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简单谈谈聚丙烯酰胺的生物降解机理

  • 时间:2021-08-12 11:43:25
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聚丙烯酰胺(PAM)经常用在与微生物接触的环境中,如用于农业中防止土壤流失的稳定剂,三次采油地下环境的助剂,以及作为生物材料等,并且观察到微生物可以在聚丙烯酰胺(PAM)溶液中生存和增殖,聚丙烯酰胺(PAM)的降解产物可作为细菌生命活动的营养物质,营养消耗的同时又会促进聚丙烯酰胺(PAM)的降解。微生物降解聚丙烯酰胺(PAM)的机理主要可分为三类。
生物物理作用。由于生物细胞增长使聚合物组分水解,电离或质子化而发生机械性破坏,分裂成低聚物碎片。
生物化学作用。微生物对聚合物的分解作用而产生新物质(CHA,CO和 HO)。
心酶直接作用。微生物侵蚀导致聚合物链断裂或氧化。实际上生物酶降解并非单一机理,而是复杂的生物物理、生物化学协同作用,同时伴有相互促进的物理、化学过程。
在现有的有关聚丙烯酰胺(PAM)生物降解的研究中,可达成共识的是,在好氧条件下,聚丙烯酰胺(PAM)中的酰胺基可以作为一些微生物的氮源被利用,同时形成丙烯酸残体并放出氨气,但是关于PAM作为微生物唯一碳源的报道却很少,并且在这个问题上存在着争议,作为碳源利用非常困难除了由于其高分子量难以被微生物摄入到细胞体内进行降解外,即使在小分子量的情况下,其抗生物降解能力仍然很强。专家研究了农业土壤中存在的微生物对PAM的降解作用,结果表明。PAM能作为细菌的唯一氨源,但不能作为唯一的碳营养源。并且他们还发现当土壤样品中除了PAM外否含有其他氨源的时候,观察到了微生物的明显生长,表明这些徼生物可产生能够利用PAM 中酰胺基的酶,通过这些胞外酶的作用,将PAM的分子量降低或者转化为其他产物,从而可被微生物进一步利用。
但专家应用厌氧技术,从油田采出液中分离到一株PAM降解菌株A9,通过扫描电镜和红外光谱分析结果表明:菌株以PAM为唯一碳源,菌株作用前后表面结构发生变化,分子链上的酰胺基水解成羧基,侧链降解,部分官能团发生改变,浓度为500mg/L时,20d菌株生物降解率为61.2%,其溶液粘度下降显著。专家研究表明,菌种菌量随着PAM溶液浓度升高而减少,当浓度≤12000 mg/L时生长很旺盛,当浓度≥20000mg/L时,菌种几乎不能生长,由徼生物生长动力学可知,底物浓度过高或过低,都有可能抑制微生物的生长,因此在1000~10000mg/L浓度范围内,菌种可以将PAM作为碳源面生长,并且发现此菌种还可以对丙烯酰胺有高效的降解,降解速度快,且降解率高(可以达到95%)。