芦笋加工废弃物中提取的生物絮凝多糖ASP-1的特性及其在废水处理中的应用研究

本研究针对工业废水处理中化学絮凝剂的环境风险问题，从芦笋加工废渣中提取生物絮凝多糖ASP-1。通过系统表征发现其含92.5%多糖及羟基/羧基等功能团，在pH 6和60°C条件下对高岭土悬液絮凝率达81.2%，对亚甲基蓝(MB)和重金属(Cu2+/Zn2+)去除率分别达95.1%和72.2%。该研究为农业废弃物资源化与绿色水处理技术开发提供了新思路。

　　

随着工业废水排放量激增，传统化学絮凝剂如聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)带来的二次污染问题日益凸显。染料(如罗丹明B/RhB)和重金属(Cd²⁺/Pb²⁺)等污染物具有致癌性且难降解，而现有处理技术面临效率与环保性难以兼顾的困境。与此同时，中国作为全球最大芦笋生产国，每年加工过程中产生大量废弃根茎(约占植株76.5%)，其资源化利用成为产业痛点。

针对上述问题，武警特色医学中心Ma Xiaolei团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，从芦笋废渣中提取生物絮凝多糖ASP-1。通过DEAE-52纤维素柱和Sephadex G-200凝胶色谱纯化，结合HPLC、FT-IR、XPS等技术表征其结构，系统评估了其对高岭土悬液、染料及重金属的去除效能，并揭示了作用机制。

关键技术方法

1. 1.

   采用热水提取-乙醇沉淀法从芦笋根粉中获取粗多糖，经Sevag法脱蛋白和AB-8树脂脱色

2. 2.

   通过离子交换色谱(DEAE-52)和凝胶过滤色谱(Sephadex G-200)分级纯化活性组分

3. 3.

   使用HPLC-示差检测器测定分子量(2.36×10⁴ Da)，Xtimate C18柱分析单糖组成

4. 4.

   结合SEM-AFM观察形貌，TG-DSC评估热稳定性，ICP-OES检测重金属残留

5. 5.

   通过zeta电位分析和化学抑制剂(EDTA/HCl/尿素)实验探究絮凝机制

研究结果

3.1. ASP-1的纯化与化学组成

纯化后的ASP-1为白色粉末，含92.5%多糖和4.23%蛋白。单糖组成分析显示其以半乳糖(摩尔比38.65)为主，含少量糖醛酸(3.37%)，FT-IR证实存在羟基(3422 cm^-1)和羧基(1634 cm^-1)特征峰。

3.2. 结构表征

SEM显示ASP-1具有多孔网状结构，AFM观察到5-10 nm高度的线性链。XPS检测到C(56.88%)、O(40.78%)和N(1.53%)元素，TG分析表明其在329°C时最大降解速率为13.79%/min，600°C后残渣率22.24%，显示良好热稳定性。

3.3. 絮凝性能

在250 mg/L剂量、pH 6条件下，ASP-1对高岭土絮凝率达81.2%。Na⁺可提升效率至78.25%，而Fe³⁺反而抑制活性。与PAC联用时絮凝率提升至83.2%，抑制剂实验表明离子键是主要作用力。

3.4. 染料脱色

ASP-1对MB、RhB和RR195的脱色率分别为95.1%、80.3%和18.4%，显示对阳离子染料的优先去除特性。添加高岭土(1 g/L)后，RhB去除率显著提高。

3.5. 重金属去除

在10 mg/L浓度下，对Zn²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的去除率分别为72.2%、68%、46.9%和38.6%。混合金属体系(400 mg/L)中，ASP-1(300 mg/L)+高岭土组合使去除率提升至83.4-89.8%。

结论与意义

该研究首次证实芦笋废渣多糖ASP-1可通过吸附桥联和离子相互作用有效去除水体重金属和染料污染物。其优势在于：①在pH 5-9和20-60°C宽范围内保持稳定活性；②对阳离子污染物选择性吸附；③与PAC联用可减少50%化学药剂用量。尽管ASP-1目前存在提取工艺复杂、用量较大等局限，但为开发"以废治废"的绿色水处理技术提供了新方向，同时解决了芦笋加工废弃物增值利用的产业难题。未来研究可聚焦于粗提物直接应用和分子修饰，以进一步提升其经济性和适用性。