降解率。高温固态发酵不仅可以缩短发酵延迟期,提高产气效率,而且发酵结束后不会产生大量废液,对环境友好。     

利用三七渣固态发酵灵芝菌的研究

以川芝6号为发酵菌种,对三七渣固态发酵灵芝菌的培养基制备条件进行了研究和优化。结果表明,优化的培养基制备条件为采用过60目筛的三七渣,酵母粉添加量5%(质量分数,下同),磷酸二氢钾添加量0.025%,培养基含水量70%,不调节初始pH。在此条件下进行灵芝发酵,发酵培养物中灵芝菌丝体的质量分数最高可达31.27%。     

嗜麦芽寡养单胞菌降解羽毛5L发酵罐工业小试过程研究

为了将微生物处理羽毛工艺产业化,在摇瓶发酵条件优化的基础上进行5L发酵罐工业小试研究,确定了放大发酵条件并根据发酵条件记录对发酵过程进行分析,推测代谢过程中的物质及能量变化及产物形成的动力学模型。在通气气压为0．08MPa,空气流量为2．5L／min及恒温40℃的条件下,产物得率比摇瓶发酵提高了2～3倍,发酵周期缩短了1d。为羽毛废弃物的利用提供了可靠的依据。     

嗜麦芽寡养单胞菌降解羽毛5 L发酵罐工业小试过程研究

为了将微生物处理羽毛工艺产业化,在摇瓶发酵条件优化的基础上进行5 L发酵罐工业小试研究,确定了放大发酵条件并根据发酵条件记录对发酵过程进行分析,推测代谢过程中的物质及能量变化及产物形成的动力学模型。在通气气压为0.08 MPa,空气流量为2.5 L/min及恒温40℃的条件下,产物得率比摇瓶发酵提高了2～3倍,发酵周期缩短了1 d。为羽毛废弃物的利用提供了可靠的依据。     

Composition analysis and application of degradation products of whole feathers through a large scale of fermentation

Purpose

Feathers are one of the most abundant bioresources. They are discarded as waste in most cases and could cause environmental pollution. On the other hand, keratin constituted by amino acids is the main component of feathers. In this article, we reported on biorefined feathers and integrants and application of degraded products.

Materials and methods

The fermentation of whole chicken feathers with Stenotrophomonas maltophilia DHHJ in a scale-up of a 5-L bioreactor was investigated in this article. The fermentation process was controlled at 0.08 MPa pressure, 2.5 L/min airflow, and 300 rpm as 100% oxygen saturation level, 40°C, and pH 7.8.

Results

Feathers were almost completely degraded in the tested fermentation reaction with the following conditions: 80 g of whole feathers in 3 L fermentation broth for 72 h, seed age of 16 h, 100 mL inoculation amount, and 50% oxygen saturation level. The degraded products contain 397.1 mg/L soluble protein that has mass weight ranging from 10 to 160 kD, 336.9 mg/L amino acids, and many kinds of metal ions. The fermentation broth was evaluated as leaf fertilizer and found to increase plant growth to 82% or 66% for two- or fourfold dilutions, respectively. In addition, in a hair care assay, the broth showed a hair protective function by increasing weight, flexibility, and strength of the treated hair.

Conclusions

The whole feathers were degraded completely by S. maltophilia DHHJ. The degraded product includes many factors to life, such as peptides, amino acids, and mineral elements. It could be applied as leaf fertilizer and hair care product.     

羽毛角蛋白的生物降解

羽毛角蛋白是自然界中丰富的蛋白资源,由于其难以被解解而造成环境污染,近些年来对它的生物降解及有关角蛋白酶的研究取得了一定进展,对此作一简要综述。     

猪粪和羊粪与麦秆不同配比中温厌氧发酵研究

研究了猪粪和羊粪分别与麦秆不同配比中温(35℃)厌氧发酵对产气量、消化时间和最优C/N值的影响。结果表明,猪粪与麦秆在中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为21,且经141 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达369.53 mL/g。羊粪与麦秆中温厌氧发酵时,所需的最优C/N值为24,且经96 d就可充分发酵,最大干物质累积产气量可达209 mL/g。猪粪秸秆中温厌氧发酵时易发生酸化,发酵前应通过预处理来减少酸化可能;而羊粪麦秆不易发生酸化。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响简

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0.5 mol/L HCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42.65%和52.82%,产氢气速率为4.118 mL/h,产甲烷速率最高达14.199 mL/h。芦苇经1 mol/L HCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32.22%和65.26%。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

沙雷氏菌发酵蓝藻生产蛋白酶

以富含蛋白质的蓝藻作有机氮源进行微生物发酵生产蛋白酶,为蓝藻的资源化利用提供一条新途径。采用单因素实验,研究了影响沙雷氏菌发酵蓝藻生产蛋白酶的培养基主要成分。结果发现,在实验范围内,沙雷氏菌发酵蓝藻生产蛋白酶的最佳碳源是蔗糖,最佳速效氮源是尿素,最佳金属离子(盐)是ZnSO4,最佳产酶促进剂是吐温80。在单因素实验中,发酵上清液的蛋白酶活最高可达到941 U/mL,而且发酵周期短,发酵培养18 h即可达到最高酶(活)值。     

林可霉素菌（Streptomyces lincolnensis）利用吡唑酮废水的研究

采用被吡唑酮废液驯化、分离、筛选后的林可霉素菌,并对其在摇瓶上利用吡唑酮废液中的硫酸铵发酵（7 d）生产林可霉素进行了研究。实验结果表明,废液加入培养基体积比都为1∶10,实验1中菌丝代谢和对照比正常,其中还原糖利用最快,在发酵后期为0.24 mg/L,林可霉素起步效价最低为2 100 IU/mL,与对照相比最后发酵效价降低了70 IU/mL;实验2发酵过程pH值偏低,全程为5.86～6.50,氨基氮代谢缓慢为40 mg/100 mL,最后林可霉素效价最低为4 480 IU/mL;实验3中废液在发酵进入48 h中后期的时候补入能促进菌丝体分泌,最后林可霉素为5 180 IU/mL,比对照发酵水平高出8.82%。可见实验3的实验设计有利于林可霉素菌利用吡唑酮废液生产林可霉素,为废物循环利用、变废为宝的可行性作了有意义尝试。     

林可霉素菌(Streptomyces lincolnensis)利用吡唑酮废水的研究

采用被吡唑酮废液驯化、分离、筛选后的林可霉素菌,并对其在摇瓶上利用吡唑酮废液中的硫酸铵发酵(7 d)生产林可霉素进行了研究。实验结果表明,废液加入培养基体积比都为1∶10,实验1中菌丝代谢和对照比正常,其中还原糖利用最快,在发酵后期为0.24 mg/L,林可霉素起步效价最低为2 100 IU/mL,与对照相比最后发酵效价降低了70 IU/mL;实验2发酵过程pH值偏低,全程为5.86～6.50,氨基氮代谢缓慢为40 mg/100 mL,最后林可霉素效价最低为4 480 IU/mL;实验3中废液在发酵进入48 h中后期的时候补入能促进菌丝体分泌,最后林可霉素为5 180 IU/mL,比对照发酵水平高出8.82%。可见实验3的实验设计有利于林可霉素菌利用吡唑酮废液生产林可霉素,为废物循环利用、变废为宝的可行性作了有意义尝试。     

微生物絮凝剂用于河道疏浚底泥快速脱水的研究

河道疏浚底泥含水率高、体积庞大,不便于储存、运输和资源化利用。首先需要对其进行减量化,使其快速脱水。通过筛选获得一株高效的微生物絮凝剂产生菌F22,通过试验获得其最佳培养条件:葡萄糖为碳源,酵母膏和尿素为氮源,培养时间为60h,培养温度为32℃。将F22菌株所产絮凝剂应用于底泥脱水,试验结果表明,当底泥泥浆(含水率为93%)体积为100mL时,絮凝体系最佳pH为8～10,助凝剂CaCl2最佳投加量为4～5mL,F22菌株发酵液最佳投加量为3mL;絮体在1min左右大部分沉降至底部,F22菌株所产絮凝剂能够使底泥快速脱水。F22菌株所产絮凝剂在絮凝过程中起作用的是糖类物质,其通过氢键结合力产生絮凝作用。