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脂肽生产菌Bacillus sp. ZCST-1菌种鉴定与固定化应用研究

曾超  
【摘要】:本课题围绕着产表面活性剂降烃菌Bacillus sp.ZCST-1的工业化应用进行研究。从目的菌株的鉴定、目的产物的分析、固定化工艺和固定化制备装置的设计,四个层次展开科研工作,为菌株Bacillus sp.ZCST-1后期的工业化生产提供理论基础。实验以大连湾受石油污染的沙壤中分离的产表面活性剂的石油降解菌株Bacillus sp.ZSCT-1为研究对象,首先对目的菌株进行菌种鉴定和简单的生理生化分析,掌握Bacillus sp.ZSCT-1的生理特性,菌株为革兰氏阳性菌。菌株Bacillus sp.ZCST-1培养0~4 h为菌株的迟缓期,培养4~16 h为菌株的对数期,培养16~24 h为菌株的稳定期,培养24 h后为菌株的衰亡期,菌株在5~40 g/L Na Cl均能正常生长,菌株在15~55℃间均能生长,菌株最适温度为30℃,株在初始p H值在5~8区间范围内能正常生长,最适初始p H值为7。为了确定菌株产物的应用价值,通过检测目的菌株的产物的特性,明确了Bacillus sp.ZSCT-1的产物具有较好的稳定性,能够耐酸碱(p H 2~11)和高温(100℃)对紫外线处理不敏感,20℃条件下保存6个月仍能保持排油能力不衰减,这种良好的稳定性说明脂肽类化合物能在很多极端环境条件下起到生物表面活性剂的作用,进一步确定目的菌株的应用价值。为了更好地利用菌株,采用吸附-包埋-交联法固定化细胞技术将菌株Bacillus sp.ZCST-1固定在二氧化硅-聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钠(SA)的共价载体上,最终确定使用在菌株的发酵培养基中添加15 g/L二氧化硅,菌株在生长的过程中,二氧化化硅进行原位吸附,然后将菌株和二氧化硅混合物投放到含有80 g/L PVA,和10 g/L SA的混合包埋剂中,在p H为5.5,含有20 g/L Ca Cl_2的饱和硼酸溶液中固定12 h,得到固定化颗粒。将颗粒放入5 g/L的PEI溶液中交联修饰20 min,然后将颗粒放入10 g/L的GA溶液中交联修饰10 min。得到最终的吸附-包埋-交联三元体系菌株Bacillus sp.ZCST-1固定化颗粒。固定化颗粒的各项稳定性良好,在酸性环境(p H 1~4)、碱性环境(p H 10~12)下,固定化颗粒的表面活性剂产量能超过最佳p H 50%的产量;固定化颗粒在4℃低温环境和60℃高温环境下,固定化颗粒的表面活性剂产量能超过最佳温度的50%的产量,能够重复使用9次,最长储藏时间为3个月。为了菌株Bacillus sp.ZCST-1固定颗粒后续更好应用,针对目前市面缺少专用固定颗粒制备的仪器的情况,设计和研发了两款固定化颗粒制备仪以满足实验的需要。小型的固定化颗粒制备仪能够满足工艺探究,便于在超净工作台使用。中型的固定化颗粒制备仪,采用嵌入式单片机作为装置的控制模块,实现对机器的数控,保障实验结果的可重复性,同时搭载树莓派模块,基于阿里云平台,实现远程无线实时传递仪器数据情况,能够便捷的完成整个完整的固定化操作过程。


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