粘质沙雷氏菌及其酶对芳香化合物的氧化作用研究

论文摘要

本文研究了粘质沙雷氏菌及其酶对芳香化合物的氧化作用。该研究主要包括两个部分:首先采用粘质沙雷氏菌菌株AB90027离体酶催化异丁香酚合成香兰素,对异丁香酚的转化途径进行了分析;然后进行了该菌株及其离体酶对羟基苯和氨基苯的降解作用研究,对酶催化降解机制,降解动力学条件以及酶的一些性质进行了探讨和分析。所研究的内容及其结论主要包括以下四个部分: （1）利用粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）菌株AB90027产生的离体酶催化异丁香酚进行生物转化,结合TLC、UV-VIS、IR等测试手段对异丁香酚的转化途径进行了探讨,借助薄层扫描法对不同反应体系下产物香兰素的产率作了比较,并研究了可催化异丁香酚合成香兰素的酶在细胞的存在位置。结果表明:在酶的作用下,异丁香酚分别经过阿魏酸和香兰素两条途径开环降解成小分子,采用酶催化所得的香兰素产率最高,其产率达10.90%,可催化合成香兰素的酶主要是胞外酶。 （2）采用AB90027离体酶催化过氧化氢氧化处理15种羟基和氨基苯类化合物。以对苯二酚和对氨基苯酚为代表物,对其降解动力学条件进行了研究;测定了催化降解前后溶液的COD值,借助UV-VIS、IR吸收光谱和HPLC考察了分子结构的变化;探讨了化合物降解性与结构之间的关系;并就该方法处理工业废水进行了效果评价。得到对苯二酚降解的适宜条件为每降解50mL质量浓度为2000mgL-1的对苯二酚溶液,H2O2（30%,w/v）用量5mL、温度40℃、pH9.5,降解24h后对苯二酚COD去除率可达96.3%。对氨基苯酚降解的适宜条件为每降解500mgL-1对氨基苯酚溶液50mL,H2O2（30%,w/v）用量3mL、温度40℃～60℃、pH9.0～10.0,降解后对氨基苯酚COD去除率可达96.80%。经过H2O2/酶作用后,对苯二酚等易降解化合物UV-VIS及IR谱图上苯环特征吸收峰均己消失,HPLC则检测到有机酸等小分子化合物,从而阐明了酶促降解机理为苯环开环生成小分子化合物。取代基的性质、位置、数目均影响化合物的降解性。多元酚/胺较一元酚/胺容易降解,其中间位取代使降解变难,推电子基—OH、—NH2、—OCH3有利于降解,吸电子基—NO2、—Cl、—COOH不利于降解。 （3）就共代谢—H2O2氧化法处理苯酚等难降解化合物进行了初步研究,实现了苯酚、间苯二酚和水杨酸的氧化降解,经UV-VIS和HPLC分析表明其降解过程仍为苯环开环过程。

论文目录

• 第一章 研究背景
• 1.1 粘质沙雷氏菌及其酶
• 1.1.1 粘质沙雷氏菌简介
• 1.1.2 源于粘质沙雷氏菌的酶及其应用
• 1.2 异丁香酚及香兰素
• 1.2.1 异丁香酚简介
• 1.2.2 香兰素简介
• 1.2.3 由异丁香酚合成香兰素的合成方法
• 1.3 酚及芳胺类污染物
• 1.3.1 酚类污染物及其处理方法
• 1.3.1.1 酚类污染物简介
• 1.3.1.2 酚类污染物的物化处理法
• 1.3.1.3 酚类污染物的化学处理法
• 1.3.1.4 酚类污染物的生化处理法
• 1.3.2 芳胺类污染物及其处理方法
• 1.3.2.1 芳胺类污染物简介
• 1.3.2.2 芳胺类污染物的物化处理法
• 1.3.2.3 芳胺类污染物的化学处理法
• 1.3.2.4 芳胺类污染物的生化处理法
• 1.4 本实验的研究目的及意义
• 第二章 异丁香酚的生物转化及香兰素的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品及仪器
• 2.2.2 离体酶的分离提取
• 2.2.3 异丁香酚的酶催化反应
• 2.2.4 香兰素和阿魏酸的酶催化降解
• 2.2.5 香兰素的薄层扫描定量分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应产物的TLC及IR分析
• 2.3.2 酶催化降解异丁香酚的降解途径
• 2.3.3 不同反应体系对香兰素产率的影响
• 2.3.4 可合成香兰素的酶在细胞的存在位置
• 2.4 小结
• 第三章 粘质沙雷氏菌及其酶对羟基苯和氨基苯的降解作用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品及仪器
• 3.2.2 培养基
• 3.2.3 粘质沙雷氏菌对化合物的代谢实验
• 3.2.4 酶的粗提液的制备
• 3.2.5 粘质沙雷氏菌离体酶对化合物的降解实验
• 2O₂降解实验'>3.2.6 羟基和氨基苯类化合物的酶促H₂O₂降解实验
• 3.2.7 分析方法
• 3.2.8 化学耗氧量COD的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粘质沙雷氏菌对化合物的代谢作用研究
• 3.3.2 粘质沙雷氏菌离体酶对化合物的降解作用研究
• 3.3.3 离体酶催化双氧水降解对苯二酚的研究
• 3.3.3.1 反应条件对降解率的影响
• 3.3.3.2 化学耗氧量COD的评价
• 3.3.3.3 对苯二酚的降解途径
• 3.3.4 离体酶催化双氧水降解对氨基苯酚的研究
• 3.3.4.1 反应条件对降解率的影响
• 3.3.4.2 化学耗氧量COD的评价
• 3.3.4.3 对氨基苯酚降解途径的研究
• 3.3.5 羟基苯和氨基苯类化合物降解性能的研究
• 3.3.5.1 COD的评价
• 3.3.5.2 UV-VIS谱图分析
• 3.3.5.3 化合物降解性与化合物结构之间的关系
• 3.3.6 酶促双氧水法处理的工业废水评价
• 3.3.6.1 加料方式的选择
• 3.3.6.2 酶的提取方式的选择
• 3.3.6.3 实际废水处理效果评价
• 3.4 小结
• 第四章 羟基苯和氨基苯的粘质沙雷氏菌共代谢研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 酚类降解酶的酶学性质的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品及仪器
• 5.2.2 产酶的发酵实验
• 5.2.3 粘质沙雷氏菌生长量的测定
• 5.2.4 产酶量的测定
• 5.2.5 酶的分步提取
• 5.2.6 酶的活力测定
• 5.2.7 聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 产酶条件的研究
• 5.3.1.1 培养时间对产酶的影响
• 5.3.1.2 培养温度对产酶的影响
• 5.3.1.3 培养基初始pH值对产酶的影响
• 5.3.1.4 摇床转速对产酶的影响
• 5.3.1.5 微量离子元素对产酶的影响
• 5.3.2 酶在细胞的存在位置
• 5.3.3 酶的性质和活性研究
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 前景与展望
• 6.3 本研究存在的问题和不足
• 参考文献
• 主要研究成果