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Trametes sp. MA-X01漆酶对不同染料的脱色作用

更新时间:2016-07-05

随着现代纺织工业的飞速发展,有机合成染料被广泛使用。各种染料随污水排放,造成水体色度增高,BOD增加,严重污染环境。另外某些种类的染料如偶氮类或苯胺类还具有致癌、致突变等毒性作用,严重危害人类的健康。各种染料大都具有复杂且稳定的化学结构,很难进行降解,对生态环境具有很大的负面影响[1-2]。因此,寻找有效降解染料的方法意义重大。染料废水的处理方法有多种,传统的物理化学方法包括混凝沉降法、膜分离法、光氧化法、超声氧化法等等。但用这些方法处理废水不但付出巨大成本,效率也不高,降解的产物还有可能造成环境的二次污染,相对而言运用生物酶处理染料废水具有更好的环保效果[3-5]

充电工作模式下,控制充电电流I1保持在2 A,调节直流稳压电源输入电压U2,测量电路的输入电流I2,输出电压U1,则充电效率为:如表1所示。

白腐真菌是一类能够引起木材腐朽降解的丝状真菌,可以合成多种胞外木质素氧化酶包括木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶等。同时白腐真菌对于各种不同结构的天然及合成化学物质如苯、苯胺、氰化物、多环芳烃、偶氮染料等都具有的强大降解能力。漆酶作为一种多酚氧化酶,它可催化氧化酚类或芳胺类等多种底物,同时分子氧被还原为水,在降解各种有机污染物(酚类和非酚类等)及染料脱色方面具有较强的应用潜力[6-7]

漆酶是100多年前由一位日本学者首先在漆树(Rhus vernicifera)中发现的,其催化底物十分广泛,且副产物只有水,故被称为“生态友善的”酶[8]。漆酶在自然界中广泛存在,不仅分布于真菌和植物中,在昆虫和细菌等原核生物中也存在漆酶或漆酶类似物。其中白腐真菌产生的漆酶被认为催化反应效果最好,能有效的降解环境中的多种有机污染物[9-10],因而受到广受关注。

从安徽科技学院校园内取材而分离得到一株漆酶产生菌,经ITS序列比对分析,该菌属于栓菌属(Trametes),将其命名为Trametes sp. MA-X01。本文探讨了该菌所产漆酶对3种不同结构类型的6种染料的脱色能力,以期为染料脱色的生物酶法处理以及在工业环保中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

On Two Dimensions of Buddhist View of Nature and Its Ecological Aesthetic Significance Nie Chunhua

在最初存放车辆时,可以根据用户预计的停车时长将车辆停放在不同位置,如果在预计的时间内取走车辆,则不会影响整个车库的运行效率,如果超过预计的停车时间没有取走车辆,无疑会影响车库的运行效率。因此,可以根据超过预计时间的长短将原来停放好的车辆的位置进行变动,将靠近出入口的车位留给接下来预存的车辆,以此来进一步提高车库运行效率。

1 不同染料的化学结构式 Table 1 Chemical structure formula of different dyes

序号Number名称NameCAS分子式Molecularformula结构类别Strvtburecategory最大吸收波长(nm)Maximumabsorption1伊文思蓝EvansBlue314-13-6偶氮6112酸性铬蓝KAcidchromeblueK3270-25-5偶氮5203酸性红94AcidRed94632-69-9杂环5484碱性红2BasicRed2477-73-6杂环5305亮绿SFLightGreenSF5141-20-8三苯甲烷6306孔雀石绿BasicGreen42437-29-8三苯甲烷617

相关研究表明,在反应体系中添加一定的氧化还原介体可以提高漆酶对染料的脱色效率[11-12]。本研究首先探讨了3种不同介体(ABTS、香兰素、丁香酸)对染料脱色率的影响。室温下进行脱色反应1 h后,测定吸光值,计算脱色率,结果如图1所示。在不添加氧化还原介体的条件下,Trametes sp. MA-X01漆酶对不同结构染料均有一定的脱色能力,染料的脱色率为三苯甲烷类>偶氮类>杂环类。与对照组相比,在反应体系中添加不同介体对不同染料脱色率都有一定提高作用,其中添加ABTS效果最好,因此在后续实验中选用ABTS为反应添加介体考察其他条件对漆酶脱色的影响。

1.2 实验方法

1.2.2 漆酶活力的测定 酶活反应体系总体积3 mL,其中含2.3 ml 0.2 mol/L的醋酸-醋酸钠缓冲液(pH=4.5),0.5 mL粗酶稀释液和0.2 mL 1 mmol/L ABTS 溶液。测定反应体系在420 nm处吸光值的变化。定义1 min 催化氧化l μmol ABTS 所需的酶量为一个酶活力单位(U)。420 nm处ABTS摩尔消光系数ε=36 000 /M·cm。

1.1.1 试供菌株及培养基 漆酶产生菌株Trametes sp. MA-X01(安徽科技学院生物技术实验中心筛选并保藏)。PDA固体培养基或PDB液体培养基用于菌株常规保存和培养使用。PDA固体培养基:新鲜去皮土豆200 g煮汁,葡萄糖20 g,KH2PO4 3 g,MgSO4·7H2O 1.5 g, 琼脂粉15~20 g,溶化后加水定容至1 000 mL。121℃灭菌30 min。PDB液体培养基:不添加琼脂,其余成分与PDA相同。

1.2.1 粗酶液的制备 取4 cm×4 cm左右的新鲜固体培养物均质后接种至100 mL液体培养基中,在160 rpm、28℃的恒温摇床中震荡培养7 d。所得发酵液于4℃、3 000 rpm离心5 min,收集的上清液即为粗酶液。

1.1.2 主要试剂 ABTS(2 ,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐)购于上海麦克林生化科技有限公司;香兰素、丁香酸购于生工生物工程(上海)股份有限公司;伊文思蓝、酸性铬兰K、酸性红94、碱性红2、孔雀石绿、亮绿SF购于国药集团化学试剂有限公司。6种染料的结构式如表1所示。

不同反应温度对染料的脱色率的影响结果如图2。将反应体系分别置于20、30、40、50、60℃的条件下进行试验,反应1 h后测定菌株Trametes sp. MA-X01所产漆酶对不同染料脱色能力。随着反应温度的升高,染料的脱色率有所提高,各种染料的在最高脱色率均出现在反应温度40℃的条件下。随着温度的进一步升高,脱色率逐渐降低,其中伊文思蓝、酸性铬兰K的脱色率降幅极为明显,伊文思蓝在60℃的脱色率仅为40℃的50%,酸性铬兰K在60℃的脱色率仅为40℃的35.94%。

1.2.4 脱色率的计算 脱色率(%)=(Ai-Af)/Ai×100%,其中Ai为反应初始吸收值,Af为反应终止吸收值。

肖家山金矿床位于钦杭成矿带湖南段湘东北亚段。该成矿带是我国重要矿产资源产地,带上有黄金洞金矿、万古金矿、雁林寺金矿等金矿床(点)。本文将对找矿勘探过程中获取的矿体地质数据与资源量的数量关系运用单因素直方图统计、相关分析、分形统计学、曲线拟合等方法进行研究,以从中获取一些有关成矿规律信息。

2 结果与分析

2.1 氧化还原介体对染料脱色的影响

1.1.3 仪器 V-1800型可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司制造;恒温摇床:武汉瑞华仪器设备有限公司;DNP-9272-1A电热恒温培养箱:上海三发科学仪器有限公司;HH-S3数显恒温水浴锅:金坛市白塔金昌实验仪器厂;RJ-TGL-16G台式高速离心机:无锡市瑞江分析仪器有限公司。

1 不同介体对染料脱色的影响 Fig.1 Effect of different redox mediators on the decolorization rate of different dyes

2.2 反应温度对染料脱色的影响

1.2.3 染料的脱色处理 染料脱色反应在0.2 mol/L pH=4.5醋酸-醋酸钠缓冲液中,避光条件下进行,反应体系总体积10 mL。在该种染料的最大吸收波长下测定反应初始及每隔一段时间后的最大吸收值。反应体系中,各种染料、反应介体等溶液均采用醋酸-醋酸钠缓冲液(0.2 mol/L,pH=4.5)进行配置或稀释,反应体系中介体的终浓度为10 μmol/L。

2 反应温度对染料脱色率的影响 Fig.2 Effect of reaction temperature on the decolorization rate of different dyes

2.3 反应时间对染料脱色的影响

如图3所示,随着温育时间的延长,各种染料的降解率逐渐提高。但实验结果显示,Trametes sp. MA-X01所产漆酶对不同染料最大脱色速率发生在反应的前3 h,3~12 h染料脱色率的增幅显著降低。但对于不同的染料,脱色率的变化不同。例如亮绿SF 3 h脱色率达64.93%,12 h脱色率84.68%,24 h脱色率89.10%,即24 h脱色率比3 h脱色率增加约30%。而对于碱性红2,3 h脱色率15.93%, 24 h脱色率30.77%,约增加1倍。因此,在应用时可根据实际需要调整反应时长,提高脱色效率,降低生产成本。

3 反应时间对染料脱色的影响 Fig.3 Effect of reaction time on the decolorization rate of different dyes

2.4 给酶量对染料脱色的影响

不同给酶量(1 U、5 U)对染料脱色率的影响结果如图4。实验表明,提高给酶量可以提高染料的脱色率。但对不同类型的染料脱色率的影响差异较大。Trametes sp. MA-X01漆酶对三苯甲烷类染料(孔雀石绿和亮绿SF)的脱色效果最好,在给酶量为1 U的条件下,脱色率在80%左右,而在5 U的给酶条件下,脱色率均高于90%。即给酶量提高5倍,脱色率提高10%。对于两种偶氮类染料(伊文思蓝和酸性铬兰K),脱色效率中等,在给酶量由1 U提高到5 U,脱色率提高接近1倍。对于两种杂环类染料(酸性红94和碱性红2),给酶量由1 U提高到5 U,染料脱色率分别提高51 %和40 %。

4 给酶量对漆酶脱色的影响 Fig.4 Effect of enzyme dosage on the decolorization rate of different dyes

2.5 染料浓度对染料脱色的影响

反应液中染料浓度对脱色率的影响结果如图5所示。对于脱色率较高的几种染料,伊文思蓝、孔雀石绿、亮绿SF,染料浓度对于脱色率几乎没有影响。而对于脱色率较低的几种染料,随着反应液中染料浓度的增加,脱色率逐渐降低。反应液中染料浓度由50 mg/L提高到200 mg/L,脱色率降低约30%。

5 染料浓度对脱色率的影响 Fig.5 Effect of dye concentration on the decolorization rate of different dyes

3 结论与讨论

漆酶在自然界中广泛存在,具有较强的催化降解多种环境污染物的能力,但不同来源漆酶的酶学特性以及降解能力存在差异。本论文对白腐真菌Trametes sp. MA-X01所产漆酶对3种结构类型的6种染料的脱色能力进行研究,实验结果显示,白腐真菌Trametes sp. MA-X01所产漆酶对不同种类的染料均有较好的脱色能力。在反应液中添加氧化还原介体ABTS可以提高漆酶对染料的脱色作用,该酶在40℃的反应条件下具有较好的催化效率,在反应的前3 h具有较高的脱色速率,这些可能与该酶的最适反应温度以及酶稳定性等酶学特性相关。另外脱色率的差异也与底物本身的结构特征和化学性质有关。因此,今后将进一步探讨Trametes sp. MA-X01所产漆酶的特性,以及对不同底物的催化特异性,以期建立高效催化反应体系,为该漆酶在染料脱色及环保领域中的应用奠定基础。

荷里路德宫的前身是荷里路德修道院。1498年,苏格兰国王(苏格兰原为独立国)詹姆斯四世在修道院旧址上兴建了荷里路德宫,詹姆斯五世继位后加建高塔,宫殿就成了现在的样貌。16世纪初,苏格兰王室从爱丁堡城堡迁到了这里,随着历史的变迁,这里现已成为英国女王在苏格兰的官邸。

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王倩,丁蕾,祝嫦巍
《安徽科技学院学报》2018年第1期文献

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