喷雾干燥条件的优化(博迅SPX-150B-Z使用)

活性污泥法广泛应用于城市污水处理厂，污 泥是污水处理厂在污水净化过程中产生的含水率不 同的半固态或固态物质，按泥含水率 80%计，每万 立方米污水经处理后产生的污泥量为 5~10t，根据统计，污泥处置费用约占污水处理厂投资和运行费 用的 20%~50%。

1 材料与方法

1.1 菌株来源

本文作者实验室从废水中分离并保存的解淀粉 芽孢杆菌，命名为 DM1。

1.2 主要仪器和试剂

麦芽糊精，山东西王糖业有限公司；玉米淀粉， 食品级，山东恒仁工贸有限公司；脱脂奶粉，内蒙 古伊利实业集团股份有限公司；可溶性淀粉、胰蛋 白胨、琼脂粉、酵母浸膏、牛肉浸膏等，生化试剂 BR，国药集团化学试剂有限公司；氯化钠、无水乙 醇、丁二酸钠等，分析纯，国药集团化学试剂有限 公司；酵母浸粉等，生物试剂，北京奥博星生物技 术有限责任公司。 ZQZY-AF8 组合式全温振荡培养箱，上海知楚 仪器有限公司；HQ40d pH 计，瑞士梅特勒公司； YXQ-LS-75G 立式压力蒸汽灭菌器，上海博迅实业 有限公司医疗设备厂；KH-300DE 型数控超声清洗 器，昆山禾创超声仪器有限公司；博迅SPX-150B-Z 型 生化培养箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂； SW-CJ-2FD 洁净工作台，苏净安泰空气技术有限公 司；WGLL-230BE 电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；HH-4 数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司。小型喷雾干燥机，上海鑫翁科学仪 器有限公司。

1.3 培养基

菌株斜面培养基、种子培养基和基础发酵培养 基均为 LB 培养基。 LB 培养基组成为：10g/L 胰蛋白胨、5g/L 酵母 粉、5g/L NaCl，调节 pH 为 7.2，120℃高压蒸汽灭 菌 20min。固体 LB 培养基，琼脂含量为 20g/L。

1.4 菌株

DM1 培养方法 菌种活化方法：将保藏的菌种转接至斜面培养 基，30℃活化 24h。 种子液培养方法：用接种环挑取 1 环菌泥，接 入装有 10mL LB 培养基的 50mL 的摇瓶中，30℃活 化 22h。 菌株培养方法：采用装有 100mL 种子培养液的 250mL 摇瓶培养，接种量 2%，于 30℃、200r/min 培养 48h，获得发酵液。

1.5 发酵条件的优化

1.5.1 碳源种类

在 LB 培养基和 30℃、200r/min 培养条件下， 在基础培养基中原有成分不变的前提下，分别添加浓 度均为 10g/L 的乙酸钠、玉米淀粉、可溶性淀粉、葡 萄糖、丁二酸钠，选择最优碳源。每个处理重复 3 次。

1.5.2 碳源浓度的选择

在 LB 培养基和 30℃、200r/min 培养条件下， 上述筛选得到的最佳碳源，考察其浓度（5g/L、 10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L）对菌株液体 发酵活菌数的影响。每个处理重复 3 次。

1.5.3 氮源种类

在 LB 培养基和 30℃、200r/min 培养条件下， 以可溶性淀粉为碳源，分别添加 10g/L 的硫酸铵、 尿素作为单一氮源及体积比为 1︰1、1︰2、1︰3 的胰蛋白胨和酵母粉作为混合氮源加到基础培养基 中，筛选最优氮源。每个处理重复 3 次。

1.5.4 氮源浓度的选择

在 LB 培养基和 30℃、200r/min 培养条件下， 上述筛选得到的最佳氮源，考察其浓度（5g/L、 10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L）对菌株液体 发酵活菌数的影响。每个处理重复 3 次。

1.5.5 接种量

在 LB 基础培养基、培养时间为 48h 的条件下， 研究接种量 1%、3%、5%、7%、10%、对菌株液体 发酵的影响。每个处理重复 3 次。

2 结果与讨论

2.1 发酵条件的确定

2.1.1 发酵时间

发酵时间分别为 24h、36h、48h、60h、72h 时， 对应的活菌数分别为 8.1×107 CFU/mL 、 2.68× 108 CFU/mL、3.8×108 CFU/mL、3.3×108 CFU/mL、 2.6×108 CFU/mL，活菌数在 48 h 时达到最大值，故 选择 48 h 作为发酵时间。

2.1.2 碳源种类

由图 1 可知，不同种类的碳源对解淀粉芽孢杆 菌活菌数的影响很大（P＜0.05），其中可溶性淀粉、 玉米淀粉能明显促进菌株生长，乙酸钠、丁二酸钠 对菌株 DM1 生长影响不明显（P＞0.05），葡萄糖不 利于菌株生长（P＜0.05）。可溶性淀粉为菌株最佳 碳源。

2.1.3 可溶性淀粉浓度的优化

可溶性淀粉浓度分别为 5g/L、10g/L、15g/L、 20g/L、25g/L 及 30g/L 时，菌株 DM1 活菌数从 3.2×108 CFU/mL 、依次降至 2.35×108 CFU/mL 、 2.2×108 CFU/mL、2.4×108 CFU/mL、2.0×108 CFU/mL、 2.1×108 CFU/mL。5g/L 为可溶性淀粉最优添加浓度， 此时活菌数达到最大值。


2.1.4 氮源的筛选

由图 2 可知，不同氮源对 DM1 菌株活菌数具 有显著的影响（P＜0.05）。当酵母粉︰胰蛋白胨= 2︰1 时，DM1 菌株活菌数均达到最大值；其次是 酵母粉︰胰蛋白胨=1︰1，当酵母粉︰胰蛋白胨= 3︰1 时，与空白对照相比，活菌数略微降低，硫酸 铵、尿素不利于菌株生长（P＜0.05）。以酵母粉︰ 胰蛋白胨=2︰1 作为优选氮源。

2.1.5 优选氮源浓度的优化

按照 2.1.4 节中研究结果，以酵母粉︰胰蛋白 胨=2︰1 作为氮源，考察不同的氮源浓度对菌株 DM1 发酵培养的影响（图 3）。随着氮源浓度的增 加，菌株的活菌数呈现先增大后减少的趋势，在氮 源浓度为 10g/L 时，活菌数达到最大值。当氮源浓度 ≥15g/L 时，活菌数迅速下降。优选的氮源浓度为 10g/L。

2.1.6 接种量

不同接种量对菌株发酵影响。在接种量 为 7%时，活菌数达到最大，为 6.5×108 CFU/mL。 故选择 7%为最优接种量。

2.1.7 菌悬液的制备

采用上述实验筛选获得的条件，即 5g/L 可溶性 淀粉、10g/L 氮源（酵母粉︰蛋白胨=2︰1）、接种 量 7%、摇瓶装液量 40%，摇床 200 r/min、30℃条 件下摇瓶发酵 48h 制备菌液，菌液活菌数为 8.3× 108 CFU/mL，明显优于优化前的 3.8×108 CFU/mL。 菌悬液获取方法：发酵液在 4000r/min 条件下离心 10min，弃上清，得菌泥。使用灭菌后生理盐水将 菌泥配成活菌数约为 1×109 CFU/mL 的菌悬液。

3 结论

在摇瓶发酵条件为 5g/L 可溶性淀粉、10g/L 氮源（酵母粉︰蛋白胨=2︰1）、接种量 7%、摇瓶装 液量40%，摇床200r/min、30℃条件下摇瓶发酵48h， 菌液活菌数为 8.3×108 CFU/mL。当进风温度 180℃、 热风流量 315m3 /h、进样速度 500mL/h、麦芽糊精 浓度 5%条件下，解淀粉芽孢杆菌菌粉活菌数可达 1.28×1010CFU/g。



 

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