摘要:利用蜜環菌發酵所得的漆酶,直接對印染工業中常見的兩種蒽醌類染料活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR進行催化脫色實驗,得出了最佳脫色條件.結果表明,活性艷藍KN-R最適脫色溫度為30℃,最適染料濃度為80 mg·L-1,最適酶量為0.25U·mL-1,最適pH值為5,在最優條件下活性艷藍KN-R最高脫色率達90%以上.活性艷藍X-BR的最適脫色溫度為30℃,最適染料濃度為50 mg·L-1,最適酶量為0.5 U·mL-1,最適pH值為4,在最優條件下活性艷藍X-BR最高脫色率達70%以上.本研究利用蜜環菌粗漆酶液直接對印染工業中常見蒽醌類染料進行脫色,結果表明蜜環菌粗漆酶液具有良好的脫色效果,蜜環菌漆酶在印染工業染料廢水脫色方面具有潛在的應用價值.
關鍵詞:蒽醌類染料;脫色;漆酶;蜜環菌;優化
目前全世界每年約產染料70萬t,我國年產量已達15萬t,這其中約有10%~15%排放到環境中[1].且有些染料殘留可能致畸變或癌變,嚴重威脅人類生存環境[2].染料廢水通常通過物理或化學方法處理,包括吸附、光催化、膜過濾等,物理化學處理法雖然對廢水色度去除率較高,但COD去除率較低,且存在處理費用高、可能引起二次污染等問題[3~4].因此尋找清潔環保的染料降解脫色技術是目前一項迫切的任務.
漆酶(Laccase,EC1.10.3.2)是一類可降解木質素的含銅多酚氧化酶,漆酶能促進木質素及其前體物質分子或前體物質分子類似物等環境污染物的降解,在紙漿生物漂白、染料的脫色及其廢水凈化、污染物質脫毒與降解等方面有著巨大的應用潛力[5].
采用漆酶直接對染料進行脫色降解,以及利用漆酶介體系統,漆酶染料中間體和固定化漆酶對染料降解的研究已引起了國內外的廣泛關注并取得了較好的脫色降解效果[6~11].蜜環菌是一種重要的藥用真菌,也是一種木腐菌,有較強的木質素分解能力,蜜環菌的木質素分解能力與其代謝過程中合成的木質素相關分解酶有關,對蜜環菌的前期發酵研究表明,蜜環菌在次級生長代謝階段能合成一定量的胞外漆酶,蜜環菌漆酶具有較好的熱穩定性,使該酶在多酚類化合物脫毒轉化和印染廢水脫色降解等環境保護中具有潛在應用價值[12].目前對蜜環菌漆酶及其應用方面的研究較少,本研究從蜜環菌漆酶的應用入手,主要分析了蜜環菌粗漆酶液對印染工業中的2種常見蒽醌類染料:活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR進行脫色研究,優化其脫色降解條件,以期為蜜環菌漆酶在印染廢水脫色凈化方面的應用奠定基礎.
1·材料與方法
1.1菌株與試劑
蜜環菌(Amillariella mellea)購自中國科學院微生物研究所,活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR購自浙江閏土股份有限公司,其它試劑均為國產分析純.
1.2培養基
固體種子培養基:綜合馬鈴薯培養基(CPDA)(g·L-1):葡萄糖20 g,新鮮土豆200 g(煮沸30 min取濾液),KH2PO4 3 g,MgSO4·7H2O 1.5 g,VB110mg,水1 000 mL,pH自然.基礎產酶培養基[13](質量分數,有小部分調整):葡萄糖2%,蛋白胨0.2%,MgSO4·7H2O0.15%,KH2PO4 0.3%,CaCl20.001%,VB10.001%,微量元素80 mL.微量元素混合液組成[14]:氨基乙酸7.8×10-3mol,MgSO4·7H2O 1.2×10-2mol,MnSO4·H2O 2.9×10-3mol,NaCl 1.7×10-2 mol,FeSO4·7H2O 3.59×10-4mol,CoCl27.75×10-4mol,CaCl2·2H2O 9.0×10-4mol,ZnSO4·7H2O 3.48×10-4mol,CuSO4·5H2 O 4×10-5mol,KAl(SO4)2·12H2O 2.1×10-5mol,HBO31.6×10-4mol,NaMnO44.1×10-5mol.
1.3粗酶液的的制備
取產酶高峰期的發酵液,于4 000 r·min-1常溫離心15 min,上清液即為漆酶粗提液.
1.4漆酶酶活的測定[15]
以愈創木酚為底物,4 mL 50 mmol·L-1(含1mmo·lL-1愈創木酚)琥珀酸鈉緩沖液(pH4.5),加入1 mL酶樣液,混合均勻后置于30℃水浴保溫反應30 min,于465 nm處測光吸收值.定義每min氧化1μmol愈創木酚的酶量為一個酶活力單位.
1.5活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR吸收光譜的測定
用蒸餾水把活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR配成2 g·L-1的母液,測定時將溶液稀釋到線性范圍內,以蒸餾水為參比,進行光譜掃描活性艷藍KN-R的最大吸收峰在592 nm處(圖1),活性艷藍X-BR的最大吸收峰在600 nm(圖2).
1.6染料脫色方法
脫色條件采用:選用的脫色體系總體積為10mL,用檸檬酸-Na2HPO4緩沖液把脫色體系的pH值調至5,給酶量0.1 U·mL-1,溫度為30℃,活性艷藍KN-R和活性艷藍X-BR的濃度分別采用50 mg·L-1和100 mg·L-1.脫色率的計算方法:采用紫外分光光度計在染料的最大吸收波長下測出吸光度,根據標準曲線轉化成相應的質量濃度,染料脫色率(%)的計算公式[16]:脫色率(%)=(A0-At)/A0×100%式中:A0、At分別表示初始時刻和t時刻染料在特征波長處的吸光值濃度吸光值.實驗重復3次,取平均值.
2·結果與分析
2.1時間對脫色率的影響
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