EPS(胞外聚合物)性質綜合分析

1、 EPS 性質分析報告【概述】胞外聚合物( EPS) 是指附著在細菌表面或圍繞在細菌周圍,用于自我保護和相互粘附,并在饑餓環(huán)境下為細菌提供碳源和能量的有機物質,主要來源于細菌的分泌、細菌表面物質的脫落、細菌溶解以及對周圍環(huán)境物質的吸附。PS（多糖） 和PN （蛋白質）是EPS 的主要組成成分,兩者占EPS 質量的70 %80 %; 以多種純凈物為基質時, 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,在EPS 中SEPS 和BEPS 的質量分數(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 (Loose

2、ly bound EPS, LB ) 。TB位于內層,與細胞表面結合較緊,穩(wěn)定地附著于細胞壁外,具有一定外形; LB位于TB外層,具有比較松散的結構,是可向周圍環(huán)境擴展、無明顯邊緣的粘液層。 EPS 有著獨特的空間結構和復雜的組成成分,其中BEPS （固著）和SEPS（溶解性） 主要起到物質和能量交換、保護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圍繞在細菌周圍并呈高電子密度的纖維網(wǎng)格狀結構。用電鏡對非磷酸合成異養(yǎng)菌進行的觀察證實生物膜中的EPS是各種微生物產(chǎn)生的空間結構多樣化

3、的基質,并且相互間有明顯的分隔界限。顧笑梅等證實En terococcus du rans產(chǎn)胞外多糖EPS - I具五糖重復單元結構?！緦ι锬ば纬傻挠绊憽可锬な怯杉毎锪亢虴PS 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)生空間結構多樣化的基質, 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組成不同,所以EPS 的化學組成也存在一些差異。溶解態(tài)有機物生物膜EPS 中PS 的含量要高于膠體態(tài)有機物生物膜, PN含量的變化與膠體態(tài)有機物的水解過程相一致。研究表明,EPS 的存在有利于細菌粘附聚集到載體表面形成生物膜,尤其是對

4、細菌粘附到載體表面的初粘階段;若EPS 含量較少,細菌粘附到載體表面就會受到靜電作用力的抑制,若EPS 含量較多則會加強細菌的粘附和促進細菌間粘附,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構,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

5、成部分, EPS 的消除與生物膜的消除密不可分。生物膜的消除包括細菌的離散和EPS 的崩解, 兩者的因果關系和具體的機制尚不清楚。目前相關的機制研究有酶假說、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- 乙酰基- 葡糖基氨基酸酶亦即DspB, 該酶能導致細菌的離散和基質柵欄結構的崩解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。一種觀點認為DspB 底物是四型菌毛,因而影響伴放線放線桿菌的粘附和解聚集; 另一種則認

6、為DspB 的底物是胞外多糖, 多糖被DspB 水解, 從而多糖基質降解, 細菌離散。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 對生物膜復雜的三維結構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構的形成。通過酶的方法來控制EPS對移除或穩(wěn)固生物膜可能是個好方法。饑餓假說認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)了生物膜的崩解及細菌的離散。 影響生物膜消除

7、的因素有營養(yǎng)底物、pH 值、流體剪切力、細菌間信號交流等。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, 機械法、化學法( 如十二烷基硫酸鈉) 對消除生物膜有積極作用, 此外有報道稱電流即可誘導手術不銹鋼器械上表皮葡萄球菌生物膜的崩解【EPS理化性質】細菌胞外聚合物表現(xiàn)出的以下一些物化性質是它被廣泛應用的原因:物理性質(1)表面負電荷性。EPS中含有多種有機官能團,如羥基、羧基等,這些官能團在溶液中呈負電荷性。(2)吸附性。組成EPS的都是一些大分子物質,表面積很大,加上表面的各種極性和非極性基團,使EPS具有吸附的能力。( 3)絮凝性。組成EPS的官能團分子量較大,在適宜條件下,一個分子可以同時與幾個懸浮顆粒通過離子鍵、氫鍵的作用相結合,迅速形成網(wǎng)狀結構而沉積,從而表現(xiàn)出絮凝能力。(4)親水疏水性。蛋白質、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、保護和維持作用化學性質： EPS 可吸附金屬、非金屬、大分子物質, 能與許多金屬離子Cd2+, Cu2+, Cr2+, Pb2+螯合形成單價、雙價、多價陽離子與EPS 陰離子相結合的復合物。結合強度受離子大小/電荷的比值、EPS 組成、物理狀態(tài)、pH 值、離子鹽溶液等影響。pH 低時, 從結合狀態(tài)釋放離子, 高pH 時,