芦笋根废弃物多糖ASP-1的结构解析及其在废水处理中的高效絮凝性能研究

本研究从芦笋加工废弃物中提取多糖生物絮凝剂ASP-1，系统解析其结构特征（分子量2.36×104 Da，含92.5%多糖），在pH 6和60°C条件下对高岭土悬浊液絮凝效率达81.2%，对亚甲基蓝（MB）和重金属（Zn2+/Pb2+）去除率分别达95.1%和70%以上。该研究为农业废弃物资源化利用和绿色水处理技术开发提供新思路。

　　

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）存在生物降解性差、二次污染风险等问题。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根茎废弃物（仅可食用部分占23.5%），其资源化利用成为迫切需求。在此背景下，Xiaolei Ma团队从芦笋根废弃物中提取出新型多糖生物絮凝剂ASP-1，通过多尺度结构解析和性能评价，为农业废弃物高值化利用和绿色水处理技术开发提供了创新解决方案。该成果发表于《Industrial Crops and Products》。

研究采用热水提取-乙醇沉淀联用技术获得粗多糖，经DEAE-52纤维素柱和Sephadex G-200凝胶柱纯化。通过高效液相色谱（HPLC）测定分子量和单糖组成，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）分析官能团，扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察形貌特征。絮凝性能测试涵盖pH/温度稳定性、阳离子效应及与PAC/PAM的协同作用，并通过EDTA/HCl/尿素抑制实验探究作用机制。

3.1 纯化与化学组成

ASP-1经纯化后获得单一组分（图1b），分子量2.36×10⁴ Da，多糖含量92.5%。单糖组成分析显示其以半乳糖（摩尔比38.65）为主，含少量半乳糖醛酸（1.76），解释了后续实验中其对阳离子污染物的高效去除能力。

3.2 结构表征

FT-IR谱图（图2c）显示3422 cm^-1处羟基特征峰和1634 cm^-1处羧基振动峰。XPS证实其含C（56.88%）、O（40.78%）和微量N（1.53%），对应多糖链上的活性位点。SEM显示ASP-1具有多孔网状结构（图4a），AFM揭示其在低浓度下呈线性链状构象（高度5-10 nm），为吸附桥接机制提供结构基础。

3.3 絮凝性能

在250 mg/L剂量下，ASP-1对高岭土絮凝效率达81.2%（图5a），且pH 5-9和20-60°C范围内保持稳定。阳离子实验表明Na⁺可提升絮凝率至78.25%，但高价离子（Fe³⁺）反而抑制活性。与PAC联用可使絮凝效率提升至83.2%，显示显著协同效应。

3.4 染料与重金属去除

ASP-1对阳离子染料MB和RhB的脱色率分别达95.1%和80.3%（图7a），但对阴离子染料RR195仅18.4%。在10 mg/L浓度下，对Zn²⁺、Pb²⁺的去除率超70%（图7d），且高岭土存在时进一步提升至89.8%，证实悬浮颗粒可增强吸附桥接效应。

该研究创新性地将农业废弃物转化为高效生物絮凝剂，其优势体现在：（1）对阳离子污染物特异性去除能力；（2）与PAC联用可减少50%化学药剂用量；（3）热稳定性优于微生物源絮凝剂。尽管ASP-1目前存在提取工艺复杂、剂量需求较高等局限，但其为开发"以废治污"的可持续水处理技术提供了重要范式。未来研究可聚焦粗提物直接应用和分子修饰，进一步推动产业化进程。