脱毒对热解液中内醚糖及紫色光合菌利用热解液的影响

第13卷第4期南京师范大学学报(工程技术版)Vol. 13 No 42013F 12 H JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY( ENGINEERING AND TECHNOLOGY EDITION)Dec2013脱毒对热解液中内醚糖及紫色光合菌利用热解液的影响陈育如,赵乙萱!,孙欢,刘军利2,卫民2,李慧英(1.南京师范大学生命科学学院,江苏省微生物资源产业化工程技术硏究中心,江苏省微生物与基因组学重点实验室,江苏南京210023(2.中国林业科学院南京林产化学工业研究所,江苏南京210023(3.紫琅职业技术学院,江苏南通226002)[摘要]硏究了不同脱毒材料和处理方式对热解液中内醚糖及紫色光合菌利用热解液的影响.实验结果表明脱毒处理能显著改善紫色光合菌对热解液的利用效率,不同的脱毒材料对热解液中的内醚糖吸附程度有较大的差异.以氢氧化钙和活性炭联用处理后,紫色光合菌对热解液的利用效果最好,对内醚糖的利用率在培养的第d即达到77.7%,培养6d对热解液的利用率达到94.1%,远高于未脱毒处理时的利用效率(61.9%,14d).几种脱毒处理方式中,以氢氧化钙处理时对內醚糖的吸附最少(15.1%),而以717阴离子交换树脂处理时对内醚糖的吸附量最高(68.8%).[关键词]紫色光合菌,热解液,内醚糖,脱毒,影响[中图分类号]TS202.3[文献标志码]A[文章编号]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 Huiying(1. School of Life Science, Nanjing Engineering Research Center for Industrialization of Microbial Resources, Jiangsu KeyLab 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 liquidts 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)2 treatment method. The results show that utilization rate are 77. 7% and 94. 1% after cultured 4 dd 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 resintreatmethod is hightest (68.8%)Key words: violet photosynthetic bacteria, pyrolysis liquid, Levoglucosan, detoxification, effection纤维素生物质的有效利用对缓解资源、能源与环境问题有着非常重要的意义,生物质的热解及热解液的转化利用是近年来的研究热点之一-3.生物质热解是在无氧或缺氧的条件下得到液态热解液、固态生物焦炭和不可冷凝的气体43.热解液中以内醚糖为主要产物排可接差油酵母产SCP3,但热解液中有抑制微生物生长的毒性物质,因此有必要对热解液中国煤化工对热解液脱毒处理方法进行研究,利用紫色光合菌( Photosynthetic bacter)对热CNMHG在水产养殖、生产精收稿日期:2013基金项目:林业行业公益专项(200904055通讯联系人:陈育如,博士,教授,研究方向:生物化工.E-mail: chenyun@ninu.edu陈育如,等:脱毒对热解液中内醚糖及紫色光合菌利用热解液的影响细化学品和环境保护8”等方面有着广泛应用的微生物,热解液脱毒处理后更有利于光合菌在其中生长.随着更多能够利用热解液和内醚糖微生物的发现,以热解液和内醚糖为原料生产益生菌、SCP、微生物次生代谢产物等产品的发展将有着越来越广阔的前景材料与方法生物质热解液:本课题组利用热解装置自制菌株:紫色光合菌( Photosynthetic bacteria),本实验室分离保存培养基:将纤维素热解液置于50倍的去离子水中稀释,灭菌备用分析方法: Aminex HPX87 H Lon Exclusion column( SIGMA CO.),流动相0.005 mmol H2SO4水溶液,流速0.5mL/min,示差折光检测器,柱温35℃,进样量20μL,样品经精密过滤后分析.2仪器与设备FA1004电子分析天平(上海天平仪器厂);GNP-9080隔水式恒温培养箱(上海精宏实验设备有限公司);HD-930型组合式全温摇床(江苏太仓市博莱特实验仪器厂);ES-315高压蒸汽灭菌锅(TOMYJapan);H-2数显恒温水浴锅(常州国华实验仪器厂); Agilent10高效液相色谱仪( Agile公司)3结果与分析3.1未脱毒热解液培养紫色光合菌将紫色光合菌接入到未脱毒纤维素热解液的培养基中,培养时定时取样,HPLC分析光合菌对纤维素热解液的利用情况,结果如图1和图2所示物11RD1A.示差折光信号( ZHAOYTXUAN20125-1600DRIU RIDIA示差折光信号( ZHAOYIXUAN2012.516001000008000060000100000400005000020000上十t1012141618minmin图1未脱毒热解液的HPLC分析图2培养光合菌后未脱毒热解液HPLC分析Fig. 1 The hPLC graph of pyrolysis liquidFig. 2 The HPlC graph of pyrolysis liquid treatment byPhotosynthetic bacteria由图1和图2可见,紫色光合菌可以利用未脱毒纤维素热解液生长并利用其中的成份生长(从菌液颜色加深和菌量增多分析),对纤维素热解液中的内醚糖也能利用(内醚糖量降低了61.9%).但光合菌对纤维素热解液中的内醚糖利用较慢(14d),因此后续实验用不同的脱毒方法对热解液进行脱毒处理,并考察各处理方法对光合菌生长及内醚糖利用的影响.3.2纤维素热解液的脱毒选择活性炭、沸石、硅藻土、阴离子交换树脂等具有吸附作用的材料作为脱毒剂,处理方法如表1所示.热解液经过上述脱毒处理前后的HPLC分析结果如图3~图9所示.从图3~图9可见,不同的脱毒处理方法对纤维素热解液中内醚糖的吸附量有所不同.只用氢氧化钙处理的热解液中,内醚糖的吸附率为15.12%;用氢氧化钙国中国煤化工中内醚糖的吸附率增加到27.08%;只用活性炭处理的热解液内醚糖吸附率为HCNMHG维素热解液内醚糖吸附率较低,为18.48%;以717-阴离子树脂处理的纤维素热解液内醚糖的吸附量最高,达68.82%.不同处理方法的内醚糖吸附(损失)率如图10所示南京师范大学学报(工程技术版)第13卷第4期(2013年)表1脱毒材料与热解液的处理方法Table 1 Detoxification material and treatment methods of pyrolysis liquid脱毒材料热解液用量处理方法氢氧化钙与活性炭协同处理L纤维素热解液+49mL去离子水向热解液加入Ca(OH)2后调节pH至7.0,过滤去除Ca(OH)2后加入5g活性炭吸附30℃,100r/min,1h后分离活性炭,脱毒液用于紫色光合菌的培养氢氧化钙1mL纤维素热解液+49mL去离子水向热解液中加入Ca(OH)2后调节pH至7,过滤去除Ca(OH)2,30℃,100mn,1h后分离氢氧化钙,脱毒液用于紫色光合菌的培养活性炭1mL纤维素热解液+49m去离子水向热解液中加入5g活性:30,00rm,1h后分离活性炭,脱毒液用于紫硅藻土1mL纤维素热解液+49mL去离子水向热解液中加入5g硅藻土,30℃,100r/min,h后分离硅藻土,脱毒液用于紫色光合菌的培养沸石1mL纤维素热解液+49mL去离子水向热解液中加入5g沸石,30℃,100r/min振荡1h后分离沸石交换树脂1m纤维素热解液+49mL去离子水热解液经过717阴离子树脂柱吸附,收集纤维素热解液过柱液,脱毒液用于紫717阴离子色光合菌的培养nRIl RIDIA示差折光信号(YY2RIDA,示差折光信号(z150000120001250001000005000025009/魏人是PoETRy图3未脱毒热解液HPLC分析14活性炭与氢氧化钙脱毒处理液HPLC分析ig. 3 The HPLC graph of pyrolysis liquFig 4 The HPLC graph of pyrolysis liquid after activatedbefore detoxificationcarbon add Ca( OH),treatmentnRU1D1A,示差折光信号H0291000RID1A,示差折光信号(YYY20129nIU1750001750001250001000005000025000月人等装浪图李需兰反图5活性炭脱毒处理后的HPLC分析图6氢氧化钙脱毒处理后的HPLC分析ig. 5 The HPLC graph of pyrolysis liquid afterig. 6 The HPlC graph of pyrolysis liquid afteractivated carbon treatmentCa( oH) treatmentRIDA,示差折光信号( ZHAOYIXUAN20129270000D)RID|A,示差折光信号( ZHAOYIXUAN201210-100007D)14000080000600006000040000子中国煤化工器器mInCNMHG5 20图7沸石脱毒处理后的热解液HPLC分析洼藻土脱毒处理后的热解液HPLC分析Fig. 7 The HPLC graph of pyrolysis liquid afterFig 8 The HPLC graph of pyrolysis liquid afterZeolite treatmentDiatomite treatment陈育如,等:脱毒对热解液中内醚糖及紫色光合菌利用热解液的影响RID1A,示差折光信号( ZHAOYIXUAN20129-2700000nIU8000C000040000脱毒图9阴离子树脂脱毒处理后的热解液HPLC分析1.活性炭;2.氢氧化钙;3.氢氧化钙+活性炭;4.沸石;5.树脂Fig 9 The HPLC graph of pyrolysis liquid after717;6.硅藻土717 anion resin treatment图10脱毒处理后热解液中内醚糖的变化Fig 10 The loss of levoglucosan after several detoxication treatment由图10可见,在使用的6种脱毒方法中,从内醚糖吸附最少的角度分析,氢氧化钙脱毒法最好(内醚糖的损失率最少),而717阴离子交换树脂不适合作为脱毒剂使用3.3光合细菌对脱毒热解液的利用将紫色光合菌分别接入到活性炭、氢氧化钙、氢氧化钙+活性炭、沸石、硅藻土、717阴离子树脂6种脱毒方式处理并灭菌后的纤维素热解液中,在30℃、180r/min条件下培养,4d后分析对热解液科田买中内醚糖的利用率,结果如图11所示由图11可见,将紫色光合菌分别接入到经脱毒10处理的纤维素热解液中,对热解液的利用也有着较大的差别.其中以经氢氧化钙+活性炭处理后的热解脱毒方式液中内醚糖利用率最高(73.72%),而对内醚糖损失1.活性炭;2.氢氧化钙;3.氢氧化钙+活性炭;4.沸石率最少的氢氧化钙处理方式,菌体在热解液中对内树脂-717;6.硅藻土图11光合菌对脱毒处理后热解液的利用率醚糖的利用率只有2.46%.因此,对内醚糖吸附最Fig. 11 The utilize rate of pyrolysis liquid after several少的脱毒方法对以紫色光合菌利用内醚糖的角度来detoxification treatment看并不一定最好.不同的脱毒方法去除的有害物质种类不同,而不同的有害物质对微生物的生长影响效应不同.因此,深入分析热解液中的成分并考察对微生物生长的影响,是了解菌株对纤维素热解液高效利用的途径3.4光合细菌对活性炭与氢氧化钙脱毒后热解液的利用以上脱毒方法中,紫色光合菌对活性炭与氢氧化钙脱毒方式处理后的热解液利用率最高,因此后续研究采用该脱毒方法进行处理.具体方法是将紫色光合菌接入到经活性炭与氢氧化钙脱毒方式处理后的热解液中,使初始ODa为0.2,于30℃、180r/min条件下培养,定时取样分析,结果见图12所示由图12可见,经氢氧化钙+活性炭脱毒处理后时间/天紫色光合菌对热解液中的内醚糖在6d后的利用率图12光合菌对活性炭+Ca(OH)2脱毒后热解液的利用达94.15%,因此活性炭加Ca(OH)2的联合处理方法Fig1 The utilize rate of pyrolysis liquid after Ca(Oh)2行之有效,能显著地提高紫色光合菌对热解液中内醚add Anion resin treatment by Photosynthetic bacteria糖的利用效率,缩短转化时间中国煤化工CNMHG4结语(1)不同的脱毒方法对纤维素热解液中有毒物质和其中的内醚糖都有吸附利用,处理后的热解液更适合紫色光合菌的生长.6种脱毒处理方法中,以氢氧化钙处理的方式对热解液中内醚糖的吸附最小91南京师范大学学报(工程技术版)第13卷第4期(2013年)(15.1%),以717阴离子交换树脂的脱毒方式处理后内醚糖的吸附量最多(68.8%)(2)紫色光合菌对不同脱毒方式处理后的热解液的利用效果不同,其中以氢氧化钙+活性炭方式处理后,紫色光合菌对热解液的利用率(以内醚糖计)最高,利用率达77.73%(4d)和94.12%(6d),但对氢氧化钙处理后热解液中的内醚糖利用,培养4d时为22.46%.由于各种脱毒方式对热解液中有毒物质的吸附效果不同,而不同的抑制物对微生物的抑制效果也有差异,因此对不同的微生物种类选择适宜的脱毒方法,是实现微生物对热解液及内醚糖高效利用的关键[参考文献]( References[1 Zhang X L, Li J, Tang W H, et al. 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