EPS胞外聚合物性質(zhì)綜合分析

1、EPS性質(zhì)分析報(bào)告【概述】 胞外聚合物(EPS)是指附著在細(xì)菌表面或圍繞在細(xì)菌周 圍,用于自我保護(hù)和相互粘附，并在饑餓環(huán)境下為細(xì)菌提供碳源和能 量的有機(jī)物質(zhì)，主要來源于細(xì)菌的分泌、細(xì)菌表面物質(zhì)的脫落、細(xì)菌 溶解以及 對周圍環(huán)境物質(zhì)的吸附表1EPS的空間結(jié)構(gòu)、組成成分及理化性質(zhì)Table 1 Spa rial structure -coniposina coniponent and p h vicoc herujca properties of EPS柞niKin緊席粘附的內(nèi)層同著性EPS(TB)【BEPS) 松眾附若的外區(qū)(LB)位于細(xì)胞低龍血，容種大分子排列緊密I I.耳細(xì)胞壁 貉仆半同.不

2、則鴉蔣,時(shí)潔性污昵絮體性質(zhì)宰響較小位于IB W 一站掏松附.可間周円環(huán)境擴(kuò)肢，無腳 顯邊緣.! I. fj澆動性.可第響汚觀絮灘、脫水和機(jī)降札能落解性EP5 (SEPS)噸需孵性訛生物產(chǎn)物(£MP)笫施【P目蠱白戒(PN)曲足戰(zhàn)左狗代謝及FI溶尊產(chǎn)生的大井子徇蛾游爲(wèi) 于涪菠中.而非咂附在細(xì)胞萍表面，是生物赴理出水中 悟解性TOC成COD的主要組成部分具有荷度分彼的優(yōu)學(xué)貂構(gòu)，鏈分子問互相纏繞，交 錯咸無定型網(wǎng)絡(luò)鉛轉(zhuǎn)，起著吸附架橋忡川：貝冇輕基檢 基和蠟械基等殆負(fù)屯荷和親水性胃儲団H村丙鼠般半業(yè)筑厳、聽祗戰(zhàn)爭帶正電荷和頊本 性的氨棊酸窩能創(chuàng):各種官能團(tuán)也為吸附提粧吸附位點(diǎn)糊質(zhì)和能晟空抿保

3、護(hù)和讎持作用改變混合液黏度吸附利網(wǎng)継性止電荷和員電荷性親桶硫水性占EPS的比例較少.研究和應(yīng)川較少PS (多糖)和PN (蛋白質(zhì))是EPS的主要組成成分，兩者占 EPS質(zhì)量的70 %80 %;以多種純凈物為基質(zhì)時(shí)，PS是主要成分， 而污水處理廠的活性污泥中 PN是主要組成物質(zhì)，在EPS中SEPS和 BEPS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 6 %44. 0 %。EPS可分為緊密粘附EPS ( Tightly bound EPS,TB) 和松散附著 EPS (Loosely bound EPS, LB )。TB位于內(nèi)層，與細(xì)胞表面結(jié)合較 緊,穩(wěn)定地附著于細(xì)胞壁外，具有一定外形；LB位于TB外層，具有比 較松散的

4、結(jié)構(gòu)，是可向周圍環(huán)境擴(kuò)展、無明顯邊緣的粘液層。EPS有著獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的組成成分，其中BEPS（固著） 和SEPS（溶解性）主要起到物質(zhì)和能量交換、保護(hù)和維持作用以及 改變混合液粘度等功能 , 而各種組成成分則能改變污泥的吸附絮凝性、 正負(fù)電性以及親疏水性等理化特性。鑭固定處理黃色粘球菌后用透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn) , EPS 圍繞在細(xì) 菌周圍并呈高電子密度的纖維網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。 用電鏡對非磷酸合成異養(yǎng) 菌進(jìn)行的觀察證實(shí)生物膜中的EPS是各種微生物產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)多樣化的基質(zhì) , 并且相互間有明顯的分隔界限。顧笑梅等證實(shí)Enterococcus du rans 產(chǎn)胞外多糖 EPS - I 具五糖重復(fù)單

5、元結(jié)構(gòu)。 【對生物膜形成的影響】 生物膜是由細(xì)胞生物量和 EPS 組成的一 種混合微生物群體 , 其中 EPS 是生物膜的主要成分 , 又是生物膜上微 生物群體產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)多樣化的基質(zhì) , 因 EPS 而相互間存在明顯的 分隔界限。不同環(huán)境條件下形成的生物膜的化學(xué)組成不同 , 所以 EPS 的化學(xué)組成也存在一些差異。 溶解態(tài)有機(jī)物生物膜 EPS 中 PS 的含量 要高于膠體態(tài)有機(jī)物生物膜 , PN 含量的變化與膠體態(tài)有機(jī)物的水解 過程相一致。研究表明 ,EPS 的存在有利于細(xì)菌粘附聚集到載體表面 形成生物膜 , 尤其是對細(xì)菌粘附到載體表面的初粘階段 ; 若 EPS 含量 較少 , 細(xì)菌粘附到載

6、體表面就 會受到靜電作用力的抑制 , 若 EPS 含量較多則會加強(qiáng)細(xì)菌的粘附和促 進(jìn)細(xì)菌間粘附 ,可見 EPS 是生物膜形成所必須的?！痉乐笶PS的措施】一些研究者發(fā)現(xiàn)，粉末活性炭（PAC）可以減少料液中的 EPS ,并形成生物活性炭 ,改變膜表面的凝膠層結(jié)構(gòu) , 保持較 高的膜通量。 KIM 等發(fā)現(xiàn) , 從投加 PAC 的活性污泥上清液中萃取的 EPS的含量比普通活性污泥的減少了 50 %好氧顆粒污泥也可以很好 地包裹粘附 EPS ,降低其在膜表面的吸附量。此外 , 還可以定期選用 物理清洗或化學(xué)清洗來去除沉積在膜表面的EPS ,提高膜通量。EPS 是生物膜的重要組成部分 , EPS 的消除

7、與生物膜的消 除密不可分。生物膜的消除包括細(xì)菌的離散和 EPS 的崩解, 兩者的 因果關(guān)系和具體的機(jī)制尚不清楚。 目前相關(guān)的機(jī)制研究有酶假說、 饑 餓假說。變形鏈球菌 NG8有一種外源性的表面釋放蛋白酶，該酶能 釋放一種表面蛋白如粘附素 P1 參與生物膜的崩解 7, 8 。伴放線放 線桿菌能產(chǎn)生一種外源性由 dspB 編碼的氮 - 乙?；? 葡糖基氨基酸 酶亦即 DspB, 該酶能導(dǎo)致細(xì)菌的離散和基質(zhì)柵欄結(jié)構(gòu)的崩解 9 。生 物膜微環(huán)境中氧壓、 pH 值、溫度、營養(yǎng)濃度等條件的變化可誘發(fā)伴 放線放線桿菌的 DspB 產(chǎn)生。一種觀點(diǎn)認(rèn)為 DspB 底物是四型菌毛 , 因而影響伴放線放線桿菌的粘附

8、和解聚集 ; 另一種則認(rèn)為 DspB 的底 物是胞外多糖 , 多糖被 DspB 水解, 從而多糖基質(zhì)降解 , 細(xì)菌離散。 DspB 這一作用類似于銅綠假單胞菌的褐藻酸裂解酶 , 即通過胞外 多糖解聚酶的方式崩解 EPS此外，E.coli K12 生物膜EPS的成分 Colanic acid 對生物膜復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和厚度的形成必不可少。對 生長期小于60 h的生物膜，使用DNA1酶處理后，發(fā)生定植微生物 的離散，說明胞外的DNA在生物膜形成的早期可能參與了結(jié)構(gòu)的形 成。通過酶的方法來控制 EPS對移除或穩(wěn)固生物膜可能是個(gè)好方法。饑餓假說認(rèn)為銅綠假單胞菌生物膜中營養(yǎng)底物消耗 , 饑餓環(huán)境誘發(fā) 了生

9、物膜的崩解及細(xì)菌的離散。 影響生物膜消除的因 素有營養(yǎng)底物、 pH 值、流體剪切力、細(xì)菌間信號交流等。對格氏鏈 球菌研究中發(fā)現(xiàn)痕量元素銅也能影響生物膜的崩解 , 機(jī)械法、化學(xué)法 ( 如十二烷基硫酸鈉 ) 對消除生物膜有積極作用 , 此外有報(bào)道稱電 流即可誘導(dǎo)手術(shù)不銹鋼器械上表皮葡萄球菌生物膜的崩解【EPS理化性質(zhì)】 細(xì)菌胞外聚合物表現(xiàn)出的以下一些物化性質(zhì)是它被廣泛應(yīng)用的原因:物理性質(zhì)(1) 表面負(fù)電荷性。EPS中含有多種有機(jī)官能團(tuán)，如羥基、羧基等， 這些官能團(tuán)在溶液中呈負(fù)電荷性。(2) 吸附性。組成EPS的都是一些大分子物質(zhì)，表面積很大，加上 表面的各種極性和非極性基團(tuán)，使EPS具有吸附的能力

10、。(3) 絮凝性。組成EPS的官能團(tuán)分子量較大，在適宜條件下，一個(gè) 分子可以同時(shí)與幾個(gè)懸浮顆粒通過離子鍵、氫鍵的作用相結(jié)合 , 迅速 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積 , 從而表現(xiàn)出絮凝能力。 親水疏水性。蛋白質(zhì)、腐殖酸、尿酸是 EPS中的疏水性部分， 而糖類則是親水性的主要成分。此外 , 胞外聚合物對其所附著的生物膜具有很多功能 , 例如移動 性、保護(hù)和維持作用化學(xué)性質(zhì) ：EPS 可吸附金屬、 非金屬、大分子物質(zhì) , 能與許多金屬離子 Cd2+, Cu2+, Cr2+, Pb2+ 螯合形成單價(jià)、雙價(jià)、多價(jià)陽離子與 EPS 陰離子 相結(jié)合的復(fù)合物。結(jié)合強(qiáng)度受離子大小 / 電荷的比值、 EPS 組成、物 理狀態(tài)、pH值、離子鹽溶液等影響。p