DTP和PET酶及微生物降解性能探讨

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PET(聚对苯二甲酸乙二酯)以其优越的性能成为目前应用最广泛的合成有机物之一,但每年也会产生大量的PET废弃物。由于数量巨大且对大气和微生物抵抗性很强,从环境和生态角度考虑,这些废弃物已成为全球性的环境污染物,给环境带来了严重的压力。 随着生物技术日新月异的发展,使得利用生物降解PET等污染物成为可能,我们的实验即致力于此课题的研究。 本课题的研究尚处于PET生物降解研究的初级阶段。就现有的文献报道,表明国际上对PET的微生物或酶降解研究也属于刚刚起步。由于PET的强抗生物降解性,难以直接利用PET作为基质驯化微生物或筛选到合适的酶,因此实验中,我们采用与PET的结构单元类似的化合物DTP(对苯二甲酸二乙酯)作为其模拟物,对DTP的生物降解性能进行详细、深入的探索。DTP生物降解性能的研究意义不仅在于它是PET生物研究最合适的模拟物,更在于可以解决由这种化工原料所导致的环境危害问题。 实验就生物降解的两种途径(酶降解、微生物降解)分别开展了细致深入的研究。 在DTP和PET的酶降解性能实验里,我们筛选了四种脂肪酶:酸性酶、中性酶、碱性酶和Sigma酶,着重探索降解率的测试方法并验证其结果的可靠性。分别通过碱滴定DTP、PET中酯键水解形成的羧基含量和紫外测试降解液中TPA产物含量计算DTP、PET的降解率,结果发现碱滴定表征的降解率要略低于紫外吸光度测试所得,我们详细分析了可能引起两种测试结果差异的原因。 为稳定DTP、PET酶降解反应体系内的最佳pH值,分别采用碱滴定和缓冲液来稳定体系pH值。碱滴定能较好地保持酶的反应活性;不同脂肪酶在不同种类的缓冲液中,所表现出的活性也不一样。 通过初步实验,我们筛选出对酯键水解能力较好的Sigma酶,采用高效液相色谱分析方法,深入分析Sigma酶对DTP的降解历程、中间产物及最终产物,并测试Sigma酶对DTP降解初始速率。 Sigma酶降解PET生丝后,通过SEM(电子扫描显微镜)观察生丝,发现虽然脂肪酶对PET生丝催化降解的效果不明显,但扫描电镜照片显示纤维表面仍然有被刻蚀的痕迹存在。 课题另一组成部分为DTP及PET的微生物降解性能研究。 我们从天津、浙江、福建三地的化纤厂、染整厂采集活性污泥,利用M1、M2两种培养基分别培养驯化细菌、真菌,以M3为降解基对培养基条件和菌源的降解活性做定量的测试,进行培养基条件和菌源的初步优选,实验结果表明培养基M1优于M2,其中尤以M1,pH=9的培养条件最为理想。 随后,我们选择M1,pH=9培养条件驯化的微生物为菌源,M3为降解基,推测其降解DTP、PET的中间产物,分析微生物在M3降解基内的生长状况,探 讨振荡对降解效果的影响,并建立DTP的降解动力学模型。实验结果表明DTP、 PET的微生物降解产物多样、复杂;振荡降解效果明显好于静止状态下DTP的微 生物降解,DTP的微生物降解动力学方程符合双曲线模型,为一级动力方程。 生丝的微生物降解性能实验中,以MI小*-9培养条件驯化的微生物为菌源, M3、M4为降解基,通过扫描电镜照片及HPLC谱图中观察可推测微生物对PET 具有微弱的降解能力。 实验结果说明目前我们筛选的脂肪酶及微生物能很好的作用于DTP,但对生 丝效果微弱。微生物降解可有效解决DTP引起的环境问题,为DTP的生物降解____提出了新选径:同时实验为进一步研究PET的生物降解,开发对PET具有高分 解能力的微生物奠定了良好的基础。今后需进一步筛选陀T高效降解酶、分离纯 化PET高效降解菌,才能有望减缓PET给环境带来的影响。
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