单宁的生物降解途径及规律的研究-任南琪

哈尔滨建筑工程学院学报x。吕7年第`胡单宁的生物降解途径及规律的研究任南琪张自杰(给水排水教研室)本文根据凝缩类单宁的化学结构及零星资料,运用生物化学理论,提出了在好氧菌作用下凝缩类单宁生物降解途径的设想.该途径揭示出,单宁分解产物中除间苯二酚不能故利用外.其它中间产物均可通过三狡酸循环得到彻底氧化.本文还采用摇瓶试验对单宁的生物降解规律进行了研究.试验结果证实,单宁不仅是难生物降解物质,而且单宁及其中间代谢产物(黄酮类化合物及多元酚类)还是酶活性的抑制剂.关键词单宁,生物降解J一、引言单宁是含于植物林内的多元酚衍生物,它在植物体内的生理功能尚不十分清楚。由于它具有结合蛋白质的性能,所以可以抑制微生物酶和病毒的生长,从而抵御微生物侵入植物体内。按化学结构特征,单宁可以分为水解类单宁和凝缩类单宁两大类,后者的分子结构更复杂、更稳定,在水溶液中不易被酸或酶所分解【`’。由于凝缩类单宁的分子结构的复杂性,目前,国内外专家对其了解还远不及水解类单宁。单宁能够将生皮裸制成皮革,所以在制革厂植物裸制过程中产生大量的含单宁废水。单宁的生物降解极其困难,特别是凝缩类单宁。当含有单宁的废水排入自然水体中,将对环境造成严重污染,从而破坏自然生态平衡。笔者选择落叶松单宁作为研究对象,这对研究凝缩类单宁的生物降解性熊有一定的理论意义和现实意义。落叶松单宁属凝缩类单宁,一般认为,其分子式如图1。构成落叶松单宁的主要化、J卜lwe气州护。。CH厂(日O日一CH一C王{戈:聚集度,可达20图l落叶松单宁的分子式合物列于表1仁”。构成落叶松单宁的主要化合物表1“’钟尸刃.H无色非瑟定无色花青定”“介。、,专、2产口月、令做斌产叹黄眼类化合物ǎ烷黄醇à1,3一二术转一2一丙醇迄今,凝缩类单宁的生物降解途径及降解规律尚无人研究。本文试图提出单宁生物降解途径的设想,旨在进一步分析单宁的生物降解规律,从而指导含单宁废水的生物处理,并通过试验结果来反证单宁降解途径设想的正确性。二、试验装置与方法本试验采用摇瓶试验方法,此法对于探讨难降解物质的降解规律是较为可靠的。试验仪器为THZ一82型恒温振荡器,振荡速度为15Or/min,试验温度为20℃。试验所用的三角烧瓶为25Oml,加入水样10ml,用两层纱布和胶套封口。菌种为活性污泥经沉淀2小时后的上清液,即为呈游离状态的细菌。试样取自制革厂的落叶松拷胶,其单位重量的化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD。)及单宁纯度列于表2中。’`单位重l考胶的COO、BOO。及单宁值表2COD(拓)BODs(拓)单宁(男)119.4三、单宁生物降解途径的设想探讨单宁的生物降解途径不但对基础理论的研究有一定价值,而且对研究制革废水的生物处理具有一定的实际意义。然而,目前单宁的生物降解途径还未有专题文献报道,一39一笔者仅根据单宁的化学构造及零星的资料,运用生物化学理论提出初步的设想。前已提及,单宁主要是由黄酮类化合物中的黄烷醇缩合而成的。在微生物的作用下,单宁可以分解成羌色花青定、无色菲瑟定、儿茶素以及1,3一二苯基一2一丙醉等黄烷醇仁生’。许多专家认为【”,在好氧菌作用下,黄酮类化合物可以被分解成多元酚和多元酸。在污水生物处理的活性污泥中,存在大量的假单胞菌属(Pseudomonas),这类菌在好氧条件下可以将儿茶素和懈皮素等黄酮类化合物降解生成草酞乙酸(见图2),而后草。砂`少:助舫。“.务玲从州吮,月八p洲儿茶案OHO毒叶杉素、{。矿祥。丫.(”户。丫“,`,t丁荟’月J“.”草酞乙酸八。“.。人`_Tl,几城,十r城.’Tl州侧O懈皮索.目口H。丫OC么,性之一一叱洲气洲`二洲C+曰邝、令伽.时。减日图2儿茶素及懈皮素在假单饱菌属作用下的降娜途径酸乙酸可直接进入三梭酸循环而得到彻底氧化。近年来的研究还表明`们,大多数芳香族化合物的环裂解之前都将生成邻苯二酚、原儿茶酸和2,5一二经基苯甲酸,而根据单宁的结构,2,5一二经基苯甲酸可能不出现,因而可将某些黄酮类化合物的降解归结为生成邻苯二酚和原儿茶酸。根据Norirhsl型反应〔5’,1,3一二苯基一2一丙醇的降解将产生大量的邻苯二酚和间苯二酚(如图3)。目前还未发现能够利用间苯二酚的细菌【`’,因而在单宁的降解”’拿艺:一呱:守一。;l,3一二苯策一2一丙醉州`护、岁侧+甲十“`闭,`一甲基邻苯二琳八ù姚图31,3一二苯墓·-2丙翻的降解途径过程中,间苯二酚几乎不能被降解。酚类对微生物有毒害作用,但微生物经驯化后,对酚类(特别是对苯酚和邻位多元一40一酚)是有降解能力的。微生物对多元酚环裂解反应主要有苯环的邻位裂解和间位裂解,如:邻苯二酚和原儿茶酸均为邻位裂解,其产物均为顺,顺一己二烯二酸,它们的进一步降解,Satiner等(1973)〔`’认为遵循户酮基己二酸途径;4一甲基邻苯