环境污染导致的食品重金属安全问题严重威胁着人体的健康。在生态环境中,降解重金属离子困难,重金属离子在食物链中不断累积,导致食品重金属含量超标,且在食品生产加工、贮存运输过程中会出现重金属的二次污染,金属污染成为影响中国食品质量和安全的主要原因之一。因此建立有效的重金属检测和去除的方法,对于食品安全具有重要意义。金属硫蛋白能够有效螯合重金属离子,并且不同的金属硫蛋白在进化过程中获得螯合不同重金属离子的能力。嗜热四膜虫具有5种不同的金属硫蛋白,能够有效螯合Cu²⁺和Cd²⁺,是去除重金属方面的研究热点。固定化技术的花费低,具有较好的吸附性能和吸附效率,并且在处理过程中不会污染环境。本文采用海藻酸钠-聚乙烯醇-二氧化硅作为载体材料,制备包埋有重组嗜热四膜虫金属硫蛋白的固定化球体,并探究其吸附重金属离子的性能。获得主要结果如下:1.选定海藻酸钠浓度为2%、氯化钡浓度为3%、二氧化硅用量为5 mg/mL。采用单因素试验和正交试验,以成球情况和重金属离子吸附量为参考指标,得到制备用于吸附镉离子的固定化球体的条件为:聚乙烯醇1%、硼酸1%、20 mg/mL重组金属硫蛋白MTT1大肠杆菌,镉离子吸附量为7.53 mg;固定化球体吸附铜离子的制备条件为:聚乙烯醇2%、硼酸1%、20 mg/mL重组金属硫蛋白MTT2大肠杆菌,铜离子吸附量为7.44 mg。2.分别以重组金属硫蛋白MTT1、MTT2、MTT5、TM1、TM2,重组GST标签等6种菌制备固定化球体,并同时制备对应的固定化破碎菌体小球,进行吸附Cd²⁺、Cu²⁺实验。结果表明,固定化重组金属硫蛋白MTT1具有更好的镉离子吸附性能,固定化重组金属硫蛋白MTT2具有更好的铜离子吸附性能。固定化破碎菌体的小球吸附重金属离子的能力显著高于固定化完整菌体小球,其中固定化重组金属硫蛋白MTT1破碎菌体小球的镉离子吸附量达到7.45 mg;固定化重组金属硫蛋白MTT2破碎菌体小球的铜离子吸附量达到7.15 mg。3.扫描电镜观察结果表明,固定化重组金属硫蛋白硫蛋白球体表面存在大量褶皱,内部结构较为疏松,存在大量孔隙,具有较大的比表面积,有利于对重金属离子的吸附。对直径、密度、机械强度等物理特性进行表征,结果显示,固定化重组金属硫蛋白球体成形情况稳定,机械强度较高。4.从pH值、时间、重金属离子初始浓度等方面,建立了固定化球体吸附Cd²⁺、Cu²⁺的优化参数。分别设置梯度,进行吸附实验,结果表明,在pH值为4左右时,固定化重组金属硫蛋白球体的吸附性能较好。当pH值为4,吸附时间为4 h,重金属离子初始浓度为200μg/mL时,固定化重组金属硫蛋白球体对于Cd²⁺、Cu²⁺的吸附达到动态平衡状态,固定化重组金属硫蛋白MTT1破碎菌体的镉离子吸附量达到了7.95 mg,固定化重组金属硫蛋白MTT2破碎菌体的铜离子吸附量达到了7.65 mg。在吸附—解吸循环实验中,固定化重组金属硫蛋白球体显示出一定的重复利用性。5.通过拟合动力学方程发现,吸附Cd²⁺、Cu²⁺的准二级反应动力学的R²分别为0.9963、0.9970,吸附过程更加符合准二级反应动力学的描述,这说明在吸附过程中,化学吸附是控制反应速率的关键步骤。拟合等温线模型的结果表明,Langmuir模型的R²分别为0.9692和0.9395,Langmuir等温线模型适用于描述固定化重组金属硫蛋白球体对Cd²⁺、Cu²⁺的吸附过程,说明吸附过程是在单分子层上的吸附。总之,本实验成功制备了固定化重组金属硫蛋白球体。小球成形稳定、机械强度较高,比表面积大,具有优秀的Cd²⁺和Cu²⁺吸附性能,并具有一定的重复利用性,可以为重金属离子的有效去除提供理论和技术支持。