(完整版)EPS(胞外聚合物)性质综合分析

胞外聚合物的提取、组成及其对污泥性质的影响罗曦,雷中方,刘翔(复旦大学环境科学与工程系,上海200433)摘要:胞外聚合物(Extracellular Po ly meric Substances,EPS)即附着于污泥细胞表面的不溶性有机聚合物,主要来源于微生物新陈代谢和细胞自溶。

EPS化学组成十分复杂,其主要成分为多糖和蛋白质(占70%-80%)。

由于EPS极大地影响着污泥絮体的凝聚性质,因此它在控制和改善污泥处理过程中起着举足轻重的作用。

关键词:EPS;提取方法;脱水性能;沉降性能中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:(K)05259(原1002-1264)(2005)05-0038-04EPS Extraction,Composition and Its Effects on Sludge CharacteristicsL UO Xi,L EI Z hong2fang,LI U Xiang(Department of Environmental Science and Engineering,Fudan University,Shanghai200433,China) Abstract:E xtracellular polymeric substances(EPS),some kinds of insoluble organics,are usually attached to sludge cell walls,and derived from bacteria metabolism and cell lysis.The EPS components are very c omplicated,with 70%~80%being attributed to polysaccharides and proteins.Specific extraction methods should be needed f or the e xtraction of EPS from sludge due to the compact binding f orce betw een EPS and cell w alls.O wing to its dominant ef fects on the coagulation properties of sludge flocs,EPS could be some critical factor in sludge handling processes. Key words:EPS;extrac tion methods;dewaterability;settleability胞外聚合物(Extracellular Polymeric Sub2 stances,EPS)是紧密附着在细胞壁上不溶于水的高分子聚合物,必须通过特殊手段才能从污泥中较完整地提取出来。

ａ ｓｒ ｉｇ ｉ ｌ ｄ ｅｔｅ ｔ ｎ ｙ ｔｍ． ｂ ｏｂｎ ｎ ｓｕ ｇ ｒａｍｅ ｔｓｓｅ
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｘｒｃＵ ｌｒ ｌｍｅ ｃｓｂｔｎｅ Ｅ Ｓ ； ｏ ｃｌｆ ｎ ｓｔｅ ｉｔ； ｅ ａｅａ ｉｔ；ｍ ｔｌ ｂ ｏｂｎ ｙｗ ｒ ｓｅｔ ｅ ｕａ ｙ ｒ ｕ ｓ ｃ （ Ｐ ） ｆ ｃｕａ ｏ ；ｅ ａ ｌ ｄ ｗ ｔ ｂｌｙ ｅａ ａｓｒｉｇ ａ ｏ ｐ ｉ ａ ｌ ｉ ｌ ｆｂ ｉ ｙ ｒ ｉ
要 来源于微 生物 的新 陈代谢和细胞 自溶 ， 主要是 由多聚糖 、 白质 、 酸和腐殖 酸等组成。分析 了 Ｅ Ｓ在 污泥 蛋 核 Ｐ
处理 系统 中对 污泥的絮凝性能 、 降性 能、 沉 脱水性能及 重金 属吸 附性的影响。 关键词 ： 胞外聚合 物 ； 絮凝性能 ； 降性 能； 沉 脱水性能 ； 重金属吸 附
能、 沉降性能、 脱水性能和对重金属的吸附性能存在 ２ 影响 Ｅ Ｓ Ｐ 组分 的因素 重要 影响。鉴于胞 外 聚合 物在 污 水 污泥 处理 系统 中 有 非常重要的作用 ， 因此受 到 了各 国学者 的关注 。 Ｅ Ｓ呈高度的动态性 、 Ｐ 其中核酸和酸 陛多糖是最 易变的物质。通常在适宜的条件下 Ｅ Ｓ Ｐ 产量丰富 ， 但 １ 胞外聚合物 （ Ｐ ） Ｅ Ｓ 的产生和组成 在衰减期 或 内源 呼 吸期 又成 为 细 胞 的 营 养被 消 耗 。 胞外聚合物是微生物在一定 的环境条件下 ， 在 因此 ， 其成分和含量是合成与消耗两个动态过程共同 作用的结果 。基质类型、 ］ 溶解氧（ Ｏ 、 Ｄ ）污泥停 留时 代谢过程中分泌 的包围在微生物细胞壁外的高分子 化合物。人们认为微生物新 陈代谢、 进水基质 和细 问（Ｒ ） Ｓ Ｔ 和有机复合率是最主要的影响因素。 胞溶解是 Ｅ Ｓ的主要来源。其有 机物部分主要 由 Ｐ ３ Ｅ Ｓ对污泥性质的影响 Ｐ 多聚糖 、 蛋白质、 核酸和腐殖酸组成。其中多聚糖 和 蛋白质占整个 Ｅ Ｓ质量的 ７ ％ 一 ９ ２。各种污 Ｐ ５ ８ ％Ｌ Ｊ Ｅ Ｓ通过连接细胞和其他物质以稳定污泥的絮 Ｐ 体结构， 为微生物 提供 最基本 的生长条件。所 以 ， Ｅ Ｓ能够 改变 污 泥表 面 电荷 、 水 性 、 粒 粒 径 、 Ｐ 疏 颗 絮

胞外聚合物在环境工程中的研究进展摘要：胞外聚合物（EPS）具有易于生物降解、高效、无毒、无二次污染等优点，被认为是传统化学聚合物的潜在替代品。

近年来，胞外聚合物在水处理、化工冶炼等方面的应用越来越受到人们的重视。

在这种背景下，关于EPS的文献信息分布广泛，非常稀少。

因此，本文主要分析胞外聚合物在环境工程中的研究。

关键词：聚合物；污水处理；污泥特性；应用前景引言胞外聚合物（EPS）是广泛存在于活性污泥絮体、生物膜和颗粒污泥等微生物聚集体细胞外的聚合物，主要由微生物在一定条件下释放的多糖、蛋白质、核酸、腐殖质等高分子物质聚合而成。

它不仅能形成一个缓冲层为微生物创造稳定的生存环境，还能在细胞缺乏营养物质时，充当底物供细胞存活。

尽管采用活性污泥法处理污水已经超过百年，但是针对作为活性污泥重要组成部分的EPS的机理研究还不透彻。

笔者通过综述近年来EPS在水处理领域的研究进展，讨论了EPS在生物膜和颗粒污泥形成中的作用，以及对污水生物处理的影响机制和EPS调控方面还需解决的问题，以期为今后的相关研究和应用提供参考。

1、EPS在脱氮除磷中的作用强化生物除磷以其经济、可持续等优点被广泛应用。

通常认为，强化生物除磷是由于聚磷菌在厌氧释放磷酸盐，好氧过量吸收磷酸盐，并以聚磷酸盐的形式储存在聚磷菌中，从而达到除磷效果。

然而近年来的研究表明，胞外聚合物（EPS）也在这个过程中起作用。

不同的EPS提取方法检测活性污泥及颗粒污泥EPS中磷含量，发现颗粒污泥EPS中磷含量比活性污泥EPS中磷含量高，污泥中EPS总含量越高，其在磷积累中所占的比例也就越大（EPS中磷占到了颗粒污泥磷积累的45.4%）。

表明磷的积累在强化生物除磷的EPS中是不可忽略的。

EPS中的磷主要包括正磷酸盐（orthophosphate，简称Ortho-P）、焦磷酸盐（pyrophosphate，简称Pyro-P）和聚磷酸盐（polyphosphate，简称Poly-P）。

由假单胞杆菌发酵产生的胞外多糖，又称结冷胶，在食品工业上可作为增稠剂、稳定剂。
由野油菜黄单胞杆菌发酵产生的胞外多糖，又称黄原胶，是性能优越的生物胶，同样也在食品工业中作为增 稠、稳定剂。谢谢观看特性和用途乳酸菌
其他
1982年日本学者Shio mi等人报道乳酸菌胞外多糖具有抗肿瘤作用。乳酸菌胞外多糖抗肿瘤的机理有以下几 个方面：
1、影响血液供应，鉴于细胞素引起肿瘤细胞组织缺血性坏死； 2、刺激某种器官或组织，分泌一种物质攻击肿瘤细胞； 3、细胞膜接触抑制作用，肿瘤细胞表面具有很强的负电荷，而有些多糖可以结合这些电荷，使细胞表面被 “中和”，从而有利于细胞接受信号终止分裂。 乳酸菌胞外多糖可能由于其作为生命物质前体，具有激活动物免疫功能的作用。其增强免疫力机理有以下几 个方面： 1、促进免疫器官的增重，达到促进非特异性免疫功能的作用； 2、引起迟发型变态反应，促进细胞免疫； 3、提高巨噬细胞清除异物的能力，提高机体的非特异性免疫力； 4、体液免疫功能的促进作用；
基本介绍
胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)：是一些特殊微生物在生长代谢过程中分泌到细胞壁外、易与菌体分 离、分泌到环境中的水溶性多糖，属于微生物的次级代谢产物。对微生物的生长有重要意义。
胞外多糖主要分为两个类别：由一种单糖构成的同多糖和由两种以上的单糖构成的杂多糖。因为其安全无毒， 理化性质独特，特异性优良而备受人们的。早在19世纪后半期就已确定微生物合成胞外多糖的事实，人们已经测 定胞外多糖组分的菌种达79属168种以上。与其对应的还有胞壁多糖和胞内多糖。
胞外多糖
生物学科术语
目录
01 基本介绍
02 特性和用途
乳酸菌胞外多糖(Exopoly Saccharides，EPS)是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外常渗于培养基的 一类糖类化合物，有的依附于微生物细胞壁形成荚膜，称为荚膜多糖；有的进入培养基形成粘液，称为粘液多糖， 它们都是微生物适应环境的产物。近几十年来，由于微生物胞外多糖在产品结构、性能及生产方面所具有的特别 优势而得到大力研究和开发，新的微生物胞外多糖的开发已成为工业微生物研究的热点之一。由于乳酸菌是食品 级工业生产菌，与其他菌相比安全性高，所以近年来对乳酸菌胞外多糖的研究逐渐增多。但产量低，菌株稳定性 差，仍是制约其大规模生产的主导因素。各国科学家试图用基因工程的手段构建高产菌株，但仍没成功。乳酸菌 胞外多糖可赋予发酵乳制品特殊的质构和风味，起到安全的食品添加剂的作用，它还有可能成为食品级多糖的一 个良好来源而广泛用于各种食品的增稠、稳定、乳化、胶凝及持水。胞外多糖还具有生物活性如免疫活性、抗肿 瘤和抗溃疡，可应用于医药领域。

EPS原料有什么性质和特点？
EPS原料为苯乙烯均聚物。

无色透明、高光泽。

加工性、着色性、刚性和电绝缘性良好，但质脆易裂。

耐酸碱、氧化还原剂、醇类和洗涤剂，不耐烃类和氯烃类溶剂。

拉伸强度36～52MPa，弯曲模量2620～3380MPa，悬臂梁缺口冲击韧性19～24J/m。

热变形温度76～94℃。

体积电阻率1017～1019Ω·cm，介电常数(50～106Hz)2.2～2.7，介质损耗正切(50～106Hz)0.0001～0.0002，介电强度19.7kV/mm。

系由苯乙烯在引发剂存在下进行自由基聚合得到。

工业生产均用连续本体聚合法。

主要用作音像制品和光盘磁盘盒，灯具和室内装饰件，高频电绝缘零件。

其双轴取向薄膜为包装和电器工业的主要材料。

EPS原料一种热塑性树脂。

无色、无臭、无味而有光泽的透明固体。

密度 1.04~1.09。

溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等。

但在丙酮中只能溶胀。

具有耐化学腐蚀性、耐水性和优良的电绝缘性和高频介电性。

缺点是耐热性低，耐光性差，性脆，易发生应力开裂。

主要用于加工成塑料制品如无线电、电视、雷达等的绝缘材料，并用于制硬质泡沫塑料、薄膜、日用品、耐酸容器等。

由苯乙烯经本体法或悬浮法聚合而成。

胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中的作用探析胞外聚合物是一种广泛存在于微生物体内或外的生物大分子，它们由多种有机物质通过微生物菌体自身产生合成而成。

胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中扮演着重要的角色。

本文将对胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中的作用进行探析。

一、胞外聚合物的种类及组成胞外聚合物广泛存在于许多微生物体内或外，常见的有多糖类聚合物、蛋白质聚合物和DNA聚合物等。

其中，多糖类聚合物是最常见的胞外聚合物。

多糖类聚合物包括胞外多聚糖（EPS）、胞外聚合物（ECP）、胞外纤维素（EC）、胞外蛋白质和胞外DNA等。

它们通常由底物、酚类化合物、氨基酸、酸类、糖类和脂肪酸等有机物质合成而成。

1.形成吸附层多糖类聚合物在微生物细胞表面形成一层粘附层，使细胞表面变得黏性。

这种吸附层可以协助微生物吸附和吸收药物，从而提高微生物吸收药物的效率。

2.提供细胞保护胞外聚合物可以为微生物提供保护，从而防止药物的破坏。

例如，胞外多聚糖可以作为抗氧化剂保护微生物细胞中的酶、蛋白质和DNA不受氧化损伤的影响，从而提高微生物的存活率。

3.提高微生物稳定性胞外多聚糖能够提高微生物的稳定性。

在处理药物时，微生物需经过紧密排列和接触，产生的振动、压力和搅拌等力量很容易对细胞造成损伤。

胞外多聚糖在这种情况下可以提供保护作用，减轻微生物细胞的受损程度，并提高微生物的存活率。

4.促进微生物代谢胞外聚合物可以通过胞外多聚糖等物质作为能源促进微生物的代谢，加速微生物对药物的吸收和利用。

5.增强微生物与细胞之间的亲和力胞外聚合物可以促进药物与微生物之间的亲和力，加强微生物与药物之间的黏附作用，提高微生物的吸收率，从而提高药物的利用率。

基于胞外聚合物的作用机制，人们进行了大量的研究，发现胞外聚合物在微生物细胞吸附药物方面具有广泛的应用前景。

一些研究者便利用胞外聚合物的这些特性，将其应用于微生物细胞的吸附药物中，通过胞外聚合物的增加，提高微生物的吸收效果，提高药物的利用率。

应用与环境生物学报 2009，15 ( 3 ): 347~350Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X2009-06-25DOI: 10.3724/SP.J.1145.2009.00347微生物胞外聚合物(Extracellular polymeric substances ，EPS)是由微生物细胞分泌的一种主要由蛋白质、多糖等成分组成的聚合物. EPS 具有大量电负性基团，可以与多种金属阳离子具有很强的配位络合作用[1, 2]. 例如，Liu 等对活性污泥中提取的EPS 对重金属的吸附作用的研究表明，1 mg EPS 大约去除0.25~1.48 mg 金属离子[4]. 因为微生物在地表环境中普遍存在，且生物量巨大，所以EPS 在环境中普遍存在. 有研究表明，滩涂中每kg 沉积物中EPS 的含量达到四百多mg [3]. 由于EPS 与重金属离子之间很强的络合作用及在水土环境中的广泛存在，EPS 对重金属等污染物的迁移、转化具有十分重要的影响[1]. 然而，目前关于EPS 与重金属相互作用的研究大多数是关于活性污泥所产生的EPS 与重金属之间的络合作用[4, 5]，而对自然界普遍存在的天然生物膜产生的EPS 与重金属之间相互作用的研究还相对有限，如，李鱼等研究了自然水体采集的生物膜对镉、镍、钴等金属的吸附[6, 7].Al 3+在环境中普遍存在，环境中自由态Al 3+的增加会对生态系统产生毒害作用[8]. 通常认为，不同化学形态的重金属在环境中的可迁移性及对生物的有效性和毒性有较大的差别，有机态的金属要比无机态的毒性小[9]. 因此，研究EPS 与Al 3＋之间的络合作用对研究Al 3＋在水环境中的行为归宿及正确评估Al 3+的生态毒理学效应具有重要意义.荧光光谱法由于具备灵敏度高、选择性好、信息量大且藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)与Al 3+的配位作用机理*刘 静1, 3 张道勇1, 2, 3 潘响亮1, 2** 王立英1(1中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室 贵阳 550002)(2中国科学院新疆生态与地理研究所 乌鲁木齐 830011; 3中国科学院研究生院 北京 100049)Characterization of the Complexation Between Al 3+ and Extracellular PolymericSubstances Prepared from Alga-bacteria Bio fi lm*LIU Jing 1, 3, ZHANG Daoyong 1, 2, 3, PAN Xiangliang 1, 2** & WANG Liying 1(1State Key Laboratory of Environmental Geochemistry , Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences , Guiyang 550002, China)(2Xinjiang Institute of Ecology and Geography , Chinese Academy of Sciences , Urumqi 830011, China)(3Graduate University of the Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China)Abstract Three-dimensional excitation emission matrix fl uorescence spectroscopy (3DEEM) and fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were used to study the extracellular polymeric substances (EPS) produced by alga-bacteria biofilm. Three excitation/emission (Ex/Em) fl uorescence peaks at Ex/Em 225~235/300~330 nm (Peak A), 275~280/325~330 nm (Peak B), and 335/432~434 nm (Peak C) were identi fi ed in the 3DEEM, respectively. Peaks A and B were referred to as protein-like fl uorescence and peak C as humic-like fl uorescence. The fl uorescence intensity at both peaks A and B decreased as Al 3+ concentration increased. The values of log K (conditional stability constant) for peaks A and B were 5.89 and 6.95, respectively. It was also found that solution pH strongly affected the fl uorescence intensity at peaks A and B for the Al 3+-EPS complexation. The fl uorescence intensity at peaks A and B increased consistently with solution pH increasing from 2 to 4, decreased with solution pH increasing from 4 to 7, and increased again with solution pH increasing from 7 to 11. FTIR analysis demonstrated that —NH— and C==O groups in EPS were responsible for binding with Al 3+. Fig 6, Ref 21Keywords extracellular polymeric substance (EPS); Al 3+; three-dimensional excitation emission matrix (3DEEM);fl uorescence quenching; Fourier transform infrared spectroscopy; bio fi lm; conditional stability constantCLC X172 : Q936摘 要 利用三维荧光光谱(3DEEM)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)研究了藻菌生物膜EPS 与Al 3+的相互作用机理. 3DEEM 结果表明，生物膜EPS 含有3个荧光峰. 其中，峰A (Ex/Em=225~235 nm/300~330 nm)和峰B (Ex/Em=275~280 nm/325~330 nm)荧光较强，属类蛋白峰，峰C (Ex/Em=335 nm/432~434 nm)荧光较弱，属类腐殖酸峰. 峰A 和峰B 都能不同程度地被Al 3+猝灭，它们的条件稳定常数(log K )分别为5.89和6.95. Al 3+-EPS 体系的峰A 和峰B 荧光强度明显受溶液pH 值的影响. 在pH 为2~4之间时，荧光强度随pH 的增大而增大，在4~7之间随pH 的增大而减小，在7~11之间随pH 增大而增大. FTIR 光谱图分析表明，Al 3+主要与EPS 中所含的—NH—、C==O 等发生强的配位作用. 图6 参21 关键字 胞外聚合物；Al 3+；三维荧光光谱；荧光猝灭；傅立叶转换红外光谱；生物膜；条件稳定常数 CLC X172 : Q936收稿日期: 2008-10-23 接受日期: 2009-02-17*国家“863”项目(No. 2006AA06Z339)，中国科学院“百人计划”项目和国家自然科学基金项目(Nos. 40673070，40872169)资助 Supported by the National High-tech Research and Development Program of China (863 Program, No. 2006AA06Z339), the Program of 100 Distinguished Young Scientists of the Chinese Academy of Sciences, and the National Natural Science Foundation of China (Nos. 40673070, 40872169)**通讯作者 Corresponding author (E-mail: xiangliangpan@)34815 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol 不破坏样品结构等优点被广泛应用于研究各种含有荧光基团的物质与金属离子的相互作用. 由于EPS 中含有蛋白质、腐殖酸等荧光生色团，荧光光谱技术有望成为研究EPS 化学性质及其与阳离子相互作用的重要手段. 目前已经有少数研究者利用三维荧光光谱技术(3DEEM)对EPS 的结构、基本性质进行了初步研究[10, 11]. Sheng 和Yu [10]应用3DEEM 描述了好氧活性污泥和厌氧活性污泥的EPS 的荧光性质，发现了两个类蛋白峰和一个类腐殖酸峰. Adav 和Lee [11]利用3DEEM 研究了用不同方法从颗粒污泥中所提取的EPS 的荧光性质. 他们的研究结果表明，不同的提取方法对所获取的EPS 的组分及相应的荧光性质有着很大的影响. 现有的少数研究大都是对活性污泥的基本荧光性质进行研究，鲜有应用荧光光谱技术来研究EPS 与金属离子的配位作用.生物膜是微藻、细菌等在固体表面通过EPS 等粘附并被EPS 所包被在一起的膜状微生物聚合体. 生物膜在水环境中普遍存在. 本文的主要目的即是利用高灵敏度荧光光谱分析仪和FT-IR 研究藻菌生物膜EPS 的基本荧光特征及其与Al 3+的相互作用机理.1材料与方法1.1 生物膜EPS 的提取藻菌生物膜采集自中国科学院地球化学研究所内的池塘. 生物膜EPS 用高速冷冻离心法分离[11, 12]，这种方法被证实为不破坏细胞[2]. 将生物膜用去离子水洗涤干净后在4 ℃、20 000 r/min 离心20 min. 离心后取上清液冷冻干燥获得EPS 样品，放入冰箱保存备用.1.2 荧光测量参数设置和数据分析EPS 的荧光特征用F-4500荧光仪(Hitachi ，Japan)检测.3DEEM 荧光测量时荧光仪参数设置如下：带通：Ex =5 nm ，Em =10 nm ；响应时间：自动；扫描速度：1 200 nm/min ；扫描光谱进行仪器自动校正. 激发波长范围为Ex = 200~400 nm (间隔5 nm)，发射波长为Em = 250~550 nm (间隔2 nm). 所测结果均扣除实验空白(即相同条件下去离子水的3DEEM). 使用SigmaPlot 2000 (Systat Software, Inc)绘制3DEEM 荧光光谱图，使用Origin 7.0分析二维荧光光谱数据及红外光谱数据.1.3 溶液pH 对Al 3+与EPS 配位作用的影响在10 mL 10 mg/L 的EPS 溶液中加入Al 3+溶液使其最终浓度达到1 mmol/L ，用HCl 和NaOH 溶液将EPS-Al 3+溶液的pH 分别调节为2~11. 每个EPS 溶液样品加入的酸碱试剂最多不超过50 μL. EPS-Al 3+溶液用磁力搅拌器搅拌15 min 后用F-4500荧光仪测定不同峰值处的荧光强度.1.4 Al 3+对EPS 的猝灭实验取10 mg/L 的EPS 溶液置于10 mL 小烧杯中，用微量加样器不断加入Al 3+，同时用磁力搅拌器持续搅拌. EPS 溶液中的Al 3+的浓度控制在0.2~60 μmol/L. 溶液的pH 始终保持在4±0.05. 用同步荧光测定不同Al 3＋时荧光峰的荧光强度.1.5 红外样品的制备EPS 利用冷干燥技术制备，EPS 溶液与Al 3+发生配位作用后用红外灯烘干，并用KBr 压片后用FTIR 仪(岛津IR-408)测定.2 结果与讨论2.1 生物膜EPS 的荧光性质从图1可以看出，藻菌生物膜的EPS 含有2个主要的荧光峰，峰A ：Ex/Em = 225~235 nm/300~330 nm; 峰B ：Ex/Em = 275~280nm/325~330nm ；当EPS 的浓度达到40 mg/L 时，检测到了峰C (Ex/Em = 335 nm/432~434 nm)，根据峰的位置和以往学者们的研究[11, 13~15]，峰A 位于Ⅱ区(含芳香基团的蛋白质)，峰B 位于IV 区(溶解性微生物副产物类)，峰C 位于V 区(类腐殖酸). 峰A 和峰B 都属于类蛋白的荧光峰，峰C 属于类腐殖酸的荧光峰. 与Sheng 等的研究结果[14]相比较，峰B 发生蓝移大约10 nm.从图1-a~c 还可以看出，藻菌生物膜EPS 的类蛋白质成分含量较高，而类腐殖酸物质很低，因此对EPS 与Al 3+相互作用的荧光光谱的研究主要以两个类蛋白峰为研究对象.2.2 pH 对Al-EPS 配位能力的影响在水环境中，pH 不仅是影响荧光峰强度和位置的主要图1 不同浓度EPS 的3DEEM 荧光光谱图Fig. 1 3DEEM of solutions containing different amounts of EPS图2 pH 对EPS 与Al 3+配位作用的影响Fig. 2 Effect of solution pH on binding of EPS with Al 3+3493 期刘 静等：藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)与Al 3+的配位作用机理因素，还是影响Al 的形态的重要参数之一. 图2表明，A 、B 两个峰随pH 的变化基本一致，在pH 2~4随着pH 增大荧光强度增强，在pH 4~7，随着pH 的增大荧光强度减小，但到了pH 7~10荧光密度随pH 的增大而增大. 这主要是因为在pH 2~4时Al 在水溶液中以Al 3+离子状态存在，随着pH 的增大发荧光基团的质子化作用逐渐减弱[16]，而且铝与发光基团络合的作用小于质子化减弱的作用，所以导致荧光强度增强；在pH 4~7时，Al 3+不断把发荧光基团中的H +置换出来[5, 16, 17]，使发荧光基团发生猝灭，使荧光强度减弱；当pH 由7不断增加时，越来越多的Al 3+水解生成AlO 2-，而后者与荧光基团的络合作用很弱，从而导致荧光强度增强.2.3 Al 3+对EPS 荧光的猝灭Al 3+有很高的离子系数和很低的共价系数，因此可以作为配位原子和配位体发生配位反应. 在上面的讨论中可以看出，在pH ＝4时，Al 主要以Al 3+的形式存在，EPS 荧光较强，因此选择pH=4做猝灭滴定实验. 图3是在pH=4的条件下，随着不断加入Al 3+， EPS 的2个荧光峰荧光强度的变化情况. 从图4可以看出，随着Al 3+浓度增加，EPS 的荧光明显地被猝灭. 当Al 3+在EPS 溶液中的浓度为0.2~6 μmol/L 之间时，峰A 、峰B 的荧光强度不断降低；但当Al 3+浓度达到6 μmol/L 之后，随着Al 3+的浓度增加，两个荧光基团的荧光强度基本不变，说明10 mg/L 的EPS 溶液中发荧光的配位体能与大约6 μmol/L 的Al 3+发生配位作用. 为了定量地研究Al 3+与EPS 的配位作用，可以像学者们研究溶解有机质中假定金属与DOM 之间以1:1发生络合作用[18, 19]那样，假定Al 3+与EPS 也以1:1发生络合，利用修正后的Stern-Volmer 方程来计算配位稳定常数：F 0/△F=1/fK [Al]+1/f其中，F 0和F 是EPS 样品在滴加Al 3+前后的荧光强度. △F = F 0－F ，而f 是被Al 3+配位的荧光基团的比例，[Al]为Al 3+浓度，K 是条件稳定常数.从图5可以看出，F 0/△f 与1/[Al 3+]之间都显示出较好的线形关系，峰A 和峰B 的R 2分别为0.761和0.972，说明修正后的Stern-Volmer 方程基本上可以用来描述EPS 与Al 3+的配位作用. 经计算，峰A 和峰B 所在的两个基团的条件稳定常数log K 分别为5.89和 6.95，表明 EPS 与Al 3+有很强的配位能力，即自然图3 EPS 被Al 3+猝灭前(a)和猝灭后(b)的3DEEM 荧光光谱图Fig. 3 3DEEM of EPS before (a) and after (b) quenched by Al 3+图4 Al 3+对EPS 荧光的猝灭Fig. 4 Fluorescence quenching of EPS by Al 3+图5 Al 3＋对EPS 猝灭的Stern-Volmer 方程拟合(a ：类蛋白荧光峰A ；b ：类蛋白荧光峰B)Fig. 5 Stern-Volmer curves for fl uorescence quenching of EPS by Al 3+at peak A (a) and peak B (b)35015 卷应 用 与 环 境 生 物 学 报 Chin J Appl Environ Biol环境中藻菌生物膜的EPS 是Al 3+的强配位体.2.4 EPS 与Al 3+作用的红外特征由图6-a 可以看出，EPS 主要有N—H 和O—H 的伸缩振动(3 500~3 100 cm -1)、C—H 的伸缩振动(2 928.8 cm -1)，C==O 的伸缩振动(1 648.5 cm -1)，CH 2的弯曲振动(1 428.2)，多糖中C—O—C 的伸缩振动(1 150~1 030)及指纹区(<1 000 cm -1). EPS 与入Al 3+配位之后(图6-b)，N—H 、O—H 、C==O 的峰几乎都消失，说明EPS 中的N—H 、O —H 、C==O 参与了A l 3+的配位作用[20, 21].3 结 论3.1 藻菌生物膜EPS 的荧光峰主要由类蛋白物质产生. 3.2 EPS 中类蛋白物质与Al 3+具有较强的配位作用. 3.3 pH 值对Al 3+-EPS 体系的配位作用影响明显，pH 在2~4之间时，峰A 、B 两个荧光基团的荧光强度随pH 的增大而增大，4~7之间时随pH 的增大而减小，7~11之间时随pH 增大而增大. 3.4 EPS 中N—H 、C==O 等基团参与Al 3+的配位作用.References1Zhang DY (张道勇), Zhao YS (赵勇胜), Pan XL (潘响亮). The roleof EPS in removing cadmium in sewage by algae-bacteria bio fi lm. Res Environ Sci (环境科学研究), 2004, 17 (5): 52~552Zhang DY, Wang JL, Pan XL Cadmium sorption by EPSs produced by anaerobic sludge under sulfate-reducing conditions. J Hazardous Mat , 2006, 138: 589~5933Kuwae T, Hosokawa Y. Determination of abundance and biovolume of bacteria in sediments by dual staining with 49, 6-diamidino-2-phenylindole and acridine orange: Relationship to dispersion treatment and sediment characteristics. Appl & Environ Microbiol , 1999, 65 (8): 3407~34124 Liu Y, Lam MC, Fang HHP. Adsorption of heavy metals by EPS of activated sludge. 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细胞代谢物eps全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：EPS（Exopolysaccharides）是一种由细胞合成并分泌到环境中的大分子糖类化合物，在微生物生态系统中具有重要作用。

EPS不仅是微生物体外结构的主要成分之一，而且在微生物的生长、代谢和免疫应答中发挥着重要作用。

EPS在生物技术和药物开发领域具有广泛的应用前景，因此对EPS的研究和开发具有重要意义。

EPS是由细胞合成并分泌的多糖类化合物，包括多种糖类单体和醛酮基团。

EPS的合成以多种单糖单体（如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等）为原料，通过不同的合成途径形成不同结构的EPS。

EPS的结构种类繁多，具有不同的物理化学性质和生物活性，可作为药物载体、抗菌剂、抗氧化剂等用于多种领域。

EPS在微生物生态系统中具有多种生理功能，如细胞保护、养分吸收、环境适应等。

EPS对微生物的附着、生长和生态环境的响应起着关键作用。

EPS作为微生物的外部保护结构，在细胞免疫和致病机制中发挥着重要作用。

EPS在微生物与宿主相互作用中发挥着重要作用，对宿主的免疫应答和疾病发生有一定影响。

EPS在生物技术与药物开发领域具有广泛的应用前景。

EPS可作为药物的载体和保护剂，增强药物的稳定性和生物利用度。

EPS还具有抗菌、抗肿瘤、抗炎症等生物活性，可作为药物的活性成分。

EPS在生物技术领域也有重要应用，如在环境工程中作为生物吸附剂、凝聚剂等。

EPS在微生物生态系统中具有重要作用，在药物开发和生物技术领域有广泛的应用前景。

对EPS的研究和开发有助于深入理解微生物的生态功能和药物的作用机制，促进相关领域的发展和应用。

EPS的研究是一个富有挑战性和前景的领域，值得进一步深入研究和开发。

【文章达到要求，这里建议可以对EPS的应用领域以及未来研究方向进行更为深入的探讨和展望】。

第二篇示例：细胞代谢物EPS是由微生物细胞合成的、具有多样性结构和功能的多糖化合物。

EPS在微生物体内起着保护细胞、吸附营养物质和环境适应等多种重要功能，是微生物生存和发展的关键物质。

EPS（聚苯乙烯泡沫）1概述聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene简称EPS）是一种轻型高分子聚合物。

它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。

其加工方法按发泡方式的不同可分为模式法与挤出法。

这种均匀封闭的空腔结构使EPS具有吸水性小，保温性好，质量轻及较高的机械强度等特点。

北欧在20世纪60年代后期开始将EPS用于土木工程。

1971年挪威国家道路研究实验室（NRRL）首次在FLOM大桥引道改造工程中用EPS代替1m厚普通填料，成功控制了桥头段的不均匀沉降。

因总体经济和质量效果好，20世纪80年代用量迅速上升，瑞典、日本、荷兰等国家已在公路项目中使用EPS。

我国1995年在杭甬高速公路望童跨线桥桥头路堤首次使用EPS。

2EPS的物理力学特性1.1 密度EPS的密度由成形阶段聚苯乙烯颗粒的膨胀倍数决定，一般介于10~45㎏/m3之间，作为工程中使用的EPS表观密度一般在15~30㎏/m3。

目前在道路工程中用作轻质填料的EPS 密度为20㎏/m3，为普通道路填料的1%~2%。

密度是EPS的一个重要指标，其各项力学性能几乎都与它的密度成正比关系。

1.2 变形特性根据试验，EPS在三向应力状态下和单向应力状态下的受压过程基本类似，当轴向应变εa=5%时，应力应变曲线出现明显转折，EPS开始表现出弹塑性。

当围压很小时，对应力应变关系和屈服强度的影响是有限的。

当围压超过60KPa时，屈服强度明显下降，显然与土的变化规律不同。

当轴向应变εa≤5%时，无论围压是多大，体积应变εv接近于轴向应变εa，即EPS侧向变形小，也即泊松比小。

容重γ=0.2～0.4kN/m3的EPS的弹性模量Es在2.5～11.5MPa之间。

广东省淡澳河大桥引道工程EPS填筑高度超过4m，使用的EPS容重为0.2kN/m3。

为最大限度地减少工后沉降,铺筑完EPS材料层后，在其上填土1.2m进行预压。

EPS的有关内容综述1. EPS的提取与检测（1）EPS的提取方法EPS的提取方法主要分为物理法和化学法。

物理法是借助物理外力对EPS 进行提取，主要包括离心法、超声波法和热提取法；化学方法是通过添加化学试剂对EPS进行提取，常用的方法包括NaOH法、EDTA法和阳离子交换树脂法等。

不同的提取方法得到的EPS含量及其组成都存在着明显差异。

化学法对于提取EPS是较有效的方法，但使用化学试剂提取EPS会对产物造成污染。

物理法会影响分子量的分布，普遍存在提取效率低的缺点。

（2）EPS的检测方法EPS的主要组成成分为蛋白质和多糖。

EPS中的多糖含量通常采用苯酚-硫酸法进行测定。

蛋白质的含量一般采用Lowry法测定，用牛血清白蛋白做标准曲线，虽然该方法测定过程较费时，但是灵敏度较高，结果相对准确。

2. EPS的成分组成及其作用EPS的组成成分主要包括了多糖、蛋白质、核酸、脂类和腐殖质等，其中多糖和蛋白质含量最多，并且其研究得也比较深入。

（1）胞外多糖EPS中的胞外多糖分布于颗粒内以及菌胶团的细胞间隙中，而且具有支撑微生物聚合并维持完整性的生理功能，通过架桥作用使生物群体形成交叉的网状结构，与颗粒表面缠绕的丝状菌嵌合形成颗粒污泥。

其中，β-多糖分布在整个好氧颗粒中，α-多糖和类脂主要在颗粒外层。

通过对颗粒进行酶解处理发现，β-多糖的水解会导致好氧颗粒的分解，而α-多糖、蛋白质和和类脂选择性酶处理对颗粒污泥结构影响不大，故推测出EPS中的β-多糖构筑了促进稳定的颗粒结构形成的网状骨架，包裹蛋白、类脂、α-多糖以及细胞等支撑污泥颗粒结构稳定。

此外，颗粒污泥中的EPS以及所富集的胞外多糖取决于pH值的溶胶-凝胶转变现象，颗粒EPS凝胶强度与蛋白含量无关，而胞外多糖或糖苷是颗粒污泥的黏结剂，对污泥颗粒化过程起着很重要作用。

（2）胞外蛋白由于大多数的胞外蛋白具有疏水氨基酸，这些氨基酸具有带正电的官能团，能够中和具有亲水性的胞外多糖和DNA中的糖醛酸和羧酸、磷酸根等的负电荷，降低污泥表面的电负性，从而降低了污泥间的静电斥力，可加强了污泥表面的疏水性，从而促进污泥的颗粒化。

染料的生物污泥吸附及胞外聚合物(eps)的作用1污泥吸附污泥是污水处理中最常用的水处理技术之一，其主要操作原理是通过污泥的聚集结合，以及各种化学和物理机制，来达到净化水质的目的。

目前，污泥是国际上最常用的水处理技术，广泛应用于处理各种污染物，如有机物、重金属、悬浮物等。

污泥可以吸附污染物，并将其限制在污泥中，从而有利于实现净化效果。

一般来讲，污泥吸附水中污染物主要是以两种方式发生：1)化学吸附：污染物与污泥表面的原子之间发生电子反应产生负电荷，使污染物与污泥之间迅速形成强烈的结合。

2)物理吸附：污染物与污泥表面的空隙相互作用，使污染物不能再流失，从而达到吸附污染物的作用。

污泥吸附的机制可以分为以下几种：1)表面物理吸附：当水中的污染物与污泥表面的空隙相互作用，使污染物无法再流失。

2)酸性，碱性动力：污泥中的酸性或碱性物质与污染物之间发生作用，使污染物在污泥中聚集，便于被吸附。

3)胶体吸附：一些有机物可以被污泥所吸附。

4)质子交换：污泥中的质子可以用作“中介”，与污染物发生交换，限制污染物在水中流失，使其被污泥吸附。

2胞外聚合物(EPS)的作用胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，EPS），又称外源聚合物，是细菌体内的一种多糖聚集物，由多种成分（如蛋白质、类多糖、多肽、细胞壁多糖、脂肪酸等）共同组成。

它可以在微生物膜和菌丝间连接，并起到表面结合、保护和抗水化作用。

研究表明，细菌体外的EPS可以吸附染料并实现污染物的去除。

实验中发现，EPS的吸附能力高于污泥和纤维素，能够帮助净化水质。

在染料吸附技术中，使用外源聚合物（EPS）有多种优势。

首先，聚合物的表面结构紧凑，可以吸附污染物并使其保持在表面，使污染物无法再流失，从而达到减少污染物的目的。

其次，细菌体外EPS在结晶度、表面性能、结构等方面都逊于灰黑污泥，能够尽可能多地限制污染物的流失，更加有效地去除污染物。

综述：在生物废水处理系统中微生物聚集体中的胞外聚合物（EPS）盛国平a 俞汉青a 李晓燕ba中国科技大学化学学院，230016，中国合肥b香港大学土木工程部，薄扶林道，香港摘要：在本文中给出了关于生物废水处理反应器中微生物聚集体中的胞外聚合物的定义、提取、特点、产量及功能方面的内容。

EPS是微生物分泌的高分子聚合物的混合物，是由细胞溶解或从废水中吸收有机物产生的。

他们是微生物聚集体中维持其聚集在三维矩阵的一个重要部件。

研究发现EPS中主要成分（碳水化合物、蛋白质、腐殖质物质、核酸）的特点（例如：吸附能力、生物降解能力、亲水性及疏水性）和含量对微生物聚集体性能有非常重要的影响，例如物质转移、表面特征、吸附能力、稳定性、微生物聚集体的形成等。

然而，由于EPS是非常复杂的，已知关于EPS方面的知识是远远不足的，仍然需要做大量的工作来充分了解他们在生物处理过程中的确切作用。

关键词：胞外聚合物提取微生物聚集体污泥稳定性表面特性废水处理目录1. 引言1.1 EPS的定义1.2 EPS的组成1.3 EPS的空间分析2. EPS的提取2.1 EPS提取方法的评估2.2 合理提取方法的选择3.分析方法3.1 传统化学比色法分析3.2 创新方法4.EPS的特点4.1 EPS的吸附特性4.2 EPS的生物降解性能4.3 EPS的亲水性/疏水性5. 影响EPS产量的因素5.1 底物类型5.2 营养成分含量5.3 生长阶段5.4 外部条件6. EPS与微生物聚集体功能之间的关系6.1 微生物聚集体的物质转移6.2 微生物聚集体的表面电荷6.3 微生物聚集体的絮凝性能6.4 微生物聚集体的沉降性能6.5 微生物聚集体的脱水性能6.6 微生物聚集体的稳定性能6.7 微生物聚集体的粘附性能6.8 微生物聚集体的形成7. 未来的工作需要致谢参考文献1.引言在生物废水处理系统中，大多数微生物以微生物聚集体的形式存在，例如：污泥絮体、生物膜及颗粒。

不同方法提取活性污泥胞外聚合物的特性分析吴桂荣;储昭瑞;荣宏伟;谭炳琰【摘要】本研究采用超声法、甲醛+ NaOH法、Na2CO3-加热法、NaOH+加热法和CER法等5种方法提取普通活性污泥的EPS.通过傅里叶红外光谱、三维荧光光谱对不同方法提取的EPS进行特性分析,并利用平行因子分析法的结果对EPS的EEM光谱信号进行分析.NaOH+加热法和Na2CO3+加热法提取EPS所得的蛋白质和多糖总含量是几种方法中较高的.甲醛+ NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法3种EPS提取方法所得的红外光谱特征峰相对于超声法、CER法所获得的EPS特征峰更明显.从三维荧光光谱图可得:不同方法提取EPS的信号峰位置也不尽相同.从平行因子法分析可得:EPS中的色氨酸可通过CER法提取获得,EPS 中的络氨酸可通过超声法和CER法提取获得,EPS中的类蛋白质类物质可通过超声法、甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取获得.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(016)006【总页数】7页(P77-83)【关键词】胞外聚合物;三维荧光光谱;平行因子分析法;活性污泥【作者】吴桂荣;储昭瑞;荣宏伟;谭炳琰【作者单位】广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006;广州大学土木工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】X703随着环境污染的加剧，污水处理日益受到民众的关注.污水厂处理污水过程产生的污泥量也急剧上升，成为一个急需解决的难题.研究表明，在活性污泥中，大多数微生物以菌胶团的形式存在；在细胞的周围，具有大量的黏性物质存在，即胞外聚合物(EPS).EPS由细胞分泌的高分子聚合物组成，主要有蛋白质、多糖、核酸、腐殖质等成分[1].活性污泥胞外聚合物(EPS)上的各种官能团，如羰基、羟基、羧基等，在很大程度上影响着污泥絮体结构、脱水性能、沉降性能、重金属的吸收性能，具有重要的环境意义[2].因此，采取有效的提取方法，分析活性污泥EPS的成分，研究EPS对污水处理性能影响和微生物的形态具有重大的意义.污泥的提取方法很大程度上影响了EPS的提取量和成分.目前EPS的提取技术可分为物理法、化学法等，常见的方法有超声法、甲醛-NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法、阳离子交换树脂法(CER)等.但EPS采用不同的提取方法，所得出的EPS成分也不尽相同，一种高效的提取方法难以建立，因此,实验所得出结论的解释和比较具有一定的局限性.本研究旨在通过各种分析手段对不同的提取方法进行比较，得出不同提取方法所得的胞外聚合物成分之间的差别，对未来的胞外聚合的研究提供重要参考.1 材料与方法1.1 污泥的来源污泥取自广州市沥滘污水厂二沉池的活性污泥，具有絮凝性，沉降性能良好，易于沉淀.污泥浓度为4 842 mg·L-1，SVI为89 mL·g-1,含水率为97%.1.2 胞外聚合物(EPS)的提取方法胞外聚合物(EPS)在提取之前先做如下预处理：即取50 mL的污泥液在4 ℃，4 000×g的离心力下离心污泥20 min，并倒掉上清液，收集污泥.补充超纯水至50 mL，重复上述操作2次，最后一次收集的沉淀物进行下一步操作.接着用不同的方法提取胞外聚合物(EPS)：超声法是在0 ℃的温度下以45 W的功率用脉冲超声波去混匀混合物10 min后，离心过滤提取所得的胞外聚合物(EPS)[3].甲醛+NaOH法是加0.3 mL 37%的甲醛溶液，并储存于4 ℃的冰箱中1 h，然后加20 mL 1 M 的NaOH溶液到污泥悬浮液中，并储存于4 ℃的冰箱中，3 h后离心过滤提取所得的胞外聚合物(EPS).Na2CO3+加热法是在80 ℃的水浴加热下加入0.25 g无水Na2CO3或者0.67 g Na2CO3·10H2O以保证Na2CO3溶液浓度为0.5%，并在400 rpm的转速下搅拌混合液35 min后离心过滤提取所得的胞外聚合物(EPS).NaOH+加热法是加20 mL 1 M的NaOH溶液到污泥悬浮液中并储存于4 ℃的冰箱中3 h，然后在400 rpm的转速和80 ℃的温度下搅拌混合液35 min，离心过滤提取所得的胞外聚合物(EPS).CER法是加入阳离子交换树脂(本试验采用的树脂为732纳型阳离子交换树脂)约60 g·g-1 VSS于烧杯中(实验开始前测量MLVSS)，在4 ℃下200 rpm的转速下搅拌12 h后离心提取过滤所得的胞外聚合物(EPS)[4].1.3 多糖、蛋白质和UV254的测定方法胞外聚合物中多糖的测定采用硫酸-苯酚法[5]，蛋白质的测定采用改良型BCA法[6].UV254是在波长254 nm下测得的各个EPS提取液的吸光度值.1.4 傅里叶红外光谱分析取适量EPS提取液进行冷冻干燥，将冷冻干燥后的粉末与KBr进行1∶100混合均匀后，用Tensor27傅里叶红外光谱仪进行扫描，分辨率为0.4 cm-1，测定波长范围为400～4 000 cm-1[7].1.5 三维荧光光谱扫描荧光光谱采用的是(F-4500，Hitachi)荧光分光光度计，光源为氙灯，光电倍(PMT)为700 V.首先，为了消除内滤效应对测量结果的影响，须将待测的EPS用超纯水稀释至0.1 cm-1以下.然后，上机进行三维荧光扫描，发射波长的扫描范围从250 nm到550 nm,步长为2 nm，激发波长的扫描范围从220 nm到450 nm，步长为5 nm，发射光和激发光的狭缝宽度均为5 nm，扫描速度为2 400 nm·min-1.扫描结果的分析和光谱图的绘制使用MATLAB2014a完成.1.6 PARAFAC分析平行因子(PARAFAC)分析法最先由BRO提出，它是以三线性分解理论为基础，将三维荧光光谱的高阶部分分解为3个线性结构部分，剩余部分分解为噪声，因而识别出各个荧光组分的特征及浓度[8].平行因子分析法参考STEDMON等[9]提出的分析方法和DOMFluor分析工具.首先，剔除信噪比比较高的部分，并将瑞利散射的数值归零以消除瑞利散射对平行因子分析的影响.然后，将荧光组分从2到7下的平行因子矩阵分别计算，并考虑残差分析、各种荧光组分的光谱特性.最后，根据CHEN等[10]提出的各类物质三维荧光信号对应关系，确定各个组分所对应的荧光物质.2 结果与讨论2.1 EPS成分分析和UV254的测定胞外聚合物(EPS)的主要成分有蛋白质、多糖等.图1比较了5种不同提取方法下蛋白质和多糖的含量变化，一般情况下以蛋白质和多糖的总含量来衡量EPS的提取量.从图1可以看出，甲醛+NaOH法提取EPS的蛋白质和多糖的总含量为117.24 mg·g-1VSS，为所有提取方法中最低的，而NaOH+加热法提取EPS的蛋白质和多糖的总含量为326.41 mg·g-1VSS，是甲醛+NaOH法提取EPS的蛋白质和多糖的总含量的2倍以上.NaOH+加热法和甲醛+NaOH法提取EPS过程中都加入相等量的NaOH，但2者提取所得蛋白质的含量相差巨大，说明在提取过程中加热有助于提高EPS的提取量.NaOH+加热法和Na2CO3+加热提取EPS的蛋白质和多糖的总含量分别为326.41 mg·g-1VSS和254.68 mg·g-1VSS,NaOH+加热法的EPS提取量高于Na2CO3+加热法是因为NaOH的投加量多于Na2CO3，会导致溶液的pH更高，从而加强EPS酸性基团的分离和带负电荷EPS分子之间的排斥，因而会增加EPS在水中的溶解性，易于提取更多的EPS[11].Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取EPS蛋白质的含量分别为225.25 mg·g-1VSS、293.47 mg·g-1VSS，而超声法、甲醛+NaOH法、CER法提取EPS蛋白质的含量分别为151.72 mg·g-1VSS、90.00 mg·g-1VSS、118.24 mg·g-1VSS.Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取EPS蛋白质的含量比超声法、甲醛+NaOH法、CER法提取EPS蛋白质的含量高出48.46%以上，而5种不同提取方法提取的多糖量差别不大，说明Na2CO3+加热法、NaOH+加热法在提取EPS 的过程中比甲醛+NaOH法、超声法、CER法更易于获取更多的蛋白质.从上述可以得出，NaOH+加热法提取EPS所得蛋白质和多糖的量是这几种方法中最多的. EPS中的一些有机物，可以采用UV254的数值作为它们含量的替代参数.分析表明：分子量越大的有机物在波长为254 nm处有较高的吸收峰，特别是分子量大于3 000以上的有机物是紫外吸收的主体，而小于500的有机物紫外吸收很弱[12].因此，UV254越高，表明EPS中的分子量大于3 000以上的有机物含量越高.从图1中的数据可以得出：Na2CO3+加热法、NaOH+加热法的UV254数值最高，达到5，而CER法的UV254数值最低，只有1.334,甲醛+NaOH法的UV254数值也不算太高.从所测的UV254数值来看，CER法、甲醛+NaOH法的所提取的有机物含量不太高，而Na2CO3+加热法、NaOH+加热法所提取的有机物含量相对较高，跟上述所测的蛋白质和多糖总含量所得出的结论基本一致.图1 不同方法对EPS各个成分提取量和UV254数值的比较Fig.1 Comparison of extraction of EPS and UV254 by five different methods 2.2 傅里叶红外光谱分析将EPS溶液冷冻干燥，进行傅里叶红外光谱扫描，得到EPS中各种基团的扫描图.从图2可以得出，这几种方法提取的EPS都含有-OH、-CH、=CH、C=O等活性基团，而且C=O和-OH对应的强频段存在很强的吸收峰.这充分表明了几种提取方法提取所得的官能团都能含有胞外聚合物所对应的相应物质.不同方法提取EPS所含有的EPS基团的吸收峰强度有不同.甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法的红外光谱图的吸收峰强度相对于超声法、CER法强，说明这3种EPS提取方法相对于其他2种方法所获得的EPS提取液在相对应位置的官能团的浓度更高.图2 不同方法提取EPS的红外光谱Fig.2 Infrared spectrum of EPS extracted by five different methods2.3 三维荧光光谱(EEM)胞外聚合物(EPS)的活性成分复杂，包含有大量的芳香类结构和不饱和的脂肪酸链，且这些结构都具有内源荧光特性.因此，可以采用三维荧光光谱(EEM)来分析识别和表征胞外聚合物(EPS)中的这些荧光物质.5种方法提取胞外聚合物(EPS)的三维荧光光谱见图3，可以看出,甲醛+NaOH法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为250～300 nm和300～350 nm之间各有一个信号峰，比Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取所得的胞外聚合物(EPS)多了一个在Ex为250～300 nm处的信号峰.Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为250～300 nm和300～350 nm之间只有一个信号峰，即Ex=300～350 nm处的信号峰.但Na2CO3+加热法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex=300～350 nm处信号峰的荧光强度强于甲醛+NaOH法和NaOH+加热法，说明Na2CO3+加热法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为300～350 nm处信号峰所代表的物质具有更高的物质浓度.CER法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为250～300 nm处有一个信号峰，其信号峰的荧光强度高于其他4种方法提取所得的胞外聚合物(EPS)在该处信号峰的荧光强度，即CER法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为250～300 nm 处信号峰所代表的物质具有更高的物质浓度.超声法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为250～350 nm的位置却没有信号峰.CER法和超声法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex<250 nm处的位置有一个信号峰，而其他3种方法提取所得的胞外聚合物(EPS)在相同的位置却没有，CER法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex<250 nm处信号峰的荧光强度强于超声法，即CER法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex<250 nm处信号峰所代表的物质具有更高的物质浓度.图3 不同方法提取的EPS三维荧光光谱Fig.3 3D EEMs of EPS extracted by five different methods2.4 平行因子法(PARAFAC)分析采用平行因子(PARAFAC)分析法对不同方法提取的胞外聚合物(EPS)样品光谱信号进行解析，得出不同方法提取的胞外聚合物(EPS)的荧光物质的主要成分及各组分的变化规律.由图4可知，当荧光组分数从2增加到4时，误差平方和曲线变化不大，结合二分法检验，确定最佳荧光组分数为4.图4 平行因子法解析EPS的EEM不同荧光组分数下的误差平方和曲线Fig.4 The curve of squared errorsum under different components in EEM analysis of EPS by PARAFAC method根据所绘制的组分曲线图(图5B、图5E、图5H、图5K)查阅相关文献，确定每个组分所代表的有机物类别，可将几个组分所含的有机物类别列入表1.从图5C可以得出只有CER法提取的胞外聚合物(EPS)中的色氨酸的含量最高，其他几种提取方法所得胞外聚合物(EPS)的相对应含量偏低.组分2和组分4都代表类蛋白质类物质，从图5F和图5L综合可以得出，NaOH+加热法提取的胞外聚合物(EPS)中的类蛋白质类物质含量最高，而CER法提取的胞外聚合物(EPS)却基本没有这种物质.从图5I可以得出超声法和CER法提取的胞外聚合物(EPS)中的络氨酸相对于甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法的含量高，其中超声法提取的胞外聚合物(EPS)中的酪氨酸最高.从以上的分析综合得出：胞外聚合物(EPS)中的色氨酸可以通过CER法提取获得，而超声法、甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取的的胞外聚合物(EPS)中色氨酸含量偏低.胞外聚合物(EPS)中的络氨酸可以通过超声法和CER 法提取获得，其中超声法提取的胞外聚合物(EPS)中络氨酸的含量高，而甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取的胞外聚合物(EPS)中络氨酸的含量偏低.胞外聚合物(EPS)中的类蛋白质类物质可以通过超声法、甲醛+NaOH 法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法提取获得，其中NaOH+加热法提取的胞外聚合物(EPS)中的类蛋白质类物质含量最高，而CER法提取的胞外聚合物(EPS)中的类蛋白质类物质偏低.图5 EPS的三维荧光光谱的平行因子分析结果Fig.5 Results of PARAFAC analysis for EEM of EPS表1 不同组分所含的有机物类别Table 1 The organic component contained in different categories组分Ex/Em所含的有机物类别参考文献来源组分1225,280/332色氨酸[13,14]组分2235,265/388类蛋白质类物质[15]组分3265/302络氨酸[16]组分4230,280/364类蛋白质类物质[13,17]3 结论本研究采用超声法、甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法、CER法提取普通活性污泥的胞外聚合物(EPS)，可得如下结论：(1)根据蛋白质和多糖的测定结果可以得出，NaOH+加热法和Na2CO3+加热法提取胞外聚合物(EPS)所得的蛋白质和多糖总含量是几种方法中较高的.(2)5种方法得到的红外光谱图上均出现-OH、-CH、=CH、C=O等强峰，甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法、NaOH+加热法等3种EPS提取方法相对于超声法、CER法所获得的EPS特征峰更明显.(3)从三维荧光光谱图可以得出：CER法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex<250 nm和Ex为250～300 nm处信号峰所代表的物质具有更高的物质浓度；Na2CO3+加热法提取所得的胞外聚合物(EPS)在Ex为300～350 nm处信号峰所代表的物质具有更高的物质浓度.从平行因子分析可以得出，胞外聚合物(EPS)中的色氨酸可以通过CER法提取获得，胞外聚合物(EPS)中的络氨酸可以通过超声法和CER法提取获得，胞外聚合物(EPS)中的类蛋白质类物质可以通过超声法、甲醛+NaOH法、Na2CO3+加热法和NaOH+加热法等提取获得.参考文献：[1] 郑晓英，黄希，王兴楠，等．好氧颗粒污泥中胞外聚合物的提取方法及其优化[J]．中国给水排水，2013,29(7):1-4.ZHENG X Y, HUANG X, WANG X N, et al. Optimized extraction of extracellular polymeric substances in aerobic granular sludge[J]．China Water Wastew,2013,29(7):1-4.[2] 杨飘，康得军，谢丹瑜，等.不同方法组合对活性污泥细胞胞外聚合物的提取[J].净水技术，2016,35(6)：88-92.YANG P, KANG D J, XIE D Y, et al. Extracellular polymeric substances from activated sludge by differernt combination of methods[J].Water Purif Tech, 2016,35(6)：88-92.[3] FELZ S,AL-ZUHAIRY S, AARSTAD O A, et al.Extraction of structural extracellular polymeric substances from aerobic granular sludge[J]. J Visual Exp Jove, 2016, 115: 3-8(e54534).[4] FROLUND B, PALMGREN R, KEIDING K, et al. Extraction of extracellular polymers from activated sludge using a cation exchange resin[J]. Water Res, 1996,30(8): 1749-1758.[5] TAN C H, KOH K S, XIE C, et al. The role of quorum sensing signalling in EPS production and the assembly of a sludge community into aerobic granules[J].Int Soc Microb Ecol J, 2014, 8(6): 1186-1197.[6] SHENG G P, YU H Q, LI X Y. 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藻类胞外聚合物的产生因素及其在污水处理和生物絮凝方面的应用藻类胞外聚合物的产生因素及其在污水处理和生物絮凝方面的应用藻类胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）是一种由藻类分泌的胞外物质，在藻类生长过程中起到重要的作用。

EPS的产生受到多种因素的影响，如光照强度、温度、营养盐浓度等。

与污水处理和生物絮凝相关的EPS主要包括胶体和粘合物。

光照强度是影响藻类胞外聚合物产生的一个重要因素。

光合作用是藻类生长的核心过程，而EPS的产生与光敏感的代谢物质有关。

在较低的光照强度下，藻类为了适应环境，会增加EPS的产生，以提供保护和营养储备。

而高光照强度则可以抑制EPS的产生。

光照强度的变化对EPS的合成和分泌具有直接的调控作用。

温度也是影响EPS产生的重要因素之一。

不同的藻类对温度的敏感性也各不相同。

一般情况下，温度升高会加速藻类的生长和EPS的产生，同时也会影响EPS的组分和结构。

温度的变化对EPS的合成代谢和损伤修复过程有着重要的影响。

营养盐浓度是藻类胞外聚合物产生的另一个重要因素。

磷酸盐和氮素是藻类生长的关键元素，过高或过低的营养盐浓度都可能导致EPS的产生异常。

适宜的营养盐浓度有助于藻类细胞的分裂和EPS的产生，但过高的营养盐会导致藻类过度生长，从而降低EPS的产量。

藻类胞外聚合物在污水处理中具有重要的应用价值。

污水中含有大量难降解的有机物和微生物，若能通过藻类的生长和EPS的产生综合处理，将大大提高污水的净化效果。

藻类能够吸附和降解污水中的有机物，同时通过产生EPS能够起到絮凝沉降的作用，使得污水中悬浮物快速凝聚和沉淀。

因此，将藻类应用于污水处理过程中，可以提高处理效率并降低处理成本。

生物絮凝是一种将微生物通过形成絮体的方式有效去除水体中悬浮物和胶体的技术。

藻类胞外聚合物作为一种天然的絮凝剂，具有优良的絮凝性能。

藻类胞外聚合物的特殊结构和电荷性质使其能够吸附于水体中的悬浮物和胶体，形成致密的絮体。

细胞代谢物eps
EPS（内源性呼吸作用）是指细胞内的代谢活动，包括糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等过程。

这些过程产生的能量用于维持细胞的生命活动，如合成新的细胞物质、运输离子和其他分子、细胞分裂等。

在微生物中，EPS还可以指导出胞外多糖（Extracellular Polymeric Substances），这是一类由微生物分泌到外部环境中的高分子化合物，包括多糖、蛋白质、脂质、核酸等。

这些物质在微生物的生长、形态形成、环境适应性等方面起着重要作用。

例如，胞外多糖可以形成生物膜，保护微生物免受外界环境的影响；也可以作为黏附剂，帮助微生物附着在固体表面；还可以作为营养物质的储存库，供微生物在营养缺乏时使用。

热凝多糖( curdlan)
• 热凝多糖：又叫凝结多糖，是由α-1，4-糖
苷键构成的水不溶性葡聚糖，是一类将其 悬浊液加热后既能形成硬而有弹性的热不 可逆性凝胶，又能形成热可逆性凝胶的多 糖类的总称。
凝结多糖的研究进展
• 凝结多糖是继黄原胶、结冷胶之后又一种
新的细菌发酵生产的多糖。该多糖由美国 Takeda 股份有限公司生产，从1989 年起 在日本、韩国和台湾广泛使用。美国FDA于 1996 年准许将其作为食品的稳定剂、增稠 剂用于食品配料中。
2.黄原胶在石油工业中的应用
• 对加快钻井速度、防止油井坍塌、保护油
气田、防止井喷和大幅度提高采油率等方 面都有明显的作用。还可用于钻井之后的 完井和修井、压裂和三次采油。该产品作 为一种理想的添加剂有非常好的发展前景。
3.黄原胶在纺织工业中的应用
• 黄原胶应用于印染工业，可控制浆的流变
性质，防止染料的迁移，使图纹清晰。因 此，黄原胶广泛地应用于地毯、丝绸等印 染行业中。
细菌胞外多糖的未来展望
随着人们对细菌胞外多糖生物学活性 与免疫功能的认知，开发和利用细菌胞外 多糖的研究已成热点。未来对细菌胞外多 糖的理论研究主要集中在产生菌的资源开 发、活性多糖的代谢与调控机理、分子结 构与功能的关系、多糖在生物互作与信息 传递方面的作用等方面，对于揭示生命活 动的奥秘有着重要而深远的意义。
细菌胞外多糖的性质和特征
• 微生物多糖和植物多糖相比较具有以下优势:
1、生产周期短，不受季节、地域、病虫害等条件的 限制；
2、具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景； 3、应用广泛，例如已作为胶凝剂、 成膜剂、 保鲜
剂、 乳化剂等广泛应用于食品、 制药、 石油、 化工等多个领域。 据估计，目前全世界微生物多糖年工业产值可达 80 亿左右。

胶体污染
• 藻类、细菌和有机物都可能处于胶体尺寸，这些 胶体状物质有可能吸附于膜表面引起污染。胶体 物质有不同的起源，他们产生的膜污染也有很大 差别。来自非生物过程的胶体物质有淤泥和黏土 等无机物，它们引起的水通量衰减往往源于滤饼 层污染，它们一般不会热力学不可逆的吸附在膜 表面；积聚在膜表面的这些类型的胶体很容易为 水力清洗所去除。微生物新陈代谢产生的胶体物 质往往永久性地吸附在膜表面而引起不可逆的吸 附性污染。
膜污染的影响因素
膜材料与膜 组件特性 污泥混合液 特性 操作条件
污泥浓 度 污泥粒 径分布
上清液有 机物
无机物质
混合液粘 度
EPS与膜污染
膜污染过程中，EPS 和微生物细胞在膜表 面沉积，阻塞细胞间孔隙，在膜内表面形 成一层凝胶层，增加过滤阻力，在引起一 段低通量、低跨膜压力(TMP)后，TMP 的 突然增加。
投加 PAC 后，主要对絮体尺寸分布和污泥表观 黏度产生影响，从而降低滤饼阻力，因此只有 在 SRT 较短且定期投加 PAC 时，其对膜污染 的抑制作用才会明显。
定期清洗膜组件
•常用的清洗方法有机械清洗、化学清洗、电清 一旦膜孔堵塞及凝胶层形成后，运行过程中的水 力作用很难将其去除，必须进行膜清洗。定期清 洗及超声波清洗等。 洗膜组件可以去除沉积在膜表面的 EPS，提高膜 通量。 电清洗和超声波清洗效果最好，但运行费用
采用化学方法调控混合液
• 待处理液污泥浓度越高，越容易在膜表面 吸附沉积，导致污染，因此应对其进行预 处理，如通过添加化学试剂来改善混合液 性质，从而控制膜污染。但要注意添加的 物质不可对微生物产生毒性作用，以免影 响出水水质及污泥回收利用。这些化学试 剂主要分为絮凝剂和吸附剂。
絮凝剂