硫酸盐木质素的细菌降解、其代谢产物分析及毒性评估

《Annals of Microbiology》：Bacterial degradation of kraft lignin, its metabolites analysis, and toxicity assessment

　　

摘要

背景

制浆造纸工业产生的硫酸盐木质素 (KL) 呈棕色，对水生环境造成破坏，并导致废水的毒性。然而，通过生物降解，可以改变 KL 的结构，从而实现更可持续的利用。复杂的降解技术带来了经济和环境方面的挑战。因此，微生物系统被使用，因为它们具有成本效益且残留物低。先前的研究表明，液化沙雷氏菌 可用于木质素生物降解，但其复杂结构带来了挑战。为解决这一问题，本研究进行了工艺优化，以改善条件并提高降解效率。

方法

本研究评估了木质素降解细菌液化沙雷氏菌 的生物降解潜力。硫酸盐木质素在细菌处理前后通过仪器分析进行了表征。其生物降解通过采用 Box-Behnken 设计的响应面法进行了优化。毒性评估通过绿豆 (L.) 进行了植物毒性评估。

结果

S. liquefaciens，其木质素过氧化物酶活性 (22 IU ml^??1)，在 120?小时内降解了 53% 的硫酸盐木质素。硫酸盐木质素的表征证实了其生物降解。毒性结果显示，与对照组相比，暴露在未稀释的 KL 溶液 (1000?mg/L) 中时，芽长减少了 85%。然而，细菌处理后，芽长抑制率降至 60%，表明毒性降低。与未处理的 KL 相比，酶处理的 KL 表现出较弱的毒性，因为酶降解了木质素的复杂结构，减少了有毒酚类化合物的量。由于解聚和化学键断裂，毒性降低了。

结论

硫酸盐木质素如果不经适当处理就排放，会对环境有毒。废水处理无法降低 KL 毒性，因为其结构耐化学性。真菌系统已被用于降解木质素。真菌并不有效，因为它们在恶劣环境中会变得不稳定。因此，本研究使用了一种木质素降解细菌。细菌具有环境适应性，并提供了一种具有成本效益的解决方案。研究得出结论，S. liquefaciens 在处理 KL 方面具有巨大潜力。它可作为造纸工业中潜在的生物修复应用。本研究开辟了提高木质素利用率的途径。