蒽醌染料中间体对偶氮染料脱色的促进作用及其好氧降解

发布时间：2020-06-20 15:14

【摘要】： 本论文旨在研究鞘氨醇单胞菌QYY(Shingomonas xenophaga QYY,编号为CGMCC 1172)对蒽醌染料中间体1-氨基蒽醌-2-磺酸的好氧降解特性,分析蒽醌环裂解过程;并拓展底物范围,研究菌株QYY对偶氮染料的厌氧脱色特性,分析脱色产物。在此基础上,研究溴氨酸和1-氨基蒽醌-2-磺酸作为氧化还原介体,对偶氮染料脱色的加速作用,初步探索其作用机理。 研究菌株QYY在无机盐培养基中对1-氨基蒽醌-2-磺酸脱色的基本特性,并分析蒽醌环裂解过程。菌株QYY生长及对1-氨基蒽醌-2-磺酸脱色的较佳条件是:pH7.0,温度30℃,转速100-150 r·min~(-1)。在较佳条件下,菌株QYY能够在120h内将3.3 mM 1-氨基蒽醌-2-磺酸脱色98%。利用紫外-可见光谱、液相色谱-质谱和核磁共振等分析手段鉴定了1-氨基蒽醌-2-磺酸的脱色产物。主要的脱色产物为2-(2′-羟基-3′-氨基-4′-磺酸基-苯甲酰)-苯甲酸,2-(2′-氨基-3′-磺酸基-6′-羟基-苯甲酰)-苯甲酸,邻苯二甲酸和2-氨基-3-羟基-苯磺酸。由此推测了1-氨基蒽醌-2-磺酸的脱色途径。根据前两个脱色产物,认为蒽醌环裂解反应属于Baeyer-Villiger型反应。 采用超声破碎细胞,提取1-氨基蒽醌-2-磺酸脱色酶,并研究其脱色活性。结果表明,1-氨基蒽醌2-磺酸脱色酶为诱导酶。粗酶酶促反应需要辅酶NADH,较佳pH为7.5,较佳温度为50℃。但此粗酶非常不稳定,在4℃下保藏24h后其活性消失。5mM甲吡酮能够明显抑制其脱色活性。因此推测1-氨基蒽醌-2-磺酸的主要脱色酶可能是以NADH为辅酶的加氧酶。 菌株QYY不仅能够在好氧条件下使1-氨基蒽醌-2-磺酸有效降解,而且能够在厌氧条件下使多种偶氮染料脱色。以酸性大红3R为底物,优化其脱色的较佳条件是:葡萄糖4g·L~(-1),初始pH8.0,温度30℃。利用液相色谱-质谱,鉴定酸性大红3R脱色后产物为4-氨基萘磺酸和7-羟基-8-氨基-1,3二磺酸萘。四种结构相似的磺酸化偶氮染料脱色速率比较如下:V_(酸性红B)＞V_(酸性大红GR)＞V_(酸性大红3R)＞V_(酸性苋菜红)。可见偶氮染料分子结构中磺酸基团数量和位置影响其脱色。偶氮染料的浓度也影响其脱色速率。以酸性红B为例,当酸性红B的浓度低于1mM时,其脱色速率随着染料浓度的增加而不断增大;但当酸性红B的浓度高于1mM时,其脱色初速度受到了明显抑制。 在厌氧条件下,1-氨基蒽醌-2-磺酸和溴氨酸能够作为氧化还原介体,提高酸性大红3R的脱色速率。当溴氨酸和1-氨基蒽醌-2-磺酸的浓度达到0.4mM时,酸性大红3R(0.2mM)的脱色速率分别比不加介体时提高2.9倍和4.9倍。可见,1-氨基蒽醌-2-磺酸比溴氨酸更有效。此外,1-氨基蒽醌-2-磺酸能够提高菌株QYY对不同磺酸化偶氮染料的还原速率,并能够加速大肠杆菌JM109和未经驯化的活性污泥对磺酸化偶氮染料的脱色。表明其作为氧化还原介体,具有普遍应用性。在厌氧-好氧条件下,1-氨基蒽醌-2-磺酸和溴氨酸能够使菌株QYY将连续补加5次的酸性大红3R厌氧脱色;并通过补加乙酸钠、调节pH值,实现菌株QYY将每次培养液中的1-氨基蒽醌-2-磺酸和溴氨酸在24h内好氧降解。 对水溶性蒽醌化合物提高菌株QYY还原磺酸化偶氮染料速率的机理进行了初步的探讨。对于菌株QYY,AQS是蒽醌化合物中最合适的醌介体。利用紫外可见光谱分析了AQS还原峰。并通过对偶氮染料酸性红B的脱色反应,证实了AQS介导的磺酸化偶氮染料的还原分为两步,其中AQS还原过程为限速步骤。通过超速离心,分析了菌株QYY中细胞膜和细胞质中的AQS还原酶特性。初步判定细胞膜上以吡咯喹啉醌(PQQ)为辅基的D-葡萄糖脱氢酶可能通过AQS的还原,从而将偶氮染料还原。通过非变性凝胶电泳,确定细胞质内存在以FMN为辅酶的偶氮还原酶和以FMN为辅酶的AOS还原酶各为一种。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703
【图文】：

尸一‘一}一味一，

本文编号：2722603