微生物絮凝剂MBFGA1的结构鉴定及絮凝机理研究

摘要

本课题组采用常规细菌分离方法从岳麓山土壤中筛选出了1株高效产絮凝剂的多粘类芽胞杆菌GA1，其代谢过程中产生的微生物絮凝剂MBFGA1对多种废水均具有卓越的絮凝效果，同时具备工业化生产潜力，有较好的实际应用前景。本研究着力于MBFGA1的成分性质及分子结构鉴定以及絮凝机理推测，以期能为MBFGA1的工业推广应用提供分子学方面的理论基础。
　　 本实验采用分段培养法获取GA1发酵液，发酵液通过丙酮沉淀法提取MBFGA1粗产品，粗产品经Sevage试剂纯化后得到MBFGA1精产品;以对高岭土的絮凝率为指标对GA1发酵液、MBFGA1粗产品、MBFGA1精产品和发酵液提取剩余物的絮凝活性进行分析，确定MBFGA1精产品为该微生物絮凝剂的核心有效成分。采用紫外全波长扫描、苯酚—硫酸法及考马斯亮蓝法鉴定MBFGA1精产品为多糖类物质，糖类含量达99％以上;MBFGA1精产品经2次凝胶过滤层析分离获得MBFGA1-1和MBFGA1-2两组分;分别使用高效液相色谱仪(HPLC)以及气相色谱仪(GC)对MBFGA1-1和MBFGA1-2进行检测，得到:MBFGA1-1分子量为1.18×106D，单糖组成为0.3木糖∶1甘露糖∶1.09葡萄糖，另含有少量鼠李糖;MBFGA1-2分子量为3.08×103D，单糖组成为0.68鼠李糖∶0.28木糖∶1.82甘露糖∶1半乳糖∶3.73葡萄糖。通过zeta电位仪、环境扫描电镜(ESEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)以及核磁共振仪(NMR)对MBFGA1、MBFGA1-1和MBFGA1-2进行检测分析，结果显示MBFGA1、MBFGA1-1和MBFGA1-2分子结构相似，均为环状单糖以α-型糖苷键连接形成多糖主链，其余小分子物质与分子链上的某些基团结合形成支链，共同构建为线性长链分子结构;分子内含有羟基、羧基、甲氧基等负电基团，有利于絮凝的发生，同时絮凝剂溶液的zeta电位值也佐证了分子内大量负电基团的存在。
　　 使用EDTA、HC1和尿素检测得絮体内絮凝剂MBFGA1与颗粒物之间的主要作用键为离子键，且絮体的形成过程中发生了较复杂的理化作用;MBFGA1较大的分子量和分子内所含的羟基、羧基等极性基团是其具有较强絮凝性的主要原因;MBFGA1絮凝机理主要为吸附架桥，絮凝剂分子主要靠离子键、范德华力和氢键吸附胶体颗粒;分子内所含的氢键和极性基团使MBFGA1分子能够充分伸展，有效发挥吸附架桥作用。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 中国水资源现状

1．1．1 水资源短缺

1．1．2 水污染现状

1．2 水处理方法及混凝法

1．2．1 水处理方法简介

1．2．2 混凝法简介

1．3 絮凝剂简介

1．3．1 絮凝剂发展历程

1．3．2 絮凝剂的种类及发展趋势

1．4 微生物絮凝剂概述

1．4．1 产絮微生物简介

1．4．2 微生物絮凝剂的特点

1．4．3 微生物絮凝剂的分类

1．4．4 微生物絮凝剂絮凝机理

1．4．5 微生物絮凝剂絮凝性能的影响因素

1．4．6 微生物絮凝剂在水处理中的应用

1．4．7 微生物絮凝剂发展趋势

1．5 微生物絮凝剂的物质纯化及鉴定技术

1．5．1 色谱法

1．5．2 光谱法

1．5．3 其他方法

1．5．4 结构鉴定实例

1．6 研究背景、思路、技术路线及内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 研究思路

1．6．3 研究技术路线

1．6．4 研究内容

第2章 MBFGA1分离纯化及性质鉴定

2．1 前言

2．2 材料和方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 MBFGA1粗产品基本性质

2．3．2 MBFGA1精产品基本性质

2．3．3 MBFGA1絮凝活性成分鉴定

2．3．4 MBFGA1精产品的层析分离

2．3．5 MBFGA1的表面形态及元素组成分析

2．3．6 MBFGA1的zeta电位分析

2．4 小结

第3章 MBFGA1分子结构鉴定

3．1 前言

3．2 材料和方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 MBFGA1分子量测定

3．3．2 MBFGA1单糖组分测定

3．3．3 MBFGA1红外光谱分析

3．3．4 MBFGA1核磁共振分析

3．3．5 MBFGA1分子结构初步推测

3．4 小结

第4章 MBFGA1絮凝机理研究

4．1 前言

4．2 材料和方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 絮体结合键检验

4．3．2 絮凝机理

4．4 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表论文目录

致谢