申请日2020.12.16
公开（公告）日2021.03.23
IPC分类号C08B37/00; C08B37/10; C08B37/04
摘要
本发明公开了一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法，涉及活性污泥回收技术领域。本发明提供的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，以污水处理厂的污水生物处理过程所依赖并产生的活性污泥为原料，对活性污泥微生物细胞进行高效破壁，使微生物细胞的内部物质被释放，再优化提取方法，得到纯化的海藻多糖(包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素等)。
权利要求书
1.一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对活性污泥中的微生物细胞进行高效破壁，得到含有内源物质的泥水混合液；
S2，对含有内源物质的泥水混合液进行离心过滤，除去固相泥饼，得到液相组分；
S3，向液相组分中加入沉淀剂至没有沉淀产生，离心过滤，得到藻石酸盐沉淀以及上清液；
S4，向S3的上清液中加入乙醇，待絮状沉淀完全后离心过滤，保留絮状沉淀；
S5，用饱和NaCl溶液和乙醇反复洗涤所述絮状沉淀，至絮状沉淀溶解于饱和NaCl溶液中无难溶杂质后，再向溶解有絮状沉淀的饱和NaCl溶液中加入乙醇，至沉淀完全，离心过滤，得到海藻多糖沉淀；
S6，向S5的海藻多糖沉淀中加入蒸馏水至溶解完全，利用空间排阻色谱对溶液组分进行分离，在相同操作条件下对比褐藻多糖、卡拉胶及肝素钠出峰时间，对液相分离组分进行收集，干燥，分别得到褐藻多糖、卡拉胶及肝素钠固体。
2.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对活性污泥中的微生物细胞进行高效破壁的具体操作包括如下步骤：
S11，将活性污泥浓缩至悬浮固体浓度为3000-8000mg/L的混合液；
S12，对S11的混合液离心后弃去上层液相，向固相泥饼中加入同等体积蒸馏水，摇匀后再次离心，弃去上层液相，重复该洗泥步骤2至4次，离心后保留固相泥饼；
S13，按泥水体积比1:5(v/v)向S12的固相泥饼中加入蒸馏水并摇匀，得到混合液，将混合液加热至30-50℃，向混合液中通电破壁10至30分钟，得到所述含有内源物质的泥水混合液。
3.如权利要求2所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述通电破壁的操作具体为，按照“通电10秒，间歇5秒，再次通电10秒”的周期向混合液中通入5-30V的直流电。
4.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3之间还包括浓缩步骤，具体为，将步骤S2得到的液相组分进行超滤，至液相体积浓缩至超滤前的50-60％。
5.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S3中，沉淀剂为氯化钙。
6.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述乙醇的质量分数为98％。
7.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S4中，向S3的上清液中加入乙醇至溶液中乙醇的质量分数为60％。
8.如权利要求7所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括，加入乙醇后，将溶液置于0℃下静置1-2小时。
9.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述离心过滤的转速为4000-9000rpm。
10.如权利要求1所述的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，其特征在于，所述步骤S5中，用饱和NaCl溶液和乙醇反复洗涤所述絮状沉淀，具体操作如下：
S51，向絮状沉淀中加入NaCl溶液，至絮状沉淀溶解完全，离心，弃去杂质沉淀，保留离心后的液相；
S52，向离心后的液相中加入乙醇，至沉淀完全；
重复S51-S52，至絮状沉淀溶解于饱和NaCl溶液中无难溶杂质即表示洗涤完成。
说明书
一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法
技术领域
本发明涉及活性污泥回收处理技术领域，尤其涉及一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法。
背景技术
海藻多糖是一类组成结构复杂、种类繁多、应用广泛的细胞间多糖，目前已知其主要存在于海藻及少数动物组织中(牛的肺叶、猪的胃粘膜等)，同时也有极少量存在于一些嗜盐植物与微生物中。海藻多糖的化学性质及生物活性受化学组成、结构及硫酸化程度的影响，主要化学性质及生物活性表现为：凝胶增稠性、抗氧化性、抗凝血性、抑制血管生成(抗肿瘤性)、免疫调节性、抗HSV及抗HIV病毒特性。海藻多糖依照其纯度高低的不同，可被广泛的使用于工业添加剂、食品及化妆品添加剂，以及医药中间体。目前，被广泛应用的海藻多糖主要包括：藻石酸盐、褐藻多糖、卡拉胶、肝素钠等。
由于海藻多糖化学组成与结构复杂，其大规模生产无法采用人工合成的方式。目前全球超过90％的海藻多糖生产依赖于从海藻中直接提取，剩余部分则全部依赖于动物组织提取。虽然自二十世纪五十年代末，人工海藻养殖技术迅速发展，为海藻多糖的生产提供了大量原料，但由于海藻养殖对天气和海水条件依赖高，适宜养殖区域有限，且海藻养殖成本高昂，海藻收集完全依赖人工，加上现有提取方法在提取率方面的限制，全球海藻多糖市场始终处于供不应求的状态，且海藻多糖产品的价格也十分昂贵。此外，人工海藻养殖所产生的大量养殖废水，也已经成为了海藻养殖中不可忽视的环境问题。
活性污泥是污水生物处理所依赖并大量产生的副产物，其实质是利用污水中碳、氮、磷等营养元素大量繁殖的微生物聚集体，因其微生物群落复杂、繁殖量巨大、且外观呈棕褐色、具有稀泥状，得名“活性污泥”。长期以来，活性污泥都被视为污水生物处理过程中产生的大量废物，对活性污泥的处理也是以“无害化及减量化”为目的，主要处理方式包括：卫生填埋、焚烧、厌氧消化、好氧堆肥等。而活性污泥中存在的多种可回收利用的物质则一直被人们所忽视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法，一方面解决活性污泥的回收处理问题，另一方面缓解当前海藻多糖生产方式单一的问题。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
一种从活性污泥中提取海藻多糖的方法，包括以下步骤：
S1，对活性污泥中的微生物细胞进行高效破壁，得到含有内源物质的泥水混合液；
S2，对含有内源物质的泥水混合液进行离心过滤，除去固相泥饼，得到液相组分；
S3，向液相组分中加入沉淀剂至没有沉淀产生，离心过滤，得到藻石酸盐沉淀以及上清液；
S4，向S3的上清液中加入乙醇，待絮状沉淀完全后离心过滤，保留絮状沉淀；
S5，用饱和NaCl溶液和乙醇反复洗涤所述絮状沉淀，至絮状沉淀溶解于饱和NaCl溶液中无难溶杂质后，再向溶解有絮状沉淀的饱和NaCl溶液中加入乙醇，至沉淀完全，离心过滤，得到海藻多糖沉淀；
S6，向S5的海藻多糖沉淀中加入蒸馏水至溶解完全，利用空间排阻色谱对溶液组分进行分离，在相同操作条件下对比褐藻多糖、卡拉胶及肝素钠出峰时间，对液相分离组分进行收集，干燥，分别得到褐藻多糖、卡拉胶及肝素钠固体。
其进一步地技术方案为，将步骤S3中的藻石酸盐沉淀收集并干燥，即得到藻石酸固体。
其进一步地技术方案为，所述步骤S1中，对活性污泥中的微生物细胞进行高效破壁的具体操作包括如下步骤：
S11，将活性污泥浓缩至悬浮固体浓度为3000-8000mg/L的混合液；
S12，对S11的混合液离心后弃去上层液相，向固相泥饼中加入同等体积蒸馏水，摇匀后再次离心，弃去上层液相，重复该洗泥步骤2至4次，离心后保留固相泥饼；
S13，按泥水体积比1:5(v/v)向S12的固相泥饼中加入蒸馏水并摇匀，得到混合液，将混合液加热至30-50℃，向混合液中通电破壁10至30分钟，得到所述含有内源物质的泥水混合液。
其进一步地技术方案为，所述通电破壁的操作具体为，按照“通电10秒，间歇5秒，再次通电10秒”的周期向混合液中通入5-30V的直流电。
其进一步地技术方案为，所述步骤S2和步骤S3之间还包括浓缩步骤，具体为，将步骤S2得到的液相组分进行超滤，至液相体积浓缩至超滤前的50-60％。
其进一步地技术方案为，所述步骤S3中，沉淀剂为氯化钙。
其进一步地技术方案为，所述乙醇的质量分数为98％。
其进一步地技术方案为，所述步骤S4中，向S3的上清液中加入乙醇至溶液中乙醇的质量分数为60％。
其进一步地技术方案为，所述步骤S4中还包括，加入乙醇后，将溶液置于0℃下静置1-2小时。
其进一步地技术方案为，所述离心过滤的转速为4000-9000rpm。
其进一步地技术方案为，所述步骤S5中，用饱和NaCl溶液和乙醇反复洗涤所述絮状沉淀，具体操作如下：
S51，向絮状沉淀中加入NaCl溶液，至絮状沉淀溶解完全，离心，弃去杂质沉淀，保留离心后的液相；
S52，向离心后的液相中加入乙醇，至沉淀完全；
重复S51-S52，至絮状沉淀溶解于饱和NaCl溶液中无难溶杂质即表示洗涤完成。
需要说明的是，活性污泥中含有丰富的微生物细胞，在提取时需要将微生物细胞中含有的内源物质释放出来，本发明通过步骤S11-S13的方法，对活性污泥微生物细胞进行高效破壁，使微生物细胞的内部物质被释放，进入泥水混合液；此方法高效节能且适宜海藻多糖破壁释放的处理。
此外，除了所要提取的海藻多糖外，破壁后的泥水混合液的液相中含有多种可溶性物质(污水中污染物、微生物细胞内同时释放出的蛋白质、核酸等有机物、污水及微生物释放出的无机物等)，因此还需要采用步骤S2-S4的操作将海藻多糖从多相混合液中提取出来。
再者，本发明考虑到由泥水混合液中直接提取而来的海藻多糖为多种组分的混合物，同时仍然含有部分杂质，因此，通过步骤S2-S5，反复洗涤，从而实现海藻多糖的纯化。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：
本发明提供的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，以污水处理厂的污水生物处理过程所依赖并产生的活性污泥为原料，对活性污泥微生物细胞进行高效破壁，使微生物细胞的内部物质被释放，再优化提取方法，得到纯化的海藻多糖(包括藻石酸、褐藻多糖、卡拉胶及肝素等)。本发明提供的从活性污泥中提取海藻多糖的方法，开辟了除以海藻和动物组织(胃黏膜)为原料外新的海藻多糖规模化提取方式。本方法不仅能够为污泥资源化提供新的方向和依据，也有工业潜力缓解当前海藻多糖生产方式单一的问题。
（发明人：薛蔚琦;孙临泉;田泽民;姜维;肖倩;屈茂会）