利用正交实验法优化当归黄芪废药渣发酵生产微生物絮凝剂的研究

熊悦悦 陈嘉怡 黎珏绮 梁紫妍 陈美如 王立英

摘 要 本实验旨在当归黄芪废药渣中寻找和利用具有絮凝活性且繁殖周期短的微生物做絮凝剂，解决中药渣处理不当带来的问题，同时实现资源循环利用、中药渣无毒降解的目的。

关键词 半合成培养基 废药渣 微生物絮凝剂 正交实验

中图分类号：X703.5文献标识码：A

0前言

近年来，使用食疗同源的中医药来治病越来越得到人们的重视，并且随着中医药卫生事业的持续发展，中药制剂备受国内外人们的欢迎，因此中药生产和开发的力度也随之增大。然而，中药材生产和加工后不断堆积产生的残余药渣不仅浪费资源，还在一定程度上出现污染环境等一系列问题。大多数中药生产和开发的企业在中药废渣的处理上由于人力、技术、物力等不充足的原因，采用焚烧、埋掉等简便却不环保的处置方式;同时，废药渣含水量比较高，导致极易出现腐烂变质等问题。可见，提倡循环利用废药渣的處理方式对减少土地资源占用、降低对环境的污染、节约大量的资金均有着十分重要作用，废药渣处置方式和循环利用已经成为当今中药企业和研究所的研发的焦点。综上，目前对于废药渣生态循环利用有：废药渣中提取物的回收利用、在饲料的添加剂应用、食用菌栽培中的应用、在生产沼气方面的应用等等。

本实验将废药渣变废为宝，将其发酵生成微生物絮凝剂，同时将它当作微生物絮凝剂特定的培养基，对中药渣实现了变废为宝、资源循环利用的处理。与传统的人工絮凝剂相对比，天然微生物絮凝剂的现状微生物作为生物类絮凝剂是由它本身和其产生的代谢物而组成，这些物质可以把某一些污水的悬浮微粒、化学物质等等絮凝沉降下来。同时，微生物类絮凝剂不仅有絮凝沉降污水的效能，还具有自我降解的能力，这是未来一类绿色环保型的絮凝剂。Kurane等研究者从红平红球菌中发酵生成微生物絮凝剂NOC-1，曾被视为最有效的微生物絮凝剂，还具备很好的絮凝活性和脱色能力。

本实验通过单因素和正交实验法，在液体培养基中对微生物絮凝剂MF1进行优化，再用优化前、后的MBF1（1号菌）对湖水进行处理，并测得絮凝活性和化学耗氧量，来验证优化培养基的效果。

1材料与方法

1.1药渣来源

当归黄芪废药渣源于大学生创新创业项目制备当归补血口服液残余的大量废药渣，当归补血口服液的中药配比：当归（甘肃-聚和泰）：黄芪（甘肃-聚和泰）=1：2.5。

1.2培养基类型

用PDA培养基分离纯化;用药渣查氏的固体培养基来初筛和复筛;药渣液体发酵培养基来发酵富集微生物絮凝剂。

1.3主要试剂

高岭土、氯化钙、标准高锰酸钾溶液、浓硫酸溶液（1：3）、标准草酸钠溶液。

1.4实验仪器

1.5菌种来源

从中药渣分离获得5种菌株，取絮凝活性较好的1号菌，委托北京六合华大基因科技有限公司武汉分公司进行测序，最后结果显示：1号菌与Acremonium sp. TC-1-N1-1亲源关系最近，是一种枝顶孢霉属菌种。

2实验方法与结果

方法：利用微生物分离纯化的方法，从废药渣中分离出，即能在废药渣培养基中生长且有絮凝剂活性的微生物菌株;经过复筛，筛选出絮凝活性较好且繁殖周期短的MBF1（1号菌），先进行初步鉴定，再委托学校外的基因检测机构进行基因鉴定;最后，通过正交实验法对MBF1的半合成培养基进行优化，再用优化前、后的MBF1对湖水进行处理，并测其絮凝活性和化学耗氧量，来验证优化培养基的效果。

结果：葡萄糖浓度（25g/L），药渣浓度（7g/L），尿素浓度（0.1g/L），初始pH（7），时间（48h）;优化后MBF1的结果：MBF1的絮凝活性可达66.52%，对湖水化学需氧量降低了1.25 mg/L。

2.1当归黄芪废药渣的发酵工艺

2.2正交实验优化

根据单因素实验结果，制作5因素4水平的正交试验水平表（表2）。

根据发酵条件和半合成液体培养基优化的正交试验，进行分析，结果显示：葡萄糖浓度与培养时间对MBF1絮凝率有比较显著影响（表2），而药渣浓度、初始pH和尿素浓度对MBF1没有特别显著影响。结合表4可知，发酵MBF1的最佳条件是：葡萄糖浓度：25g/L，药渣浓度：7g/L，尿素浓度：0.1g/L，初始pH：7，培养时间：48h。

2.3对比优化培养基前后对湖水的处理效果

2.3.1絮凝率测定

2.3.2湖水的化学需氧量

通过湖水化学需氧量的测定（见表6），结果显示：优化后的半合成药渣培养基发酵的MBF1比原半合成培养基化学需氧量降低了1.25 mg/L。

3讨论

当归黄芪中药渣不仅可以发酵生产微生物絮凝剂，还可以做微生物的半合成培养基，从而达到变废为宝、绿色环保的目的。由于当归黄芪药渣中主要残留了大量的糖类和蛋白质类，因此本实验选择葡萄糖浓度、尿素浓度、药渣溶液浓度、初始pH、和培养时间作为5个考察因素，采用5因素4水平的正交试验设计优化的发酵条件，实验结果表明MBF1产絮凝剂的影响排序为：培养时间>葡萄糖浓度>尿素>初始pH>药渣浓度;再根据数据分析，葡萄糖浓度、培养时间对MBF1絮凝率有较为明显的影响，而尿素、药渣浓度和初始pH对MBF1没有特别明显的影响。结合正交试验的分析，最佳水平：葡萄糖浓度：25g/L，药渣浓度：7g/L，尿素浓度：0.1g/L，初始pH：7，培养时间：48h。在最佳条件下发酵MBF1，并对周边的湖水进行化学耗氧量的测定，优化后的MBF1比原半合成液体培养基化学需氧量降低了1.25 mg/L。

4结论

通过单因素和正交实验法，在半合成液体培养基中对微生物絮凝剂MF1进行优化，得到最佳的发酵条件：葡萄糖浓度（25g/L），药渣浓度（7g/L），尿素浓度（0.1g/L），初始pH（7），时间（48h）。然后，为了验证优化半合成液体培养基的效果，分别取优化前后的发酵MF1对湖水进行处理，并测其絮凝活性和化学耗氧量，最后结果表明：MBF1的絮凝活性可达66.52%，对湖水化学需氧量降低了1.25 mg/L。

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