陳立文方森海王明茲，2

（1.福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州　350117；2.福建師范大學(xué)工業(yè)微生物教育部工程研究中心，福州　350117）

抗生素發(fā)酵廢菌渣的無(wú)害化及資源再利用研究進(jìn)展

陳立文1方森海1王明茲1，2

（1.福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州350117；2.福建師范大學(xué)工業(yè)微生物教育部工程研究中心，福州350117）

抗生素發(fā)酵每年產(chǎn)生大量有毒菌渣，處理不當(dāng)將導(dǎo)致環(huán)境和健康問(wèn)題。概述近來(lái)抗生素菌渣無(wú)害化處理及重新用作發(fā)酵培養(yǎng)基氮源，生產(chǎn)能源、飼料、可降解生物薄膜、石膏緩凝劑等資源化利用研究進(jìn)展，提高抗生素危廢菌渣的無(wú)害化處理及資源化利用效率。

抗生素菌渣；無(wú)害化處理；資源化利用

我國(guó)是抗生素生產(chǎn)大國(guó)，抗生素的生產(chǎn)和需求量都很大，在其發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量菌渣，據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年就達(dá)100多萬(wàn)噸［1］。由于菌渣中存在相應(yīng)的殘余抗生素，為危險(xiǎn)固體廢棄物，處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，大量的抗生素菌渣處理已成為一大難題。

目前對(duì)固體危險(xiǎn)廢棄物的傳統(tǒng)的處理方式是進(jìn)行焚燒或填埋。抗生素菌渣曾經(jīng)作為有機(jī)肥料或飼料添加，如今歸屬于有毒固體廢棄物，填埋處理菌渣，其殘留的抗生素不僅會(huì)造成環(huán)境耐藥性的產(chǎn)生，還可能通過(guò)土壤在動(dòng)植物體內(nèi)蓄積，經(jīng)食物鏈轉(zhuǎn)移到人體上，危害人體健康。2002年，農(nóng)業(yè)部、衛(wèi)生部、國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的176號(hào)公告中，禁止在飼料和動(dòng)物飲用水中使用抗生素菌渣［2］。焚燒方式不僅成本巨大，對(duì)大氣也造成不利影響。因此，尋求高效、經(jīng)濟(jì)、安全、無(wú)害的資源化處理和應(yīng)用菌渣的方法具有重要的意義。

1 抗生素菌渣的理化特點(diǎn)

抗生素菌渣是抗生素發(fā)酵殘余固體廢棄物，含有抗生素產(chǎn)生菌的菌體、剩余培養(yǎng)基、抗生素、其他代謝產(chǎn)物和無(wú)機(jī)鹽等［2］。菌渣含有豐富的菌體蛋白，粗蛋白含量在20%-50%左右，還含有Ca、P和S等微量元素［3］。以青霉素菌渣為例，干燥的菌渣中粗蛋白含量29.26%-49.50%，含水量12.65%。通過(guò)對(duì)青霉素菌渣中殘留的多環(huán)芳香烴和重金屬含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其含有幾種致癌和致突變多環(huán)芳香烴，但含量低于國(guó)家危險(xiǎn)固體廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)，菌渣中Pb、Cr、Cd、Zn、As、Ni和Hg，7種重金屬的含量也均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而且青霉素菌渣大部分有機(jī)物質(zhì)在200-500℃分解，重量減少約60%［3-5］。通過(guò)對(duì)菌渣的理化特性分析了解，有助于對(duì)菌渣進(jìn)行綜合處理和再利用。

2 抗生素菌渣潛在的危害

抗生素菌渣中含有多種有毒物質(zhì)，如抗生素殘留、其他有毒代謝產(chǎn)物、重金屬及多環(huán)芳香烴，因此被列為危險(xiǎn)廢棄物［6］。若處理不當(dāng)，殘留的抗生素排放到環(huán)境中，整個(gè)微生物系統(tǒng)暴露在空前的抗生素選擇壓力下會(huì)導(dǎo)致微生物耐藥性的產(chǎn)生，特別是致病菌和條件致病菌中的抗藥性在不斷的增加，這極大的阻礙對(duì)于疾病的治療。微生物形成的耐藥性還會(huì)進(jìn)行傳播，通過(guò)食物鏈、飲用水及戶(hù)外休閑運(yùn)動(dòng)，將抗生素抗性基因轉(zhuǎn)移到人體病原菌上，引起衛(wèi)生安全事件［7-10］。

3 抗生素菌渣無(wú)害化處理

由于菌渣毒害性，用傳統(tǒng)焚燒和填埋處理方式存在許多弊病。焚燒菌渣，脫水需要耗費(fèi)大量的能源，而且對(duì)設(shè)備的要求高，排放的廢氣還容易造成二次污染；填埋菌渣，首先對(duì)土地造成很大負(fù)擔(dān)；其次菌渣填埋后會(huì)發(fā)生腐化、液化，產(chǎn)生大量的滲濾液，進(jìn)入到地下水中，污染水源。

抗生素菌渣因含有抗生素殘留，極大地限制其再利用。通過(guò)高溫處理、化學(xué)處理或者生物降解的方式去除菌渣中抗生素殘留，可極大消除其弊，實(shí)現(xiàn)菌渣的無(wú)害化和資源化利用。

高溫處理：有些抗生素對(duì)熱敏感，在較高的溫度下會(huì)分解，可以采用高溫對(duì)其進(jìn)行無(wú)害化降解處理。Wang等［11］研究發(fā)現(xiàn)青霉素菌渣對(duì)熱敏感，100℃時(shí)青霉素的半衰期為9.73 min。

化學(xué)處理：通過(guò)利用酸、堿、鹽或有機(jī)溶劑處理菌渣，破壞抗生素分子結(jié)構(gòu)，從而降解抗生素。馬玉龍等［12］的研究表明NaOH、HCl、H2SO4和NaClO均能在一定程度上降解泰樂(lè)菌素。

微生物降解：通過(guò)從抗生素富集的環(huán)境中獲取土壤，水體樣品或者活性污泥，從中篩選出相應(yīng)的抗生素高效降解菌，并對(duì)其降解特性進(jìn)行研究，應(yīng)用于菌渣處理達(dá)到無(wú)害化的目的，以便后續(xù)的再利用。馬玉龍等［13］從堆放泰樂(lè)菌素菌渣附近的土樣中篩選出具有良好降解效果的復(fù)合菌株。毛菲菲等［14］從污泥中篩選出紅霉素降解菌，并發(fā)現(xiàn)其共代謝機(jī)制，加入葡萄糖、酵母膏和牛肉膏能促進(jìn)其對(duì)紅霉素的降解。趙連英等［15］從鏈霉素廠附近土樣中篩選出能降解最高濃度1 200 μg/mL鏈霉素的降解菌。

酶法降解：利用抗生素降解酶破壞抗生素菌渣中的抗生素，拓寬菌渣資源化利用路徑。劉慧娟等［16］利用無(wú)毒、穩(wěn)定的青霉素酶降解青霉素菌渣中殘留的抗生素，37℃，1 h能實(shí)現(xiàn)完全降解。張新沙等［17］通過(guò)研究泰樂(lè)菌素降解酶的酶促降解性質(zhì)，為其應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

4 抗生素菌渣資源化再利用

早期對(duì)抗生素菌渣的再利用方式就是直接用作飼料或飼料添加劑和農(nóng)肥。雖然對(duì)資源有一定的利用，但菌渣中殘留的抗生素等有害物質(zhì)會(huì)造成生態(tài)及健康問(wèn)題。隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視，抗生素菌渣無(wú)害化成為其資源化再利用的前提。

目前抗生素菌渣的常見(jiàn)再利用方式有：用作培養(yǎng)基氮源、厭氧發(fā)酵和熱解能源化；用作飼料和飼料添加劑，堆肥，生物吸附劑。近年來(lái)還開(kāi)發(fā)出抗生素菌渣新應(yīng)用，如石膏緩凝劑及可降解生物薄膜。

4.1 重新用于發(fā)酵替代培養(yǎng)基氮源

抗生素菌渣因其含有的豐富的蛋白質(zhì)，含氮量高，可以作為培養(yǎng)基中的氮源。抗生素菌渣用作培養(yǎng)基成分主要有兩種方式：一種是直接將菌渣研磨過(guò)篩后用于替代發(fā)酵培養(yǎng)基中的氮源；一種則是利用酵母菌和芽孢桿菌等對(duì)菌渣進(jìn)行固體發(fā)酵，達(dá)到生物改性的目的后，再用在培養(yǎng)基中或者制成如酵母膏之類(lèi)的高值化培養(yǎng)基成分。

4.1.1 抗生素菌渣直接用于發(fā)酵培養(yǎng)基 早在1961年，Ghosh等［18］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)青霉素廢菌渣在不經(jīng)過(guò)任何預(yù)處理的情況下，就能用作青霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中的唯一氮源，并取得了很好的效果。在不減發(fā)酵產(chǎn)青霉素效價(jià)的前提下，菌絲體重復(fù)利用的次數(shù)可達(dá)5次。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也有相關(guān)的研究，蔡翔等［19］研究利用可利霉素菌渣替代發(fā)酵培養(yǎng)基中的有機(jī)氮源，菌渣作唯一氮源時(shí)，加量為4%，效價(jià)最高，達(dá)到對(duì)照的77%，然后通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵條件，最終可利霉素效價(jià)達(dá)到對(duì)照的88%。雖然抗生素產(chǎn)量稍有下降，但是生產(chǎn)成本降低，處理方便，同時(shí)解決了菌渣處理的難題，保護(hù)環(huán)境。然而抗生素菌渣含有抗生素殘留及有毒代謝產(chǎn)物，散發(fā)異味等不利因素，不但使得適用該處理方式的抗生素菌渣種類(lèi)較少，而且目前這方面的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中，某一抗生素菌渣也僅用于該抗生素發(fā)酵，適用性較窄。為此大部分菌渣通常需要進(jìn)行無(wú)害化預(yù)處理以及生物改性，使其能更好地應(yīng)用于發(fā)酵培養(yǎng)基。

4.1.2 生物改性 采用微生物固體發(fā)酵的方式對(duì)菌渣進(jìn)行生物改性，殘留的抗生素通過(guò)高溫，化學(xué)藥品或生物降解等方式去除。改性后的菌渣，消除了菌渣的異味，無(wú)殘抗，粗蛋白的含量也有所提高，能夠用于發(fā)酵培養(yǎng)基作氮源，或者是進(jìn)一步制成更高值的培養(yǎng)基組分。例如，制成膏狀或者粉狀的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。張志宏等［20］利用白地霉、假絲酵母和乳酸菌等復(fù)合菌對(duì)紅霉素菌渣混合發(fā)酵培養(yǎng)，4 d后測(cè)得菌渣中抗生素效價(jià)為0，粗蛋白從原來(lái)的23.37%增加到39.43%，然后作者用改性后的紅霉素菌渣部分替代紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中的黃豆餅粉發(fā)現(xiàn)，當(dāng)替代量達(dá)到50%的時(shí)候，效果最好，紅霉素效價(jià)較對(duì)照提高了12%。劉小朋等［21］利用釀酒酵母和枯草芽孢桿菌對(duì)阿維菌素菌渣進(jìn)行生物改性制成液態(tài)、膏狀及粉狀的營(yíng)養(yǎng)成分，替代酵母膏用于阿維菌素發(fā)酵，阿維菌素的效價(jià)提高3%-5%。

由于菌渣的含氮量比較高，發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)補(bǔ)充一定量的碳源，有利于微生物的生長(zhǎng)。還可通過(guò)聯(lián)合處理高碳廢棄物共同發(fā)酵，產(chǎn)生更好的效果，不僅能降低成本，還能達(dá)到綜合治理的目的。例如，韓淑云［22］利用釀酒酵母和蠟樣芽孢桿菌等復(fù)合菌發(fā)酵泰樂(lè)菌素菌渣和維生素B12廢水，獲得了高值的膏狀菌體提取物。

4.2 能源化利用

抗生素菌渣含有豐富的生物質(zhì)，故可以同其他生物質(zhì)資源一樣利用厭氧發(fā)酵，熱解或者水熱的方式進(jìn)行能源化利用。

厭氧發(fā)酵是將含有高有機(jī)質(zhì)的廢棄物，如豬糞，有機(jī)垃圾、蔬菜廢棄物和秸稈等資源化利用，變廢為沼氣的很好的處理方式，抗生素菌渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)，因而可采用厭氧發(fā)酵的方式達(dá)到減量化和資源化的目的，且這種處理方式既減少環(huán)境污染，又獲得了經(jīng)濟(jì)效益。厭氧發(fā)酵處理適用性較廣，可用于多種類(lèi)型的抗生素菌渣，如紅霉素、林可霉素、青霉素、四環(huán)素、潔霉素和麥迪霉素等［23-27］。

但是由于抗生素菌渣C/N比較低，蛋白質(zhì)含量高，故其水解會(huì)造成氨氮的積累，氨氮和殘留抗生素是其厭氧發(fā)酵的兩個(gè)重要的抑制因素［25］。過(guò)多的氨氮可以通過(guò)添加碳源來(lái)處理［24］，抗生素殘留則可通過(guò)降解菌或者降解酶預(yù)處理，而且一定濃度抗生素殘留對(duì)產(chǎn)甲烷菌存在抑制作用的同時(shí)也能對(duì)其馴化。劉子旭等［28］發(fā)現(xiàn)甲烷菌的活性會(huì)受到紅霉素的抑制，未投加紅霉素時(shí)甲烷的含量為68%，在150 mg/L的紅霉素濃度下，甲烷菌的甲烷產(chǎn)量降低約50%，250 mg/L時(shí)甲烷菌基本喪失活性。通過(guò)保持添加20 mg/L的紅霉素濃度不變，連續(xù)運(yùn)行60 d，初始時(shí)甲烷含量下降到49.5%，運(yùn)行20 d、40 d和60 d后甲烷含量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，分別增長(zhǎng)至52.6%、56%和64.2%。雖未達(dá)到未投加紅霉素的時(shí)候的68%的甲烷含量，但僅下降4%。說(shuō)明通過(guò)甲烷菌對(duì)抗生素的馴化能力，利用馴化的甲烷菌也能在一定程度上提高厭氧發(fā)酵效果。

除此之外，抗生素菌渣用于厭氧發(fā)酵還存在一個(gè)問(wèn)題，菌絲體細(xì)胞壁存在由肽鏈交聯(lián)的多糖成分，不利于生物降解［24］，因此對(duì)菌渣進(jìn)行破壁處理有益于厭氧發(fā)酵。目前對(duì)菌渣的預(yù)處理常見(jiàn)的有物理方法：微波法和超聲破碎法；化學(xué)方法：酸熱法和堿熱法。選擇高效且經(jīng)濟(jì)的破壁方式，具有很好的應(yīng)用前景。韓慶等［29］通過(guò)對(duì)比微波法、堿熱法和酸熱法對(duì)青霉素菌絲體細(xì)胞壁的破壁效果發(fā)現(xiàn)，在相同的時(shí)間和溫度條件下，堿熱法的效果最好，且破壁所需的時(shí)間相對(duì)較短，具有最高的性?xún)r(jià)比。原因在于細(xì)胞壁主要由甲殼素、葡萄糖及聚糖醛酸等物質(zhì)組成，這些物質(zhì)大多在堿性條件不穩(wěn)定，所以在堿性環(huán)境中破壁效果最好［29］。Zhong等［24］通過(guò)對(duì)鏈霉素菌渣進(jìn)行堿熱預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器的生產(chǎn)性能和甲烷產(chǎn)量提高22.08%-27.08%，菌渣去除率達(dá)到64.09%，總揮發(fā)性脂肪酸和氨氮的積累量都有所下降。因此，通過(guò)對(duì)菌渣進(jìn)行合適的預(yù)處理，對(duì)其進(jìn)行厭氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)菌渣減量化和能源化利用具有廣闊的前景，同時(shí)厭氧發(fā)酵后的廢渣，經(jīng)過(guò)安全性分析后可用于農(nóng)肥，實(shí)現(xiàn)綜合利用。

熱解液化處理是在缺氧和高溫條件下處理有機(jī)物，將其由大分子分解成為小分子，甚至是氣體，主要獲得生物油資源和部分燃?xì)饧敖固浚?0］。水熱法則是以高溫的液態(tài)水作為反應(yīng)介質(zhì)，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成燃?xì)?、生物油和焦炭等。水熱法和熱解法都能很好地?duì)菌渣進(jìn)行無(wú)害化處理，不同的是水熱法的能效更高，所得油品的熱值也更高，更易于制成液體燃料［31］。張光義等［32］研究利用水熱法處理頭孢菌素C制備固態(tài)燃料過(guò)程中的特性，表明水熱處理能對(duì)菌渣進(jìn)行無(wú)害化處理，并實(shí)現(xiàn)多重效益。但由于水熱處理存在條件要求苛刻，設(shè)備成本高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，應(yīng)用受到很大的限制，目前水熱技術(shù)還未得到推廣應(yīng)用。

4.3 提取活性物質(zhì)

菌渣菌絲體中含有多種可利用的活性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、殼聚糖和麥角固醇等，對(duì)其進(jìn)行回收利用，不僅能緩解菌渣排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題，而且還能獲得經(jīng)濟(jì)效益。

雖然提取活性物質(zhì)是很好的菌渣資源再利用方式，但是也存在諸多問(wèn)題。首先在提取過(guò)程中需要用到多種有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取、除雜，有機(jī)溶劑毒性大，對(duì)后續(xù)廢液、廢渣的處理不利；其次利用專(zhuān)門(mén)的用于提取某種活性物質(zhì)的非抗生素菌絲體能獲得比抗生素菌絲體更高的產(chǎn)率［33］；再者抗生素菌渣中的有毒成分對(duì)提取產(chǎn)物毒性的影響有待評(píng)估，特別是用于食品添加劑的這類(lèi)物質(zhì)。因此這些極大的限制了這一再利用方式的應(yīng)用。

盡管存在以上的缺點(diǎn)，但是抗生素菌渣有來(lái)源豐富，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)提取工藝的改善，如用酶法替代有機(jī)溶劑進(jìn)行抽提，不僅能得到更好的提取效果，對(duì)環(huán)境的影響也更小。例如，劉玲等［34］采用堿性蛋白酶進(jìn)行酶解取代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑除雜，減少有機(jī)溶劑的使用，降低成本。

以抗生素菌渣為原料提取的活性物質(zhì)，如果能夠通過(guò)可靠的安全性分析，對(duì)其應(yīng)用有重大意義，特別是在食品工業(yè)上的應(yīng)用。如Kongishi等［35］對(duì)從青霉素菌絲體的提取葡糖氧化酶應(yīng)用于食品工業(yè)進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，用小鼠進(jìn)行口服毒性試驗(yàn)，90 d，每天單位體重（kg）服用相當(dāng)于193 mg葡萄氧化酶固體，并未發(fā)現(xiàn)任何不利影響，并且經(jīng)過(guò)一系列的基因毒性研究，未發(fā)現(xiàn)基因毒性，這些結(jié)果都為從青霉素菌絲體提取的葡糖氧化酶應(yīng)用于食品工業(yè)提供有力支撐。

4.4 用作飼料或飼料添加劑

早期人們利用菌渣中含有豐富的蛋白質(zhì)的特性，將其用于飼料或者飼料添加劑。飼料的制作過(guò)程，只是簡(jiǎn)單的烘干、粉碎，并未預(yù)先對(duì)菌渣進(jìn)行無(wú)害化處理，以及未經(jīng)過(guò)可靠的安全性分析［36］。菌渣內(nèi)的殘留抗生素被牲畜食用，會(huì)造成抗生素蓄積，產(chǎn)生耐藥性，危害生態(tài)平衡，甚至影響到人體健康。

抗生素菌渣雖然被列入危險(xiǎn)物質(zhì)，但是如果能夠?qū)M(jìn)行無(wú)害化處理，并對(duì)其進(jìn)行可靠的安全性分析，菌渣飼料化仍不失為菌渣資源化利用的有效途徑。為此，人們對(duì)此進(jìn)行廣泛的研究，目前常用黑曲霉、白地霉、釀酒酵母、假絲酵母、乳酸菌和枯草芽孢桿菌等對(duì)菌渣進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和飼用酶制劑，菌渣經(jīng)過(guò)預(yù)處理和固體發(fā)酵后，殘留抗生素被降解，單細(xì)胞蛋白的含量及各種酶的活性增加，大大提升飼料品質(zhì)，改善飼料的適口性。已有研究表明，多種類(lèi)別的抗生素菌渣能夠利用固體發(fā)酵的方式生產(chǎn)安全無(wú)殘抗的高品質(zhì)單細(xì)胞蛋白飼料和飼用酶制劑［20，37-41］。但抗生素殘留并非菌渣中的唯一危害安全性的因素，還可能存在殘留重金屬，多環(huán)芳香烴，以及抗生素降解產(chǎn)物是否有毒性等未知因素，所以人們對(duì)抗生素菌渣應(yīng)用于飼料方面仍抱有謹(jǐn)慎態(tài)度，亟需更全面可靠的安全性分析。

4.5 生物肥料

菌渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)，含有豐富的N、P等元素，能有效的改善土質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，已有很多研究表明堆肥化有助于動(dòng)物糞便中殘留抗生素的降解［42-47］。但對(duì)于抗生素菌渣堆肥化應(yīng)用研究，目前還不多。張紅娟［48］研究利用林可霉素菌渣和牛糞進(jìn)行聯(lián)合堆肥，能夠?qū)α挚擅顾仄鸬胶芎玫慕到庾饔茫f(shuō)明抗生素菌渣堆肥化的可行性。

由于菌渣低C/N比，故一般需要加入碳源成分進(jìn)行混合堆肥，因此選擇可作為碳源的廢棄物，與菌渣共同發(fā)酵，能達(dá)到綜合利用的目的。溫沁雪等［49］通過(guò)將城市污泥和青霉素菌渣混合堆肥，彌補(bǔ)兩種原料各自的不足。研究還發(fā)現(xiàn)，青霉素滅活菌絲體用作肥料，還具有抗病害的作用［50，51］。

4.6 生物吸附劑

抗生素菌渣用于制備活性炭：活性炭80%-90%由碳組成，孔多，吸附能力強(qiáng)，可循環(huán)使用，無(wú)二次污染，廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)、化工行業(yè)、食品行業(yè)和環(huán)保行業(yè)等?？股鼐己扛?，可以用于制備活性炭。周寶華等［1，52］利用青霉素和土霉素菌渣，采用K2CO3作為活化劑，通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用比表面積，亞甲基藍(lán)吸附值和苯酚吸附值作為指標(biāo)，獲得的活性炭中孔結(jié)構(gòu)均勻，含有大量的微孔，一定量的中孔和大孔，綜合說(shuō)明了菌渣制備活性炭的可行性。

抗生素菌渣用作陰離子染料，重金屬吸附劑：廢棄的生物質(zhì)來(lái)源廣，量大，價(jià)格便宜，在去除水體中金屬離子方面效果顯著，廢棄的生物質(zhì)中含有很多-NH2及-OH基團(tuán)，因此能與多種金屬螯合，諸如，銅離子、鉻離子、鋅離子及鎳離子等。但也存在機(jī)械強(qiáng)度不夠，重復(fù)利用率及吸附容量低等一系列問(wèn)題，有文獻(xiàn)報(bào)道的應(yīng)用于生物吸附劑的抗生素菌渣中以青霉素菌渣研究應(yīng)用比較廣泛，青霉素菌絲體可用于對(duì)鎳離子的吸附［53，54］，以及酸性橙8、酸性藍(lán)45和活性橙16這三種陰離子染料的吸附［55］，但是其他菌渣在這方面的應(yīng)用研究文獻(xiàn)報(bào)道的較少，有待進(jìn)一步研究。

4.7 其他新型的應(yīng)用

4.7.1 石膏緩凝劑 脫硫石膏是一種輕便、好用、無(wú)毒的建筑材料，但其缺點(diǎn)是凝固時(shí)間很短，因此需要加入緩凝劑，常規(guī)的緩凝劑中含有有機(jī)檸檬酸、多磷酸鈉和蛋白質(zhì)。廢棄的菌渣中含有豐富的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)能夠起到緩凝的作用。Ren等［56］通過(guò)研究利用青霉素廢菌渣作為石膏緩凝劑，對(duì)比檸檬酸鈉和多聚磷酸鈉，青霉素廢菌渣對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響最小。也就是說(shuō)，青霉素菌渣在延長(zhǎng)石膏的凝固時(shí)間的同時(shí)，保證石膏有較好的機(jī)械強(qiáng)度。青霉素廢菌絲改性制備新型的石膏緩凝劑，不僅能達(dá)到廢物利用，保護(hù)環(huán)境，而且產(chǎn)品不與人和動(dòng)物直接接觸，不存在安全性問(wèn)題，原料來(lái)源豐富，成本低廉，是一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的廢棄菌絲體處理方式，應(yīng)用前景廣闊［57］。

4.7.2 可降解生物薄膜 生物薄膜是利用有機(jī)廢棄物制成的薄膜，與塑料薄膜相比具有可降解、無(wú)污染、保水能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還能逐漸釋放K+、NO3-和Mg2+等多種離子和有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)［58］。Ao等［59］通過(guò)利用廢棄青霉素菌絲體，或檸檬酸發(fā)酵廢棄物制成生物薄膜，通過(guò)研究表明這兩種生物質(zhì)制成的薄膜都具有良好的保溫性能，溫度較不加膜高了5-7℃，保水性能與塑料薄膜相當(dāng)，而且90 d后薄膜的降解率分別達(dá)到40%和20%，期間還能緩慢地釋放出P，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，說(shuō)明利用有機(jī)發(fā)酵廢菌絲體制作的生物薄膜相對(duì)于塑料薄膜具有很大的潛在優(yōu)勢(shì)，不僅原料來(lái)源豐富，而且有利于生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)廢物利用，保護(hù)環(huán)境。

抗生素菌絲體用于生物薄膜有賴(lài)于菌渣無(wú)害化處理技術(shù)的發(fā)展。目前對(duì)于抗生素菌渣應(yīng)用于石膏緩凝劑和可降解生物薄膜的研究還很少，文獻(xiàn)報(bào)道僅有青霉素菌渣，其他抗生素菌渣是否適用需要進(jìn)行深入的可行性和安全性分析。

5 展望

人們對(duì)環(huán)境安全的重視程度與日俱增，越來(lái)越多的污染性企業(yè)被關(guān)閉、整改，遷移出人口聚集區(qū)?？股鼐且环N高危險(xiǎn)的固體廢棄物，因此對(duì)其合理的無(wú)害化和資源化利用，具有較大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。要做到合理處置菌渣，首先要保證菌渣無(wú)害化，特別在飼料、肥料和可降解生物薄膜等直接接觸動(dòng)植物和人體方面的應(yīng)用上，安全性尤為重要。其次除優(yōu)化工藝，降低污染和成本外，綜合多種處置和再利用方式，提高資源再利用效率，或與其他工農(nóng)業(yè)廢棄物聯(lián)合處理，也有廣闊的應(yīng)用前景。如抗生素菌渣用于提取活性物質(zhì)及制備石膏緩凝劑，染料吸附劑后殘余的廢液廢渣可以通過(guò)聯(lián)合廢棄活性污泥或動(dòng)物糞便進(jìn)行厭氧發(fā)酵或者堆肥化處理，厭氧發(fā)酵后殘留的污泥又可作為農(nóng)業(yè)肥料。然而抗生素菌渣生成量大，目前各種再利用方式尚不完善，難以完全承載，仍然主要依賴(lài)傳統(tǒng)的焚燒處理減量化，所以研發(fā)更高效節(jié)能的焚燒設(shè)備，以及開(kāi)發(fā)新的資源化應(yīng)用途徑，拓寬菌渣資源化綜合應(yīng)用水平迫在眉睫。

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（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Research Progress on the Harmless Treatment and Resource Reuse of Antibiotic Bacteria Residues

Chen Liwen1Fang Senhai1Wang Mingzi1，2
（1. College of Life Sciences，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou350117；2. Engineering Research Center of Industrial Microbiology of Ministry of Education，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou350117）

The dozens of hazard bacteria residues are generated during the antibiotics fermentation process. An incorrect disposal of themwould cause critical environmental and health problems. Here we summarize the recent progresses on the harmless treatment and resource utilization with this kind of waste， such as reusing it as nitrogen source in fermentation medium， producing energy， forage， biodegradable film and gypsum retarder， for enhancing the efficiency of harmless treatment and resource utilization of antibiotic bacteria residues.

antibiotic bacteria residues；harmless treatment；resource utilization

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.05.003

2014-11-12

企業(yè)委托項(xiàng)目（DH-596）

陳立文，男，碩士，研究方向：微生物藥物；E-mail：chenxiaowenfjgt@126.com

王明茲，男，博士，副教授，研究方向：微生物藥物；E-mail：mingziw@fjnu.edu.cn