李瑞|孔德志|刘金鹏|张世杰|夏一博|李龙海|刘双|张颖|孙小正|陈海涛|范金霞
东北农业大学工程学院，哈尔滨，黑龙江省150030，中国
摘要
与合成添加剂相关的环境问题推动了可持续替代品的发展。本研究探讨了将Bacillus velezensis RL7发酵液直接用作环保型湿强剂和絮凝剂，并使用CaCl2作为助凝剂。该发酵液含有胞外多糖，由八种单糖组成。这些富含羧基、醛基和羟基的多糖占发酵液重量的75.60%，并贡献了97.59%的絮凝活性。在最佳添加水平下（发酵液重量的10%和CaCl2重量的1%），填料保留率提高了34.45%，湿拉伸强度提高了260.48%，透气性降低了24.23%。这种效果的增强归因于醛基与纤维羟基之间的键合。此外，微生物细胞还表现出抗真菌活性。这些结果表明B. velezensis RL7发酵液是传统合成添加剂的一种有前景的可持续替代品。
引言
植物纤维复合材料需要湿强剂和絮凝剂来提高拉伸性能和填料保留率（Zhang等人，2024年）。然而，广泛使用的湿强剂（Peng等人，2023年），如聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）、三聚氰胺-甲醛（MF）和聚乙烯亚胺，均来源于石化产品，存在环境和健康风险（Yang等人，2019年；Qin等人，2022年）。这些担忧激发了对可再生和可生物降解替代品的兴趣（Marturano等人，2023年）。生物聚合物，特别是微生物胞外多糖（EPS），具有固有的生物降解性、可再生性和与木质纤维素纤维的强相容性（Zheng等人，2015年）。
絮凝作用促进了填料颗粒的聚集和沉积。絮凝剂可分为无机絮凝剂、合成有机聚合物絮凝剂和生物基絮凝剂。尽管无机和合成絮凝剂应用广泛，但其使用受到污泥产生、对石化资源的依赖以及较差的生物降解性的限制。这些缺点促使人们关注天然生物絮凝剂，因为它们具有固有的生物降解性和环境友好性。微生物胞外多糖（EPS）由于其高活性和与悬浮固体的良好相容性，成为报道的主要生物絮凝剂类别（Ates，2015年；Giavasis，2014年）。此外，基于多糖的絮凝剂比基于蛋白质的絮凝剂具有更好的热稳定性（Czemierska等人，2016年；Suresh等人，2018年）。
与动物或植物来源的絮凝剂相比，微生物多糖具有生产速度快、全年供应稳定以及栽培和加工成本较低的优势（Song等人，2023年）。然而，细菌发酵液通常含有多糖、微生物细胞和代谢残留物，下游处理可能占总生产成本的30-50%（Bakar等人，2021年）。因此，直接利用发酵液是一种有吸引力的策略，可以省去提取步骤，降低成本，并减少与纯化相关的环境负担。
Bacillus发酵液通过桥接吸附机制促进颗粒聚集（Ahmad等人，2024年）。许多微生物生物絮凝剂表现出依赖阳离子的活性，其中金属离子中和表面电荷，减少悬浮颗粒之间的静电排斥（Aljuboori等人，2015年；Hua等人，2021年；Pu等人，2020年；Fang等人，2021年）。一般来说，二价阳离子能增强絮凝效果，而三价阳离子则会通过干扰聚合物吸附来抑制絮凝（Elkady等人，2011年）。因此，需要优化金属离子的用量，以平衡电荷中和并避免竞争性抑制（Elkady等人，2011年；Raza等人，2010年）。
本研究探讨了Bacillus velezensis RL7发酵液的组成和功能，重点研究了其活性成分如何影响植物纤维复合材料的絮凝和湿强性能。对多糖组分进行了表征，并使用CaCl2作为助凝剂评估了其絮凝行为。随后评估了其对复合材料性能的影响，包括填料保留率和机械性能。
部分内容
材料、菌株、培养基和培养条件
稻草纤维来自绥粳18稻草，使用黑龙江省主要农作物生产机械化与材料化技术创新中心开发的D200稻草纤维提取机进行处理。生物炭（佛山Bors材料技术有限公司，广东）通过500°C的热解椰壳制备而成。研磨后，生物炭通过30 μm和13 μm筛网筛选，以获得控制大小的颗粒。
发酵液的组成
使用酚-硫酸法测定了不同纯化阶段发酵液中的多糖含量，如表1所示。经过透析去除低分子量杂质后，L1中的多糖含量达到75.60%。脱蛋白后，L2中的多糖含量为83.4%，表明多糖是发酵液的主要成分。
图1显示了L2的紫外吸收光谱
结论
本研究证明了使用
Bacillus velezensis RL7发酵液作为环保型替代品，可以增强材料的湿强和絮凝性能。通过分离和表征发酵液的活性成分，系统评估了它们对填料保留率、机械性能、防水性和透气性的影响。主要结论如下：
1.在最佳添加量10%的情况下
作者贡献声明
刘金鹏：撰写——初稿，软件处理。孔德志：撰写——初稿，可视化处理。夏一博：方法学设计。张世杰：撰写——初稿，数据管理，概念构思。陈海涛：撰写——审稿与编辑。孙小正：方法学设计。李瑞：撰写——审稿与编辑，初稿撰写，概念构思。范金霞：撰写——审稿与编辑，资金筹措，数据分析，概念构思。刘双：验证，监督。
利益冲突声明
作者声明在本文中不存在已知的财务利益冲突或个人关系。本研究独立进行，没有任何可能影响研究结果的商业、财务或个人关系。
致谢
本研究部分得到了黑龙江省博士后科学研究启动基金（LBH-Z19040）和黑龙江省自然科学基金（LH2021C030）的支持。
