Ｏ 学ＣＡＲ术ＥＥＲ平ＨＯ台ＲＩ 。 职业时空 微生物絮凝剂 及在食品工业水处理中的应用 兜霞 （包头轻工职业技术学院，内蒙古包头０ｌ４０００） ２０１ １年８月 摘要：主要论述了微生物絮凝剂的种类和特点， 细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和Ｎ一乙酸葡萄 微生物絮凝剂产生菌，微生物絮凝的机理，影响絮凝 糖胶等成分均可以作为絮凝剂。 活性的因素及在食品工业废水处理、乳化液的油水 分离、发酵液的固液分离等处理中的应用，并展望了 今后微生物絮凝剂领域的研究重点。 关键词：微生物絮凝剂；食品工业；水处理； 应用 目前微生物絮凝剂的研究和应用越来越受到重 视。微生物絮凝剂是一类由微生物菌体所分泌的一 些分泌物或其产生的代谢产物，它是利用微生物技 术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得 的。微生物絮凝剂作为一种新型微生物产品，具有絮 凝范围广泛，效率高，运行方式灵活，无毒，可消除 二次污染，使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体 细胞及胶体粒子等凝集、沉淀。微生物絮凝剂多数相 对分子质量较大，达到１０ ～ｌ０ 。分离纯化的微生物 絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、ＤＮＡ、 ＲＮＡ、纤维素等，其中以多聚糖和糖蛋白类物质占 绝大多数。 一、微生物絮凝剂产生菌 至今发现的具有絮凝性的微生物达３ ２个种…， 其中细菌１ ８种，真菌９种，放线菌５种，由它们生 产的絮凝剂中，最具代表性的为以下三种：１ ９７６年 Ｎａｋａｍｕｒａ Ｊ．用酱油曲霉生产的絮凝剂ＡＪ７００２；１９８５ 年，Ｈ．Ｔａｋａｇｉ用拟青霉属生产的絮凝剂ＰＦｌ０ｌ，对 啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、 硅藻土和氧化铝等有良好的絮凝效果；１ ９ ８６年Ｒ． Ｋｕｒａｎｅ等人利用红平红球菌研制成功微生物絮凝剂 ＮＯＣ一１，对大肠杆菌、酵母菌、泥浆水、河水、粉煤 灰水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的 絮凝效果最好的微生物絮凝剂。 二、微生物絮凝剂的分类 １．直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌、 霉菌、放线菌和酵母菌，它们大量存在于土壤、活性 污泥和沉积物中。 ２．利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母菌 收稿日期：２０１ｌ一０６．２２ ・１４８・ ３．利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物 细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要有细菌的荚膜 （菌胶团）和粘液质，除水分外，其余主要成分为多 糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物，其中多糖 在某种程度上可作为絮凝剂。 三、微生物絮凝剂的絮凝机理… １．“桥联作用”机理 “桥联作用”机理认为微生物絮凝剂是一种具有 长链线状的结构的生物大分子物质，其借助静电引 力、范德华力或者氢键的作用吸附多个不同的胶体 颗粒，并在颗粒间产生“架桥”现象，生成粗大的絮 团而沉淀下来。研究显示细菌细胞之间有胞外聚合 物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了原有胶体的 稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。 ２．“电性中和”机理 胶体颗粒的絮凝过程中，电中和效应也是不容 忽视的。溶液中带有多个电荷的多价电解质能够与 颗粒表面带相反电荷发生中和，从而减弱颗粒间彼 此的相互排斥力，促进颗粒的絮凝沉降。 ５．“卷扫作用”机理 该机理认为当微生物絮凝剂投加到一定量时可 形成小粒聚体，在重力作用下迅速网捕，卷扫水中胶 粒而产生沉淀分离，称为“卷扫作用”或“网捕作用”。 此外还有荚膜学说、病毒假说等多种理论可以 解释絮凝机理。微生物絮凝剂作为带电荷的生物大 分子，作用机理尚处于探讨和完善阶段。对于微生物 絮凝剂的絮凝机理，其中的架桥机理是被广泛接受 并认同的。 四、影响絮凝活性的因素 １．微生物絮凝剂本身特性的影响 （１）分子量。微生物絮凝剂的主要成分中含有亲 水的活性基团，如氨基、羟基、羧基等，故其絮凝机 理与有机高分子絮凝剂（利用其线性分子的特点起 到一种粘接架桥作用而使颗粒絮凝）相同。絮凝剂分 子量的大小对其絮凝效果有一定的影响，分子量越 第７卷・第８期 活性会明显下降。 职业时空 ＣＡＲＥ ＥＲ ＨＯＲ ＩＺＯＮ ｏ 大的，絮凝活性越高；当絮凝剂的分子量减小，絮凝 果。如用微生物絮凝剂普鲁兰处理味精废水，其ＣＯＤ 和ＳＳ的去除率可达到４０％左右，其浊度去除率可达 （２）胶体颗粒表面电荷的影响。胶体颗粒表面电 ９９％Ｉ １。用絮凝剂Ａ一９处理淀粉厂的黄浆废水，其 荷对絮凝有重要影响。相反电荷的聚合电解质能减 处理效果也明显优于目前使用的其它化学絮凝剂， 少颗粒表面电荷密度，以至颗粒可以彼此充分紧密 且可回收其蛋白质成分作饲料。 接近，使吸引力变得有效。 一２．乳化液的油水分离 般无分支结构的絮凝剂，絮凝效果较好；产生 乳化液中加入特定的絮凝剂，在一定程度上可 菌培养后期形成的絮凝剂絮凝效果较好。 ２．反应条件 使油水分离。如用Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｌａｔｕｓ培养物可以很容 易地将棕搁酸从其乳化液中分离出来。试验表明，向 ｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｌａ－ 微生物絮凝剂的絮凝效果受加剂量、ＰＨ值、金 ｌ００ｍＬ的０．２５％乳化液中加入１０ｍＬＡｌ属离子、温度、搅拌速度、水质等多种反应条件的 影响。 （１）絮凝剂的投加剂量。每一种絮凝剂都有最佳 投加剂量，过多或过少，絮凝效果均会下降。据分析， 投加剂量的最佳值约是固体颗粒表面吸附大分子化 合物达到饱和一半时的吸附量，此时大分子在固体 颗粒上架桥几率最大。 （２）ｐＨ值。不同的絮凝剂对ｐＨ值变化所表现的 效果也不一样，同种絮凝剂对不同的被絮凝物具有 不同的ＰＨ初始值要求。故每一种絮凝剂都有其最适 的ＰＨ值范围，大于或小于某一ＰＨ值都会影响微生 物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷、带电状态及中和 电荷的能力。在最适的ｐＨ值范围内，微生物絮凝剂 表现出良好的絮凝活性。 （３）温度。适当改变温度可提高絮凝效率。由于 絮凝物质结构上含有蛋白质或肽链的絮凝剂一般都 是热不稳定的，高温可使这些高分子物质空间结构 改变，导致变性，从而使絮凝活性下降。而由糖类构 成的絮凝剂则是热稳定的，它们对温度不敏感，絮凝 剂活性不随温度的改变而改变，或者改变较少。例如 Ｒ．ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ产生的絮凝剂在１ ００℃的水中加热 １５ｍｉｎ后，其絮凝活性下降５０％。 （４）金属离子的种类和浓度。微生物絮凝剂受 金属离子的种类和浓度影响较大。不同的絮凝剂，其 适合的离子种类有所差异，目前研究较多的有二价 离子中的Ｃａ 、Ｍｇ抖、Ｍｎ 等，以及三价离子中的 Ａ１¨、Ｆｅ 等；不同的金属离子在适当的浓度下与悬 浮颗粒以离子键相结合，从而提高絮凝活性，这对 于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。若金 属离子的浓度过高，由于大量离子占据了絮凝剂分 子的活性部位，把絮凝剂分子与悬浮颗粒隔开而抑 制絮凝活性。 五 微生物絮凝剂在食品工业水处理中的 应用 １．食品工业废水 由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性，逐渐 在食品工业废水处理中被采用，并可达到满意的效 ｔｕｓ培养液和１ ｍＬ聚合氨基葡聚糖，乳化液中形成明 显可见的油滴并浮于表面，下层清液的Ｃ ０ Ｄ值从原 来的４５０ｍｇ／Ｌ下降为２３５ｍｇ／Ｌ，下清液的ＣＯＤ去除 率为４８％，远好于无机絮凝剂和人工合成的高分子絮 凝剂。 ５．发酵产品的固液分离 利用絮凝剂对细胞具有优良的沉降性能来去除 发酵液中的菌体，可大大减少能耗，降低成本，且操 作简单，管理方便。在酿酒工业中，用具有絮凝性能 的酵母替代没有絮凝性能的酵母可以酿出质量更好 的啤酒；另外，在生物乙醇和面包发酵酵母的生产中 也应用了这种絮凝剂，并可达到良好去除固体物的 效果，减少处理时间，有助于降解不稳定生物物质以 及节省成本。 六、结 论 微生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂，虽然现 在主要应用于废水处理方面，但在食品工业中也将 有着良好的应用前景，并显示有强大的生命力。微生 物絮凝剂将可能在未来取代或大部分取代传统的无 机高分子和合成有机高分子絮凝剂，但微生物絮凝 剂的应用还大多处于菌种的筛选阶段，存在成本较 高的缺点，无法适应工业化生产的需要。目前，推广 应用微生物絮凝剂的关键是应进一步降低微生物絮 凝剂的生产成本。为此，今后的工作应主要集中在以 下几个方面：①改进培养条件，研制出低成本的培养 源。②优良絮凝剂高产菌株的筛选及产生菌的诱变 育种和基因控制。③要达到大规模的工业化生产，需 对微生物絮凝剂的合成条件和影响絮凝活性的因素 进行更深入的研究，以便寻找廉价的培养基和控制 絮凝剂发挥作用的最优条件。 参考文献： ［１］ 张本兰．新型高效、无毒水处理剂——微生物絮凝剂的 开发与应用［Ｊ］．工业水处理，１ ９９６，１ ６（１）：７－９． ［２］王猛，施，柴晓丽．微生物絮凝剂的研究与应用［Ｊ】． 化工环保，２００１，２１（６）ｔ ５２８－３５２． ［３］ 陶涛．普鲁兰预处理高浓度味精废水的研究［Ｊ］．中国给 水排水，２００１，２７（１）：５９—４２． ・１４９．
