聚乙烯醇的生物降解.pdf

中国生物T程杂心 China Biotechnology,2005,25):28~33
聚乙烯醇的生物降解
董丽娟雷武夏明珠王风云
南京理工人学化工学院工业化学研究所南京210094)
摘要聚乙烯醇PVA)是较少的可溶于水并被生物降解的乙烯聚合物之ー。研究表明,在受
PVA污染的白然环境中存在着能降解PA的微生物,并从中提取出了PVA降解酶。介绍了国内
外研究乙烯醇生物降解的情。分別讨论了乙烯醇被单?閑种、共生细闲和真降解过程
中的生物化学和生理学特性,以及结构因素对聚乙烯醇生物降解的影响。这些研究促进了可有
效生物降解的PVA类材料产品项口的发展
关键词聚乙烯酊醇生物降解降解途径结构囚素
PVA在:20世纪40年代就开始作为纺织浆料乙烯醇的降解效果较好,且产碱杆菌能降解聚乙烯
应用于纺纵.业,它具有优异的浆膜性能和良好的醇也是首次发现。
粘附性能,在各类高分了合成浆料中占∷要地位
刘白玲等即研究和建立了实验室可用的PVA
PVA一般都是在碱性条件下川氧化剂退浆,由于的生物降解环境及其影响因素。结某表明,PVA的
乙烯醇为高分子聚合物,川?般的方法很难进行降分子量、结晶度对其生物降解性具有決定作川,通
解,而H退浆废液中的PVA难以被一般的微生物过等离子体作川或氧化处理,可在PVA分子上引
分解,会对环境造成一定的污染。日本、美国、德国入>C=0、-0=C-0、-COOH等基团,从而提
等国相继开展了对PVA收性、收循环再利用和高PVA的生物降解性和降解速率。
降解的研究
廖幼松等自从自然界品中分离到4株能降
近些年米,随着牛物技术的发展,通过生物降解滎乙烯醇的细菌,经紫外线诱变,得到2株只イ
解处理印染废水山的聚乙烯醇的理论和方法逐渐单重抗药性的突变菌株S7和K15,者对PVA的
成熟。培养和驯化可降解聚乙烯的微生物成为去除率分别达到52%和58%。将S7和K15作为
国内外研究的热课题。
亲本菌株进行原生质体融合,用双重药物平板筛选
1国内PVA生物降解研究
独合子,通过正交试验,对原生质体触合的条件进
行优化,使融合率达到4.603x10-3,触合子F4困
我国从80年代后期开始对聚乙烯醇的生物降株对PVA去除达到79.9%,是原始菌株的2倍。
解进行研究。1988年,方柏容等论证了聚乙烯醇将其培养成活性污泥后,PVA去除率可达87%,是
可生物降解的观点,并筛选了8633菌群,对聚乙普通活性污泥的3~4倍。
烯醇的生物降解只有艮好的效果。
李朝等从上壤样品中分离到1株能以聚乙
下银善等?也相继发表了研究成某,参照烯醇VA为唯碳源、能源生长的纯株,经生
Finley法测定PVA的原理,PVA和碘作用时,如有理生化鉴定和16 S RRNA基序列分析,该茵株属
硼酸存在会产生颜色反应,建立了一种快速筛选于红球菌属 Rhodococcus sp.),对该菌株降解PA
PVA降解菌的简便方法。他们从培养基中分离了的特性进行了研究。
SBl菌落,此落包括假单胞固( Pseudomonas sp
和产碱杆( ligenes
国外PVA生物降解研究
发现该混合菌样对聚
2.1聚乙烯醇降解的生物化学和生理学研究
收稿日期:2004-11-22修回日期:2005-05-17
由于擬乙烯醇的BOD值很低,所以过去很长
电了信箱:nadiadongdon(126.com
段时间,人们认为聚乙烯醇不能被生物降解。但
2005,25Q)
董州娟等:聚乙烯醇的生物降解
是1973年, Suzuki等的从土壤中分离了1株假单胞
OH OH OHOH
菌 Pseudomonas broeoplis),它可以产生1利聚乙烯
醇降解酶,买验表明这种酶能够氧化并切断滎乙烯
O
醇分子。
H,O
2.1.1单一菌种村聚乙烯的降解途径研究20
OHOHOHOH
世纪70年代初开始了对PVA降解的生物化学途径
的详细研究。 Watanabe和他的合作者们9对高
OH O OHOH
分子量PA降解的晦反应做了重要的研究。他们
从1种假单胞菌的培养液中提取PVA降解嗨,这
S40
HO
是1种30kDa胞外酶,可以极人的降低PVA缓冲液
OH
的粘度,这种嗨被称作仲醇瓴化酶,因为它可以降
解一些低分子量的仲醇,在降解过程中消耗O2生
H,O
BDH
成H2O
OH
O OH
研究表明,在假单胞菌的培养液中,由另·种
COOH+
酶催化了PNA的进一步分裂回。在这些研究中
PVA碳链的断裂由两步连续反应完成。第一步由
图1经仲醇氧化酶和β二酮水解酶作用的PVA
SAO催化,形成β-羟基基材,然后出1种特殊的
生物降解途径
水解海催化,生成以羧基和甲基为端点的降解产
Fig. I Biodegradation pathway of PVA as mediated by
物。低分子量PNA降解产物的多样性说明在聚合
secondary alcohol oxidase SAO)and b-diketone
hydrolase BDH)
物主链上.C-C键的断裂是随机的
也有研究PVA的1个低分子量模型化合物4,
OHOHOHOH
6-王二醇的分解过程如图1,其首先被氧化成6-)经
某4-工烯,然后被进步氧化成相应的β-二-时。3-
PVA氧化酶
峒基炳边碳链的长度是不一样的,水解发生在
短的一边,所以,在长的一端和短的一端分别生:成
OH OHOHOH
中基硐和羧酸。根据以上结论认为,PVA的生物
降解途径是经历了从假单胞菌分离出的2个海的
作用完成的。
OH OO
继 Watanabe和其合作者之后, Suzuki等bリ进
一步研究了PVA的生物降解。他们从污泥样本中
β-二雨水解酶
分离出1利 Pseudomonas borealis O3菌能够把PVA
O
OH
作为唯·碳源。这种岗的细胞分泌·种PVA降解
COOH
系,当存在乙烯聚个物时,这种酶消耗領产生
H2O2,证明共有氧化海的性质。HPVA链的内部
图2经一种特殊的PA氧化酶和β二酮水解酶
断裂是随机的。通过对酶降解产物的分析认为,在
催化的PVA生物降解途径
代谢物中有羧基和中基闹基团。根据羧基和甲基
Fig 2 Biodegradation pathway of PVA as mediated by a
specific Pv'a-oxidase and b-diketone hydrolase BDH)
同数里的一致和1,3-二制的生成,研究者提出了一
种VA降解机理见图2。他们也推测化学不稳定链断裂的生化反应途径。用从江河高集水中分离
的1,3-二不是经水解晦的催化,而是白发水解生出的 Alcaligenes faecalis菌KK314进行降解研究。
成以羧酸和甲基为端点的PVA断链。这利机理以同构的乙烯醇三滎物和吡咯喹啉醌Pの)、CaCl2
和 Watanabe等提出的机理类似
为培养基进行细胞培养,从中分离纯化出PVA脱
Matsumura等ロ报道了