氯過(guò)氧化物酶對(duì)苯酚生物降解的促進(jìn)作用及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、苯酚是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中常用的生產(chǎn)原料，全球年產(chǎn)量超過(guò)180萬(wàn)噸以上。與此同時(shí)，因?yàn)楸椒拥纳a(chǎn)和消費(fèi)每年又會(huì)向環(huán)境中排放大量的含酚廢水。由于苯酚具有活潑的化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，苯酚污染物已經(jīng)成為環(huán)境中殘留的難降解、有毒和有害污染物質(zhì)的代表。好氧生物氧化是苯酚降解的重要途徑，其中的苯酚羥化酶(PHO)、鄰苯二酚1，2-加氧酶(CatA)和鄰苯二酚2，3-加氧酶(CatO2ase)等氧化還原酶是苯酚氧化的限速酶。由于加氧酶多為誘導(dǎo)酶，生物合

2、成對(duì)誘導(dǎo)物存在依賴性和滯后性，而且經(jīng)過(guò)不同加氧酶途徑氧化苯酚的可生化性速率也有差異，會(huì)延長(zhǎng)苯酚的毒性，影響苯酚的去除效率。本文采用共代謝原理馴化篩選具備PHO、CatO2ase或CatA加氧酶系的苯酚降解菌株，并與制備的固定化氯過(guò)氧化物酶(CPO)協(xié)同氧化苯酚，建立高效率的酶-菌苯酚復(fù)合降解體系，促進(jìn)苯酚污染物的生物氧化和可生化去除，改進(jìn)傳統(tǒng)的苯酚生物降解方式。
　　論文研究取得了以下結(jié)果:
　　1、利用了鄰苯二酚與2-羥基

3、-粘糠酸半醛(HMS)和粘糠酸(MA)作為苯酚降解的共代謝基質(zhì)，分別誘導(dǎo)含CatO2ase或CatA加氧酶途徑的微生物增殖，并從中分離篩選出不同加氧酶類別的高活性苯酚降解菌株L2和L6。菌株經(jīng)過(guò)常規(guī)方法和分子生物學(xué)方法鑒定L2為Delftia sp.，具備CatA加氧酶，而L6為Sphingomonas sp.，具有CatO2ase加氧酶;同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)外加鄰苯二酚雖然能加快誘導(dǎo)加氧酶的合成，但同時(shí)會(huì)抑制PHO的合成，反而降低了苯酚氧

4、化成鄰苯二酚的速度。
　　2、利用親水性高分子聚合物PEG在高飽和度(NH4)2SO4溶液中夾帶沉淀海洋真菌Caldariomyces fumago發(fā)酵液中微量的CPO，再通過(guò)磷酸鹽溶液復(fù)溶形成雙水相萃取，可以低成本、高回收率地提取高純度CPO。CPO用海藻酸鈉與卡拉膠復(fù)合載體固定后應(yīng)用于苯酚氧化。在40℃，pH6.5，H2O210mg/L的條件下10g/100mL固定化CPO對(duì)500mg/L和1000mg/L苯酚2h時(shí)的轉(zhuǎn)化速率

5、分別達(dá)到86.57％和83.83％，能快速鈍化苯酚的化學(xué)活性，增加苯酚氧化生成鄰苯二酚的速度，加快加氧酶誘導(dǎo)合成速度。
　　3、運(yùn)用響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化了固定化CPO與不同加氧酶類別的L2和L6菌株的復(fù)合比例以及降解條件，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)條件下以10g/100mL固定化CPO與L2與L6菌株標(biāo)準(zhǔn)菌懸液(OD600=1.0)按1∶1(v/v)接種量0.75％(v/v)的混合降解體系，在初始pH7.1、苯酚濃度500mg/L、酵母膏

6、加量200mg/L、FeSO42.5mg/L、鄰苯二酚加量200mg/L和裝液量75mL/250mL時(shí)16h苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)到97.87％，比優(yōu)化前的91.78％增加了6.1％，苯酚徹底降解提前了4h以上，CODCr徹底去除提前了8h以上。此外，外加1％的蔗糖、葡萄糖或半乳糖等輔助碳源還能進(jìn)一步提高酶-菌復(fù)合體系的苯酚降解作用。
　　4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CPO轉(zhuǎn)化苯酚形成的中間產(chǎn)物鄰苯二酚有助于形成菌體降解苯酚的共基質(zhì)效應(yīng)，并能提高酶-菌復(fù)

7、合體系降解對(duì)苯酚的適應(yīng)濃度。動(dòng)力學(xué)模型擬合表明，在100-1200mg/L苯酚濃度范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出:
　　(1)單一以固定化CPO轉(zhuǎn)化苯酚的Haldane方程為:q=1.02×10-4S0/1.0476+S0+S02/5.0529,R2=0.9646;
　　(2)單純以復(fù)合菌株降解苯酚的Haldane方程為:q=3.31×10-5S0/1.0625+S0+S02/5.4203,R2=0.954;
　　(3)固定化CPO與

8、復(fù)合菌株組成的酶-菌復(fù)合體系降解苯酚的Haldane方程為:q=1.95×10-4S0/1.0501+S0+S02/5.1272，R2=0.9617。
　　3組方程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擬合度均較高，其中，酶-菌復(fù)合體系具有的最大比降解速率最高(qmax=1.95×10-4h-)，基質(zhì)飽和常數(shù)較低(ks=1.0501mg/L)，基質(zhì)抑制常數(shù)最高(K1=5.1272mg/L)，說(shuō)明了酶-菌復(fù)合降解體系的反應(yīng)速度快，對(duì)苯酚的親和力高，對(duì)高濃度苯