芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法与应用，属于微生物技术领域。本发明专利技术调节Luria‑Bertani液体培养基的pH值为7.0～8.0，高温灭菌后作为Luria‑Bertani液体发酵培养基，采用固体Luria‑Bertani培养基，对芽孢杆菌进行活化培养24～48h后，接种至Luria‑Bertani液体发酵培养基中培养24～36h得到芽孢杆菌属微生物发酵液；将芽孢杆菌属微生物发酵液置于温度为4～8℃条件下离心处理，静置取上层清液，上层清液经透析袋透析即得可溶性胞外聚合物溶液；将可溶性胞外聚合物溶液冷冻干燥得到可溶性胞外聚合物粉末；将可溶性胞外聚合物粉末溶解于蒸馏水中配制成预设浓度的可溶性胞外聚合物水溶液，备用。本发明专利技术可溶性胞外聚合物作为一种双功能的生物缓蚀剂和阻垢剂。

Preparation and Application of Soluble Extracellular Polymers from Bacillus

【技术实现步骤摘要】
芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法与应用
本专利技术涉及芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法与应用，属于微生物

技术介绍
结垢是困扰工业冷却循环装置和海水淡化装置使用的主要问题之一。这也是一些工业过程，即能源生产中的一个主要关切问题。污垢覆盖在金属表面不仅会导致垢下腐蚀，而且会大大降低其传热效率，造成能源的损失和浪费，甚至带来许多安全事故。在法国，与扩大规模有关的非生产性开支估计为每年15亿欧元；同样的费用在英国约为8亿美元，在日本约为30亿美元，在美国为90亿美元；而我国每年结垢导致经济损失超700亿元,远超世界平均水平[4]；此外，腐蚀不仅会带来重大的安全事故，也会造成严重的经济损失，2014年我国的腐蚀总成本包括腐蚀带来的损失和防腐蚀投入，约占当年GDP的3.34％，总额超2.1万亿人民币，相当于每个中国人当年承担1555多元的腐蚀成本。因此，开发高性能材料或找到有效的方法来防止碳酸钙和硫酸钙形成并减缓金属腐蚀是非常重要。有机分子作为缓蚀剂是解决腐蚀和结垢问题的最流行、最有效和最实用的方法之一。然而，这些物质往往是不可生物降解，不可再生的，多数有机缓蚀剂都有毒易造成环境污染以及合成成本高。因此，开发具有可再生、可生物降解、廉价和无毒等特性的生态友好的抑制剂是非常迫切的。
技术实现思路
针对现有技术中缓蚀阻垢剂的技术问题，本专利技术提出芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法与应用，即制备绿色的双功能生物缓蚀与阻垢剂，解决工业冷却循环和海水淡化装置中的腐蚀和结垢问题。本专利技术可溶性胞外聚合物作为一种双功能的生物缓蚀剂和阻垢剂。芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法，具体步骤如下：(1)调节Luria-Bertani液体培养基的pH值为7.0～8.0，高温灭菌后作为Luria-Bertani液体发酵培养基，采用固体Luria-Bertani培养基，对芽孢杆菌进行活化培养24～48h后，接种至Luria-Bertani液体发酵培养基中培养24～36h得到芽孢杆菌属微生物发酵液；(2)将步骤(1)的芽孢杆菌属微生物发酵液置于温度为4～8℃条件下离心处理，静置取上层清液，上层清液经透析袋透析即得可溶性胞外聚合物溶液；(3)将步骤(2)的可溶性胞外聚合物溶液冷冻干燥得到可溶性胞外聚合物粉末；(4)将步骤(3)可溶性胞外聚合物粉末溶解于蒸馏水中配制成预设浓度的可溶性胞外聚合物水溶液，备用。所述步骤(1)高温灭菌的温度为100～121℃，高温灭菌时间为30～40min。所述步骤(1)芽孢杆菌为蜡样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌。所述步骤(2)透析袋的分子截留量为10000～14000kDa。所述步骤(2)离心处理的转速为8000～12000r/s，离心处理的时间为20～30min。所述可溶性胞外聚合物作为缓蚀剂在金属抗腐蚀中的应用。进一步地，可溶性胞外聚合物抑制金属腐蚀的浓度为10～200mg/L。所述可溶性胞外聚合物作为阻垢剂在防止钙垢中的应用。进一步地，可溶性胞外聚合物作为阻垢剂抑制钙垢的浓度为100～400mg/L。所述可溶性胞外聚合物作为缓蚀阻垢剂在冷却循环工业和海水淡化装置中的应用。本专利技术的原理：芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物含有蛋白质、核酸、多糖、酯类等高分子化合物，这些化合物分子内含有氨基、羧基、羟基、酰胺基、酯基等带负电的功能官能团，能有效地吸附在不锈钢和钛合金表面，与金属离子发生矿化，形成生物矿化膜，阻碍腐蚀性离子对金属表面的攻击，从而起到减缓金属的腐蚀作用。此外，芽孢杆菌属中可溶性胞外聚合物中含有大量酸性功能官能团与钙离子结合，形成稳定的有机金属化合物。由于酸性功能官能团与钙离子具有较强的螯合能力，其结合常数远远大于钙离子与碳酸根和硫酸根离子的结合常数，因此阻止了碳酸钙和硫酸钙晶体的形成。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的芽孢杆菌属微生物在自然界中广泛存在且易培养，其可溶性的胞外聚合物提取方法简单，环保，且成本低；(2)本专利技术可溶性的胞外聚合物是一种可再生的，绿色的，低成本的高分子材料，与目前化学合成的缓蚀阻垢剂相比，不存在使用后的环境问题，对环境和生物无毒无害，可作为绿色缓蚀阻垢剂；(3)本专利技术的绿色缓蚀阻垢剂适用于冷却循环工业和海水淡化装置中的不锈钢及其钛合金的防腐和除垢，可有效的抑制上述金属的腐蚀以及防止钙垢的形成。其中对腐蚀的抑制效率高达91％以上且长期有效，对钙垢的抑制效率高达89％。附图说明图1为实施例1蜡样芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物的功能官能团红外光谱图；图2为实施例1蜡样芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物对不锈钢腐蚀的影响的SEM图；图3为实施例4巨大芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物的功能官能团红外光谱图；图4为实施例4不同浓度的巨大芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物抑制碳酸钙垢形成的效率；图5为实施例7枯草芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物的功能官能团红外光谱图；图6为实施例7不同浓度的枯草孢杆菌的可溶性胞外聚合物抑制不锈钢腐蚀的电化学阻抗谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。本专利技术实施例中可溶性胞外聚合物作为缓蚀剂抑制金属腐蚀的应用方法：(1)采用不同等级的碳化硅砂纸(600#至3000#)将不锈钢或钛合金逐级打磨至光亮，去除其表面污物；(2)将处理后的不锈钢或钛合金试样分别置于250mL人工海水和添加有浓度为10～200mg/L芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的250mL人工海水中反应1～30d后观察其腐蚀情况；本专利技术实施例中可溶性胞外聚合物作为阻垢剂抑制钙垢的应用方法：将芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物加入CaCl2溶液和NaHCO3溶液的混合溶液中形成反应体系A，静置于温度为20～80℃的水浴锅中反应15～30h后，过滤，滤液用滴定法分析其钙离子的含量；其中反应体系A中可溶性胞外聚合物浓度为100～400mg/L；将芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物加入CaCl2溶液和Na2SO4溶液的混合溶液中形成反应体系B，静置于温度为30-70℃的水浴锅中反应16～48h后，过滤，滤液用滴定法分析其钙离子的含量；其中反应体系B中可溶性胞外聚合物浓度为100～400mg/L。实施例1：本实施例为蜡样芽孢杆菌的可溶性胞外聚合物的制备和应用芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法，具体步骤如下：(1)调节Luria-Bertani液体培养基的pH值为7.0，置于温度为121℃条件下高温灭菌30min后作为Luria-Bertani液体发酵培养基，采用固体Luria-Bertani培养基，对蜡样芽孢杆菌进行活化培养24h后，接种至Luria-Bertani液体发酵培养基中培养36h得到芽孢杆菌属微生物发酵液；(2)将步骤(1)的芽孢杆菌属微生物发酵液置于温度为4℃条件下离心处理，静置取上层清液，上层清液经透析袋透析即得可溶性胞外聚合物溶液；其中透析袋的分子截留量为10000kDa，离心处理的转速为8000r/s，离心处理的时间为30min；(3)将步骤(2)的可溶性胞外聚合物溶液冷冻干燥得到可溶性胞外聚合物粉末；采用傅里叶变换红外光谱分析可溶性胞外聚合物的化学成份；本实施例蜡样芽孢杆菌的可溶性胞外聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)调节Luria‑Bertani液体培养基的pH值为7.0～8.0，高温灭菌后作为Luria‑Bertani液体发酵培养基，采用固体Luria‑Bertani培养基，对芽孢杆菌进行活化培养24～48h后，接种至Luria‑Bertani液体发酵培养基中培养24～36h得到芽孢杆菌属微生物发酵液；(2)将步骤(1)的芽孢杆菌属微生物发酵液置于温度为4～8℃条件下离心处理，静置取上层清液，上层清液经透析袋透析即得可溶性胞外聚合物溶液；(3)将步骤(2)的可溶性胞外聚合物溶液冷冻干燥得到可溶性胞外聚合物粉末；(4)将步骤(3)可溶性胞外聚合物粉末溶解于蒸馏水中配制成预设浓度的可溶性胞外聚合物水溶液，备用。

【技术特征摘要】
1.芽孢杆菌属微生物的可溶性胞外聚合物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)调节Luria-Bertani液体培养基的pH值为7.0～8.0，高温灭菌后作为Luria-Bertani液体发酵培养基，采用固体Luria-Bertani培养基，对芽孢杆菌进行活化培养24～48h后，接种至Luria-Bertani液体发酵培养基中培养24～36h得到芽孢杆菌属微生物发酵液；(2)将步骤(1)的芽孢杆菌属微生物发酵液置于温度为4～8℃条件下离心处理，静置取上层清液，上层清液经透析袋透析即得可溶性胞外聚合物溶液；(3)将步骤(2)的可溶性胞外聚合物溶液冷冻干燥得到可溶性胞外聚合物粉末；(4)将步骤(3)可溶性胞外聚合物粉末溶解于蒸馏水中配制成...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈庆，李顺灵，李蕾，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53