多糖生物絮凝剂简介73

微生物多糖絮凝剂技术原理项目背景及必要性第一、十届全国人大三次会议，中央政府的奋斗目标是让人民群众喝上干净的水第二、我国的水资源缺少与水质污染形势严重我国是一个缺水国家，人均水资源只占世界平均水平的1/4，全国600个城市中有1/2缺水。我国水污染形势严峻，2015年，废水年排放量已达690亿吨，生活污水年排放量已达480亿吨。由于对废水的处理水平低，未经达标处理的废水直接或间接排入水体，从而严重污染了宝贵的地表及地下水资源。长江：是我国最大的河流，占全国水资源总量的36%。年污水排放量已达到338亿吨，居我国七大江河之首。水污染使长江鱼类产量大幅度下降，使农业年减产粮食100万吨。黄河：是中华民族的母亲河，是西北、华北地区的生命之源。经济的快速发展使黄河流域污水年排放量达45亿吨。日趋严重的黄河水污染，破坏了生态系统，使黄河河道中近1/3的水生生物绝迹。第三、世界上对无毒无害、无污染的絮凝剂已形成迫切市场需求2016|第五届中国创新创业大赛絮凝剂是一种水质净化产品，它主要是通过絮凝作用将水质中的污染物通过絮凝沉降进行分离去除，从而实现水质循环利用。絮凝剂及絮凝沉降法概述2016|第五届中国创新创业大赛技术原理在水处理技术和方法中，絮凝沉降法是最常用、最省钱、最简单的方法。絮凝作用是絮凝剂通过电性中和、脱水失稳及架桥连接方式使水中的悬浮体、胶体等聚集成大颗粒而沉淀出来。絮凝剂沉降法在水处理中占有极其重要的地位，国内、外的废水处理，使用絮凝法的比例约占70%，而自来水工业100%采用絮凝法为净水手段。絮凝剂及絮凝沉降法概述2016|第五届中国创新创业大赛微生物多糖絮凝剂与化学絮凝剂对比种类目前应用状况产品属性安全评价无机化学絮凝剂大量应用化学物质用量大，铝可引起老年性痴呆、铁恶化水质，有二次污染。有机化学絮凝剂污水中应用高分子化学物质致畸、致癌、致突变;有强烈的神经毒素作用;难以降解。耀东团队微生物多糖絮凝剂小规模试验应用生物物质安全、无毒、高效、使用无二次污染及具有生物可降解性。2016|第五届中国创新创业大赛1、团队已获得“一种高浓度发酵制备微生物絮凝剂的方法”的国家发明专利授权。该专利在菌种、发酵配方、发酵方法等方面均为独有技术。2、美国专利已受理，欧盟、日本专利正在申请中。核心技术—知识产权2016|第五届中国创新创业大赛技术创新1.采用特殊选择性方法选育到专有菌种2.通过生长-合成分割发酵方法，创造菌量优势，实现耐高渗高合成的发酵效果。3.发酵培养基配方优化①控制碳源在亚抑制浓度；②优化氮源种类和复合生理效应；③补料液为碳氮源比例配合物；④运用植物多肽携带运输、增强细胞膜抑制抗性。4.产品提取技术优化①预处理，发酵液灭活、除菌和不影响产品空间结构的条件；②发酵液的电荷平衡与Na+化；③沉淀剂的优选。2016|第五届中国创新创业大赛技术创新菌种显微照片专有菌种2016|第五届中国创新创业大赛技术创新NEXUS470红外光谱仪扫描可知，纯化样品在3423.21cm-1有-OH伸缩振动的强吸收峰，在3000-2800cm-1间有C-H伸缩振动的弱峰，在1400.76cm-1有C-H键的变角振动，1627.02cm-1和1136.44cm-1有糖环C-O-C伸缩振动，纯化样品中含有β-型糖苷键；瑞士Bruker超屏蔽傅立叶变换核磁共振波谱仪测定，1H-NMR波谱说明单糖中连接的键主要为β-型糖苷键，在侧链部位有少量的α-型糖苷键。13C-NMR波谱在107-105ppm范围内的4个共振信号说明测定样品是由4个不同单糖残基（异头碳）组成的杂多糖，推测由α，β两种构型，并有甲基和乙酰氨基取代；检测证明是典型的生物多糖物质。产品结构红外光谱图2016|第五届中国创新创业大赛技术创新BeckmanP/ACEMDQ型毛细管电泳仪对多糖水解复合单糖衍生化电泳，证明在多糖中含有半乳糖，葡萄糖，鼠李糖及甘露糖，其摩尔比大致为：葡萄糖:鼠李糖:甘露糖:半乳糖=9:6:1:1；SephadexG-200凝胶色谱法测定为生物多糖大分子（分子量为3.89×106D）；HITACHI835-50全自动氨基酸分析仪对多糖样品蛋白质水解物的测定说明，在纯化的样品中氨基酸含量为4.896%，其中脂肪族氨基酸:疏水氨基酸:芳香族氨基酸=30.51:7.08:1.00（重量比）。分子组成毛细管电泳图谱2016|第五届中国创新创业大赛技术先进性-与化学絮凝剂对比注：实验水质固形物含量为4000mg/L研究产品在应用上具有絮凝效率高，使用成本低的特点。絮凝剂种类添加量（克/吨）絮凝率（%）单价（元/吨）使用成本（元/吨·100%絮凝率）FeCl312587.425000.35Fe2(SO4)212581.820000.31Al(Cl)312580.420000.31Al2(SO4)312568.410000.19PAC8092.525000.22PFS8088.622000.20PAM696.8270000.17本品LF16398.9600000.182016|第五届中国创新创业大赛技术原理技术先进性—与国外同类研究对比①菌种合成能力强（产量比国外最高水平高6.2倍）②发酵周期短，节能效果显著（发酵周期比国外最高水平短60小时）③絮凝活性高，使用成本低（使用剂量比国外少66%）④原料廉价丰富，易于工业化生产⑤对某些重金属有特异性吸附作用（锰、铁、铜、锌、镍、汞离子）主要研究者菌种培养周期（天）产量（g/L）属性及分子量MinorutA.Rhodococcuserythropolis4-50.5蛋白质30000DRyuichiroK.Alcaligeneslatus2-52.8糖醛酸多糖HiroakitA.Paecilomycessp.52.65半乳糖胺多糖SalehizadehH.Bacillusfirmus31.36酸性多糖FujitaM.Citrobactersp.30.2葡糖胺多糖DermlimW.Klebsiellasp.30.973杂多糖本项目Micrococcussp.120.11蛋白杂多糖3.8×106D本技术远领先于国际其他实验室研究成果。2016|第五届中国创新创业大赛中国工程院院士对微生物多糖絮凝剂评价金鉴明院士曾任国家环境保护局总工程师、副局长等。现任国家环境保护总局研究员、总局科学顾问委员会副主任、总局局长顾问、中国环境科学院学术委员会委员，上海复旦大学和北京林业大学博士生导师。微生物多糖絮凝剂是微生物高分子领域的高新生物技术。无毒、无害、可生物降解，其产品生产完全符合绿色环保发展方向，也是产业政策所鼓励和提倡的。2016|第五届中国创新创业大赛中国工程院院士对微生物多糖絮凝剂评价李圭白院士哈尔滨工业大学教授，博士研究生导师，全国高等学校给水排水工程专业指导委员会主任。微生物多糖絮凝剂是绿色产品，是对环境友好的产品。工艺经过了小试、中试，进入产业化成熟程度。作为新型的水质净化剂，具有光明的发展前景。产业化符合国家政策和市场需求。刘鸿亮院士中国环境科学研究院研究员、国家环境保护总局科技顾问委员会副主任。在水环境研究领域是我国学术带头人。微生物多糖絮凝剂生产工艺和技术路线先进合理，具有较好的操作性。水资源短缺和污染严重的形势日益突出，急需开发先进的工艺技术和水处理剂进行给水净化和污水处理。微生物絮凝剂具有广阔的市场前景。2016|第五届中国创新创业大赛团队负责人：栾兴社博士，研究员主要研究方向：应用微生物与发酵技术。取得研究成果16项，发表学术论文60余篇，获得科技奖励7项与发明专利授权9项。美国爱德荷大学细菌生化系访问学者，曾担任山东省应用微生物重点试验室主任，山东省科学院工业微生物首席专家，山东建筑大学环境学院生物工程学科带头人。二十年来一直致力于微生物絮凝剂的研究。技术团队应用专家刘建伟博士毕业于中国科学院生态环境研究中心，主要研究方向:基于资源回收和能源利用的污水处理新技术，在水处理方面有深入研究。近5年来，在污水处理、生物除臭等方向申请国家发明和实用新型专利22项，授权15项。技术骨干唐晓旻博士毕业于重庆大学市政工程系。主要研究方向：水污染控制技术,包括混凝技术（新型混凝剂的研制与应用）、生物处理技术（活性污泥法、工程菌的筛选等）、膜处理技术等。参加多项国家课题项目，完成专利申请12项，发表论文20余篇。技术团队曾任海尔集团高级经理人。十年优秀企业中高层工作经历,积累了丰富的工作经验，先进的企业管理技术与管理工具，可根据企业实际移植到企业管理中去，形成与丰富企业管理架构，迅速提高企业运营绩效。运营专家王京刚博士技术工程师刘小燕硕士河北工程大学，环境工程专业主要工作：絮凝剂应用实验及数据库整理技术工程师冯婷硕士辽宁大学，化学工程专业主要工作：絮凝剂应用实验及数据库整理主要工作工作二对有代表性的水域如，黄河水、生活污水、海水等进行应用试验。已进行一汽青岛汽车厂、青岛双元污水厂、鑫源环保等单位的初步推广应用，并取得良好效果。工作一选育菌种、优化发酵、提取分离、产品分析、毒理试验、工艺确定、设备选型、进行中试。目前已完成工作2016|第五届中国创新创业大赛项目中试在中科院生物技术产业基地和华北制药厂进行了中试和生产性试验。中试样品2016|第五届中国创新创业大赛中试样品技术原理性别剂量(mg/Kg.bw)组动物数(只)动物体重(g)(x±s)始重7d14d死亡动物数(只)死亡率(%)雌10000519.82±0.7427.12±1.3430.46±2.00004640519.46±1.0926.80±1.5329.40±1.04002150519.87±1.1229.34±3.1732.24±3.73001000520.06±0.7827.78±2.4530.78±3.4000雄10000520.30±1.1232.02±3.5137.06±2.09004640519.76±0.1332.34±2.3936.64±2.66002150520.00±1.2333.54±0.7539.76±2.15001000520.44±0.6831.32±1.4436.30±1.6500毒理试验—急性经口毒性试验结果：实属无毒2016|第五届中国创新创业大赛剂量(µg/皿)TA97TA98TA100TA102-s-9+s-9-s-9+s-9-s-9+s-9-s-9+s-9200146±0.4144±9.538±4.236±5.7161±11.1158±8.0258±12.2253±9.5500145±5.7153±11.938±5.137±4.2154±10.8160±12.3255±14.0265±15.31000155±11.9150±10.040±6.134±4.2161±10.5169±8.4264±16.1262±14.22500164±8.6152±13.539±5.237±6.0172±8.5164±11.8257±20.4261±11.85000160±12.5154±10.440±3.536±6.0167±4.0159±5.9266±12.8277±17.4自发回变162±16.0167±10.538±8.035±4.6157±7.1161±10.4261±13.1280±16.9溶剂对照158±14.6149±11.738±5.136±5.1147±8.1152±9.2270±14.2267±12.6阳性对照*923±35.0(1)913±32.1(5)868±50.6(2)2229±49.4(5)2180±62.2(3)1348±65.1(5)2276±30.9(4)1415±49.4(6)毒理试验—Ames试验结果（X±S）：阴性（实属无毒）2016|第五届中国创新创业大赛分组剂量(mg/Kg·bw)动物数(只)受检PCE数含微核PCE数微核细胞数(‰)PCE/NCE试验组10001010×1000161.6±0.701.60±0.2120001010×1000151.5±1.181.71±0.1