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木质素是一种由苯丙烷结构基本单元(对羟苯基结构、愈创木基结构和紫丁香基结构)通过C-C键和C-O-C键等多种复杂的键型聚合形成的三维立体芳香族化合物。木质素广泛存在于植物体的细胞壁中,紧紧的包裹在纤维素和半纤维素的外面,在保持植物的完整性和免受病原微生物攻击方面起着重要的作用,是自然界中含量仅次于纤维素的一种可再生有机物资源。由于其分子量大、结构复杂,自然降解速度缓慢,是地球生物圈中碳循环的主要障碍之一。紫丁香基是木质素中最复杂的一种基本结构单元,在硬木木质素50%左右为紫丁香结构单元。芥子酸作为紫丁香基的重要前体物质,使其成为最难生物降解的一种木质素单体化合物。此外,碱木质素及各种小分子木质素单体化学物是造纸废水中的主要污染物,也是造成造纸废水高COD、高色度、高毒性及难处理的主要原因。因此,木质素的降解一直是国内外的研究热点,涉及的研究主要包括:物理法、化学法、物理化学法、生物降解法等。其中,利用生物技术处理木质素,不仅具有经济环保的优点,还可以降低环境污染、变废为宝,实现木质纤维素资源的再利用,近年来越来越受到国内外学者的关注。前期课题组筛选得到一株霉菌Aspergillus sp.F-1,初步研究表明该菌具有良好的木质降解性能。基于前期初步的实验结果,本文继续开展了Aspergillus sp.F-1降解木质素及其处理造纸废水的相关研究,取得了以下研究成果及结论:(1)(1)Aspergillus sp.F-1可以在芥子酸为唯一碳源的培养基中形成优势生长;(2)相对于其他实验组,芥子酸浓度为200mg/L时,Aspergillus sp.F-1的生长最为良好,且在16 h内可以实现对芥子酸的完全降解;(3)紫外光谱和红外光谱的分析结果表明6 h至16 h这个10 h区间是Aspergillus sp.F-1降解芥子酸的重要时期。(4)液相色谱及总有机碳(TOC)测定结果表明,在16h内芥子酸的降解率可达99.44%,总有机碳(TOC)的降解率为99.12%。(5)GC-MS分析结果表明,Aspergillus sp.F-1对芥子酸的降解分胞外降解和胞内降解两步进行,GC-MS检测到的胞外降解产物为2-6-二甲氧基-4-乙烯基苯酚和愈创木酚,而胞内反应比较复杂,苯环物质的存在充分证明了Aspergillus sp.F-1对芥子酸的降解过程的一部分是在细胞内进行的。(2)对Aspergillus sp.F-1降解木质素的条件进行优化研究,确定Aspergillus sp.F-1降解木质素的优化条件为:氮源NaNO3,培养温度30℃,培养基pH=7,振荡箱转速150 r/min。对优化条件下Aspergillus sp.F-1产木质素降解酶情况进行了研究,实验表明:霉菌Aspergillus sp.F-1可产锰过氧化物酶和漆酶,不产木质素过氧化物酶。在优化条件下漆酶酶活最高可达1021U/L,锰过氧化物酶酶活最高可达60U/L,漆酶酶活远远超过锰过氧化物酶酶活。(3)基于上述实验结果对Aspergillus sp.F-1处理造纸废水进行了研究,优化后的色度去除条件为:葡萄糖10 g/L、菌种投加量4 g/L,pH为7,在优化条件下可将色度降低38.24%。降解过程中主要是漆酶和过氧化物酶在起作用,紫外光谱分析表明,在降解过程中废水中木质素类化合物正在逐渐减少。GC-MS分析结果显示废水中含有发色基团的有机物被降解。