一种聚乙烯吡咯烷酮降解菌及应用的制作方法

本发明涉及到环境微生物领域，具体涉及一种可降解聚乙烯吡咯烷酮污染物的菌株及其应用。

背景技术：

1、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)，简称pvp，化学式为(c6h9no)n，是一种非离子型高分子化合物，是n-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，被研究得最深、最广泛的精细化学品。pvp极易溶于水及含卤代烃类溶剂、醇类、胺类、硝基烷烃及低分子脂肪酸等，不溶于丙酮、乙醚、松节油、脂肪烃和脂环烃等少数溶剂。能与多数无机酸盐、多种树脂相容。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，pvp在3类致癌物清单中。

2、

3、式1聚乙烯吡咯烷酮结构图

4、工业上一般都采用溶液聚合法合成pvp。pvp生产聚合有二条主要路线，第一是单体乙烯基吡咯烷酮(nvp)在有机溶剂中进行溶液聚合，然后进行蒸汽汽提。第二条路线为nvp单体与水溶性阳离子、阴离子或非离子单体进行水溶液聚合。将nvp单体直接加热到140℃以上，或者在nvp溶液中加入引发剂加热，或者在nvp的溶液中(溶剂可以是水、乙醇、苯等)加入引发剂通过自由基溶液聚合，或者直接用光照射nvp单体或其溶液都可以得到pvp均聚物。聚合方法不同，得到的聚合物结构和性能都有所不同，其中自由基溶液聚合得到的聚合物组成、结构较均匀，性能也比较稳定，是nvp均聚最常用的方法，调节单体浓度、聚合温度、引发剂用量等反应条件即可以得到不同分子量和不同水溶性的pvp均聚物。

5、pvp作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用，但其最具特色，因而受到人们重视的是其优异的溶解性能及生理相容性。pvp已发展成为非离子、阳离子、阴离子3大类，工业级、医药级、食品级3种规格，相对分子质量从数千至一百万以上的均聚物、共聚物和交联聚合物系列产品。在合成高分子中像pvp这样既溶于水，又溶于大部分有机溶剂、毒性很低、生理相溶性好的并不多见，特别是在医药、食品、化妆品这些与人们健康密切相关的领域中，随着其原料丁内酯价格的降低，必将展示其发展的良好前景。

6、由于具有高水溶性和难生物降解性，常规处理方法很难把聚乙烯吡咯烷酮从水和废水中去除，因此增加了地表水和地下水的污染的趋势。由于聚乙烯吡咯烷酮对普通微生物具有一定的毒害性，导致目前含聚乙烯吡咯烷酮污染物的废水生化效果不明显，因此实际采用一些物理化学方法对聚乙烯吡咯烷酮污染物进行处理，成本较高，且易造成二次污染。因此筛选出能够降解聚乙烯吡咯烷酮污染物的菌，在反应条件温和的情况下，将废水中的聚乙烯吡咯烷酮污染物处理就显得及其重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是要找到一株既能够耐受高浓度聚乙烯吡咯烷酮污染物而且还能快速实现其降解的微生物。除此之外，本发明提供一种快速培养聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的发酵工艺。

2、本发明筛选分离出了一株聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌，能够有效快速降解污水中的聚乙烯吡咯烷酮污染物，同时提供了一种聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的发酵培养工艺，实现了菌种在短时间内快速富集扩培。

3、本发明提供了一种聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌zc2304-jx，分类命名为人苍白杆菌(ochrobactrum anthropi)，已于2023年08月17日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为：cgmccno.28189。

4、本发明菌株是从来自于苏州一长期处理含聚乙烯吡咯烷酮废水的工业污水处理生化池中的活性污泥筛选分离所得，测序比对结果为人苍白杆菌(ochrobactrumanthropi)，命名为zc2304-jx。其主要生理学特征为：菌株为具平行边和圆端的杆菌，通常单个出现。细胞染色为革兰氏阴性。以周生鞭毛运动。专性好氧，严格呼吸代谢。以氧为末端电子受体。最适生长温度为20～37℃。在营养琼脂上的菌落无色。

5、本发明筛选得到的菌株，能够耐受不超过1000mg/l高浓度聚乙烯吡咯烷酮溶液。本发明所提供的这种聚乙烯吡咯烷酮污染物降解菌zc2304-jx，能够以聚乙烯吡咯烷酮为主要碳源进行生长。在实验室摇床培养的条件下菌株zc2304-jx可实现24h之内初始浓度1000mg/l聚乙烯吡咯烷酮的98％的生化降解，处理效果十分理想。

6、本发明提供了一种聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌简便快速培养发酵的工艺，其发酵扩培工艺包括活化—转接—扩培等步骤，具体工艺流程如下：

7、s1活化：从固体平板中挑取聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的单菌落，转接至含聚乙烯吡咯烷酮污染物的lb液体培养基中，摇床转速为130～150rpm，30～37℃摇床培养8-16h直至对数期；

8、s2转接：将流程1活化处在对数期的聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌液按照2～5％的接入量转接至种子罐中进行培养，控制种子罐温度维持在30-37℃、转速保持在220-250rpm，溶氧do控制在4-6mg/l，培养24-48h；使该菌能够耐受更高的聚乙烯吡咯烷酮浓度，并且能够显著提高聚乙烯吡咯烷酮完全降解速率；

9、s3扩培：将流程2种子罐培养的聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌液按照2％-5％的接种量转接至发酵罐中扩大培养，发酵罐培养基成分与种子罐的相同，各物化参数指标为：温度30～37℃、转速200～250rpm、溶氧5～8mg/l、发酵时间48-72h。发酵结束后，罐体菌液有效活菌数可达109个/ml以上，发酵培养液出罐后用塑料桶包装后便可得到聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌菌剂。

10、本发明的菌株能够以聚乙烯吡咯烷酮作为主要碳源进行生长，优选的，所述的lb培养基组分为：500～1000mg/l聚乙烯吡咯烷酮、5-15g/l氮源、2～10g/l无机盐，ph保持在7.2-7.8之间；进一步优选地，所述的lb培养基组分为：1g/l聚乙烯吡咯烷酮、5g/l酵母膏、10g/l蛋白胨、2g/l氯化钠、1g/l碳酸氢钠、0.2g/l碳酸钠，ph保持在7.2-7.8之间。

11、种子罐的培养基成分为(质量比)：聚乙烯吡咯烷酮0.1～0.2％，葡萄糖0.4～0.6％，nh4cl 0.1～0.2％，kh2po4 0.005～0.01％，mgso40.025～0.05％，nacl 0.01～0.02％，caco3 0.015～0.3％，nahco30.1～0.2％，酵母膏0.005～0.01％，余量为水。通过实施ph自控调节技术，维持在7.2-7.8之间。进一步优选为，聚乙烯吡咯烷酮0.2％，葡萄糖0.6％，nh4cl 0.2％，kh2po4 0.01％，mgso4

12、0.05％，nacl 0.02％，caco3 0.3％，nahco3 0.2％，酵母膏0.01％，ph维持在7.2-7.8之间。

13、所述的聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的菌剂在降解聚乙烯吡咯烷酮中的应用。

14、一种包含聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的菌剂，所述菌剂是通过发酵培养人苍白杆菌(ochrobactrum anthropi)zc2304-jx，发酵培养液出罐后包装即可得到聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌菌剂，所述菌剂中聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌有效活菌可达109个/ml以上。

15、所述的聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌或者聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌菌剂在降解聚乙烯吡咯烷酮污染物中的应用。

16、所述的聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌或者聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌菌剂在工业废水处理中的应用。

17、将人苍白杆菌(ochrobactrum anthropi)zc2304-jx单菌落或者进行菌株培养后的发酵液，加入到含聚乙烯吡咯烷酮待处理废水中降解聚乙烯吡咯烷酮污染物。

18、将人苍白杆菌(ochrobactrum anthropi)zc2304-jx进行菌株培养后，加入到含聚乙烯吡咯烷酮待处理废水中降解聚乙烯吡咯烷酮污染物。该菌株能够耐受高浓度的聚乙烯吡咯烷酮废水，降解率高。

19、将聚乙烯吡咯烷酮污染物降解菌zc2304-jx发酵液按2.5％～20％的接种量直接加入到聚乙烯吡咯烷酮的生产废水中，降解12～24小时。优选接种量为10％。

20、有益效果：

21、本发明提供的一种聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌能够实现对聚乙烯吡咯烷酮的快速高效降解，对含聚乙烯吡咯烷酮废水生化处理难的问题提供了一个有效的解决途径。对保护生态环境，保护人类健康具有重要的现实意义。同时公开了一种聚乙烯吡咯烷酮污染物高效降解菌的发酵培养工艺，该工艺简单便捷、易于操作，极大程度上降低了中间环节的染菌风险，而且生产成本低、发酵周期时间短、扩培迅速，在生物发酵领域有着广泛的应用前景。