吸附脫色

　　微生物對(duì)偶氮染料的脫色機(jī)制主要有吸附脫色、酶降解以及兩者的共同作用,目前用于偶氮染料吸附脫色的微生物主要有藻類、酵母菌、絲狀真菌以及細(xì)菌等。微生物的吸附性能主要取決于菌體表面所含的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類等大分子物質(zhì),以及分子上所含的多種功能基團(tuán),如氨基、羧基、羥基、磷酸鹽及其他帶電荷基團(tuán),這些基團(tuán)通過(guò)極性作用、氫鍵、靜電作用以及成鍵作用將偶氮染料吸附于細(xì)胞壁上。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理能夠優(yōu)化微生物的吸附性能,如對(duì)微生物進(jìn)行滅菌,添加酸、甲醛、NaOH、NaHCO3或CaCl2等物質(zhì),能夠改變細(xì)胞的表面性能,增加吸附性能的結(jié)合位點(diǎn)。另外,以滅活微生物作為脫色偶氮染料的吸附劑具有明顯優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗兰?xì)胞不需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),能夠長(zhǎng)期保存使用,而且可通過(guò)有機(jī)溶劑和表面活性劑再生。微生物的吸附效率受多種因素的影響,如pH、溫度、離子強(qiáng)度、接觸時(shí)間、吸附劑和染料的濃度、染料的結(jié)構(gòu)以及微生物的種類等。

　　有氧條件下偶氮的降解

　　偶氮染料的微生物降解可分為好氧和厭氧2種機(jī)制。對(duì)于好氧條件下的偶氮還原,基本認(rèn)為是由特異性酶催化完成的,這些酶是非黃素依賴的偶氮還原酶。最早純化的偶氮還原酶是由羧基橙降解菌株K22產(chǎn)生的OrangeⅠ偶氮還原酶和菌株KF46產(chǎn)生的OrangeⅡ偶氮還原酶,這2個(gè)酶都是單體非黃素依賴還原酶。目前在有氧條件下作用的偶氮還原酶有6種已被純化,這些酶都有1個(gè)NAD(P)H結(jié)合位點(diǎn),即都以NAD(P)H作為輔酶。一些好氧微生物在偶氮還原酶和輔助因子存在的條件下,能夠還原偶氮化合物產(chǎn)生芳香胺類物質(zhì),然后芳香胺類物質(zhì)在好氧條件下進(jìn)一步被微生物降解。Yan等將類球紅細(xì)菌的偶氮還原酶基因在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)純化,發(fā)現(xiàn)在純化酶還原偶氮染料生成芳香胺的過(guò)程中有羥基化偶氮中間體存在,為偶氮染料還原必須通過(guò)一個(gè)非完全的還原過(guò)渡階段提供了依據(jù)。另外,單加氧和雙加氧酶能與還原偶氮染料形成的芳香胺類物質(zhì)的芳香環(huán)結(jié)合,使芳香環(huán)開(kāi)裂繼而進(jìn)一步使偶氮染料降解礦化。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　許多具有偶氮染料還原能力的外酶,如木質(zhì)素過(guò)氧化物酶(LiP)、錳過(guò)氧化物酶(MnP)以及漆酶也是從微生物中分離出來(lái)的。LiP和MnP均為血紅素蛋白酶,具有相似的降解反應(yīng)機(jī)制:以H2O2為最初氧化底物,先將染料氧化形成高度活性的自由基中間體,繼而發(fā)生鏈反應(yīng)產(chǎn)生許多自由基促使底物氧化。此類降解反應(yīng)在細(xì)胞外進(jìn)行,從而使得菌體對(duì)降解底物的毒性有較高耐受能力并表現(xiàn)出廣譜性。漆酶是一類含銅的多酚氧化酶,其利用O2作為電子受體,催化多酚類物質(zhì)經(jīng)4次單電子傳遞形成醌及自由基,不需要H2O2參與。這種自由基反應(yīng)是高度非特異性的和無(wú)立體選擇性的,因此在降解有機(jī)物時(shí)呈現(xiàn)廣譜有效的特性。

　　1.3厭氧條件下偶氮染料的降解

　　厭氧條件下偶氮染料的降解是一種非特異性的還原過(guò)程,其中包括直接酶催化和依賴氧化還原中間體的偶氮還原過(guò)程。直接酶催化是指微生物體內(nèi)存在非特異性的偶氮還原酶可以直接催化偶氮染料接受電子被還原。例如在利用腸道菌Clostridiumperfringens厭氧脫色偶氮染料的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)菌體培養(yǎng)基的上清液仍然有偶氮還原活性,可能是菌體分泌了一種胞外的偶氮還原酶,且其活性與黃素?zé)o關(guān),但對(duì)于這種酶的存在目前仍沒(méi)有確鑿的證據(jù),所以依賴輔助因子以及氧化還原中間體降解還原反應(yīng)可能是厭氧條件下去除偶氮染料的主要機(jī)理。目前,主要的氧化還原中間體有醌、2-萘醌硫磺酸酯(2-anthraquinonesulfonateAQS)、2-羥基-1,4-萘醌(lawsone)、FAD、NAD(P)H等,其可以接受來(lái)自偶氮還原酶的電子而被還原,然后又將電子轉(zhuǎn)移給偶氮染料使偶氮鍵(-N=N-)斷裂,產(chǎn)生芳香胺類物質(zhì),從而使偶氮染料脫色。在偶氮染料與氧化還原中間體之間進(jìn)行的是自發(fā)非特異性的還原反應(yīng),主要決定于兩者氧化還原電勢(shì)的大小。氧化還原電勢(shì)為-320~-50mV的醌類氧化還原中間體通常具有厭氧還原偶氮染料的能力,這是由氧化還原輔助因子NAD(P)H等的氧化還原電勢(shì)和偶氮復(fù)合物的氧化還原電勢(shì)共同決定的。

　　目前已經(jīng)分離出了多種偶氮還原酶,其作用方式各有不同。其中一種酶是位于細(xì)胞質(zhì)中的黃素氧化還原酶,其對(duì)偶氮染料的降解速率取決于細(xì)胞對(duì)染料的透性,而且對(duì)于不同的染料具有選擇透過(guò)性,分子體積大的較難進(jìn)入細(xì)胞,如酸性染料的摩爾體積小于直接染料,從而比較容易進(jìn)入細(xì)胞中而被胞質(zhì)黃素氧化還原酶所還原,但染料分子的透性并不僅僅取決于分子大小,同時(shí)還取決于分子的極性。由于細(xì)胞膜含有大量的脂質(zhì)及部分蛋白質(zhì)和糖類,所以極性親水的偶氮染料不易進(jìn)入細(xì)胞,而且染料分子中的極性基團(tuán)能和細(xì)胞膜上的某些官能團(tuán)形成氫鍵從而更加不利于染料分子進(jìn)入細(xì)胞。另外一種酶是位于細(xì)胞膜上與呼吸鏈有關(guān)的泛醌類氧化還原酶,其不依賴于偶氮染料進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,對(duì)偶氮染料的還原集中于細(xì)胞膜上。泛醌類偶氮還原酶接受來(lái)自呼吸鏈的電子并將其用于氧化還原中間體的還原,然后氧化還原中間體將電子轉(zhuǎn)移給偶氮染料從而使其還原。由于不依賴染料分子的透過(guò)性,因此泛醌類氧化還原酶的還原速率大大提高,而且向反應(yīng)體系中加入氧化還原中間體也將有利于偶氮染料的還原。另外,在利用大腸桿菌厭氧降解偶氮染料的過(guò)程中,前人在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了一種NADH依賴的lawsone還原酶,而且發(fā)現(xiàn)lawsone還原酶的活性幾乎完全存在于細(xì)胞質(zhì)部分,向反應(yīng)體系添加lawsone能顯著提高還原速率,可能是lawsone將還原力從胞內(nèi)帶到了胞外。lawsone作為一個(gè)合適的氧化還原中間體,不僅僅因?yàn)槠渚哂醒趸�還原電勢(shì),而且因?yàn)槠渚哂辛己玫闹�溶�?可通過(guò)菌體細(xì)胞膜擴(kuò)散,取代了偶氮染料的跨膜擴(kuò)散,從而使還原速率增大。