CN114515555A - 一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用，将海藻酸钠溶液与硫酸盐还原微生物混合均匀，得混合物；将混合物滴入氯化钙溶液中固化，得到硫酸盐还原微生物胶囊。本发明制备的硫酸盐还原微生物胶囊能够提高硫酸盐还原菌的活性，削弱重金属对硫酸盐还原菌的影响。本发明的制备方法简单，产品稳定性好，可广泛推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及医用材料技术领域，具体涉及一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用。
背景技术
近年研究发现将菌体细胞固定在生物载体中或通过微胶囊技术包埋在胶囊中能够有效提高菌体的存活率和缓释性。微胶囊技术是一种应用成膜材料包覆固体或液体芯材，使之形成微小粒子的技术，制得的微胶囊具有改善和提高芯材物质外观及其性质的能力，能够保护囊心物质不受外界的影响。其中，用于固定生物的微胶囊又称为生物微胶囊。挤压法是制备微胶囊最简单、最常用的方法，具体是将活性物质与壁材溶液混合均匀后，通过喷嘴以液滴的形式滴入固化液中，与壁材溶液发生交联作用，形成微小颗粒。挤压法制得的微胶囊的粒径大小取决于喷嘴孔径的大小、液滴下落的距离、固化液的选择以及壁材－细胞混合液的黏度等，一般制得的胶囊粒径较大，约为0.5～3.0mm。由于挤压法操作简单、成本低廉，所以在制备微胶囊过程中应用较广。
海藻酸钠广泛存在于褐藻酸中，是由β-1,4-D甘露糖醛酸和α-1,4-L古罗糖醛酸组成的二元线性聚合物，具有无毒、生物相容性好、可降解等优点。其可与多价阳离子如钙离子形成水凝胶，该过程在非常温和的环境进行。因此，海藻酸及钠盐的这种良好的凝胶型和成膜特性被广泛应用于作为释放或包埋药物、蛋白与细胞的微胶囊。
硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，简称SRB)是一类独特的原核生理群组，是一类具有各种形态特征，能通过异化作用将硫酸盐作为有机物的电子受体进行硫酸盐还原的严格厌氧菌。SRB在地球上分布很广泛，通过多种相互作用发挥诸多潜力，尤其在微生物的代谢等活动中造成的缺氧的水陆环境，如土壤、海水、河水、地下管道以及油气井、淹水稻田土壤、河流和湖泊沉积物、沼泥等富含有机质和硫酸盐的厌氧生境和某些极端环境。
申请号为“200810137147.X”的专利报道了海藻酸钠-壳聚糖微胶囊固定腈水合酶菌株的方法。申请号为“CN200610015716.4”的专利报道了海藻酸钠和胰酶混合微胶囊的制备与应用。申请号为“CN201310246216.1”的专利报道了一种海藻酸钠-溶菌酶复合微胶囊的制备方法。目前暂无文献报道硫酸盐还原微生物与海藻酸钠制备微胶囊的相关技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法与应用。本发明制备的硫酸盐还原微生物胶囊能够提高硫酸盐还原菌的活性，削弱重金属对硫酸盐还原菌的影响。本发明的制备方法简单，产品稳定性好，可广泛推广使用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：
本发明的第一种实施方案，提供一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，包括：
步骤一：将海藻酸钠溶液与硫酸盐还原微生物混合均匀，得混合物；
步骤二：将混合物滴入氯化钙溶液中固化，得到硫酸盐还原微生物胶囊。
进一步地，所述硫酸盐还原微生物为硫酸盐还原菌。进一步地，所述硫酸盐还原菌为Desulfovibrio desulfuricans subsp.Desulfuricans。
进一步地，所述硫酸盐还原微生物在混合前经离心预处理。
进一步地，所述离心预处理条件为10000～12000r/min离心5～10min。
进一步地，所述硫酸盐还原微生物用改良巴尔硫酸盐培养基进行培养，培养温度为30℃，厌氧条件下培养3-5天。
进一步地，所述改良巴尔硫酸盐培养基包括组分I、组分II和组分III；其中，组分I包括MgSO4、柠檬酸钠、CaSO4·2H2O、NH4Cl和去离子水；组分II包括K2HPO4和去离子水；组分II包括乳酸钠、酵母浸提物和去离子水。
进一步地，所述改良巴尔硫酸盐培养基制备过程如下：将组分I、组分II和组分III分别调pH7.5后，无菌混合，在97％N2和3％H2条件下装管，过滤灭菌，添加5％硫酸亚铁铵，制得。
进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1.5～2.0％。
进一步地，所述混合均匀的条件为在300～500r/min的速度下搅拌10～30min。
进一步地，步骤二中采用注射针将混合物滴入氯化钙溶液中。进一步地，所述注射针的规格为2mL。
进一步地，所述混合物滴入的速度控制在1～3滴/秒。
进一步地，所述氯化钙溶液的质量浓度为1～5％。
进一步地，所述固化的时间为30～50min。
进一步地，所述硫酸盐还原微生物胶囊用无菌水清洗后，置于滤纸上，室温干燥获得恒定重量的微珠。
本发明的第二种实施方案，提供一种运用本发明方法制备的硫酸盐还原微生物胶囊。
进一步地，所述硫酸盐还原微生物胶囊中的还原菌能在温度为20-35℃，pH值为4-8的环境中正常生长。
本发明的第三种实施方案，提供一种运用本发明方法制备的硫酸盐还原微生物胶囊固定废水中的不同重金属的用途。
与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：
本发明制备的硫酸盐还原微生物胶囊能够有效改善微区域酸性环境，为微生物生长提供好的环境，并能达到缓释效果。也就是说，硫酸盐还原菌微胶囊可促进硫酸盐还原菌生长和活性，而且可以控制释放。
本发明硫酸盐还原菌微胶囊削弱不良环境影响，保护微生物免受有害环境的影响，减少重金属对硫酸盐还原菌的毒性，加快重金属去除，适用于矿山、电镀、脱硫等行业的含重金属的硫酸盐废水处理。硫酸盐还原菌胶囊能较好地去除硫酸盐和重金属。
附图说明
图1是温度对硫酸盐还原菌生长及脱硫除Sb(III)效果的影响，(a)pH，(b)Eh，(c)OD600，(d)SO4 2-去除率，(e)Sb(III)去除率。
图2是pH对硫酸盐还原菌生长及脱硫除Sb(III)效果的影响，(a)pH，(b)Eh，(c)OD600，(d)SO4 2-去除率，(e)Sb(III)去除率。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
实施例1制备过程
改良巴尔硫酸盐培养基组分表
改良巴尔硫酸盐培养基制备过程如下：将每种培养基成分调节至pH 7.5，并在121℃下高压灭菌。将三种组分无菌混合，并在97％N2和3％H2条件下装管，以排除尽可能多的氧气。过滤灭菌，添加5％硫酸亚铁铵(Fe(NH4)2(SO4)2)。
菌种Desulfovibrio desulfuricans subsp.Desulfuricans，用改良巴尔硫酸盐培养基进行培养，在接种前加入0.1mL至5.0mL的培养基，培养温度为30℃，厌氧条件下培养3-5天。
将培养的硫酸盐还原菌10000r/min离心10min后，与海藻酸钠溶液(1.5％)在300r/min条件下搅拌30min混合均匀。用2ml注射针将含硫酸盐还原菌的混合物滴入氯化钙溶液。固定30min后，用无菌水清洗2～3次，得到含有硫酸盐还原菌的微胶囊。
实施例2将培养的硫酸盐还原菌12000r/min离心5min后，与海藻酸钠溶液(2.0％)在500r/min条件下搅拌10min混合均匀。用2ml注射针将含硫酸盐还原菌的混合物滴入氯化钙溶液。固定30min后，用无菌水清洗2～3次，得到含有硫酸盐还原菌的微胶囊。
性能比对
1.温度对硫酸盐还原菌生长和硫酸盐及重金属去除率的影响。
相比没有处理的硫酸盐还原菌，如图1(a)-(c)所示，说明本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊在pH6.7～7.3范围内硫酸盐还原菌微胶囊可促进硫酸盐还原菌生长和活性，而且可以控制释放。
相比没有处理的硫酸盐还原菌，如图1(d)-(e)所示，在20℃时，本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊中的硫酸盐还原菌SRB的脱硫率为55.70％，除Sb(III)率为88.97％；而在30±5℃条件下，本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊中的SRB的脱硫率均达到70％以上，对Sb(III)的固定化率均达到了90％以上。说明本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊能较好地去除硫酸盐和重金属。
2.pH对硫酸盐还原菌生长和硫酸盐及重金属去除率的影响
相比没有处理的硫酸盐还原菌，如图2(a)-(c)所示，说明本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊在pH4.5～7.5范围内硫酸盐还原菌微胶囊可促进硫酸盐还原菌生长和活性提升，而且可以控制释放。
相比没有处理的硫酸盐还原菌，如图2(d)-(e)所示，本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊中的硫酸盐还原菌在pH为5.98、7.13和8.14时的脱硫率分别为68.87％、72.42％和66.54％，对Sb(III)的固定化率为98.09％、91.57％和89.89％。说明本发明制备的硫酸盐还原剂胶囊在pH4.57～8.14范围内能较好地去除硫酸盐和重金属。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：将海藻酸钠溶液与硫酸盐还原微生物混合均匀，得混合物；
步骤二：将混合物滴入氯化钙溶液中固化，得到硫酸盐还原微生物胶囊。
2.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐还原微生物为Desulfovibrio desulfuricans subsp.Desulfuricans。
3.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐还原微生物在混合前经离心预处理。
4.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐还原微生物用改良巴尔硫酸盐培养基进行培养，培养温度为30℃，厌氧条件下培养3-5天。
5.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述改良巴尔硫酸盐培养基包括组分I、组分II和组分III；其中，组分I包括MgSO4、柠檬酸钠、CaSO4·2H2O、NH4Cl和去离子水；组分II包括K2HPO4和去离子水；组分II包括乳酸钠、酵母浸提物和去离子水。
6.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1.5～2.0％；所述混合均匀的条件为在300～500r/min的速度下搅拌10～30min。
7.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，步骤二中采用注射针将混合物滴入氯化钙溶液中；所述混合物滴入的速度控制在1～3滴/秒；所述氯化钙溶液的质量浓度为1～5％；所述固化的时间为30～50min。
8.根据权利要求1所述硫酸盐还原微生物胶囊的制备方法，其特征在于，所述硫酸盐还原微生物胶囊用无菌水清洗后，置于滤纸上，室温干燥获得恒定重量的微珠。
9.一种运用权利要求1～8任一项所述方法制备的硫酸盐还原微生物胶囊。
10.一种运用权利要求1～8任一项所述方法制备的硫酸盐还原微生物胶囊固定废水中的不同重金属的应用。
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