偶氮金属络合染料的微生物脱色研究

偶氮金属络合染料的微生物脱色研究 () 文章编号: 1004 4736 200103 0018 03 偶氮金属络合染料的微生物脱色研究 12赵春芳; 胡道伟; () 1. 武汉化工学院制药系, 湖北 武汉, 430073; 2. 华中理工大学生命科学院, 湖北 武汉, 430073 摘 要: 概述了白腐真菌降解复杂有机物的机理, 选用两种典型的白腐真菌对难降解的金属络合进行了生物 脱色研究. 结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 实验用菌可对溶剂型金属络合染料起明显的脱色作用, 经驯化的白腐真菌处理染料液 72 小时脱色率高达 90 % 以上. 对两种菌处理这类染料的温度、摇瓶静臵培养条件进行了探讨.ƒ 关键词: 白腐真菌; 金属络合染料; 生物降解 中图分类号: 172 文献标识码: X A 6 有 效 的 降 解 者. 现 已 证 实, 木 素 过 氧 化 物 酶 ()()( 、锰过氧化物酶 、多酚氧化酶 漆酶, L ip M np 金属络合染料主要用于天然蛋白质纤维、聚 ) 和 产生系统构成了白腐真菌降解. 有的能用于皮革 酰胺纤维、纤维素等织物的着色L acca se H 2O 2 7 , 10 喷涂、油漆的溶剂染料及阳极化了的金属表面着 木素及有机污染物的主要成分. 其过程包括 1 胞内和胞外两个过程. 在细胞内过程中, 主要合成 色等. 从化学结构来看, 金属络合染料是一类以 白腐真菌降解木素及有机污染物需要的酶. 首先 偶氮结构为主的复杂的金属络合物. 作为螯合中 是细胞内葡萄糖酶和细胞外乙二醛氧化酶, 它们 心的金属, 用的最多的是铬、钴等; 作为母体染料, 在外界供给的分子氧参与下氧化木素或污染物, 其组成主要是含羟基、羧基、氨基、磺酸基及硝基 2 并形成 , 从而激活过氧化物酶而启动酶的催 H 2O 2 的偶氮苯. 这些人工合成的染料大多数具有“三 化循环, 同时分泌胞外酶 、、细 , L ip M npL acca se致”作用, 从而成为重要的环境污染物. 另外, 在金 胞 内 的 可 能 参 与 和 的 表 达 调cAM P L ip M np 属络合染料中金属原子的配位数未达到饱和, 还 11, 12控 , 胞 外 降 解 过 程 主 要 包 括 三 种 酶 系 可以和一定数量的氨基和羧基建立联系, 从而导 L ip ,M np , L acca se 催化木素及污染物的非专一性 致他们比母体染料具有更好的坚牢度和耐晒度, 氧化反应. 从环保的角度看, 它们更难被自然环境消除降解,13, 14 1. 1 和L ip M np 用常规的物理、化学方法也难以有效地除去, 染料 和 均 为 利 用 的 过 氧 化 物 酶 L ip M np H 2O 2 的脱色和降解是世界性的难点和研究热点. 生物 系, 其结构中含有血红素辅基, 氧化反应的一般历 降解是除去有害有机物的根本方法. 近年来的研 程如下:究表明, 可以降解染料的微生物有很多, 其中有细 过氧化物酶+ ? 酶复合物l|I + H 2O 2 H 2O菌类、藻类、真菌类, 白腐真菌以其独特有效的降 酶复合物l|I + ?? + 酶复合物?SH 2 SH 解机理对环境有机污染物降解的研究成为了环境 酶复合物? + ? ? + 过氧化物酶SH 2 SH 科学研究的热点之一, 白腐真菌对造纸工业的氯 2? + 2? 2? + 2SH R R SH 2漂废液、硝基苯、偶氮染料的降解研究, 国内外已 3 , 4 其中, 酶复合物l|I 含有有机阳离子自由基结 有大量的报道. 目前, 全世界每年排放到环境 5 构, 为木质素或酚类或氯苯等, ?可能是羟自R R 中的偶氮染料高达 480 000 吨, 其中金属络合 由基或芳香自由基, 它在降解芳香化合物中起重 染料占相当一部分, 用白腐菌降解有关金属络合 要作用, 它可以通过单电子传递将自由基链反应 染料的研究还未见报道. 进行下去, 进而脱去苯环上的取代基?形成醌? 1 羟基化?甲基化?再形成醌?脱甲基化?形成醌白腐真菌降解木质素及有机污染 ?再羟基化?苯环开环?物的机理 ( ) 3, 4 二 甲 氧 基 苯 甲 醇 藜 芦 醇, 是 V A L ip 2+ 白腐真菌属担子菌、子囊菌, 是自然界木素最的自然底物,是的活性递电子体. M n M np 收稿日期: 2001 02 04. () 作者简介: 赵春芳 1964 , 女, 工程师, 华中科技大学生命科学院研究生. 1. 2 2. 6 摇瓶静置最佳处理方式的选择实验ƒ L a cca se 是含铜的蛋白酶, 以 作为电子受选驯化阶段、处理阶段摇瓶静臵两个条件,ƒO 2 L acca se 体催化多酚化物经四次单电子传递形成醌及自由以三种染料、二种白腐真菌、同一温度对脱色率作 基, 然后同样以链反应形式传递自由基, 使底物氧 正交实验, 确定最佳处理方式. 化. 白腐真菌可以降解木素及有机污染物正是这 结果与讨论3 些酶系催化一系列 或 参与的氧化反应,O 2 H 2O 2 由于染料的颜色是其分子结构中偶氮键、而使底物氧化降解, 期间经自由基历程, 这种自由 a 苯环取代基等共轭键引起的, 因而可以从染料的基反应是高度非特异性的和无立体选择性的, 使 颜色的变化来大致判断其共轭双键的破坏情况, 得白腐真菌在降解有机物时呈现广谱有效的特 每种染料在可见光区均有明显的吸收峰, 也就是 性. 可以用染料吸光度的衰减来表示染料的脱色率, 2 材料与实验 继而研究其在微生物作用下的降解性能. 为获得2. 1 金属络合染料的选择 可靠的染料脱色率结果, 需排除菌丝对吸光度值 的影响, 另一方面, 实验所用几种溶剂染料在水中 选用青岛染料厂提供的溶剂染料, 橙 、08R 的溶解度不够大, 若采用离心、过滤等手段分离菌 红 、蓝 均为 1?2 铬络合物.母体0406, R BL 丝, 会使染料从主体液分离, 脱色结果可信度大大 染料分别是: 4 硝基 2 氨基苯酚 6 磺酸?1 降低. 经反复实验, 发现用甲醇稀释后的染料液能苯基 3 甲基 5 吡唑啉酮; 5 硝基 2 氨基苯 得到最稳定的吸光值结果, 结果见表 1.基?1 苯基 3 甲基 5 吡唑啉酮; 1 氨基 2 苯酚 4 磺酸?2 萘酚. 三种染料均以少量乙醇 表 1 二种白腐真菌对三种染料液的脱色率 溶解后, 制备成一定浓度的水溶液备用. 1 T ab le T h e deco lo r iza t io n ra te o f th e th ree dye s 2. 2 白腐真菌 af te r h an d lin g b y tw o w h ite ro t fu n g i 云芝 . AC or iolu s v e rs icolor ( )处理时间 t rea tm en t t im e s 菌种 染料 . 贝壳状革耳菌 B P a n u s con ch a tu sfung i dye s 4 小时 18 小时 44 小时 72 小时 () 从北京微生物研究所菌种保藏中心购臵. 04 23 % 36. 2 % 44. 5 % 44. 7 % 云芝 R 2. 3 白腐真菌的驯化处理49. 1 % 42. 8 % 43 % R 08 22. 5 % C or iolu s 购回的二种白腐真菌经常规方法活化后, 在 v ersicolor 06 9. 8 % 24. 6 % 36. 9 % 40. 4 % BL 无菌的条件下, 分别接种于不同的染料驯化液中, 04 45 % 65 % 82 % 91 % 贝壳状革耳菌 R () 37 ? 或 25 ?静臵培养 4, 5 天. 营养源采用改 08 54. 06 % 60 % 66. 3 % 90 % R P anu s 15 con ch a tu s BL 06 43. 9 % 60. 7 % 72. 1 % 86 % 进的低碳培养液, 分别加上述三种染料液, 使 - 1 染料在驯化液 中 的 最 终 浓 度 达 到 30 ?, m g L 值调至 6, 7, 121, 125 ?下灭菌 30 , 冷pH m in 从表中的数据可以得出: 却后备用.? 白腐真菌可以有效地使金属络合染料脱 2. 4 两种白腐真菌染料驯化液对染料的脱色处 ( ) 色. 如贝壳状革耳菌 以下简称贝壳菌驯化液处 理的研究 理染料 04 经 72 小时脱色率已达 91 %.R 将一次驯化后的菌丝液, 按接种量 10 %, 20? 菌种不同, 脱色效果不同. 贝壳菌的脱色 % 的比例, 无菌条件下接种入不含菌的染料液中 效果优于云芝. ( ) ( 染 料 液 组 成 与 2. 3 驯 化 液 相 同, 37 ? 或 25 ? 不同的染料被相同的白腐真菌处理, 脱 ) ?下摇瓶培养, 分别在接种后 4、8、44、72 小时分 色效果差异不大. 04 与 的硝基取代基08 R R 析此处理液的脱色率. 的位次不同, 08 在苯环上多了磺酸基, 但两者R 2. 5 染料脱色率的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法被同一菌作用后脱色结果几乎相同. 06 的脱BL 取出一定体积的染料处理液, 用化学纯的甲色情况与上述规律一致, 不过两种菌对它的脱色 醇稀释至 5 倍体积, 用 紫外分光光度计240 均逊于 、这可能是因为其分子中含0804, U V R R 测染料最大吸收波长处的吸光度值 , 以低碳培A t 有萘酚结构, 在被氧化降解过程中有颜色较深的 养液的甲醇溶液为参比, 以未接种的染料液的甲 萘醌生成, 而使溶液的吸光度下降较少的缘故. 说 醇液为对照, 测得吸光度为 , 则脱色率 = 100明该菌对染料底物的选择性不强, 这正说明白腐 A 0 D ( ) 真菌发挥了其独特的广谱降解有机物的机理. × A 0 - A t A 0 ×100 %.ƒ 化学工业出版社, 1991: 101. 不同处理温度对脱色率的影响可见图 1. b 2 赵春芳, 奚 强. 涂料用 1?2 金属络合染料的化学 武汉化工学院学报, 2000, 2: 23组成及合成方法 [J . 24. 3 M o re ira M T , F e ijoo G , S ie r ra A lva rez R F ie. R eeva lua t io n o f th e m angane se requ irem en t fo r th e [ . b io b leach ing o f k raf t p u lp by w h ite ro t fung i J () , 1999, 70 3: 255 260.B io re so u rce T ech no lo gy 4 李慧蓉. 黄孢原毛平革菌对 6 种染料的脱色降解 () [J . 环境科学研究, 1999, 12 3: 14 17. 图 1 温度对染料脱色率的影响 5 刘华丽. 印染废水的生物处理技术 [J . 环境科学与 . 1 F igT h e inf luence o f tem p e ra tu re to 技术, 1996, 1: 42 45. th e deco lo r iza t io n ra te o f th e dye s 6 徐海娟.环白腐菌降解木素酶系及其作用机理 [J . 由此可见, 温度主要影响脱色速率, 37 ?, () 境污染物治理技术与设备, 2000 3: 51 54. ( 72 小时基本达到最大脱色率, 25 ?时需 5 天 1207 T ien M , K irk T K . L ingn in deg rad ing enzym e f rom th e P h ane ro ch ae te ch ry so spo r ium B u id s [ J . ) 小时脱色率才趋于稳定. 663. Sc ience, 1983, 221: 661 白腐真菌驯化与否对脱色结果比较: 实验 c 8 C a ram e lo , L uc ilia,M a r t ine Z, e t a l. Sea rch fo r lign i 两种菌在活化后直接接入染料液中, 保持其他条 no ly t ic p e ro x ida se in th e fung i p leu ro tu s e rgng li in2 件均与驯化液处理的相同, 选取贝壳菌 06 BL vo lv ing a lp h a k e to gamm a th iom e th y lbu ty r ic 的一组作为对照实验, 测出 5 天后驯化液和未驯 [. ac id and lign in m o de l d im e r sJ A pp lied and E nv i2 化菌液对染料 的脱色率分别为 71 % 和06 BL () 922. , 1999, 65 3: 916 ro nm en ta l M ic ro b io lo gy30 % , 未驯化脱色率较低. 说明白腐菌在脱色处 , . 9 Knapp J SN ew by P S D eco lo r iza t io n o f a ch em i2 理前应经过驯化阶段.[ . ca l indu st ry eff luen t by w h ite ro t fung i J W a te r 摇瓶静臵不同处理方式的比较: 白腐真 ƒd () 1999, 33 2: 575 577. R e sa rch , 10 菌对染料的降解作用从机理上讲是耗氧的, 但胞 S r in iva san T M , D suza K B . A R eddy. D emm o n st ra t io n o f L acca se in th e w h ite ro t fung i B a sid iom e2 外酶的分泌和诱导受许多内外因的影响, 至今还 F 1767 ce te P h ane ro ch ae te ch ry so spo r ium B KM ( ) 不是特别清楚. 通过正交实验 结果未列出表明 [ J . A pp l E nv iro n M ic ro b io l, 1995, 61: 4274 在驯化阶段选静臵培养、在处理阶段选摇瓶培养, 4277. 能得到较好的脱色效果. 11 , . Boom ina th an K R eddy CAC am p m ed ia ted d iff e ren t ica l regu la t io n o f lign in p e ro x ida se and m an2 4 结论 gane se dep enden t p e ro x ida se p ro du st io n in th e 白腐真菌云芝和贝壳状革耳菌对金属络a w h ite ro t ba sid iom yce te ch ry so spo r ium [ J . P ro c 合染料有明显的脱色作用, 后者的脱色效果更好, N a t l A cad Sc i U SA , 1992, 89: 5586 5590. ′经驯化的贝壳菌对溶剂染料红作用 72 小时脱色 12 冯 红, 刘义正. 木质素过氧化物酶基因 5端上游 生 物 化 学 与 生 物 物 理 学 报,率达 91 %. 良好的脱色效果提示白腐真菌可以有 调控序列的分 析 [ J . 1999, 6: 669 674. 效降解金属络合染料. 13 刘 稳. 过氧化物酶研究进展 [J . 纤维素科学与 同一种白腐真菌, 选取静臵驯化、摇瓶处b 技术, 2000, 2: 50 61.() 理、较高温度 30, 37 ?脱色效果较好. 14 郑金来. 生物降解常见染料的研究进展 [J . 环境污 白腐真菌生物降解金属络合染料方法简 c 染治理技术与设备, 2000, 3: 39 43.单, 处理效果好, 有广泛的应用前景. 15 丁少军, 王传槐. 不同培养条件对云芝木质素降解 纤维素科学与技术, 1994,酶产酶影响的研究 [J . 参考文献: 2: 36 45. () 1 张兆鳞, 张玉珍. 金属络合染料 第二版[. 北京:M ()下转第 25 页 C h ine se J o f C h em E ng, 1996, 4: 95 103. fo r sy stem s co n ta in ing ch a in lik e m o lecu le s[J . Ind , 1998, 37: 3058 3066.10 E ng C h em R e s Y ing H u , H o ng la i L iu , J M P rau sn itz. E qua t io n 13 o f sta te fo r f lu id s co n ta in ing ch a in lik e m o lecu le s Zo lle r P ,W a lsh D J. S tanda rd p re ssu re vo lum e [. , , 1996, 104: 396 404.tem p e ra tu re da ta fo r po lym e r s [M . T ech nom ic J J C h em P h y s 11 () (). , , 1998.刘洪来, 胡英. p ub lish ing CoInc L anca ste r B a se l L iu H L H u Y M o lecu la r th e r , : 14 R enunc io J A R , P rau sn iz J M . D en sit ie s o f po ly m o dynam ic th eo ry fo r po lym e r sy stem sp a r t E 2 1 k ba r [ J . M ac rom o lecu le s, qua t io n o f sta te fo r ch a in f lu id s[J . F lu id P h a se m e r so lu t io n s to ? , 1996, 122: 75 97.1976, 9: 324 328. E q ilib r ia 12 () ()刘洪来, 胡英. L iu H L H u Y E qua t io n o f sta te Ca lcula t ion of pV T f or po lym er m ix ture s 1 1 2 3 3, , , , P EN G C h a n g j un L IU S h en g ca iL UO W en sh a n L IU H on g la iH U Yin g (1. , ,430073, ; D ep a r tm en t o f C h em ica l E ng inee r ingW uh an In st itu te o f C h em ica l T ech no lo gyW uh an C h a in 2. . 446198, ;H unan L ich en Co rpC h ang sh a C h ina )3. , , 200237, D ep a r tm en t o f C h em ist ryE a st C h ina U n ive r sity o f Sc ience and T ech no lo gySh angh a i C h ina A bstra c t: T h e m o lecu la r th e rm o dyn am ic m o de l fo r ch a in lik e f lu id s h a s b een ex ten ded to th e co r re la2 (pV T : 2, 6 t io n o f re la t io n sh ip s fo r th e fo llow in g sy stem s po ly sty ren e w ith po ly d im e th y l p h en y len e ) ( ) o x ide , po ly sty ren e w ith po ly v in y l m e th y l e th e r , po ly sty ren e w ith po lyb u tad ien e, po lye th e r2 () , , su lp ho n e w ith po ly e th y len e o x idepo ly iso b u ty len e w ith b en zen epo ly iso b u ty len e w ith cyc lo h ex an e , . an d po lyd im e th y lsilo x an e w ith cyc lo h ex an ere sp ec t ive lyIt is show n th a t th is m o de l can b e u sed to pV T co r re la te th e re la t io n sh ip s o f b in a ry po lym e r m ix tu re s w ith o n ly o n e ad ju stab le tem p e ra tu re in de2 . p en den t in te rac t io n p a ram e te rGoo d ag reem en t can a lso b een o b ta in ed b e tw een p red ic ted th e sp ec if ic .vo lum e an d exp e r im en ta l da ta fo r th e se lec ted sy stem s Key word s: po lym e r m ix tu re s; sp ec if ic vo lum e; m o lecu la r th e rm o dyn am ic m o de l; re la t io n sh ip pV T 本文编辑: 张汉平 ? 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W R F A re sea rch w a s co n du c ted fo r tw o k in d o f W R F u sed to deco lo r to th e sy th a t ic w a ste liqu id o f . m e ta l com p lex dye sT h e re su lt in d ica ted th a t th e W R F u sed in th e re sea rch h ad o b v io u s deco lo r in g , 90 % 72 effec t o n th e dye sabo u t co lo r f rom th e w a stew a te r co u ld b e rem o ved af te r t rea tm en t ho u r s . , b y th e acc lim a ted W R FT h e m o de ra te co n d it io n su ch a s tem p e ra tu resh ak in g o r sta t ic f low h ad b een .d iscu ssed : ; ; Key word sw h ite ro t fu n g im e ta l com p lex dyeb io deg rada t io n 本文编辑: 张汉平