脫毒對熱解液中內醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響

第13卷第4期南京師范大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版)Vol 13 No 42013F H JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY( ENGINEERING AND TECHNOLOGY EDITION)Dec 2013脫毒對熱解液中內醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響陳育如,趙乙萱,孫歡,劉軍利2,衛民2,李慧英1.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心,江蘇省微生物與基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室,江蘇南京210023)(2,中國林業(yè)科學(xué)院南京林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,江蘇南京210023)(3.紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南通226002)[摘要]研究了不同脫毒材料和處理方式對熱解液中內醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響.實(shí)驗結果表明脫毒處理能顯著(zhù)改善紫色光合菌對熱解液的利用效率,不同的脫毒材料對熱解液中的內醚糖吸附程度有較大的差異.以氫氧化鈣和活性炭聯(lián)用處理后,紫色光合菌對熱解液的利用效果最好,對內醚糖的利用率在培養的第4d即達到77.7%,培養6d對熱解液的利用率達到94.1%,遠高于未脫毒處理時(shí)的利用效率(61.9%,14d).幾種脫毒處理方式中,以氫氧化鈣處理時(shí)對內醚糖的吸附最少(15.1%),而以717陰離子交換樹(shù)脂處理時(shí)對內醚糖的吸附量最高(68.8%[關(guān)鍵詞]紫色光合菌,熱解液,內醚糖,脫毒,影響[中圖分類(lèi)號]TS202.3[文獻標志碼]A[文章編號]1672-1292(2013)04-0088-05Effect of Detoxification on Violet Photosynthetic BacteriaUtilization Pyrolysis Liquid and LevoglucosanChen Yuru, Zhao Yixuan, Sun Huan, Liu Junli, Wei Min, Li huiyingSchool of Life Science, Nanjing Engineering Research Center for Industrialization of Microbial Resources, Jiangsu Keyab for Microbes and Functional Genomics, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China(2. Institute of Chemical Industry of Forest Products, CAF, Nanjing 210023, China)(3. Zilang Vocational Technical College, Nantong 226002, ChinaAbstract: Effect of different detoxification materials and treatments on the absorption of levoglucosan in pyrolysis liquidand utilization of pyrolysis liquid by Photosynthetic bacteria are studied. The results show that it greatly promotes theutilization of pyrolysis liquid after detoxification. Moreover, absorptions of levoglucosan in pyrolysis liquid are greatlydifferent after treatment with different detoxification materials. Utilization of pyrolysis liquid is optimal by using activatedcarbon add Ca(OH), treatment method. The results show that utilization rate are 77. 7% and 94. 1% after cultured 4 dand 6 d respectively, which are much higher than those before detoxification( 61. 9%, 14 d). In those treatment methodsabsorption of levoglucosan is the lowest by Ca( OH)2 treatment method( 15. 1%), while 717 anion-exchang resintreatment method is hightest( 68. 8%)Key words: violet photosynthetic bacteria, pyrolysis liquid, Levoglucosan, detoxification, effection纖維素生物質(zhì)的有效利用對緩解資源、能源與環(huán)境問(wèn)題有著(zhù)非常重要的意義,生物質(zhì)的熱解及熱解液的轉化利用是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一-3.生物質(zhì)熱解是在無(wú)氧或缺氧的條件下得到液態(tài)熱解液、固態(tài)生物焦炭和不可冷凝的氣體3.熱解液中以?xún)让烟菫橹饕a(chǎn)物,內醚糖可培養油脂酵母產(chǎn)SCP3,但熱解液中有抑制微生物生長(cháng)的毒性物質(zhì),因此有必要對熱解液進(jìn)行脫毒處理.本工作主要對熱解液脫毒處理方法進(jìn)行研究,利用紫色光合菌( Photosynthetic bacteria)對熱解液進(jìn)行轉化光合菌是在水產(chǎn)養殖6、生產(chǎn)精收稿日期:2013-10-2基金項目:林業(yè)行業(yè)公益專(zhuān)項(200904055)陳育如,等:脫毒對熱解液中內醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響細化學(xué)品和環(huán)境保護9等方面有著(zhù)廣泛應用的微生物,熱解液脫毒處理后更有利于光合菌在其中生長(cháng).隨著(zhù)更多能夠利用熱解液和內醚糖微生物的發(fā)現,以熱解液和內醚糖為原料生產(chǎn)益生菌、SCP、微生物次生代謝產(chǎn)物等產(chǎn)品的發(fā)展將有著(zhù)越來(lái)越廣闊的前景.材料與方法生物質(zhì)熱解液:本課題組利用熱解裝置自制菌株:紫色光合菌( Photosynthetic bacteria),本實(shí)驗室分離保存培養基:將纖維素熱解液置于50倍的去離子水中稀釋,滅菌備用.分析方法: Aminex hPX87 H Lon Exclusion Column( SIGMA CO.),流動(dòng)相0.005 mmol H2SO4水溶液,流速0.5mL/min,示差折光檢測器,柱溫35℃,進(jìn)樣量20μL,樣品經(jīng)精密過(guò)濾后分析.2儀器與設備FA1004電子分析天平(上海天平儀器廠(chǎng));GNP-9080隔水式恒溫培養箱(上海精宏實(shí)驗設備有限公司);HD-930型組合式全溫搖床(江蘇太倉市博萊特實(shí)驗儀器廠(chǎng));ES-315高壓蒸汽滅菌鍋(TOMY,Japan);HH-2數顯恒溫水浴鍋(常州國華實(shí)驗儀器廠(chǎng)); Agilent110高效液相色譜儀( agilent公司)3結果與分析3.1未脫毒熱解液培養紫色光合菌將紫色光合菌接入到未脫毒纖維素熱解液的培養基中,培養時(shí)定時(shí)取樣,HPLC分析光合菌對纖維素熱解液的利用情況,結果如圖1和圖2所示2UFDA示差折光信號( ZHAOYIXUAN2012560nRIU RIDI A示差折光信號( ZHAOYIXUAN2012.516001000080000150000600001000004000050000別月月20000R024681012141618min68101214168min圖1未脫毒熱解液的HPLC分析圖2培養光合菌后未脫毒熱解液HPLC分析ig. 1 The HPLC graph of pyrolysis liquidig. 2 The HPlC graph of pyrolysis liquid treatment by由圖1和圖2可見(jiàn),紫色光合菌可以利用未脫毒纖維素熱解液生長(cháng)并利用其中的成份生長(cháng)(從菌液顏色加深和菌量增多分析),對纖維素熱解液中的內醚糖也能利用(內醚糖量降低了61.9%).但光合菌對纖維素熱解液中的內醚糖利用較慢(14d),因此后續實(shí)驗用不同的脫毒方法對熱解液進(jìn)行脫毒處理,并考察各處理方法對光合菌生長(cháng)及內醚糖利用的影響.3.2纖維素熱解液的脫毒選擇活性炭、沸石、硅藻土、陰離子交換樹(shù)脂等具有吸附作用的材料作為脫毒劑,處理方法如表1所示熱解液經(jīng)過(guò)上述脫毒處理前后的HPLC分析結果如圖3~圖9所示.從圖3~圖9可見(jiàn),不同的脫毒處理方法對纖維素熱解液中內醚糖的吸附量有所不同.只用氫氧化鈣處理的熱解液中,內醚糖的吸附率為15.12%;用氫氧化鈣加活性炭處理后,熱解液中內醚糖的吸附率增加到27.08%;只用活性炭處理的熱解液內醚糖吸附率為20.74%;用沸石處理的纖維素熱解液內醚糖吸附率較低,為18.48%;以η17-陰離子樹(shù)脂處理的纖維素熱解液內醚糖的吸附量最高,達68.82%.不同處理方法的內醚糖吸附(損失)率如圖10所示南京師范大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版)第13卷第4期(2013年)表1脫毒材料與熱解液的處理方法Table 1 Detoxification material and treatment methods of pyrolysis liquid脫毒材料熱解液用量處理方法氫氧化鈣與活1mL纖維素熱解液+9mL去離子水向熱解液加入Ca(OH)2后調節pH至7.0,過(guò)濾去除Ca(OH)2后加入5g活性炭性炭協(xié)同處理吸附30℃,100r/min,1h后分離活性炭,脫毒液用于紫色光合菌的培養氫氧化鈣1mL纖維素熱解液+49mL去離子水向熱解液中加入Ca(OH)2后調節pH至7,過(guò)濾去除Ca(OH)2,30℃,100v/min,Ih后分離氫氧化鈣,脫毒液用于紫色光合菌的培養活性炭1m纖維素熱解液+9m去離子水向德中加入58g話(huà)性淡:30℃,rm,h后分離活性炭,脫毒液用于紫硅藻土1mL纖維素熱解液+49m去離子水向熱解液中加入5g硅藻土,30℃,100r/min,1h后分離硅藻土,脫毒液用于紫色光合菌的培養1mL纖維素熱解液+49mL去離子水向熱解液中加入5g沸石,30℃,100r/min振蕩1h后分離沸石717陰離子1ml.纖維素熱解液+49m去離子水熱解液經(jīng)過(guò)717陰離子樹(shù)脂柱吸附,收集纖維素熱解液過(guò)柱液,脫毒液用于紫交換樹(shù)脂色光合菌的培養nRIUKIDIA,示差折光信號Y00000RIDA,示差折光信號( ZHAOYIXUAN2012-9-270000411750001200001250007500025000圖3未脫毒熱解液HPLC分析圖4活性炭與氫氧化鈣脫毒處理液HPLC分析Fig 3 The HPLC graph of pyrolysis liquidFig 4 The HPLC graph of pyrolysis liquid after activatedre detoxificationcarbon add Ca( OH), treatmentRIDI A,示差折光信號(SH少RU4示差折光信號m0219001500001250007500025000月差名2500第7)尊裝蜜min圖5活性炭脫毒處理后的HPLC分析圖6氫氧化鈣脫毒處理后的HPLC分析Fig. 5 The hPLC graph of pyrolysis liquid afterig. 6 The HPLC graph of pyrolysis liquid afteractivated carbon treatmentCa( OH)treatmentRIDA,示差折光信號( ZHAOYIXUAN20129-270005D)RIDA,示差折光信號( ZHAOYIXUAN2012-10-10000D)nIU140000140000100000800008000060000000震R置子min圖7沸石脫毒處理后的熱解液HPLC分析圖8硅藻土脫毒處理后的熱解液HPC分析Fig. 7 The hPlC graph of pyrolysis liquid afterFig 8 The hPLC graph of pyrolysis liquid afterZeolite treatmentDiatomite treatment陳育如,等:脫毒對熱解液中內醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響RID1A,示差折光信號( ZHAOYIXUAN20129270000DnIU80000600004000020000霧圖9陰離子樹(shù)脂脫毒處理后的熱解液HPLC分析1.活性炭;2.氫氧化鈣;3,氫氧化鈣+活性炭;4.沸石;5,樹(shù)脂Fig 9 The HPLC graph of pyrolysis liquid after717;6.硅藻土717 anion resin treatment圖10脫毒處理后熱解液中內醚糖的變化Fig. 10 The loss of levoglucosan after several detoxication treatment由圖10可見(jiàn),在使用的6種脫毒方法中,從內醚糖吸附最少的角度分析,氫氧化鈣脫毒法最好(內醚糖的損失率最少),而717陰離子交換樹(shù)脂不適合作為脫毒劑使用3.3光合細菌對脫毒熱解液的利用將紫色光合菌分別接入到活性炭、氫氧化鈣、氫氧化鈣+活性炭、沸石、硅藻土、717陰離子樹(shù)脂6種脫毒方式處理并滅菌后的纖維素熱解液中,在30℃、180r/mi條件下培養,4d后分析對熱解液中內醚糖的利用率,結果如圖11所示20由圖11可見(jiàn),將紫色光合菌分別接入到經(jīng)脫毒處理的纖維素熱解液中,對熱解液的利用也有著(zhù)較大的差別其中以經(jīng)氫氧化鈣+活性炭處理后的熱解脫毒方式液中內醚糖利用率最高(73.72%),而對內醚糖損失1.活性炭;2氫氧化鈣;3.氫氧化鈣+活性炭;4.沸石5.樹(shù)脂-717;6.硅藻土率最少的氫氧化鈣處理方式,菌體在熱解液中對內圖11光合菌對脫毒處理后熱解液的利用率醚糖的利用率只有2.46%.因此,對內醚糖吸附最Fig. 11 The utilize rate of pyrolysis liquid after several少的脫毒方法對以紫色光合菌利用內醚糖的角度來(lái)detoxification treatment看并不一定最好.不同的脫毒方法去除的有害物質(zhì)種類(lèi)不同,而不同的有害物質(zhì)對微生物的生長(cháng)影響效應不同.因此,深入分析熱解液中的成分并考察對微生物生長(cháng)的影響,是了解菌株對纖維素熱解液高效利用的途徑.3.4光合細菌對活性炭與氬氧化鈣脫毒后熱解液的利用以上脫毒方法中,紫色光合菌對活性炭與氫氧化鈣脫毒方式處理后的熱解液利用率最高,因此后續研究采用該脫毒方法進(jìn)行處理.具體方法是將紫色光合菌接入到經(jīng)活性炭與氫氧化鈣脫毒方式處理后的熱解液中,使初始OD灬為0.2,于30℃、180m/min條件下培養,定時(shí)取樣分析,結果見(jiàn)圖12所示由圖12可見(jiàn),經(jīng)氫氧化鈣+活性炭脫毒處理后時(shí)間天紫色光合菌對熱解液中的內醚糖在6d后的利用率圖12光合菌對活性炭+Ca(OH)2脫毒后熱解液的利用達94.15%,因此活性炭加Ca(OH)2的聯(lián)合處理方法rig,1 The utilize rate of pyrolysis liquid after Ca(OH)2行之有效,能顯著(zhù)地提高紫色光合菌對熱解液中內醚 Idd Anion resin treatment by Photosynthetic bacteria糖的利用效率,縮短轉化時(shí)間4結語(yǔ)(1)不同的脫毒方法對纖維素熱解液中有毒物質(zhì)和其中的內醚糖都有吸附利用,處理后的熱解液更南京師范大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版)第13卷第4期(2013年)(15.1%),以717陰離子交換樹(shù)脂的脫毒方式處理后內醚糖的吸附量最多(68.8%).(2)紫色光合菌對不同脫毒方式處理后的熱解液的利用效果不同,其中以氫氧化鈣+活性炭方式處理后,紫色光合菌對熱解液的利用率(以?xún)让烟怯?最高,利用率達77.73%(4d)和94.12%(6d),但對氫氧化鈣處理后熱解液中的內醚糖利用,培養4d時(shí)為22.46%.由于各種脫毒方式對熱解液中有毒物質(zhì)的吸附效果不同,而不同的抑制物對微生物的抑制效果也有差異,因此對不同的微生物種類(lèi)選擇適宜的脫毒方法,是實(shí)現微生物對熱解液及內醚糖高效利用的關(guān)鍵.[參考文獻]( References)1 Zhang X L, Li J, Tang W H, et al. 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Method of photosynthetic bacteria bioconversion cellulose pyrolysis liquid and levo-carotenoid and single cell protein: China, CN201210531924 5[ P].2012.( in Chinese)[責任編輯:嚴海琳]