车｜毛舛 ２０１４年第３３卷第１期 Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 淀粉对ＰＶＡ降解菌系降解效果的影响研究 Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｔａｒｃｈ ｏｎ．ＰＶＡ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｂｙ Ｍｉｘｅｄ Ｓｔｒａｉｎｓ 郭雅妮 强雪妮 崔双科 念 宁 （１．西安工程大学环境与化学工程学院，西安７１００４８； ２．陕西省现代建筑设计研究院，西安７１００４８；３中石化西安分公司，西安７１００８６） Ｇｕｏ Ｙａｎｉ Ｑｉａｎｇ Ｘｕｅｎｉ Ｃｕｉ Ｓｈｕａｎｇｋｅ Ｎｉａｎ Ｎｉｎｇ ｒ １．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００４８；２．Ｍｏｄｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ．Ｘｉ’ａｎ ７１００４８；３．Ｘｉ’ａｎ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆＣｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００８６） 摘要 针对在前期研究中已筛选出的１种聚乙烯醇（ＰＶＡ）降解混合菌系，考察淀粉对其ＰＶＡ降解效果的影响。首先通过实 验摸索出单波长分光光度计法测定淀粉的方法，再通过测定ＰＶＡ和淀粉浓度比例分别为１：１、１：２ １：３时发酵菌液中的ＰＶＡ降 解效率，分析淀粉对ＰＶＡ降解菌的影响。结果表明，实验中确定的淀粉测定方法是切实可行的；淀粉浓度对混合菌系降解ＰＶＡ的 能力影响较大，会阻碍其对ＰＶＡ的降解；而淀粉的降解也会受到ＰＶＡ的影响，在降解４８ ｈ前后有不同的影响效果。降解４８ ｈ后， 淀粉浓度越大，降解效果越好。 关键词：聚乙烯醇淀粉混合菌系 降解率 Ａｂｓｔｒａｃｌ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｌ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｏｎ ｌｈｅ ｂｉｏ－ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏＩ（ＰＶＡ）ｂｙ ｍｉｘｅｄ ｓｔｒａｉｎｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ａｌ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｉｎｇｌｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｈ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｗｈｅｎ ｌｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ＰＶＡ ｌｏ ｓｔａｒｃｈ ｉｎ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｒｏｔｈ ｗｅｒｅ １：１． １：２ ａｎｄ １：３．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｌｈａｔ ｌｈｅ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ。 ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔ ｈａｄ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ＰＶＡ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｈｉｎｄｅｒｅｄ ｂｙ ｍｉｘｅｄ ｓｔｒａｉｎｓ．Ｔｈｅ ｓｔａｒｃｈ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ＰＶＡ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ。ｔｏｏ．ｂｕｌ ｗａｓ ｖａｒｉａｂｌｅ ａｌ ａｒｏｕｎｄ ４８ ｈｏｕｒｓ． Ｌａｔｅｒ ｏｎ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ，ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｌｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｏｕｌｄ ｂｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ Ｓｔａｒｃｈ Ｍｉｘｅｄ ｓｔｒａｉｎｓ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ 化学浆料是１种重要的化工产品，在纺织企业中 被大量应用…。现阶段我国大部分纺织厂使用的浆料 早在２０世纪３０年代，国外学者就通过实验证实 了ＰＶＡ是可生物降解聚合物［１０］，但对于淀粉和ＰＶＡ 同时降解的菌系还未见报道。此次实验是在课题组前 期实验的基础之上＿ｌ ，加入不同浓度的淀粉，测定 主要包括淀粉、聚乙烯醇（ＰＶＡ）、丙烯酸（ＰＡＡ）类浆 料等，不同织物用以上３种浆料以不同比例混合，再辅 加ＣＭＣ（或ＣＭＳ）等组合成的混合浆料上浆［２］。淀粉 和聚乙烯醇（ＰＶＡ）是使用最多的２种浆料，淀粉属于 高度生物降解性浆料，在环境中能迅速被微生物降解， 而ＰＶＡ可生化性差（ＢＯＤ５：ＣＯＤ＝０．０７），属低度生物 降解性浆料【 ，在自然状态下需几年才能降解，对环境 污染很大【４】。因此，前人使用生物法处理ＰＶＡ时，很多 实验都选择先用Ｆｅｎｔｏｎ法＿５＿ 、Ｏ３／ｕＶ联用技术【 】等 高级氧化前处理将淀粉处理掉，然后用微生物方法降 解ＰＶＡ。 一淀粉浓度对ＰＶＡ降解菌系降解效率的影响，以期筛选 出可同时降解淀粉与ＰＶＡ的优势菌系。 １材料与方法 １．１材料 陕西省科技厅科学技术研究发展计划项目（编号： ２０１０Ｋ０２－１０）资助。 第一作者郭雅妮，女，ｌ９７２年生，ｌ９９４年毕业于西安工程 大学纺化系，硕士，教授。 ２４一 Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ １．１．１菌种与ＰＶＡ 菌种：课题组前期实验所分离筛选并保存的１组 能较好降解ＰＶＡ的混合菌系。 ＰＶＡ：化学纯，醇解度９９．８％～１００％。 其他试剂均为化学纯。 １．１．２显色剂 Ｉ液：２．５ ｇ碘化钾置于１Ｏ０ ｍＬ棕色容量瓶中， 加水溶解，然后加入０．６５ ｇ碘，加蒸馏水定容至刻度。 Ⅱ液：４ ｇ硼酸置于１Ｏ０ ｍＬ容量瓶中，加水定容 至刻度。 其中测定ＰＶＡ的显色剂为Ｉ液与Ⅱ液以１：５的 比例混合而成；测定淀粉的显色剂使用Ｉ液。 １．１．３培养基 种子培养基：ＰＶＡ １．０ ｇ，ＮａＣ１ ０．０２ ｇ，ＣａＣ１２ ０．０５ ｇ， ＭｇＳＯ４‘７Ｈ２０ ０．５ ｇ，ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．０２ ｇ，酵母膏１．６ ｇ， ＫＨ２ＰＯ４ ０．２ ｇ，Ｋ２ＨＰＯ４ １．６ ｇ，蒸馏水１ ０００ ｍＬ， ｐＨ７．２。 发酵培养基：ＰＶＡ ２．０ ｇ，ＮａＣ１ ０．０２ ｇ，ＣａＣ１２ ０．０５ ｇ， ＭｇＳＯ４’７Ｈ２０ ０．０６ ｇ，ＦｅＳＯ４‘７Ｈ２０ ０．０２ ｇ，ＮＨ４Ｃ１ ３．０ ｇ， ＫＨ２ＰＯ４ ０．２５ ｇ，Ｋ２ＨＰＯ４ ２．０ ｇ，蒸馏水１ ０００ ｍＬ， ｐＨ７．２。 在以上发酵培养基基础上配制培养基，共有５ 种： （１）ＰＶＡ发酵培养基（同上发酵培养基组成），简 称“ＰＶＡ”，对应降解率为“降解率”。 （２）淀粉发酵培养基（将ＰＶＡ发酵培养基中的 ＰＶＡ换成淀粉），简称“淀粉”，对应降解率为“降解 率”。 （３）ＰＶＡ与淀粉１：１的量混合，其余化合物加倍 称量，简称“ＰＶＡ１”，对应降解率为“降解率ｌ”。 （４）ＰＶＡ与淀粉１：２的量混合，其余化合物３倍 称量，简称“ＰＶＡ２”，对应降解率为“降解率２”。 （５）ＰＶＡ与淀粉１：３的量混合，其余化合物４倍 称量，简称“ＰＶＡ３”，对应降解率为“降解率３”。 １．２实验方法 菌种预处理：取２ ｍＬ在一４℃保存的菌液于已灭 菌的装有１００ ｍＬ种子培养基的２５０ ｍＬ容量瓶中，在 ３０℃、１２０ ｒ／ｍｉｎ摇床下培养３６ ｈ。 菌种培养：取５ ｍＬ培养３６ ｈ的菌悬液接入已灭 菌的装有１００ ｍＬ以上５种发酵培养基的２５０ ｍＬ容 量瓶中，并标号①～⑤。在３０℃、１２０ ｒ／ｍｉｎ摇床下培 养，每隔２４ ｈ测定。 菌体生长情况测定：比浊法测定。每隔２４ ｈ取 淀粉对ＰＶＡ降解菌系降解效果的影响研究郭雅妮 ２ ｍＬ发酵液，稀释３倍后，在１ ｃｍ比色皿中，以蒸馏 水为参比，在６００ ｎｍ处测其ＯＤ６００ｏＯＤ６００越大，菌体 生长越好；ＯＤ ∞越小，菌体生长越差。 ＰＶＡ降解率的测定：Ｆｉｎｌｅｙ法 ］测定。取一定量 的发酵液，于４ ０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，取５ ｍＬ上清 液，稀释１０倍后取５ ｍＬ，加６ ｍＬ ＰＶＡ显色剂，再加 ２０ ｍＬ水稀释后摇匀，显色１ ５ ｍｉｎ。在１ ｃｍ比色皿 中，以蒸馏水为参比，在６９０ ａｍ处测其Ａ ６９０［Ｉ５】。 淀粉降解率测定：由于没现成可参考的利用单波 长分光光度计法测定淀粉的方法，通过实验进行确定。 ２结果与讨论 ２．１标准曲线 ２．１．１ ＰＶＡ测定结果（ＰＶＡ显色剂） 由图１可知，ＰＶＡ、ＰＶＡ１、ＰＶＡ２、ＰＶＡ３培养基 的浓度和吸光度呈线性关系，线性关系良好。 米 浓度（ｇ／Ｌ） ・ＰＶＡ；・ＰＶＡ１；▲ＰＶＡ２｝Ｔ ＰＶＡ３ 图１ ＰＶＡ降解效率一浓度标准曲线 ２．１．２淀粉测定结果（淀粉显色剂） 图２、表２中为淀粉、淀粉１、淀粉２、淀粉３共４ 种培养基培养测得的相关结果。结果表明培养基的浓 度和吸光度呈线性关系，并且方差Ｒ 均＞０．９９９。 因此，利用单波长分光光度计法淀粉测定方法确 定：取一定量发酵液，于４ ０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，取 表２ 淀粉降解效率一浓度标曲相关系数 一２５— 浓度（ｇ／Ｌ） 淀粉；圆淀粉ｌ；・淀粉２ｌ・淀粉３ 图２ 淀粉降解效率一浓度标准曲线 ５ ｍＬ上清液，稀释１０倍后取５ ｍＬ，加１．５ ｍＬ淀粉显 色剂，再加２０ｍＬ水稀释后摇匀，显色１０ｍｉｎ ｏ在１ ｃｍ 比色皿中，以蒸馏水为参比，在５６０ ｎｍ处测其 。 ２．２生长曲线 ２．２・１ ＰＶＡ生长曲线（ＰＶＡ显色剂） 由图３中可以看出，ＰＶＡ的降解效率受淀粉浓度 影响很大，淀粉会阻碍微生物对ＰＶＡ的降解。“降解率 ２”降解效果没有“降解率３”的效果好，分析原因可能 是因为菌系受高浓度淀粉的影响产生变异，出现了降 一 槲 鞋 蹬 增乔时间（ｈ） －－．－ｍ－－降解率，—・一降解率１， 降解率２，十降解率３ 图３ ＰＶＡ降解情况 图４中，ＯＤ 。。基本呈现下降趋势，分析原因可能 是因为淀粉是高生物降解性物质，在２４ ｈ内很容易被 降解，大量微生物迅速生长，随着时间增长，菌体提早 达到衰亡期，导致菌体量下降。而只有ＰＶＡ为碳源时， 菌体生长基本呈现细菌生长的４个周期，符合前期实 验研究。 ２．２．２淀粉生长曲线（淀粉显色剂） 一２６一 Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＳｃｉｅｎｃｅＳ ０ 量 ０ 墙乔时间（ｈ） ＯＤ６００；＋ＯＤ㈣１， —▲－ＯＤｔｌ００２Ｉ— ＯＤ㈣３ １１１４ ＰＶＡ菌系的生长状况 由图５可知，微生物对淀粉的降解效果在４８ ｈ前 呈现不同状态：ＰＶＡ的加入对其降解效果有明显的影 响，淀粉浓度高的降解效率反而降低。但是在４８ ｈ后， 降解效果随着淀粉浓度的增加而增大，并且呈平稳状 态，分析原因可能是因为菌系受淀粉的影响产生变异， 出现了降解淀粉的优势菌种。 一 瓣 饕 世 括乔时间（ｈ） 降解率， ＋降解率１ 降解率２，十降解率３ 图５ 淀粉降解情况 图６中，ＯＤ ｏｏ基本呈现下降趋势，可能是因为淀 粉属于高生物降解性物质，在２４ ｈ内很容易被降解， 大量微生物迅速生长，随着时间增长，营养竞争等原因 导致菌体量下降。 ３结语 （１）实验表明利用单波长分光光度计法测定淀粉 的方法可行。 （２）淀粉会阻碍微生物对ＰＶＡ的降解，实际酶 退浆时必须注意这一点。 （下转第３０页１ 不ｔ毛斜 ２０１４年第３３卷第１期 Ｓｈａｎｇｈａｉ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａＪ ５ ６ ７ ８ ９ ¨ （上接第２６页） ＳＣＨ０ＮＢＥＲＧＥＲ Ｈ，ＢＡＵＭＡＮＮ Ａ．ＫＥＬＬＥＲ Ｗ． Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍｉｃｒＯｂｉａｌｄｅｇｒａｄａｔｉＯｎ ｏｆ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔｓ［Ｊ】．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｄｙｅｓｔｕｆｆ Ｒｅｐｏｒｔｅｒ，１９９７，８６（８）：９ ｌ８． ０ 量 张颖，堵国成，范雪荣，等．聚乙烯醇生物降解研究进展…． 生物技术通报，２００７，２３（６）：５ｌ一５４． 李旭，樊金红，马鲁铭．聚乙烯醇降解微生物研究进展 ． 环境科学与技术，２００９，３２（３）：７４ ７７ 曹扬，华兆哲，陈坚．Ｆｅｎｔｏｎ预处理提高聚乙烯醇可生化 性【Ｊ】．食品与生物技术学报，２００５，２４（５）：３３—３７． 陈冬芬，任丽丽．０，／ＵＶ联用技术处理纺织污水【Ｊ】．嘉 培养时间（ｈ） ＋—０ 兴学院学报，２００５，１７（Ｓ２）：２６－２８． ＮＯＲＤ Ｆ Ｆ．ＤｅｈｙｄｒＯｇｅｎａｔｉＯｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ＯＤ㈣ｌ＋十ＯＤ １ ＯＤ删３ 。卜０Ｄ ２； ｌｉｎｉ Ｂ［Ｊ】．Ｎａｔｕｒｗｉｓｓ，１９３６，２４：７６３． 郭雅妮，赵婷，同帜，等．ＰＶＡ降解菌的复配组合及其紫外 图６ 淀粉菌系的生长状况 诱变处理的研究【Ｊ１．环境工程学报，２０ｌ０，４（７）：１６６９— １６７４． （３）淀粉本身的降解也会受ＰＶＡ的影响，在降 解４８ｈ前后有不同的影响效果，降解４８ ｈ后，淀粉浓 度越大，降解效果越好，最后趋于平稳。 郭雅妮，赵倩楠，崔双科，等．降解ＰＶＡ混合菌系的筛选 及菌株的分离纯化…．西安工程大学学报，２０１０，２４（４）： ４４６－４５１． 郭雅妮，周明，崔双科．环境因素对聚乙烯醇降解菌系降 ４参考文献 【１】严瑞．水溶性高分子［Ｍ】．北京：化学工业出版社，１９９８： ４２－４４． 解效果的影响研究【ＪＪ．环境污染与防治，２０１１，３３（１１）： ３４－３８． Ｊ０ＤＥＰＨ Ｈ．Ｆｉｎｌｅｙ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ 【２】罗建红，蒋宁英．现代纺织浆料的应用与发展［Ｊ１．成都纺 织高等专科学校学报，２００６，２３（２）：２７—３０． 【３】董丽娟，雷武，夏明珠，等．聚乙烯醇的生物降解【Ｊ１．中国 生物工程杂志，２００５，２５：２８—３３． ｏｆ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｉｎ ｐａｐｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ】．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９６１，３３（１３）：ｌ９２５－ｌ９２７． 徐竞成，郑涛．分光光度法测定印染废水中聚乙烯醇浓度 【Ｊ１．化工环保，２００４，２４（Ｓ１）：３８７—３８８． 【４】刘海涛，张建．化学浆料的生物降解性分析ｆＪ］．纺织科技 进展，２００７（１）：１２－１３． 责任编辑张 弛 （收到修改稿日期：２０１３—０５ ２８） 一３０一
