表面活性劑對(duì)堆肥過程中微生物胞外酶的作用及其機(jī)理研究.pdf

1、堆肥過程是由大量微生物活動(dòng)組成的一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，堆肥的物料成分復(fù)雜，除一小部分小分子的物質(zhì)可以被微生物直接利用以外，大部分的有機(jī)物是以高聚物的形式存在，只有通過微生物所分泌的胞外酶將其分解為溶解性有機(jī)物質(zhì)，才能滲入到細(xì)胞中供微生物代謝利用。由于堆肥物料中高聚物的存在形式是十分豐富的，因此，各種微生物產(chǎn)生的胞外酶也是多種多樣的。如果能提高堆肥過程中一系列胞外酶的酶活，必將加快堆肥的進(jìn)程，提高堆肥的效率。 本研究將一種生物表

2、面活性劑鼠李糖脂和一種化學(xué)合成的“溫和型”非離子表面活性劑吐溫80用于堆肥過程中，采用模擬堆肥實(shí)驗(yàn)、固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)、酶的內(nèi)源熒光法及熒光探針等方法，從多個(gè)方面研究了兩種表面活性劑對(duì)堆肥過程中微生物胞外酶的作用及其機(jī)理。 在富含纖維素的廢物稻草和麩皮的堆肥過程中，鼠李糖脂和吐溫80對(duì)纖維素酶和木聚糖酶的活力有不同程度的增強(qiáng)和穩(wěn)定作用，相應(yīng)的，加速了纖維素和半纖維素的降解。堆肥過程中，主要來自于纖維素和半纖維素降解產(chǎn)生的水溶性有機(jī)碳，

3、在含有表面活性劑的堆體中的含量要高于對(duì)照堆體，這有利于堆肥中微生物的生長(zhǎng)，使得含有表面活性劑的堆體中微生物的種群數(shù)量要高于對(duì)照堆體。通過對(duì)比吐溫80和鼠李糖脂對(duì)堆肥過程中的一系列參數(shù)的效果可以看出，鼠李糖脂對(duì)堆肥過程的促進(jìn)作用要略好于吐溫80。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，“溫和型”的表面活性劑，如吐溫80和鼠李糖脂，對(duì)于富含纖維素廢物的堆肥過程具有明顯的促進(jìn)作用。 吐溫80和鼠李糖脂對(duì)真菌簡(jiǎn)青霉(Penicillium simplicis

4、simum)，放線菌栗褐鏈霉菌(Streptomyces badius)，細(xì)菌銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)胞外酶有不同的作用效果，這和表面活性劑的種類、微生物的種類、酶的種類都有一定的關(guān)系?？傮w來看，吐溫80對(duì)于大多數(shù)微生物和酶來說都是一種提高酶活的促進(jìn)劑，其適用條件更加廣泛，而鼠李糖脂起作用的范圍要相對(duì)小一些，但對(duì)一些酶卻有突出的作用效果，例如木聚糖酶

5、。吐溫80和鼠李糖脂對(duì)微生物的生長(zhǎng)沒有抑制作用。 酶的穩(wěn)定性隨著pH值的變化是不同的，纖維素酶在pH值3～7的條件下都較為穩(wěn)定，基本不失活，而木聚糖酶在pH值7～9的條件下較為穩(wěn)定，失活速度緩慢。稻草基質(zhì)對(duì)纖維素酶的吸附失活作用隨著pH值的增大而增強(qiáng)，而對(duì)木聚糖酶的吸附失活作用受pH值的影響不是很大；表面活性劑吐溫80和鼠李糖脂在整體上都表現(xiàn)出對(duì)兩種酶的穩(wěn)定作用，但在細(xì)節(jié)上有一些不同。在酸性及中性(pH值3～7)條件下，吐溫80

6、對(duì)木聚糖酶的穩(wěn)定作用要好于鼠李糖脂，而在堿性條件下，鼠李糖脂的效果要明顯好于吐溫80。通過內(nèi)源熒光法研究酶蛋白分子構(gòu)型的變化，得出了淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶在不同pH值條件下的穩(wěn)定性，表面活性劑吐溫80和鼠李糖脂對(duì)淀粉酶、纖維素酶和木聚糖酶都有不同程度的穩(wěn)定作用，擴(kuò)大了它們保持酶分子穩(wěn)定的pH值范圍，而對(duì)蛋白酶的作用不明顯。 通過采用芘作為熒光探針，研究鼠李糖脂和吐溫80與4種微生物胞外酶，淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和木

7、聚糖酶之間的作用關(guān)系。鼠李糖脂和木聚糖酶之間有較強(qiáng)的作用力，纖維素酶次之，而淀粉酶和蛋白酶與鼠李糖脂之間的作用力不明顯。吐溫80與纖維素酶和木聚糖酶之間的作用力能使它們較好的結(jié)合，而與淀粉酶、蛋白酶之間的作用力反而不利于吐溫80膠束的形成。和鼠李糖脂相比，吐溫80和酶之間的作用力較小，隨著吐溫80的濃度的增大，它和酶之間的作用力逐漸越大，尤其在其濃度超過臨界膠束濃度時(shí)。 綜上所述，一方面，表面活性劑吐溫80和鼠李糖對(duì)堆肥過程中微