文档介绍：多级厌氧反应器处理螺旋霉素发酵菌渣和螺旋霉素Ⅰ的厌氧降解
行为研究
朱培,刘文斌,张建斌,李亚军,李继安,陈代杰*
(中国医药工业研究总院上海医药工业研究院创新药物与制药工艺国家重点实验室,上海 200040)
摘要:通过自主设计的多级厌氧反应器,用于观察处理螺旋霉素工业发酵菌渣的效果。经过 120
天的连续补料运行,前两个月在 OLR 为 kgCODm-3d-1 的条件下,每一级罐体产气不稳定并出现
“产气后移”的现象,通过暂停补料的方法使得产气恢复。在 OLR 为 和 kgCODm-3d-1 的条
件下,各级罐体产气稳定,没有出现明显的产气后移现象。说明多级厌氧反应器运行起初需要两个
月左右的驯化时间,一方面增加各级罐体的活性污泥量,另一方面驯化每一级罐体的厌氧微生物以
适应不同条件下的物料。经过驯化后在 OLR 为 和 kgCODm-3d-1 的条件下,总产气量分别
达到 20 L/d 和 25 L/d。对比发现:第二阶段 OLR 的增加量(43%)和产气增加量(50%)相当,而
第三阶段产气量的增加(25%)远比比 OLR(50%)的增加量低,说明在 OLR 达到 kgCODm-3d-1
时出现一定的抑制率,但整体产气能力没有受到影响。菌渣中残留的螺旋霉素在经过约两个月的驯
化之后,降解率达到 90%以上。在第三阶段的 102 和 112 天出料结果表明螺旋霉素总降解率达到 97%,
且 70%的降解率在 1#罐体中发生,同时料液的抑菌活性也大大降低。螺旋霉素发酵菌渣中残留的螺
旋霉素在厌氧处理过程中几乎能被完全降解,基于这个发现,以螺旋霉素Ⅰ为研究对象,观察到螺
旋霉素Ⅰ厌氧消化过程中主要的三种降解产物,按照厌氧过程出现时间分别命名为 P-1、P-2 和 P-3。
根据三种降解产物在厌氧消化过程的浓度变化,推测 P-1 和 P-2 是中间降解产物,而 P-3 是最终降解
产物。经过分离纯化,分别得到 P-1 和 P-3 的纯品粉末,P-2 只分离得到微克级的溶液。质谱鉴定,
三种降解产物的分子量分别是 844 amu(P-1)、525 amu(P-2)和 527 amu(P-3)。通过 P-1 与螺旋
霉素Ⅰ的核磁数据对比证实,P-1 是螺旋霉素Ⅰ经过 19 位醛基加氢还原的产物;通过 P-2 的 MS2 数
据推导证实,P-2 是螺旋霉素Ⅰ经过碳霉糖-碳霉氨糖水解得到的降解产物;通过 P-3 的一维和二维
核磁数据证实,P-3 是螺旋霉素Ⅰ经过 19 位醛基加氢还原和碳霉糖-碳霉氨糖水解两步反应得到的降
解产物。由此推导出螺旋霉素Ⅰ的厌氧降解行为:螺旋霉素Ⅰ首先经过 19 位醛基加氢还原和碳霉糖
-碳霉氨糖的水解分别得到降解产物 P-1 和 P-2,然后 P-1 再经过碳霉糖-碳霉氨糖的水解或 P-2 再经
过 19 位醛基加氢还原得到 P-3。MIC 试验测定,P-3 和 P-1 的生物活性相对于螺旋霉素Ⅰ降低了 4
倍。考虑到分子量的差别,螺旋霉素Ⅰ完全降解为 P-3 后料液生物活性降低 85%。
关键词:多级厌氧反应器;螺旋霉素;发酵菌渣;降解
厌氧消化技术是一种重要的生物质转化技术,能够实现高生物质含量