第13卷第4期南京師范大學學報(工程技術(shù)版)Vol. 13 No 42013F 12 H JOURNAL OF NANJING NORMAL UNIVERSITY( ENGINEERING AND TECHNOLOGY EDITION)Dec2013脫毒對熱解液中內(nèi)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(wèi)民2,李慧英(1.南京師范大學生命科學學院,江蘇省微生物資源產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)硏究中心,江蘇省微生物與基因組學重點實驗室,江蘇南京210023(2.中國林業(yè)科學院南京林產(chǎn)化學工業(yè)研究所,江蘇南京210023(3.紫瑯職業(yè)技術(shù)學院,江蘇南通226002)[摘要]硏究了不同脫毒材料和處理方式對熱解液中內(nèi)醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響.實驗結(jié)果表明脫毒處理能顯著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(nèi)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(nèi)醚糖的利用率在培養(yǎng)的第d即達到77.7%,培養(yǎng)6d對熱解液的利用率達到94.1%,遠高于未脫毒處理時的利用效率(61.9%,14d).幾種脫毒處理方式中,以氫氧化鈣處理時對內(nèi)醚糖的吸附最少(15.1%),而以717陰離子交換樹脂處理時對內(nèi)醚糖的吸附量最高(68.8%).[關(guān)鍵詞]紫色光合菌,熱解液,內(nèi)醚糖,脫毒,影響[中圖分類號]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 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纖維素生物質(zhì)的有效利用對緩解資源、能源與環(huán)境問題有著非常重要的意義,生物質(zhì)的熱解及熱解液的轉(zhuǎn)化利用是近年來的研究熱點之一-3.生物質(zhì)熱解是在無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43.熱解液中以內(nèi)醚糖為主要產(chǎn)物排可接差油酵母產(chǎn)SCP3,但熱解液中有抑制微生物生長的毒性物質(zhì),因此有必要對熱解液中國煤化工對熱解液脫毒處理方法進行研究,利用紫色光合菌( Photosynthetic bacter)對熱CNMHG在水產(chǎn)養(yǎng)殖、生產(chǎn)精收稿日期:2013基金項目:林業(yè)行業(yè)公益專項(200904055通訊聯(lián)系人:陳育如,博士,教授,研究方向:生物化工.E-mail: chenyun@ninu.edu陳育如,等:脫毒對熱解液中內(nèi)醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響細化學品和環(huán)境保護8”等方面有著廣泛應用的微生物,熱解液脫毒處理后更有利于光合菌在其中生長.隨著更多能夠利用熱解液和內(nèi)醚糖微生物的發(fā)現(xiàn),以熱解液和內(nèi)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)展將有著越來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),本實驗室分離保存培養(yǎng)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.),流動相0.005 mmol H2SO4水溶液,流速0.5mL/min,示差折光檢測器,柱溫35℃,進樣量20μL,樣品經(jīng)精密過濾后分析.2儀器與設(shè)備FA1004電子分析天平(上海天平儀器廠);GNP-9080隔水式恒溫培養(yǎng)箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司);HD-930型組合式全溫搖床(江蘇太倉市博萊特實驗儀器廠);ES-315高壓蒸汽滅菌鍋(TOMYJapan);H-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國華實驗儀器廠); Agilent10高效液相色譜儀( Agile公司)3結(jié)果與分析3.1未脫毒熱解液培養(yǎng)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(yǎng)基中,培養(yǎng)時定時取樣,HPLC分析光合菌對纖維素熱解液的利用情況,結(jié)果如圖1和圖2所示物11RD1A.示差折光信號( ZHAOYTXUAN20125-1600DRIU RIDIA示差折光信號( ZHAOYIXUAN2012.516001000008000060000100000400005000020000上十t1012141618minmin圖1未脫毒熱解液的HPLC分析圖2培養(yǎng)光合菌后未脫毒熱解液HPLC分析Fig. 1 The hPLC graph of pyrolysis liquidFig. 2 The HPlC graph of pyrolysis liquid treatment byPhotosynthetic bacteria由圖1和圖2可見,紫色光合菌可以利用未脫毒纖維素熱解液生長并利用其中的成份生長(從菌液顏色加深和菌量增多分析),對纖維素熱解液中的內(nèi)醚糖也能利用(內(nèi)醚糖量降低了61.9%).但光合菌對纖維素熱解液中的內(nèi)醚糖利用較慢(14d),因此后續(xù)實驗用不同的脫毒方法對熱解液進行脫毒處理,并考察各處理方法對光合菌生長及內(nèi)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)過上述脫毒處理前后的HPLC分析結(jié)果如圖3~圖9所示.從圖3~圖9可見,不同的脫毒處理方法對纖維素熱解液中內(nèi)醚糖的吸附量有所不同.只用氫氧化鈣處理的熱解液中,內(nèi)醚糖的吸附率為15.12%;用氫氧化鈣國中國煤化工中內(nèi)醚糖的吸附率增加到27.08%;只用活性炭處理的熱解液內(nèi)醚糖吸附率為HCNMHG維素熱解液內(nèi)醚糖吸附率較低,為18.48%;以717-陰離子樹脂處理的纖維素熱解液內(nèi)醚糖的吸附量最高,達68.82%.不同處理方法的內(nèi)醚糖吸附(損失)率如圖10所示南京師范大學學報(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性炭協(xié)同處理L纖維素熱解液+49mL去離子水向熱解液加入Ca(OH)2后調(diào)節(jié)pH至7.0,過濾去除Ca(OH)2后加入5g活性炭吸附30℃,100r/min,1h后分離活性炭,脫毒液用于紫色光合菌的培養(yǎng)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(diào)節(jié)pH至7,過濾去除Ca(OH)2,30℃,100mn,1h后分離氫氧化鈣,脫毒液用于紫色光合菌的培養(yǎng)活性炭1mL纖維素熱解液+49m去離子水向熱解液中加入5g活性:30,00rm,1h后分離活性炭,脫毒液用于紫硅藻土1mL纖維素熱解液+49mL去離子水向熱解液中加入5g硅藻土,30℃,100r/min,h后分離硅藻土,脫毒液用于紫色光合菌的培養(yǎng)沸石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后分離沸石交換樹脂1m纖維素熱解液+49mL去離子水熱解液經(jīng)過717陰離子樹脂柱吸附,收集纖維素熱解液過柱液,脫毒液用于紫717陰離子色光合菌的培養(yǎng)nRIl RIDIA示差折光信號(YY2RIDA,示差折光信號(z150000120001250001000005000025009/魏人是PoETRy圖3未脫毒熱解液HPLC分析14活性炭與氫氧化鈣脫毒處理液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,示差折光信號H0291000RID1A,示差折光信號(YYY20129nIU1750001750001250001000005000025000月人等裝浪圖李需蘭反圖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,示差折光信號( ZHAOYIXUAN20129270000D)RID|A,示差折光信號( ZHAOYIXUAN201210-100007D)14000080000600006000040000子中國煤化工器器mInCNMHG5 20圖7沸石脫毒處理后的熱解液HPLC分析洼藻土脫毒處理后的熱解液HPLC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(nèi)醚糖及紫色光合菌利用熱解液的影響RID1A,示差折光信號( ZHAOYIXUAN20129-2700000nIU8000C000040000脫毒圖9陰離子樹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.樹脂F(xiàn)ig 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(nèi)醚糖的變化Fig 10 The loss of levoglucosan after several detoxication treatment由圖10可見,在使用的6種脫毒方法中,從內(nèi)醚糖吸附最少的角度分析,氫氧化鈣脫毒法最好(內(nèi)醚糖的損失率最少),而717陰離子交換樹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陰離子樹脂6種脫毒方式處理并滅菌后的纖維素熱解液中,在30℃、180r/min條件下培養(yǎng),4d后分析對熱解液科田買中內(nèi)醚糖的利用率,結(jié)果如圖11所示由圖11可見,將紫色光合菌分別接入到經(jīng)脫毒10處理的纖維素熱解液中,對熱解液的利用也有著較大的差別.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(nèi)醚糖利用率最高(73.72%),而對內(nèi)醚糖損失1.活性炭;2.氫氧化鈣;3.氫氧化鈣+活性炭;4.沸石率最少的氫氧化鈣處理方式,菌體在熱解液中對內(nèi)樹脂-717;6.硅藻土圖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(nèi)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(nèi)醚糖的角度來detoxification treatment看并不一定最好.不同的脫毒方法去除的有害物質(zhì)種類不同,而不同的有害物質(zhì)對微生物的生長影響效應不同.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氫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(xù)研究采用該脫毒方法進行處理.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ODa為0.2,于30℃、180r/min條件下培養(yǎng),定時取樣分析,結(jié)果見圖12所示由圖12可見,經(jīng)氫氧化鈣+活性炭脫毒處理后時間/天紫色光合菌對熱解液中的內(nèi)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Fig1 The utilize rate of pyrolysis liquid after Ca(Oh)2行之有效,能顯著地提高紫色光合菌對熱解液中內(nèi)醚add Anion resin treatment by Photosynthetic bacteria糖的利用效率,縮短轉(zhuǎn)化時間中國煤化工CNMHG4結(jié)語(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(nèi)醚糖都有吸附利用,處理后的熱解液更適合紫色光合菌的生長.6種脫毒處理方法中,以氫氧化鈣處理的方式對熱解液中內(nèi)醚糖的吸附最小91南京師范大學學報(工程技術(shù)版)第13卷第4期(2013年)(15.1%),以717陰離子交換樹脂的脫毒方式處理后內(nèi)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(以內(nèi)醚糖計)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(nèi)醚糖利用,培養(yǎng)4d時為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選擇適宜的脫毒方法,是實現(xiàn)微生物對熱解液及內(nèi)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. Formation mechanism of levoglucosan and formaldehyde during cellulose pyrolysis [J]Energy and Fuels, 2011, 25(8): 3 789-3 7462 Charles U, Pittman, Jr Dinesh Mohan, et al. Characterization of bio-oils produced from fast pyrolysis of corn stalks in an augerreactor[ J. American Chemical Society 2012, 26(6): 3 816-3 825[3]張洪勛,氽志晟酵母菌株 CGMCC No.1189培養(yǎng)方法及其用途:中國,CN1624104A[P].2004Zhang Hongxun, Yu Zhisheng. Method and use of cultivative yeast CGMCC No 1189: China, CN162410A[P]. 2004.(in Chi[4]唐麗榮,黃彪,廖益強.纖維素熱解反應研究進展[J].廣州化工,2009,37(9):8-11.ang Lirong, Huang Biao, Liao Yiqiang. Advance of cellulose pyrolysis reaction study[ J]. Guangzhou Chemical Engineering2009,37(9):8-11.( in Chinese)[5] Patwardhan P P, S atrio J A, Brown R C, et al. Influence of inorganic salts on the primary pyrolysis products of cellulose[J]Bioresour Technol, 2010, 101(12): 4 646-4 655[6]曾宇,秦松,梁明山.光合細菌綜合應用新進展[J].水產(chǎn)科學,200,19(5):34-3Zeng Yu, Qing Song, Liang Mingshang. Advances on photosynthetic bacteria comprehensive utilization[J]. Aquatic ProductScience, 2000, 19(5): 34-36.(in Chinese)[7]劉秀艷,徐向陽,陳蔚青.光合細菌產(chǎn)生5-氨基乙酰丙酸(ALA)的研究[J].浙江大學學報:理學版,2002,29(3)336-340ofaminolevulinic acid[ J]. Journal of Zhejiang University: Science Edition, 2002, 29(3): 336-340.( in Chinese8]曾宇,廖冋陶.光合細菌固定化及其凈化城市污水的研究[J.重慶環(huán)境科學,20002(4):42-43Zeng Yu, Liao Wentao. Study on the immobilization of photosynthetic bacteria and its treatment for urban sewage [J]Environment Science, 2000, 22(4): 42-43.( in Chinese[9 Wang Youzhi, Wang Fengjun, Bao Li. Treatment of Chinese traditional medicine wastewater by photosynthetic bacteria[J]Journal of Northeast Agricultural University, 2005, 12(1): 37-41[10]陳育如,趙乙萱,孫歡,等.光合細菌轉(zhuǎn)化纖維素熱解液和內(nèi)醚糖產(chǎn)類胡蘿卜素和單細胞蛋白的方法:中國CN201210531924.5P1.2012Chen Yuru, Zhao Yixuan, Sun Huan, et al. Method of photosynthetic bacteria bioconversion cellulose pyrolysis liquid and levo-glucosan to carotenoid and single cell protein: China, CN2012105319245[ P].2012.( in Chinese)[責任編輯:嚴海琳]中國煤化工CNMHG