Name: Die Extraktion von Strukturextrazellulären polymeren Substanzen aus Aerobic Granular Sludge (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 10 s
Description: Lernen Sie die Extraktion struktureller extrazellulärer polymerer Substanzen aus aerobem Granulatschlamm. Diese Methode ermöglicht die Analyse der EPS-Zusammensetzung und die Prüfung der Gelbildung mit Calciumionen.

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Diese Forschung wurde finanziell unterstützt durch den SIAM Gravitation Grant 024.002.002, die Niederländische Organisation für wissenschaftliche Forschung und durch die Niederländische Technologiestiftung (STW - Simon Stevin Meester 2013). Die Autoren danken Mario Pronk für die Bereitstellung der körnigen Schlammproben.

HINWEIS: AGS wurde aus dem Nereda Pilotreaktor in der Kläranlage Utrecht, Niederlande gesammelt. Der Reaktor wurde mit kommunalem Abwasser zugeführt. Das körnige Schlamm hatte einen Schlammvolumenindex (SVI 5min) von 59,5 ml / g VSS. Der Schlamm wurde im April am Ende eines aeroben Zyklus abgetastet. Nach der Probenentnahme wurde der Schlamm sofort in das Labor transportiert, gesiebt und bei -20 ° C bis zur Verwendung gelagert. 1. EPS-Extraktion HINWEIS: Centrifuge granulare Schlemme bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 Minuten und dekantiert den Überstand. Sammeln Granulat im Pellet für den Extraktionen. Die Gesamtfeststoffe (TS) und flüchtige Feststoffe (VS) der Granulate wurden nach den Standardverfahren 23 bestimmt. Der Umrechnungsfaktor zwischen Granulat Naßgewicht - das Gewicht der direkt aus dem Pellet entnommen granules - und die TS wurde vor der Extraktion bestimmt. Alle Extraktionen wurden in dreifacher Ausführung durchgeführt. HINWEIS: 3 g nass granules wurden für jede Extraktionsverfahren verwendet. Ihre TS und VS-Werte (0,39 g TS und 0,34 g VS), gemessen in dreifacher Ausführung wurden verwendet, um die Extraktionsausbeute zu berechnen. <ol><li> Zentrifugierung Extraktion 11 <ol><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in ein Zentrifugenröhrchen und füllen Sie das Zentrifugenröhrchen auf 50 ml mit demineralisiertem Wasser. </li><li> Leicht schütteln Sie das Zentrifugationsröhrchen von Hand. </li><li> Zentrifuge das Zentrifugationsröhrchen die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand in ein Becherglas, verwerfen das Pellet und weiterhin mit dem Überstand, wie in Abschnitt 1.7 beschrieben. </li></ol></li><li> Ultraschall - Behandlung Extraktion 10 <ol><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in ein Zentrifugenröhrchen und füllen Sie das Zentrifugenröhrchen auf 50 ml mit demineralisiertem Wasser. </li><li> Anwenden gepulste Beschallung auf Eis für 2,5 min bei 40 W auf die Mischung. </li><li> Zentrifugieren Sie die ZentrifugationRohr die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand in ein Becherglas, verwerfen das Pellet und weiterhin mit dem Überstand, wie in Abschnitt 1.7 beschrieben. </li></ol></li><li> Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) Extraktion 11 <ol><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in einer 100 ml Glasflasche und füllen Sie die Flasche zu 50 ml mit 2% (w / v) EDTA-Lösung. </li><li> Leicht schütteln Sie die Flasche mit der Hand und speichern Sie sie im Kühlschrank bei 4 ° C für 3 Stunden. </li><li> Übertragen der Mischung in ein 50 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Zentrifuge das Zentrifugationsröhrchen die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand in ein Becherglas, verwerfen das Pellet und weiterhin mit dem Überstand, wie in Abschnitt 1.7 beschrieben. </li></ol></li><li> Formamid - Natriumhydroxid - Extraktion (NaOH) 13 <ol><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in einen 100ml-Glasflasche und die Flasche zu 50 ml mit demineralisiertem Wasser auffüllen. </li><li> In 0,3 ml 99% Formamid. </li><li> Leicht schütteln Sie die Flasche mit der Hand und speichern Sie sie im Kühlschrank bei 4 ° C für 1 Stunde. </li><li> 20 ml 1 M NaOH zu der Granulatsuspension. </li><li> Leicht schütteln Sie die Flasche mit der Hand und speichern Sie sie im Kühlschrank bei 4 ° C für 3 Stunden. </li><li> Übertragen Sie die Mischung gleichmäßig in zwei 50 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Zentrifuge die Zentrifugationsröhrchen die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand in ein Becherglas, verwerfen das Pellet und weiterhin mit dem Überstand, wie in Abschnitt 1.7 beschrieben. </li></ol></li><li> Formaldehyd - NaOH - Extraktion 11 <ol><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in einer 100 ml Glasflasche und füllen Sie die Flasche zu 50 ml mit demineralisiertem Wasser. </li><li> In 0,3 ml 37% Formaldehyd. </li><li> Leicht schütteln Sie die Flasche mit der Hand und speichernim Kühlschrank bei 4 ° C für 1 Stunde. </li><li> 20 ml 1 M NaOH zu der Granulatsuspension. </li><li> Leicht schütteln Sie die Flasche mit der Hand und speichern Sie sie im Kühlschrank bei 4 ° C für 3 Stunden. </li><li> Übertragen Sie die Mischung gleichmäßig in zwei 50 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Zentrifuge die Zentrifugationsröhrchen die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand in ein Becherglas, verwerfen das Pellet und weiterhin mit dem Überstand, wie in Abschnitt 1.7 beschrieben. </li></ol></li><li> Hochtemperatur - Natriumcarbonat Extraktion (Na 2 CO 3) 9,22,24 <ol><li> Vorheizen 150 ml Wasser in einem 1000 ml Becherglas auf einem Magnetrührer auf 80 ° C tippen. </li><li> Übertragung 3 g (Nassgewicht) von Granulat in einem 250 ml Schikanekolben und füllen den Kolben auf 50 ml mit demineralisiertem Wasser. </li><li> Zugabe von 0,25 g Na 2 CO 3 oder 0,67 g wasserfreies Na 2 CO 3 • 10H <sub&gt; 2 O in den Kolben um eine 0,5% (w / v) Na 2 CO 3 -Konzentration zu erhalten. </li><li> Setzen Sie den Kolben, der das Gemisch in das Wasserbad enthält. Decken Sie den Kolben und das Becherglas getrennt mit Aluminiumfolie Verdunstung verhindern. </li><li> Rühren Sie die Mischung für 35 min bei 400 rpm und 80 ° C. </li><li> Übertragen der Mischung in ein 50 ml Zentrifugenröhrchen. </li><li> Zentrifuge das Zentrifugationsröhrchen die Mischung bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min enthält. </li><li> Sammeln Sie den Überstand und das Pellet verwerfen. </li></ol></li><li> TS und VS Messung aller Extrakte gemäß den Standardverfahren 23. <ol><li> Nehmen Sie den Überstand und dialysiere es für 24 Stunden gegen 1000 ml Reinstwasser (Dialysebeutel mit 3500 Da Molekulargewicht abgeschnitten (MWCO)) 11,12. Ändern des Dialysewasser nach 12 Stunden die Wirkung der Dialyse zu verbessern. </li><li> Übertragen einer angemessenen Anteil (etwa 1/3) des dialysierten Überstandeine Aluminiumschale für TS und VS - Messung 23. HINWEIS: Trocknen Sie die Probe über Nacht bei 105 ° C. Die Gewichtsdifferenz des leeren Aluminiumschale und der Aluminiumschale die getrocknete Probe enthält, ist der TS-Gehalt. Dann brennen die gleiche Aluminiumschale die Probe bei 550 ° C für 2 Stunden enthält. Die Gewichtsdifferenz zwischen dem leeren Aluminiumschale und der Aluminiumschale die verbrannte Probe enthält, ist der Aschegehalt. Der Unterschied zwischen TS und Aschegehalt ist der VS-Gehalt. </li><li> Für jeden Extrakt, übertragen Sie die restliche Fraktion des dialysierten Überstand auf 10 ml Glasbecher. Verdicken den Überstand für 2 Tage bei 60 ° C auf ein Endvolumen von 1-2 ml der Polymerkonzentration im Überstand zu erhöhen. </li></ol></li></ol> 2. Alginate artigen extrazellulären polymeren (ALE) Extraktion <ol><li> Dialysieren des in Schritt erhaltenen Extrakts 1.6.8 gemäß Schritt 1.7.1. </li><li> Übertragen Sie die dialysierte Extrakt in einen 250 ml Glasbecher. Langsamly rühren, die Extraktion bei 100 Umdrehungen pro Minute und Raumtemperatur. Ständig pH-Änderungen mit einer pH-Elektrode überwacht, während auf einen endgültigen pH von 2,2 ± 0,05 Zugabe von 1 M Salzsäure (HCl) ALE in der sauren Form zu erhalten. </li><li> den pH-Wert auf 2,2, übertragen den Extrakt in ein 50 ml Zentrifugenröhrchen und zentrifugiere bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min nach dem Einstellen. </li><li> Überstand verwerfen und sammeln das gelartige Pellet. Die gelartige Pellet ALE in der sauren Form. </li><li> Um die Natrium (oder Kalium) Form ALE erhalten, fügen langsam 0,5 M NaOH (0,5 M oder Kaliumhydroxid) zu dem Gel in Schritt erhaltenen 2,4, während das Gel langsam mit einem Glasstab von Hand Mischen, bis pH 8,5 erreicht ist. </li></ol> 3. Ionic Hydrogelierung-Test HINWEIS: Um zu überprüfen , ob die extrahierten EPS ionische Hydrogelbildungsschritt Eigenschaften hatte, eine Perlenbildungstest mit Ca 2+ -Ionen wurde 25 verwendet. <ol><li> Nach der Eindickung des Extrakts in Schritt 1.7.3 aufein Volumen von 1-2 ml, langsam das Gemisch mit einem Glasstab rühren und deren pH mit 0,5 M NaOH auf 8,5 einstellen. </li><li> Nehmen den Extrakt aus Schritt 3.1 oder dem Natrium ALE aus Schritt 2.5 und tropft langsam des Extrakts mit einer Pasteur - Pipette in eine 2,5% (w / v) Calciumchlorid (CaCl 2) -Lösung. HINWEIS: Wenn das extrahierte EPS ionische Hydrogel gelbildende Eigenschaften aufweist, tropfenförmig (sphärisch) Perlen gebildet werden. Wenn der extrahierte EPS keine ionische Hydrogel gelbildende Eigenschaften aufweist, wird der Extrakt in der Lösung CaCl 2 dispergieren. </li></ol> 4. Stabilitätstest der ionischen Hydrogels ANMERKUNG: Um die Rolle des ionischen EPS Hydrogels in AGS Strukturbildung verstehen, Stabilitätstests wurden an den ionischen Hydrogelperlen des CO 2 Na 3 Extraktion durchgeführt, 3.2 in Schritt gesammelt. <ol><li> Halten Sie die Hydrogel - Kügelchen für 30 Minuten in der CaCl 2 -Lösung. </li><li> Mit einem Löffel die Hydrogel - Kügelchen zu nehmen aus dem CaCl 2 </sub&gt; Lösung und teilen Sie die Perlen in vier gleichen Anteilen. </li><li> Store Fraktion 1 in 10 ml Wasser 4 Stunden lang bei 4ºC demineralisiert. Die folgenden Stabilitätstests wurden in der gleichen Weise durchgeführt, wie in den Extraktionsverfahren beschrieben 1,3-1,5. </li><li> Store Fraktion 2 in 10 ml 2% (w / v) EDTA-Lösung für 3 Stunden bei 4 ° C. </li><li> Store Fraktion 3 in 7,15 ml Wasser mit 60 &amp; mgr; l 99% Formamid für 1 h bei 4ºC demineralisiert. Dann fügen Sie 2,85 ml 1 M NaOH und speichern Fraktion 3 für 3 Stunden bei 4 ° C. </li><li> Store Fraktion 4 in 7,15 ml Wasser mit 60 &amp; mgr; l 37% Formaldehyd für 1 h bei 4ºC demineralisiert. Dann fügen Sie 2,85 ml 1 M NaOH und speichern Fraktion 4 für 3 Stunden bei 4 ° C. </li><li> Überwachen wenn sichtbare Zerfall der Kügelchen während der Lagerung unter den beschriebenen Bedingungen in 4,3-4,6 zu bewerten, wenn die Kügelchen die Extraktionsbedingungen standhalten. </li></ol>

<ol><li>Pronk, M., de Kreuk, M. K., de Bruin, B., Kamminga, P., Kleerebezem, R., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full+scale+performance+of+the+aerobic+granular+sludge+process+for+sewage+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Full scale performance of the aerobic granular sludge process for sewage treatment.</a> Water Res. 84, 207-217 (2015).</li>
<li>Kreuk, M. K., Kishida, N., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerobic+granular+sludge+-+state+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Aerobic granular sludge - state of the art.</a> Water Sci. Technol. 55 (8-9), 75(2007).</li>
<li>Adav, S. S., Lee, D. J., Show, K. Y., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerobic+granular+sludge%3A+Recent+advances%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Adv%22%5BJournal%5D)">Aerobic granular sludge: Recent advances.</a> Biotechnol. Adv. 26, 411-423 (2008).</li>
<li>Seviour, T., Pijuan, M., Nicholson, T., Keller, J., Yuan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+properties+of+aerobic+sludge+granules+as+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Understanding the properties of aerobic sludge granules as hydrogels.</a> Biotechnol. Bioeng. 102 (5), 1483-1493 (2009).</li>
<li>Flemming, H. -C., Wingender, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+biofilm+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The biofilm matrix.</a> Nat. Rev. Microbiol. 8 (9), 623-633 (2010).</li>
<li>Seviour, T., Yuan, Z., van Loosdrecht, M. C. M., Lin, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerobic+sludge+granulation%3A+A+tale+of+two+polysaccharides%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Aerobic sludge granulation: A tale of two polysaccharides?</a> Water Res. 46 (15), 4803-4813 (2012).</li>
<li>Wingender, J., Neu, T. R., Flemming, H. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+are+Bacterial+Extracellular+Polymeric+Substances%5BTitle%5D)+AND+%22Microb.+Extracell.+Polym.+Subst.+Charact.+Struct.+Funct%22%5BJournal%5D)">What are Bacterial Extracellular Polymeric Substances.</a> Microb. Extracell. Polym. Subst. Charact. Struct. Funct. , 27-53 (1999).</li>
<li>Flemming, H. -C., Neu, T. R., Wozniak, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+EPS+Matrix%3A+The+%22House+of+Biofilm+Cells.%22%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Bacteriol%22%5BJournal%5D)">The EPS Matrix: The "House of Biofilm Cells.".</a> J. Bacteriol. 189 (22), 7945-7947 (2007).</li>
<li>Lin, Y. M., Sharma, P. K., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+chemical+and+mechanical+differences+between+alginate-like+exopolysaccharides+isolated+from+aerobic+flocculent+sludge+and+aerobic+granular+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">The chemical and mechanical differences between alginate-like exopolysaccharides isolated from aerobic flocculent sludge and aerobic granular sludge.</a> Water Res. 47 (1), 57-65 (2013).</li>
<li>Fang, H. H. P., Jia, X. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+extracellular+polymer+from+anaerobic+sludges%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Tech%22%5BJournal%5D)">Extraction of extracellular polymer from anaerobic sludges.</a> Biotechnol. Tech. 10 (11), 803-808 (1996).</li>
<li>Liu, H., Fang, H. H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29+of+sludges%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) of sludges.</a> J. Biotechnol. 95, 249-256 (2002).</li>
<li>Comte, S., Guibaud, G., Baudu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+extraction+method+on+EPS+from+activated+sludge%3A+An+HPSEC+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Hazard.+Mater%22%5BJournal%5D)">Effect of extraction method on EPS from activated sludge: An HPSEC investigation.</a> J. Hazard. Mater. 140 (1-2), 129-137 (2007).</li>
<li>Adav, S. S., Lee, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+extracellular+polymeric+substances+from+aerobic+granule+with+compact+interior+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Hazard.+Mater%22%5BJournal%5D)">Extraction of extracellular polymeric substances from aerobic granule with compact interior structure.</a> J. Hazard. Mater. 154, 1120-1126 (2008).</li>
<li>Pan, X., Liu, J., Zhang, D., Chen, X. I., Li, L., Song, W., Yang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+five+extraction+methods+for+extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29+from+biofilm+by+using+three-dimensional+excitation-emission+matrix+%283DEEM%29+fluorescence+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Water+SA%22%5BJournal%5D)">A comparison of five extraction methods for extracellular polymeric substances (EPS) from biofilm by using three-dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) fluorescence spectroscopy.</a> Water SA. 36 (1), 111-116 (2010).</li>
<li>D'Abzac, P., Bordas, F., Van Hullebusch, E., Lens, P. N. L., Guibaud, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29+from+anaerobic+granular+sludges%3A+Comparison+of+chemical+and+physical+extraction+protocols%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Microbiol.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) from anaerobic granular sludges: Comparison of chemical and physical extraction protocols.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 85 (5), 1589-1599 (2010).</li>
<li>Comte, S., Guibaud, G., Baudu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relations+between+extraction+protocols+for+activated+sludge+extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29+and+EPS+complexation+properties%3A+Part+I.+Comparison+of+the+efficiency+of+eight+EPS+extraction+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Enzyme+Microb.+Technol%22%5BJournal%5D)">Relations between extraction protocols for activated sludge extracellular polymeric substances (EPS) and EPS complexation properties: Part I. Comparison of the efficiency of eight EPS extraction methods.</a> Enzyme Microb. Technol. 38 (1-2), 237-245 (2006).</li>
<li>Adav, S. S., Lee, D. J., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+polymeric+substances+and+structural+stability+of+aerobic+granule%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Extracellular polymeric substances and structural stability of aerobic granule.</a> Water Res. 42, 1644-1650 (2008).</li>
<li>Caudan, C., Filali, A., Lefebvre, D., Spérandio, M., Girbal-Neuhauser, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29+from+aerobic+granular+sludges%3A+Extraction%2C+fractionation%2C+and+anionic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Biochem.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Extracellular polymeric substances (EPS) from aerobic granular sludges: Extraction, fractionation, and anionic properties.</a> Appl. Biochem. Biotechnol. 166 (7), 1685-1702 (2012).</li>
<li>Frølund, B., Palmgren, R., Keiding, K., Nielsen, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+extracellular+polymers+from+activated+sludge+using+a+cation+exchange+resin%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Extraction of extracellular polymers from activated sludge using a cation exchange resin.</a> Water Res. 30 (8), 1749-1758 (1996).</li>
<li>Nielsen, P. H., Jahn, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+EPS%5BTitle%5D)+AND+%22Microb.+Extracell.+Polym.+Subst.+Charact.+Struct.+Funct%22%5BJournal%5D)">Extraction of EPS.</a> Microb. Extracell. Polym. Subst. Charact. Struct. Funct. , 49-72 (1999).</li>
<li>Lin, Y. M., Nierop, K. G. J., Girbal-Neuhauser, E., Adriaanse, M., van Loosdrecht, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustainable+polysaccharide-based+biomaterial+recovered+from+waste+aerobic+granular+sludge+as+a+surface+coating+material%5BTitle%5D)+AND+%22Sustain.+Mater.+Technol%22%5BJournal%5D)">Sustainable polysaccharide-based biomaterial recovered from waste aerobic granular sludge as a surface coating material.</a> Sustain. Mater. Technol. 4, 24-29 (2015).</li>
<li>Lin, Y. M., Wang, L., Chi, Z. M., Liu, X. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+Alginate+Role+in+Aerobic+Granular+Bio-particles+Formation+and+Settleability+Improvement%5BTitle%5D)+AND+%22Sep.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Bacterial Alginate Role in Aerobic Granular Bio-particles Formation and Settleability Improvement.</a> Sep. Sci. Technol. 43 (7), 1642-1652 (2008).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+Methods+for+the+Examination+of+Water+and+Wastewater%22">Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater</a>. , American Public Health Association. Washington DC. (1998).</li>
<li>Mchugh, D. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMchugh%2C+DJ+%22A+guide+to+the+seaweed+industry%22">A guide to the seaweed industry</a>. , FAO Fish. Tech. Pap. 441. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. (2003).</li>
<li>Lin, Y., de Kreuk, M., van Loosdrecht, M. C. M., Adin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+alginate-like+exopolysaccharides+isolated+from+aerobic+granular+sludge+in+pilot-plant%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Characterization of alginate-like exopolysaccharides isolated from aerobic granular sludge in pilot-plant.</a> Water Res. 44 (11), 3355-3364 (2010).</li>
<li>Zorel, J. A., Aquino, S. F., Sanson, aL., Castro-Borges, W., Silva, S. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+EPS+extraction+protocols+from+anaerobic+sludge+for+gel-based+proteomic+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of EPS extraction protocols from anaerobic sludge for gel-based proteomic studies.</a> Water Sci. Technol. 72 (4), 535(2015).</li>
<li>Ruiz-Hernando, M., Cabanillas, E., Labanda, J., Llorens, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound%2C+thermal+and+alkali+treatments+affect+extracellular+polymeric+substances+%28EPSs%29+and+improve+waste+activated+sludge+dewatering%5BTitle%5D)+AND+%22Process+Biochem%22%5BJournal%5D)">Ultrasound, thermal and alkali treatments affect extracellular polymeric substances (EPSs) and improve waste activated sludge dewatering.</a> Process Biochem. 50 (3), 438-446 (2015).</li>
<li>Seviour, T., Pijuan, M., Nicholson, T., Keller, J., Yuan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gel-forming+exopolysaccharides+explain+basic+differences+between+structures+of+aerobic+sludge+granules+and+floccular+sludges%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Gel-forming exopolysaccharides explain basic differences between structures of aerobic sludge granules and floccular sludges.</a> Water Res. 43, 4469-4478 (2009).</li>
<li>de Kerchove, A. J., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+polysaccharide+gel+layers+in+the+presenceof+Ca2%2B+and+K%2B+ions%3A+Measurements+and+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Formation of polysaccharide gel layers in the presenceof Ca2+ and K+ ions: Measurements and mechanisms.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 113-121 (2007).</li>
<li>Jiang, H. L., Tay, J. H., Liu, Y., Tay, S. T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ca2%2B+augmentation+for+enhancement+of+aerobically+grown+microbial+granules+in+sludge+blanket+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ca2+ augmentation for enhancement of aerobically grown microbial granules in sludge blanket reactors.</a> Biotechnol. Lett. 25 (2), 95-99 (2003).</li>
<li>Liang, Z., Li, W., Yang, S., Du, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+and+structural+characteristics+of+extracellular+polymeric+substances+%28EPS%29%2C+pellets+in+autotrophic+nitrifying+biofilm+and+activated+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Extraction and structural characteristics of extracellular polymeric substances (EPS), pellets in autotrophic nitrifying biofilm and activated sludge.</a> Chemosphere. 81 (5), 626-632 (2010).</li>
<li>Guo, X., Liu, J., Xiao, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+damage+of+cell+wall+and+cell+membrane+for+various+extracellular+polymeric+substance+extractions+of+activated+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the damage of cell wall and cell membrane for various extracellular polymeric substance extractions of activated sludge.</a> J. Biotechnol. 188, 130-135 (2014).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Hinweise für den Protokollabschnitt Die Extraktion von EPS / ALE wird mit einem Volumen von 50 ml und 3 g Granulat beschrieben. Diese Werte werden als Richtlinien beabsichtigt. Extraktionen mit höherer Granulat Konzentrationen können die Ausbeute der extrahierten EPS verringern. Bei der Gewinnung von ALE sollte die Temperatur für 30 min bei 80 ° C konstant gehalten werden. Die Zeit für die Mischung erforderliche aufzuheizen (ca. 5 min) wird in dem Protokoll enthalten. Weiterhin wird die Extraktionseffizienz durch die Verwendung eines magnetischen Rührstabs der gleichen Größe wie der Durchmesser des Kolbens unten erweitert. Dies wird in einem guten Mischeigenschaften und Fräsen Wirkungen führen, die Extraktion von EPS zu fördern. Später im Protokollabschnitt, TS und VS Erträge aller Extraktionen (Überstand gesammelt in Schritten von 1,1 bis 1,6) bestimmt. Dialyse muss vor TS und VS-Messung durchgeführt werden, um mögliche Fehler der Anwesenheit von Chemikalien für Extraktionen verwendet aufgrund verringern. EINMWCO von 3500 Da wird empfohlen, diese Chemikalien zu entfernen, während die EPS-Makromoleküle innerhalb der Dialysebeutel zu halten. Die Tasche Dialyse sollte ein größeres Volumen als das Volumen des Extrakts haben. Dies ist notwendig, weil das Volumen des Extraktes während der Dialyse (zB für EDTA - Extraktion bis zu 40% Volumenerhöhung) zu erhöhen. Das Ausmaß der chemischen Entfernung durch Dialyse kann durch Messung des pH-Wertes in der Probe vor und nach der Dialyse bestimmt. Alternativ zeigen Leitfähigkeitsmessungen des Dialysewasser, das Ausmaß der Ionenentfernung. Um ALE aus der Summe der extrahierten EPS (Schritte 1,6 und 2) die Dialyseschritt ist optional erhalten. Dennoch hat Dialyse drei Vorteile: es reduziert die Menge an HCl zur Fällung erforderlich ist, den Säuremassentransfer im Extrakt erhöht, und verringert den Aschegehalt des erhaltenen ALE. Für die Fällung von ALE wird empfohlen, ein Becherglas mit einem wesentlich größeren Volumen als das extrac verwendent. Na 2 CO 3 ist normalerweise in der Extraktionsüberdosiert. Die hinzugefügte HCl wird zuerst mit dem Na 2 CO 3 reagieren gelassen in dem Extrakt, was zu einer Bildung von Kohlendioxid und, falls die Probe nicht vor dialysiert wurde, in Schäumen. Während der Zugabe von HCl, sollte der Extrakt langsam mit einem magnetischen Rührstab mit der gleichen Größe wie der Boden des Becherglases gerührt werden. Ein Rührstab dieser Größe und langsamem Rühren wird, ohne die Struktur des Niederschlags in noch Mischen zur Folge haben. Wenn saure Gelklumpen in dem Extrakt gebildet werden, sollte das Becherglas von Hand leicht aufgewirbelt werden. Die Fällung wird mit einer Säure-Konzentration von 1 M führten eine große Volumenerhöhung des Extrakts zu vermeiden, während immer noch eine homogene Verteilung der Säure in der Probe zu erhalten. Höhere Säurekonzentrationen können in einem regionalen pH-Abnahme und sauren Gelklumpen Bildung führen. Ein pH-Wert niedriger als 2,0 verringert die Menge der ALE die wiederhergestellt werden können, wahrscheinlich aufgrund der strukturellen Veränderungender Polymere bei niedrigeren pH-Wert. Es ist daher wichtig bei 2,20 ± 0,05 Der End-pH zu halten. Einschränkungen Das ALE-Extraktions-Verfahren zielt darauf ab, strukturelle extrazelluläre Polymere des EPS von AGS oder Biofilmen im Allgemeinen zu extrahieren und nicht alle aktuellen EPS zu extrahieren soll. Um alle EPS extrahieren, eine Kombination von mehr als einem Extraktionsverfahren erforderlich. Außerdem ist , wie mit der Zunahme des VS EPS Ausbeute gezeigt durch eine doppelte und vierfache Extraktion Anwendung einer einzigen Extraktion nicht alle strukturellen EPS extrahieren. ALE-Extraktion ist eine harte EPS-Extraktionsverfahren, ständige Durchmischung mit Wärme und alkalischen Bedingungen zu kombinieren. Aus diesem Grund ist es möglich, dass einige intrazellulärem Material zusammen mit den EPS extrahiert wird. Obwohl Zelllyse kann durch physikalische und chemische Extraktionstechniken (Beschallung 31,32, 31,32 NaOH, EDTA 11,32, CER 32, 32 Wärme und hohen Scherraten von m verursacht werdenixing 19), muss das Vorhandensein von intrazellulärem Material in zurückgewonnen EPS noch verifiziert werden. Die ionische gelbildende Eigenschaft der extrahierten EPS ist der Schwerpunkt dieser Forschung, ob das wiedergewonnene EPS intrazelluläre Material enthält, wurde nicht untersucht. Zukünftige Forschung wird auf die Identifizierung intrazellulären Material in den extrahierten EPS konzentrieren. Die Hydrogelmatrix von AGS Löslichmachende ist entscheidend strukturelle EPS zu extrahieren EPS bildet eine dichte und kompakte Hydrogelmatrix in AGS. Obwohl EPS verschiedenen Klassen von organischen Makromolekülen wie Polysacchariden, Proteinen, Nukleinsäuren enthält, (phospho) Lipiden, Huminstoffe und einige interzellularen Polymere 7,5,8, nicht alle von ihnen ein Gel bilden. Es werden nur die gelbildende Polymere hier als Strukturpolymere in EPS betrachtet. Das Ziel der EPS-Extraktionen ist zum ersten EPS löslich zu machen und dann die solubilisierten EPS zu sammeln. Wenn die Struktur EPS (dh ter EPS ein Hydrogel bildet) ist das Ziel der Extraktion, die Gelmatrix von AGS muss zuerst solubilisiert werden. Nur Methoden, die die Gel-Matrix sind in der Lage zu extrahieren Struktur EPS solubilisieren können. In dieser Forschung verwendet , um einige häufig EPS - Extraktionsverfahren, wie Zentrifugation , 10 - 15 Beschallungs 10,14,15, 10 EDTA - 12,14,15, Formaldehyd + NaOH 10 - 15 und Formamid + NaOH 13 nicht effizient die strukturelle isolieren könnte EPS. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass die Hydrogelmatrix der aeroben Granulate mit diesen Verfahren nicht solubilisiert wurde. Aus diesem Grund Stabilitätstests in Abschnitt 4 wurden nur mit Bedingungen in EDTA, Formamid + NaOH und Formaldehyd + NaOH Extraktion durchgeführt. Diese drei Extraktionen waren nicht in der Lage zu isolieren Struktur EPS ; , aber immer noch die höchste VS EPS Ausbeute neben der Na 2 CO 3 Extraktion. Bedingungen of die Na 2 CO 3 Extraktion wurden nicht als dieses Extraktionsverfahren deutlich solubilisiert die AGS Matrix aufgebracht. Daher sind die angewandten Bedingungen während der Stabilitätstest wurden als repräsentativ angesehen. Die Extraktion mit Kationenaustauschharz (CER), einem anderen häufig verwendeten EPS-Extraktionsverfahren wurde nicht für diesen Vergleich betrachtet, da frühere Studien auf EPS-Extraktion mit CER hier nicht bessere Ergebnisse als die chemischen Extraktionen brachte. Gelbildenden EPS in AGS Gelbildenden EPS werden als die Struktur EPS in der Hydrogelmatrix von AGS betrachtet. Es ist erwähnenswert, dass es verschiedene Arten von Hydrogelen, wie ionische Gele, temperaturbedingte Gele und pH-induzierte Gele sind. Diese Studie konzentriert sich nur auf EPS, die ionische Gele bilden. die große Anteil an Struktur Gel-Material extrahiert In Bezug auf, ist dies wahrscheinlich die dominanten strukturellen EPS zu sein. Es gibt sicherlich Möglichkeiten, die andere Arten von EPSdiese Form verschiedene Arten von Hydrogele (beispielsweise pH induzierte gel 28) gibt es in der gleichen oder einer anderen Art von aeroben Granulate. Dennoch, egal welche Art von Hydrogel wird gezielt, Lösungs die EPS-Gel-Matrix ist der wichtigste Schritt ist gelbildenden EPS zu extrahieren. Derzeit hat wenig Forschung über strukturelle EPS von körnigem Schlamm geschehen. Das ALE-Extraktion in diesem Protokoll beschrieben ist in der Lage gelbildenden EPS aus AGS Extrahieren und wird in weiteren Studien verwendet werden, um strukturelle EPS zu charakterisieren. Mehr Forschung muss auf AGS, strukturelle EPS und nicht-strukturellen EPS getan werden, um den Prozess besser und Funktion der Granulation und EPS verstehen. Vor allem müssen die folgenden drei Punkte untersucht werden: warum Mikroorganismen, eine große Menge an EPS produzieren, was ist die genaue Zusammensetzung von EPS und wie wird die Zusammensetzung der EPS auf Umweltveränderungen modifiziert abhängig. Das Erkennen und die Analyse aller beteiligten Verbindungen und ihre interactions helfen Biofilmen und wie nutzen sie zu unserem Vorteil zu verstehen.

In den letzten Jahren hat sich die aerobe körniger Schlamm (AGS) Verfahren ein beliebtes biologischen Abwasserbehandlungsverfahren werden, erfolgreich an mehreren Full-Scale Abwasserbehandlung angewandt Pflanzen 1. Im Gegensatz zu dem Prozess herkömmlichen Belebtschlamm, in den AGS verarbeiten die Mikroorganismen bilden Granulat anstelle von Flocken 2. Diese Körner haben eine bessere Absetzbarkeit der Lage sind, höhere organische Raumbelastungen aushalten und haben eine höhere Toleranz gegenüber Toxizität als Belebtschlammflocken 3. Im Gegensatz zu Biofilmen wird AGS 4 spontan , ohne Beteiligung von jedem Trägermaterial gebildet. In AGS, wie in Biofilmen, produzieren Mikroorganismen eine erhebliche Menge an stark hydratisierte extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) 5 eine Hydrogelmatrix zu bilden , in dem sie selbst immobilisiert sind 4 - 6. EPS sind eine komplexe Mischung von Polysacchariden, Proteinen, Nukleinsäuren besteht, (phospho) Lipiden, Huminstoffe und einige 5,7,8 interzellularen Polymere. Diese polymeren Substanzen interagieren miteinander durch elektrostatische Kräfte, Wasserstoffbrücken, ionische attraktive Kräfte und / oder biochemischer Reaktionen, etc. 5, eine dichte und kompakte Tertiärnetzwerkstruktur zu bilden. Die Polymere in der Lage sind , die EPS Hydrogele 4,9 zu bilden und zur Bildung des tertiären Netzstruktur sind in diesem Zusammenhang betrachtet als Struktur EPS, eine Teilmenge der Gesamt EPS beitragen. EPS sind für die chemische Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Körnchen 5 verantwortlich. Es ist daher entscheidend, um die Funktion der einzelnen EPS Verbindung zu verstehen. Es sind verschiedene Ansätze angewendet zu extrahieren EPS von 10 bis 15. Aufgrund ihrer extremen Komplexität ist es fast unmöglich, alle Komponenten des EPS durch eine einzige Methode zu extrahieren. Bis heute gibt es keine &quot;one size fits all&quot; Verfahren für EPS-Extraktion. Die Wahl des Extraktionsmethode beeinflusst nicht nur die Gesamtmenge, sondern auch die Zusammensetzung der zurückgewonnenen Polymere 13,16 - 20. Je nach Art des Schlammes und die EPS von Interesse verschiedene Methoden erforderlich sind. Extrahieren gelbildende Polymere, ihre Eigenschaften Charakterisierung und Untersuchung von deren Wechselwirkungen untereinander und mit nicht-gelbildenden EPS wird helfen, die Rolle von EPS in aerobe körnige Schlammbildung zu offenbaren. Darüber hinaus sind die gelbildende Polymere auch nützlich Biopolymeren in industriellen Anwendungen. Eine mögliche Anwendung wurde bereits unter Verwendung von gelbildenden Polymeren aus AGS als Beschichtungsmaterial 21 gezeigt , die Wasserfestigkeit von Papier zu erhöhen. Daher Extraktionsverfahren, die spezifisch für gelbildende EPS benötigt. Das Ziel dieser Studie ist es, eine Methodik zu entwickeln, gelbildende EPS von AGS zu extrahieren. Sechs Extraktionsverfahren 10-15,22, die in der Literatur häufig verwendet werden, wurden EPS von AGS zu extrahieren ausgewählt. Die Gesamtmenge und die gelbildende Eigenschaft der extrahierten EPS wurden für jede Methode verglichen.

<table><tbody><tr><td>250 ml Prallkolben</td><td>Kimble</td><td>25630-250</td><td></td></tr><tr><td>1.000 ml Glasbecher</td><td>VWR</td><td>213-1128</td><td></td></tr><tr><td>RCT basic, Magnetrührer mit Thermometer</td><td>IKA</td><td>3810000</td><td></td></tr><tr><td>Natriumcarbonat-Decahydrat</td><td>Merck KGaA</td><td>1063911000</td><td></td></tr><tr><td>50 ml Zentrifugationsgefäße</td><td>greiner bio-one</td><td>227261</td><td></td></tr><tr><td>Multifuge 1 S-R, Zentrifuge</td><td>Heraeus/Thermo Scientific-Salzsäure</td><td></td><td></td></tr><tr><td>, 37%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30721-1L-GL-D</td><td></td></tr><tr><td>250 ml Becherglas</td><td>VWR</td><td>213-1124</td><td></td></tr><tr><td>Calciumchlorid-Dihydrat</td><td>Merck KGaA</td><td>1023821000</td><td></td></tr><tr><td>1 ml Pasteurpipette</td><td>Copan</td><td>201C</td><td></td></tr></tbody></table>

die extraktion von strukturextrazellulären polymeren substanzen aus aerobic granular sludge

Extraction of Structural Extracellular Polymeric Substances from Aerobic Granular Sludge

Um Methoden für die Extraktion von gelbildenden extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) zu evaluieren und zu entwickeln, wurde EPS aus aerobem körnigem Schlamm (AGS) mit sechs verschiedenen Methoden extrahiert (Zentrifugation, Ultraschall, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Formamid mit Natriumhydroxid (NaOH), Formaldehyd mit NaOH und Natriumcarbonat (Na2CO3) mit Hitze und ständigem Mischen). AGS wurde aus einem Pilot-Klärreaktor entnommen. Die ionische gelbildende Eigenschaft des extrahierten EPS der sechs verschiedenen Extraktionsmethoden wurde mit Calciumionen (Ca2+) getestet. Von den sechs verwendeten Extraktionsmethoden konnte nur die Na2CO3 -Extraktion die Hydrogelmatrix von AGS lösen. Die mit dieser Methode gewonnenen alginatähnlichen extrazellulären Polymere (ALE) bildeten ionische Gelkügelchen mit Ca2+. Die Ca2+-ALE-Kügelchen waren in EDTA, Formamid mit NaOH und Formaldehyd mit NaOH stabil, was darauf hindeutet, dass ALE ein Teil der Strukturpolymere in EPS sind. Es wird empfohlen, eine Extraktionsmethode zu verwenden, die physikalische und chemische Behandlung kombiniert, um AGS zu lösen und strukturelles EPS zu extrahieren.

EPS - Extraktion Das Auftreten von Granulaten nach verschiedenen EPS Extraktionsverfahren Anwendung ist in 1 gezeigt. Die Form und die Gelstruktur von Granulaten waren intakt nach dem Zentrifugieren (1a) und EDTA - Extraktion (Figur 1c). Granulat wurde in Fragmente unterschiedlicher Größen durch Beschallung aufgebrochen. Die Trübung in der flüssigen Phase könnte durch Suspension von kleinen Fragmenten (Abbildung 1b) , da die Trübung hoch nach Zentrifugation verringert. Formamid und Formaldehyd allein keine Auswirkungen hat auf die Form des Körnchens verändern und ihre Gelstruktur (Daten nicht gezeigt). Nach der Zugabe von NaOH, wandte sich die flüssige Phase gelblich. Einige flauschigen Material wurde von der Oberfläche des Granulats gelöst und bildete eine Schicht auf der Oberseite der abgesetzten Granulate (Figur 1d und 1e). Trotzdem ist die Form desGranulat wurde nicht verändert. Die Zugabe von NaOH verbessert anscheinend EPS Solubilisierung, konnte aber die Gelmatrix-Struktur nicht beschädigen. Im Vergleich dazu Granulat nach Na 2 CO 3 Extraktion (1f) vollständig verschwunden. Stattdessen wird eine Mischung aus nach dem Sol-ähnliche Flüssigkeit und kleine gallertartige Teilchen gebildet wurden, wurde die Gelmatrix von Granulaten zeigt tatsächlich solubilisiert. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54534/54534fig1.jpg" /> Abbildung 1. Aerobic körniger Schlamm EPS - Extraktionen. Zur besseren Visualisierung der Auswirkungen der einzelnen Extraktionsverfahren auf das Granulat, Experimente wurden in 25 ml Glasflaschen durchgeführt. Nach dem Extraktionsverfahren, die Extrakte wurden für 1 Stunde bei Raumtemperatur gehalten, damit Schwebstoffe absetzen. (A) Zentrifugieren Extraktion, (b) Beschallen Extraktion, (c) EDTA - Extraktion, (d) Formamid - NaOH Extraction, (e) Formaldehyd - NaOH - Extraktion, (f) Hochtemperatur -. Na 2 CO 3 Extraktion <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54534/54534fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54534/54534fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> EPS - Ausbeute für jede Methode zur VS - Fraktion mit Bezug ist in Figur 2 veranschaulicht. Die Ausbeute ist in mg pro g VS EPS anfänglichen VS Granulat vorgelegt. Die Menge an EPS von Formaldehyd + NaOH, Formamid + NaOH und Na 2 CO 3 + Heizen + war höher als die der Zentrifugation, Ultrabeschallung und EDTA - Extraktion gemischt wird . 13,15 darauf hinweist , dass alkalischen Bedingungen EPS Löslichkeit 26,27 verbessern - Ähnliche Ergebnisse für diese Extraktionstechniken wurden auch von früheren Studien 11 gezeigt. Die Menge an EPS gewonnen durch Na 2 CO 3<html> die höchste war, mehr als 20-fache der nur durch Zentrifugation erhalten. Zusätzlich kann die Gesamtausbeute des EPS Na 2 CO 3 Extraktion weiter durch mehrere Extraktionen verbessert werden. Eine zweite Extraktion das Pellet verworfen in Schritt 1.6.8 (Protokollabschnitt) der ersten Extraktion erhöht die Gesamtausbeute von 28%, eine vierfache Extraktion erhöht auch die Gesamtausbeute von 46% verwendet wird. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54534/54534fig2.jpg" /> Abbildung 2. Ergebnisse aller Extraktionsmethoden in Bezug auf VS - Ausbeute und Aschegehalt. Für jede Extraktion der erste Takt des VS - Ausbeute in mg stellt VS EPS pro g Anfangs VS Granulat. Der zweite Balken stellt den Gewichtsprozentsatz der Asche in den extrahierten TS. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung der drei Extraktionen für jede Extraktionstechnik durchgeführt.&quot;_blank&quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Alginate artigen extrazellulären Polymer (ALE) Extraktion Nachdem der pH - Wert der durch die Na 2 CO 3 Extraktion extrahiert EPS auf 2,2 eingestellt war, wurde 63% des gesamten VS ausgefällt. Der Niederschlag ist sauer ALE 25. Die Restfraktion war wahrscheinlich EPS, die unter den Extraktionsbedingungen löslich gemacht werden kann, aber keinen Niederschlag bei pH 2,2 bilden. Ionic Hydrogelbildungsschritt Test Aerobic Granula wurden als ähnlich zu einem Hydrogel beschrieben. Das Granulierungsverfahren wurde als gelbildende Phänomen mit Glycosiden als Geliermittel 4,9,25,28 angesehen worden. Normalerweise Ca 2+ ist eines der am häufigsten verwendeten Kationen im Abwasser. Außerdem bindet es leicht mit sauren Polysacchariden (zBAlginate und Poly-Galacturonsäure), vermutlich als Gegenion zu vermitteln Gelierung 29. resultierende somit in einem ionisch vernetzten Hydrogels. Es wurde beobachtet , daß die Zugabe von Ca 2+ -Ionen aerobe Schlamm Granulation 30 beschleunigen kann. Daher Ca 2+ -EPS (ionische Hydrogel) könnte eine wichtige Rolle spielen , um die Gel - Matrix - Struktur in aeroben körniger Schlamm in den Aufbau. In diesem Zusammenhang , ob die extrahierten EPS bildet ein ionisches Hydrogel mit Ca 2+ -Ionen als Test verwendet werden könnte , um zu überprüfen , ob die extrahierte EPS zur Bildung einer strukturellen Polymer des Gels beitragen Matrix in aerobe körnige Schlämme 9. In dieser Forschung für die EPS aus AGS (Abbildung 3a) durch verschiedene Verfahren extrahiert werden , nur die von Na 2 CO 3 extrahiert EPS gehalten , die Form eines Tropfens in 2,5% (w / v) CaCl &amp; sub2 ; -Lösung und bildeten stabile ionische Hydrogelperlen .Außerdem EPS das Natrium ALE daraus erhalten durch zusätzliche Schritte (ALE Polymer - Extraktion, 3b) angezeigt und die gleiche Eigenschaft. Die Farbe und die Morphologie der Ca 2+ -ALE Gelkügelchen (Abbildung 3c) sind ähnlich aeroben granulare Schlamm (Abbildung 3a). Offenbar ist die durch die Na 2 CO 3 Verfahren extrahiert EPS trägt zur Bildung der Gelmatrix in aerobe körnige Schlämme. ALE, das eine Hauptkomponente dieses EPS ist es strukturelle Polymere können ein ionisches Hydrogel zu bilden. Stabilitätstest des ionischen Hydrogel Es wurde während der EPS - Extraktion, aerobe Granulat behielten ihre sphärische Form in EDTA, Formaldehyd und Formamid + NaOH + NaOH (1) festgestellt , daß. Um herauszufinden, ob die extrahierten Strukturpolymere zu verstehen , eine Rolle bei der Stabilität der Granulate, Ca 2+ -ALE Perlen spielen warengenau die gleiche Weise wie aerobe Granulat bei der Extraktion behandelt. Interessanterweise angezeigt Ca 2+ -ALE beads die ähnliche Stabilitäten wie der AGS (Abbildung 3d - 3f), dh Ca 2+ -ALE beads in EDTA äußerst stabil waren. Es gab wenig Menge an ALE von der Oberfläche des Ca 2+ freistehend -ALE Perlen (winzige bräunlich Flocke in Abbildung 3e und 3f), wenn die Ca 2+ -ALE Perlen waren in Formaldehyd + NaOH und Formamid + NaOH drei Stunden lang getränkt , beziehungsweise. Diese Ähnlichkeit in Bezug auf die Stabilität zwischen Ca 2+ -ALE Perlen und aerobe Granulat zeigt an, dass ALE ein Teil der wichtigen strukturellen Polymere bilden die AGS Gel - Matrix sind. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54534/54534fig3.jpg" /> Abbildung 3. Aerobic - Granulat und extrahiert ALE. (A) Ein Granulat in demineralisiertem Wasser prIOR-Extraktion. (B) Saure ALE (extrahiert gemäß den Absätzen 1.6 und 2) nach der Zentrifugation bei 4.000 × g und 4 ° C für 20 min. Ergebnisse der Stabilitätstests der ionischen Hydrogel. (C) Ca 2+ -ALE Perlen in demineralisiertes Wasser für 4 Stunden bei 4 ° C gelagert. (D) Ca 2+ -ALE-beads für 3 h bei 4 ° C in 2% EDTA, gespeichert. (E) Ca 2+ -ALE-beads in Formamid gespeichert + NaOH 4 h bei 4 ° C. (F) Ca 2+ gespeichert -ALE-Perlen in Formaldehyd + NaOH 4 h bei 4 ° C. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54534/54534fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54534/54534fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Das Protokoll sieht eine Methodik aerobe granulare Schlamm löslich zu machen, um Alginat-ähnliche extrazelluläre Polymere (ALE) zu extrahieren.

Die Extraktion von Strukturextrazellulären polymeren Substanzen aus Aerobic Granular Sludge

To evaluate and develop methodologies for the extraction of gel-forming extracellular polymeric substances (EPS), EPS from aerobic granular sludge (AGS) ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, eine Extraktionsmethodik zur Gewinnung struktureller extrazellulärer polymerer Substanzen oder EPS aus Bio-Schäumen, insbesondere aus aerobem Kornschlamm, darzustellen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich des Kornschlamms zu beantworten, beispielsweise das Verständnis des Granulationsprozesses sowie die Analyse der EPS-Zusammensetzung.Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass das Vorhandensein von Gelfoam-Polymeren in EPS kurzfristig überprüft werden kann. Zentrifugieren Sie den körnigen Schlamm bei 4.000 × g und vier Grad Celsius für 20 Minuten und dekantieren Sie den Überstand. Sammeln Sie die Körnchen im Pellet zur Extraktion.Erhitzen Sie 150 Milliliter Leitungswasser in einem 1.000-Milliliter-Glaskolben auf einem Magnetrührer auf 80 Grad Celsius vor. Geben Sie drei Gramm Granulat in einen 250-Milliliter-Rundkolben mit Aussteifungen und füllen Sie den Kolben mit entmineralisiertem Wasser bis auf 50 Milliliter auf. Fügen Sie 0,67 Gramm Natriumcarbonat-Decahydrat zum Kolben hinzu, um eine Natriumcarbonat-Konzentration von 0,5 % Gewicht pro Volumen zu erhalten.Stellen Sie den Kolben mit der Mischung in das Wasserbad. Decken Sie den Kolben und das Becherglas separat mit Aluminiumfolie ab, um Verdunstung zu verhindern. Rühren Sie die Mischung 35 Minuten lang bei 400 U/min und 80 Grad Celsius. Überführen Sie das Gemisch in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie das Röhrchen mit dem Gemisch bei 4.000 × g und vier Grad Celsius für 20 Minuten. Sammeln Sie das Überstand und verwerfen Sie den Pellet.Der Dialyse-Schritt ist optional, um strukturelle EPS aus aerobem Kornschlamm zu gewinnen. Er bietet jedoch mehrere Vorteile, die im Protokoll beschrieben sind. Pipettieren Sie das Überstand in einen Dialysebeutel mit einer Molekulargewichts-Cutoff von 3.500 Dalton und führen Sie die Dialyse 24 Stunden lang gegenüber 1000 ml Ultrapurem Wasser durch.Wechseln Sie das Dialysewasser nach 12 Stunden, um die Wirkung der Dialyse zu verbessern. Überführen Sie das dialysierte Extrakt in einen 250 ml fassenden Glasbecher und rühren Sie das Extrakt langsam bei 100 U/min und Raumtemperatur um. Überwachen Sie kontinuierlich die pH-Änderungen mit einer pH-Elektrode, während Sie 1-molare Salzsäure unter Rühren bis zu einem End-pH-Wert von 2,205 zugeben, um das Ale in seiner sauren Form zu erhalten.Nach der Einstellung des pH-Werts auf 2,2 wird das Extrakt in ein 50-ml-Zentrifugenröhrchen überführt und bei 4000 × g und 4 °C zwanzig Minuten lang zentrifugiert. Der Überstand wird verworfen und das gelartige Pellet gesammelt. Das gelartige Pellet liegt in der sauren Form vor.Um die Natriumform von Ale zu erhalten, geben Sie langsam 0,5 molare Natriumhydroxidlösung zum Gel hinzu und mischen das Gel dabei langsam per Hand mit einem Glasstab, bis ein pH-Wert von 8,5 erreicht ist. Mit einer Pasteurpipette wird der Natrium-Ale-Extrakt langsam tropfenweise in eine Calciumchloridlösung eingebracht. Wenn das extrahierte EPS ionische Hydrogel-bildende Eigenschaften besitzt, bilden sich tropfenförmige, kugelige Perlen.Alternativ wird, falls das extrahierte EPS keine ionischen hydrogelformenden Eigenschaften aufweist, der Extrakt in der Calciumchloridlösung dispergieren. Die Hydrogelkügelchen und die Calciumchloridlösung 30 Minuten lang belassen. Mit einem Löffel die Hydrogelkügelchen aus der Calciumchloridlösung entnehmen und in eine EDTA-Lösung überführen.Lagern Sie die Hydrogel-Kügelchen für drei Stunden in 10 ml EDTA-Lösung bei vier Grad Celsius. Dieser Test zeigt ein Beispiel für die im Protokoll beschriebenen Stabilitätsprüfungen. Überwachen Sie, ob während dieser Lagerung eine sichtbare Zersetzung der Kügelchen auftritt, um zu bewerten, ob die Kügelchen diesen Bedingungen standhalten können.Falls die Extraktion erfolgreich war, wird der aerobe körnige Schlamm nach dem alkalischen Extraktionsschritt solubilisiert, und nach der Ansäuerung und Zentrifugation des extrahierten EPS wird ein Pellet erhalten. Wenn es sich bei den extrahierten EPS um strukturelle EPS handelt und diese die Fähigkeit besitzen, mit Calciumionen Hydrogele zu bilden, entstehen Gelkügelchen, wenn die extrahierten EPS in die Calciumlösung getropft werden. Werden hingegen EPS extrahiert, die nicht über diese Gelebildungs-Fähigkeit verfügen, so dispergiert die EPS-Lösung in der Calciumlösung.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie in der Lage sein, die Extraktion struktureller EPS aus aerobem Kornschlamm durchzuführen. Außerdem sollten Sie die Fähigkeit der gewonnenen EPS, mit Calciumionen Gele zu bilden, testen können. Wir haben diese Extraktionsmethodik ausgewählt, um den Einfluss der Extraktionstechnik auf die aus aerobem Kornschlamm gewonnenen EPS zu veranschaulichen.Außerdem wollten wir zeigen, dass keine EPS-Extraktionsmethode universell anwendbar ist.

extraction-structural-extracellular-polymeric-substances-from-aerobic

Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Eine schnelle Art und Weise beschrieben, Einblicke in die Struktur der Polysaccharide in einer extrazellulären Matrix zu gewinnen. Die Methode nutzt die Spezifität von Glykosylhydrolasen und die Empfindlichkeit der Massenspektrometrie ermöglicht winzige Mengen von Materialien analysiert werden. Diese Technik ist anpassungsfähig, um direkt auf das Gewebe selbst verwendet werden.

Oligo Messe Profiling (OLIMP) der extrazellulären Polysacchariden

Quelle: Hu, Y. et al. Analyse der Wechselwirkungen zwischen Endobiotika und menschlicher Darmmikrobiota mittels In-vitro-Badefermentationssystemen. J. Vis. Exp. (2019)Dieses Video demonstriert den Einsatz der Dünnschichtchromatographie (TLC) zur Bewertung des Abbaus von Exopolysacchariden (EPS) durch die menschliche Kokalmikrobiota. EPS-Fragmente in Fermentationssupernatanten werden anhand von Größe und Polarität mittels TLC getrennt und dann nach kohlenhydratspezifischer Färbung als farbige...

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Um grundlegende Informationen über die Sorption und das Recycling von Gold aus wässrigen Systemen zu erhalten, wurde die Wechselwirkung von Au(III)- und Au(0)-Nanopartikeln auf S-Schicht-Proteinen untersucht. Die Sorption von Proteinpolymeren wurde mittels ICP-MS und die von proteinhaltigen Monolayern mit QCM-D untersucht. Ein anschließendes AFM ermöglicht die Abbildung der Nanostrukturen.

Au-Wechselwirkung von SLP1 Polymere und Monolayer aus<em&gt; Lysinibacillus sphaericus</em&gt; JG-B53 - QCM-D, ICP-MS und AFM als Werkzeuge für Biomolekül-Metallforschung

Das Ziel dieses Protokolls ist Produktion der gesamten extrazelluläre Matrix Fasern für Wunde Reparatur gezielt die für präklinische Evaluierung im Rahmen eines Implantates, regenerative Gerüst geeignet sind. Diese Fasern hergestellt durch die Kultur der Fibroblasten auf Hohlfaser-Membranen und durch Auflösung der Membranen extrahiert.

Produktion von Fasern der extrazellulären Matrix über Opfer Hohlfaser-Membran Zellkultur

Hier werden Protokolle zur Isolierung von cyanobakteriell freigesetzten Kohlenhydratpolymeren und zur Isolierung ihrer Exoproteome beschrieben. Beide Verfahren verkörpern wichtige Schritte zur Gewinnung von Polymeren oder Proteinen mit hohen Reinheitsgraden, die für weitere Analysen oder Anwendungen verwendet werden können. Sie können auch einfach an die spezifischen Benutzerbedürfnisse angepasst werden.

Blick nach außen: Isolierung von cyanobakteriellen freigesetzten Kohlenhydratpolymeren und Proteinen

Es wird ein Protokoll zur Erstellung eines einfachen Modellökosystems beschrieben, das den Methan-Sauerstoff-Gegengradienten im natürlichen Lebensraum von aeroben Methan-oxidierenden Bakterien nachbildet und so die Untersuchung ihrer Physiologie in einem räumlich aufgelösten Kontext ermöglicht. Modifikationen an gängigen biochemischen Assays für die Verwendung mit dem Agarose-basierten Modellökosystem werden ebenfalls beschrieben.

Agarose-basiertes Modellökosystem für die Kultivierung von Methanotrophen in einem Methan-Sauerstoff-Gegengradienten

Dieses Protokoll stellt eine skalierbare Methode zur Umwandlung von Lebensmittelabfällen in biologisch abbaubare Polyhydroxyalkanoat (PHA)-Biokunststoffe dar. Es nutzt die gestoppte anaerobe Vergärung für die Vorbehandlung von Lebensmittelabfällen, die halophile mikrobielle Fermentation für die PHA-Biosynthese und ein chemikalienfreies Downstream-Verfahren für die PHA-Rückgewinnung.

Skalierbarer Schritt-für-Schritt-Ansatz für eine nachhaltige Biokunststoffproduktion aus Lebensmittelabfällen

Lernen Sie die Extraktion struktureller extrazellulärer polymerer Substanzen aus aerobem Granulatschlamm. Diese Methode ermöglicht die Analyse der EPS-Zusammensetzung und die Prüfung der Gelbildung mit Calciumionen.

Die Extraktion von Strukturextrazellulären polymeren Substanzen aus Aerobic Granular Sludge

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