EPS(胞外聚合物)性質(zhì)綜合分析

1、 EPS 性質(zhì)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(zhì),主要來源于細菌的分泌、細菌表面物質(zhì)的脫落、細菌溶解以及對周圍環(huán)境物質(zhì)的吸附。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, 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(nèi)層,與細胞表面結(jié)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(jié)構(gòu),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(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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)多樣化

3、的基質(zhì),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(fù)單元結(jié)構(gòu)?！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(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。【防止EPS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

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(guān)系和具體的機制尚不清楚。目前相關(guān)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?；? 葡糖基氨基酸酶亦即DspB, 該酶能導(dǎo)致細菌的離散和基質(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(zhì)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(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(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(zhì),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(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。(4)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、雙價、多價陽離子與EPS 陰離子相結(jié)合的復(fù)合物。結(jié)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(jié)合狀態(tài)釋放離子, 高pH 時,