一种负载浸矿微生物的包埋体、制备方法和培养方法技术

本发明专利技术属于微生物包埋体领域，具体涉及到一种负载浸矿微生物的包埋体、制备方法和培养方法，负载浸矿微生物的包埋体为中间填充浸矿微生物的核壳结构，核结构为营养丸，营养丸为含有营养液的包埋剂交联后形成的颗粒，所述营养液为不含能源物质的培养液；壳结构为交联剂附着在营养丸后形成的包被膜，包被膜为网状的膜结构；所述包被膜和营养丸之间为浸矿微生物。本发明专利技术解决了浸矿微生物在培养过程中营养物质的利用和能源物质消耗不匹配的难题，克服了生物浸出过程中浸矿微生物在浸出环境中的难适应、易中毒、多流失等问题，解决浸矿微生物的难保藏、难运输等问题，使浸矿微生物更加方便利用，浸出效率得以提高。

A Embedding Body, Preparation Method and Culture Method for Loading Leaching Microorganisms

【技术实现步骤摘要】
一种负载浸矿微生物的包埋体、制备方法和培养方法
本专利技术属于一种微生物包埋体领域，具体是涉及到一种负载浸矿微生物的包埋体、制备方法和培养方法。
技术介绍
生物浸出是指利用浸矿微生物从矿物等含金属原材料中回收所需要的金属，是一种利用微生物的直接或间接作用在酸性环境下将重金属从矿物或复合基质中溶出的方法，因此也被称为生物浸矿。一般用于生物浸出过程的微生物属于细菌域或古生菌域，并满足两个基本条件：它们是嗜酸细菌并且是无机化能营养的。常用到的嗜酸浸矿微生物有嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillusspp.)、脂环酸杆菌属(Alicyclobacillusspp.)、酸微菌属(Acidimicrobiumspp.)、硫化杆菌属(Sulfobacillusspp.)、酸菌属(Acidianusspp.)、铁原体属(Ferroplasmaspp.)和钩端螺旋菌属(Leptospirillumspp.)等。生物浸矿通常是将矿物堆积或囤积，并浇灌硫酸使其保持适合浸矿微生物生长的酸性条件。由于浸矿微生物为极端嗜酸微生物，其适宜的pH环境为1.5～2.0，而很多实际矿物浸出体系更为复杂，不仅pH值波动范围大，且含有高浓度的有毒金属离子，微生物在此类环境中很难生长，甚至会死亡；，并且浸矿微生物对能源物质与营养物质利用速率的不匹配性，不仅影响浸矿微生物的细胞活力，也会造成许多微生物因环境条件的不利而死亡。另一方面，在生物冶金工程中通常是在开放培养体系中培养此类微生物，当微生物生长到一定浓度后，自然环境中往往会出现大量捕食浸矿微生物的原生动物(例如眼虫)，一旦出现此类原生动物，培养体系将失衡，这大大降低了浸矿微生物的存活量和增殖速度，同时在培养过程中会形成黄钾铁矾等伴生产物造成微生物的吸附沉降和矿物表面特性改变，从而严重影响了微生物的生长和对矿物的浸出效率。为了解决上述问题，常采用包埋的方式对微生物进行处理，目前常用的包埋微生物的方法为，将微生物菌液和包埋载体混合，然后将含有菌液的混合液滴加到交联剂中，交联硬化形成含有微生物的包埋结构。如中国专利申请号为CN201510465105.9的专利公开了一种复合微生物菌剂及其制备方法与应用，包括如下步骤，S1、将芽孢杆菌接种至培养基中好氧培养，得到菌液；S2、将所述菌液加至包埋载体中，得到含菌液的混合液，然后将所述含菌液的混合液逐滴滴入至交联剂中，进行交联硬化形成芽孢杆菌凝胶菌球；S3、将所述芽孢杆菌凝胶菌球进行好氧培养，得到复合微生物菌剂。该类包埋微生物虽然能够将微生物固定在包埋体中，但包埋体表层和内部的氧气供给存在明显的差异，包埋体内部存在缺/厌氧环境，会影响好氧微生物的生长。而对于铁氧化菌的包埋，一般会认为，若将其包埋于内部，不仅浸矿微生物难以获得充足的氧气和二氧化碳，而且当亚铁离子进入包埋体内部后在内部微生物作用下形成的铁钒，容易阻塞载体空隙，严重影响营养物质的释放和微生物的继续再生，无法对微生物进行持续培养。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种负载浸矿微生物的包埋体、制备方法和培养方法，克服了在生物浸出过程中浸矿微生物对浸出环境的难适应、易中毒、多流失等问题，解决浸矿微生物的难保藏、难运输等问题，使浸矿微生物更加方便利用，浸出效率得以提高。本专利技术的一种负载浸矿微生物的包埋体，为中间填充浸矿微生物的核壳结构，核结构为营养丸，营养丸为含有营养液的包埋剂交联后形成的颗粒，所述营养液为培养浸矿微生物的不含能源物质的培养液；壳结构为交联剂附着在营养丸后形成的包被膜，包被膜为网状的膜结构；所述包被膜和营养丸之间为浸矿微生物。本专利技术的浸矿微生物优选为嗜酸浸矿微生物，包括嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillusspp.)、脂环酸杆菌属(Alicyclobacillusspp.)、酸微菌属(Acidimicrobiumspp.)、硫化杆菌属(Sulfobacillusspp.)、酸菌属(Acidianusspp.)、铁原体属(Ferroplasmaspp.)和钩端螺旋菌属(Leptospirillumspp.)等。本专利技术的浸矿微生物大部分集中在包被膜和营养丸之间，少量的浸矿微生物会渗透在包被膜和营养丸内，浸矿微生物具有相对自由的空间，不会堵塞包被膜和营养丸的孔隙，提高传质效率。本专利技术将营养物质包埋在包埋体的内层，外层则包埋浸矿微生物，将微生物包埋在韧度高、毒性低的球状多层交联结构(包被膜)内，不仅可以减少外界溶液中高浓度的金属离子或者有毒物质对浸矿微生物的影响，而且包埋体中营养组分缓慢释放，使包埋后的微生物能得以存活并长久保持其生物活性，便于其长久保藏或者长途运输，同时又减少了微生物的额外流失。包埋体的高传质能力和微生物的高活性可以使其在启动培养时能够繁殖速度更快，实际应用时可以在较短时间内达到所需生物量。本专利技术的营养液为不含有能源物质的培养液，能源物质主要为亚铁离子，所以营养液不含有亚铁离子，优选的，所述营养液含有铵根离子、钾离子、镁离子、硝酸根离子和钙离子。优选的，所述营养液包括硫酸铵3～6g/L、磷酸氢二钾0.5～2g/L、氯化钾0.1～0.3g/L、硫酸镁0.5～2g/L、硝酸钙0.01～0.03g/L。所述营养液的pH值为1.5～2.0。采用上述营养液有利于浸矿微生物的生长和繁育。所述包埋剂为海藻酸钠，优选为海藻酸钠和聚乙烯醇混合物，更优选为戊二醛、海藻酸钠和聚乙烯醇混合物，其中戊二醛的体积分数为1-1.5％。优选的，海藻酸钠和聚乙烯醇的质量比为1:10。海藻酸钠充分溶胀后可以使形成的固定化小球更牢固，加入聚乙烯醇能提高载体的成球性，保护载体，且聚乙烯醇较海藻酸钠强度更高，可以保证固定化小球的稳定性；戊二醛能提高包埋效果，延长保存时间。优选的，所述交联剂为添加有硫酸镁的饱和硼酸-氯化钙溶液，硫酸镁的质量体积浓度为0.3-0.5g/L，硫酸镁可以增加交联剂韧度。优选的，1L溶液中，一般含有40g硼酸和40g无水氯化钙。本专利技术还提供一种负载浸矿微生物的包埋体的制备方法，包括如下步骤，将营养丸加入到离心收集后用营养液悬浮后的浸矿微生物中，过滤后，将上述附着浸矿微生物的营养微丸加入交联剂中，得到所述负载浸矿微生物的包埋体；所述营养丸的制备方法为，将含有营养液的包埋剂滴加到交联剂中，交联后形成营养丸。营养液悬浮后的浸矿微生物菌液的菌浓优选为3～5×109cells/mL。营养丸加入用营养液悬浮而成的高浓度浸矿微生物溶液后，浸矿微生物的自动吸附能力较强，会自动的吸附在营养丸的表面，当将上述物质过滤后浸入交联剂中，交联剂在其表面形成包被膜，浸矿微生物主要位于营养丸和包被膜之间，而营养丸和包被膜内的浸矿微生物非常少，可以忽略。含有营养液的包埋剂的制备方法为，将海藻酸钠和聚乙烯醇分别溶解在营养液中，然后将上述两种营养液等比例混合，加入戊二醛，得到含有营养液的包埋剂。本专利技术将海藻酸钠和聚乙烯醇分开溶解在营养液中，然后混合，此种方法海藻酸钠可以充分溶解，溶解更为均匀。含有营养液的包埋剂滴加到交联剂的滴加速度为2-3滴/秒。本专利技术还提供一种使用负载浸矿微生物的包埋体培养浸矿微生物的培养方法，步骤包括，将负载浸矿微生物的包埋体加入含亚铁离子的水溶液中，调节好pH值(pH值为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，为中间填充浸矿微生物的核壳结构，核结构为营养丸，营养丸为含有营养液的包埋剂交联后形成的颗粒，所述营养液为培养浸矿微生物的不含能源物质的培养液；壳结构为交联剂附着在营养丸后形成的包被膜，包被膜为网状的膜结构；所述包被膜和营养丸之间为浸矿微生物。

【技术特征摘要】
1.一种负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，为中间填充浸矿微生物的核壳结构，核结构为营养丸，营养丸为含有营养液的包埋剂交联后形成的颗粒，所述营养液为培养浸矿微生物的不含能源物质的培养液；壳结构为交联剂附着在营养丸后形成的包被膜，包被膜为网状的膜结构；所述包被膜和营养丸之间为浸矿微生物。2.如权利要求1所述的负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，所述营养液含有铵根离子、钾离子、镁离子、硝酸根离子和钙离子。3.如权利要求2所述的负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，所述营养液包括硫酸铵3～6g/L、磷酸氢二钾0.5～2g/L、氯化钾0.1～0.3g/L、硫酸镁0.5～2g/L、硝酸钙0.01～0.03g/L。4.如权利要求2或3所述的负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，所述营养液的pH值为1.5～2.0。5.如权利要求1所述的负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，所述包埋剂为戊二醛、海藻酸钠和聚乙烯醇混合物，其中戊二醛的体积分数为1-1.5％。6.如权利要求5所述的负载浸矿微生物的包埋体，其特征是，所述包埋剂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪波，周文博，孙见行，程海娜，王玉光，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43