利用微生物发酵生产聚谷氨酸及其在水处理中的应用

摘要

聚谷氨酸（PGA）是一种由微生物产生的胞外聚合物，其由D-谷氨酸、L-谷氨酸或者二者混合构成。PGA具有生物可降解、无毒、非免疫原性等特点，因此生物合成PGA被认为是一种很有前途的新型高分子材料，已广泛应用于食品、医疗、农业、环境等行业。本研究从大量样本中筛选PGA高产菌株，对其进行形态学、分子生物学和生理生化鉴定，并选择最优菌株作为研究对象，对其发酵培养基和发酵条件进行了优化，最后探讨了产物PGA作为生物絮凝剂在处理含重金属废水中的应用。
　　本研究主要内容包括：⑴从80个样品中分离得到200余株PGA产生菌株，其中两株产PGA性能最好的菌T-2和J-1，经过对T-2和J-1的形态学观察、生理生化鉴定以及16S rRNA测序分析，确定这两株均为芽孢杆菌属（Bacillus），并将菌株T-2和J-1分别命名为DLF-15161和DLF-15162。通过摇瓶发酵比较Bacillus sp. DLF-15161和Bacillus sp. DLF-15162两株菌发现，两株菌的代谢产物PGA分子量分布于10-60kDa，在没有优化条件下，两株菌发酵产PGA的终浓度相近，但DLF-15161发酵周期更短，生产效率高。⑵利用单因素实验和响应面设计分析对B. sp. DLF-15161发酵培养基和条件优化，确定最终优化培养基组成为：谷氨酸钠90g/L，NH4Cl7g/L，K2HPO40.5g/L，MgSO40.5g/L，CaCl20.15g/L，MnSO40.1g/L，柠檬酸三铵54g/L，胰蛋白胨44g/L；发酵条件为：37℃、转速190 rpm、pH6.8、装液量37mL、接种量3%。在该最优条件下发酵48h，得到PGA平均产量值118.3g/L，与优化前相比PGA产量提高了75.3g/L。⑶对产物PGA在水处理中的应用做了初步研究。B. sp. DLF-15161的发酵产物具有一定的絮凝活性，以高岭土为介质最高絮凝可达81%，可以作为生物絮凝剂。对金属离子也具有一定的吸附能力，当Cu2+初始浓度为100μg/mL时吸附5h时达到最大吸附量（6.62mg/g）,在Cr6+初始浓度为1000mg/L时吸附6h时达到最大吸附量（22.28mg/g）。

目录

声明

1 绪论

1.1 聚谷氨酸

1.2 PGA的应用

1.3 聚谷氨酸的研究现状及发展前景

1.4 立题背景及意义

1.5 本课题的研究思路与主要研究内容

2 菌种筛选与鉴定

2.1 材料与方法

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

3 PGA产生菌培养基及培养条件的优化

3.1 材料与方法

3.2 结果与讨论

3.3 基于优化后的培养基与培养条件进行5L发酵罐实验

3.4 本章小结

4 PGA在水处理中的应用

4.1 材料与方法

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

结论与展望

创新点

参考文献

附录A 附录内容名称

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢