陳麗杰，王志存，葛旭萌，白鳳武

大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，大連 116024

絮凝酵母吸附Cr(VI) 的機(jī)理

陳麗杰，王志存，葛旭萌，白鳳武

大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，大連 116024

絮凝酵母SPSC01為釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae和粟酒裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe的融合菌株，用其吸附水溶液中的重金屬 Cr(VI)，可以大大降低生物吸附的固液分離成本。為了探討 SPSC01菌體絮凝蛋白對Cr(VI) 還原吸附的影響，對SPSC01與其親本菌株的吸附行為進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，SPSC01和其具有絮凝性狀的親本S. pombe的Cr(VI) 去除速率基本同步，遠(yuǎn)優(yōu)于無絮凝性狀的親本S. cerevisiae；達(dá)到吸附平衡時，S. pombe、SPSC01和S. cerevisiae對總Cr去除率分別達(dá)68.8%、48.6%和37.5%；從而證明了絮凝有利于Cr(VI) 的還原、吸附，絮凝蛋白在Cr(VI) 的還原吸附過程中起促進(jìn)作用。通過化學(xué)屏蔽方法和傅立葉變換紅外光譜 (FTIR) 分析，對SPSC01菌體表面吸附Cr(VI) 的機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明SPSC01菌體表面吸附Cr(VI) 起主要作用的基團(tuán)是氨基、羧基和酰胺基。

絮凝酵母，生物吸附，Cr(VI)，吸附機(jī)理

Abstract:The flocculating yeast strain SPSC01 is a fusant strain of Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe.The use of SPSC01 to absorb Cr(VI) from Cr(VI) containing aqueous solution would greatly reduce the cost of post-adsorption separation, since the superior flocculating property of SPSC01 would allow easy separation of the Cr(VI)-biomass from the solution. In order to investigate the effects of flocculating proteins on Cr(VI) reduction and absorption by SPSC01, the absorption behaviors of SPSC01 and its parental strains were compared. The results showed that Cr(VI) removal rate of SPSC01 was almost the same as that of S. pombe, which also has flocculating ability, but was faster than that of S. cerevisiae, which has no flocculating ability. When the system reached equilibrium, the amount of total Cr adsorbed by S. pombe, SPSC01 and S. cerevisiae were 68.8%,48.6% and 37.5%, respectively. This showed that flocculation was beneficial to Cr(VI) reduction and adsorption, and suggested that focculating proteins may play a role in enhancing the Cr(VI) adsorption capacity of SPSC01 and S. pombe. We investigated the mechanism of Cr(VI) adsorption by SPSC01 using chemical modification and FTIR. The results indicated that the major functional groups (amino, carboxyl and amide) of surface proteins may contribute to the absorption of Cr(VI).

Keywords:flocculating yeasts, biosorption, Cr(VI), mechanisms of adsorption

重金屬污染是當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境問題之一[1]。Cr是一種典型的重金屬污染物。處理重金屬污染的傳統(tǒng)方法包括：化學(xué)沉淀、離子交換、活性炭吸附等。它們的缺點(diǎn)在于處理費(fèi)用高，并且在低濃度時(＜100 mg/L) 處理效率低[2]。重金屬生物吸附法可以克服傳統(tǒng)處理方法的弊端[3-4]，并且生物吸附劑來源廣泛、成本低廉。但是由于生物吸附劑尺度小、密度低、固液分離困難致使其在重金屬廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，因此生物吸附劑的固定化技術(shù)和相關(guān)的研究受到極大關(guān)注，目前已有大量的研究成果發(fā)表[5-10]。然而以包埋、交聯(lián)等傳統(tǒng)的固定化技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的生物吸附劑固定化存在傳質(zhì)性能差、制備成本高等工程應(yīng)用問題。細(xì)胞自絮凝是固定化細(xì)胞技術(shù)中全新的概念，這種無載體固定化細(xì)胞技術(shù)是利用細(xì)胞自絮凝顆粒作為一種固定化細(xì)胞的方法，與傳統(tǒng)固定化方法比較具有傳質(zhì)阻力小、不產(chǎn)生細(xì)胞固定化過程附加成本的優(yōu)勢。近年來，絮凝微生物在水污染治理中的重要地位逐漸被人們認(rèn)可，利用自絮凝微生物處理重金屬的研究已有報(bào)道[11-12]，但未涉及到吸附機(jī)理的研究。本實(shí)驗(yàn)所采用的絮凝酵母 SPSC01為絮凝性狀優(yōu)良、已經(jīng)投入燃料乙醇工業(yè)生產(chǎn)的融合酵母菌，具有自絮凝形成顆粒的特性，用其吸附重金屬 Cr(VI)，可以降低固液分離成本，有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

酵母絮凝的機(jī)理被認(rèn)為是類凝集素作用的蛋白-糖結(jié)合機(jī)理，即由細(xì)胞表面蛋白 (類似于凝集素蛋白) 和細(xì)胞外壁的甘露糖結(jié)合而引起的細(xì)胞凝聚[13-14]。因此，對絮凝酵母細(xì)胞表面吸附機(jī)理的研究十分必要。近年來生物吸附劑對Cr(VI) 的表面吸附機(jī)制的研究工作已有多篇文章發(fā)表[15-18]。表面吸附機(jī)制認(rèn)為，細(xì)胞壁是吸附反應(yīng)的主要場所，細(xì)胞壁的多糖、蛋白和脂類中的一些基團(tuán)與Cr形成離子鍵、共價鍵等形式，而使Cr吸附到生物吸附劑上。細(xì)胞壁表面的主要作用基團(tuán)包括氨基、羧基、羥基、酰胺基和磷酸基等。Park等[19]通過酸處理、有機(jī)溶劑處理、氨基甲基化和羧基氨基化等方法結(jié)合FTIR方法發(fā)現(xiàn)，氨基和羧基對于Cr(VI) 的吸附起重要作用。Kapoor和 Viraraghavan[20]也得到同樣結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)磷酸基和脂類對吸附基本不起作用。Das和Guha[15]通過紅外光譜等方法認(rèn)為，Cr(VI) 首先通過氫鍵等作用力與生物材料結(jié)合，后被還原為Cr(OH)3。Seki等[16]得到相反的結(jié)果，其發(fā)現(xiàn)甲基化羧基可以使酵母對Cr(VI) 的吸附量增大，因此指出細(xì)胞壁是微生物防止重金屬進(jìn)入細(xì)胞的第一道屏障，帶負(fù)電荷的羧基基團(tuán)可以防止Cr(VI) 的滲透。

本文對絮凝酵母還原吸附Cr(VI) 進(jìn)行了研究，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，借鑒前人實(shí)驗(yàn)方法(FTIR和化學(xué)修飾)，探討了絮凝酵母細(xì)胞壁蛋白(包括絮凝蛋白) 在還原、吸附過程中的作用，為絮凝酵母定向改造、強(qiáng)化絮凝酵母的吸附能力以及絮凝酵母應(yīng)用于重金屬及其他污染物治理的研究和開發(fā)提供了參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

SPSC01：本課題組于 1997年以釀酒酵母和粟酒裂殖酵母為親本，經(jīng)過原生質(zhì)體融合技術(shù)獲得的具有高乙醇發(fā)酵性能和強(qiáng)絮凝能力的融合菌。

Schizosaccharomyces pombe：SPSC01的親本菌株之一，具有自絮凝能力的粟酒裂殖酵母。

Saccharomyces cerevisiae：SPSC01的另一親本菌株，乙醇發(fā)酵性能優(yōu)良的釀酒酵母。

酵母培養(yǎng)基 (g/L)：無水葡萄糖60，蛋白胨4，酵母浸粉4，121 ℃滅菌20 min。

酵母斜面保存培養(yǎng)基 (g/L)：無水葡萄糖30，蛋白胨4，酵母浸粉4，瓊脂粉20，121 ℃滅菌20 min。

Cr(VI) 溶液 (50 mg/L)：充分烘干的分析純重鉻酸鉀與純凈水配制成50 mg/L的Cr(VI) 溶液。

1.2 試劑及儀器

所用試劑有重鉻酸鉀、丙酮、濃硫酸、濃硝酸、磷酸、鹽酸、氫氧化鈉、溴化鉀、二苯碳酰二肼、尿素、亞硝酸鈉、高錳酸鉀、乙醇、甲醇、甲醛、甲酸、三氯化鉻等，均為分析純。

酶標(biāo)儀 (Thermo electron corporation)，傅立葉紅外變換光譜儀EQUINOX 55型 (德國布魯克公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 鉻濃度測定

采用二苯碳酰二肼分光光度法測定溶液中Cr(VI)濃度[21]。采用高錳酸鉀氧化法測定溶液中總鉻濃度[22]。Cr(III) 濃度為總鉻濃度與 Cr(VI) 濃度之差。

1.3.2 酵母細(xì)胞表面基團(tuán)的屏蔽處理

利用化學(xué)方法屏蔽絮凝酵母菌體表面的不同基團(tuán)，并與未經(jīng)處理的絮凝酵母的吸附行為進(jìn)行比較，以此研究絮凝酵母細(xì)胞表面主要基團(tuán)在吸附中的作用。

干燥酵母：85 ℃烘干的SPSC01。

NaOH處理酵母[23]：將酸洗(0.1 mol/L的HCl)的SPSC01與1 L 0.1 mol/L的NaOH反應(yīng)24 h，再用去離子水洗去多余的NaOH，恒溫85 ℃烘干。

酵母表面羧基酯化[24]：將 SPSC01用無水甲醇和濃鹽酸按65∶0.6(V/V) 的比例酯化24 h，再用去離子水洗去多余的甲醇和鹽酸，恒溫85 ℃烘干。

酵母表面氨基甲基化[24]：將 SPSC01用甲酸和甲醛按1：2(V/V) 的比例反應(yīng)24 h，再用去離子水洗去多余的甲酸和甲醛，恒溫85 ℃烘干。

苯處理酵母[24]：將苯和SPSC01 (按1 g干重對應(yīng)75 mL苯的比例) 加熱6 h。過濾，去離子水沖洗，恒溫 85 ℃烘干。苯處理的目的是溶解酵母細(xì)胞壁表面脂質(zhì)。

酵母表面磷酸基酯化[24]：按40 mL亞磷酸三乙酯和30 mL硝基甲烷對應(yīng)1 g干重SPSC01的比例加熱6 h。過濾，去離子水沖洗，恒溫85 ℃烘干。此處理的目的是將磷酸基團(tuán)酯化。

1.3.3 傅立葉變換紅外光譜 (FTIR) 分析

將各需測樣品烘干，研磨成粉狀，按約 1%的樣品比例與KBr充分研磨混合，保持干燥，壓片，利用傅立葉變換紅外光譜儀測定紅外吸收光譜圖。

1.3.4 Cr(VI) 吸附實(shí)驗(yàn)

在磁力攪拌反應(yīng)器中，對比 SPSC01與其親本菌株的Cr(VI)吸附性能，菌體干重10 g/L，Cr(VI) 初始濃度50 mg/L，攪拌轉(zhuǎn)速150 r/min，30 ℃，初始pH 2。

利用搖瓶實(shí)驗(yàn)研究酵母細(xì)胞表面基團(tuán)對于吸附的作用，菌體干重10 g/L，Cr(VI) 初始濃度50 mg/L，轉(zhuǎn)速150 r/min，30 ℃，初始pH 2。

2 結(jié)果與分析

2.1 SPSC01與其親本菌株的Cr(VI) 吸附性能對比

Cr(VI) 的去除速率是評價生物吸附材料性能的重要參數(shù)。以磁力攪拌罐為反應(yīng)器，對比SPSC01、S. pombe和S. cerevisiae的吸附性能。由圖1可知，Cr(VI) 均被完全去除，SPSC01和S. pombe的去除速率基本同步，所需的平衡時間約為8 h，遠(yuǎn)低于S. cerevisiae的平衡時間 (約24 h)。SPSC01和S. pombe均為具有絮凝性狀的酵母菌株，絮凝蛋白對于酵母絮凝起了關(guān)鍵的作用[25]，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明絮凝蛋白的存在對于酵母菌體對 Cr(VI) 的還原起到了積極的作用。

圖1 SPSC01與其親本菌株的Cr(VI) 去除速率Fig. 1 Cr(VI) removal speed of SPSC01 and parental strains.Cr(VI) concentration: A: SPSC01; B: S. pombe; C: S.cerevisiae. Cr(VI) removal rate: D: SPSC01; E: S. pombe; F: S.cerevisiae.

圖 2 SPSC01與其親本菌株的總鉻和 Cr(III) 濃度隨時間變化Fig. 2 Influence of time on total chromium and Cr(III)concentration of SPSC01 and parental strains.

由圖2可見，對總鉻吸附量最大的是S. pombe，為68.8%，S. cerevisiae的吸附量最少，為37.5%，SPSC01的吸附量為48.6%。由于在Cr(VI) 的吸附過程中，Cr(VI) 被還原為Cr(III)，由Cr(III) 的生成曲線可見，相對于S. cerevisiae，SPSC01和S. pombe的還原速率較快，而且在Cr(VI) 被完全去除后，仍有部分Cr(III) 被SPSC01和S. pombe菌體吸附，這說明絮凝蛋白的存在有利于Cr(III) 的吸附。另外在Cr(VI) 的還原吸附過程中，SPSC01能夠保持較好絮凝性狀，未發(fā)現(xiàn)解絮的現(xiàn)象。

以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SPSC01不僅有優(yōu)良的絮凝性狀，而且對于 Cr(VI)的還原吸附能力也處于較高的水平，再者SPSC01與S. pombe相比，發(fā)酵性能更優(yōu)，已應(yīng)用于燃料乙醇工業(yè)生產(chǎn)[26]，菌體可以從發(fā)酵工業(yè)中大量獲得，作為生物吸附劑在 Cr(VI)廢水處理中有較高的應(yīng)用價值。絮凝蛋白存在于細(xì)胞壁表面，基團(tuán)主要包括羧基、氨基和酰胺基，研究其表面吸附機(jī)理可以為后期菌體定向改造，強(qiáng)化絮凝酵母的吸附能力提供參考。

2.2 酵母細(xì)胞表面基團(tuán)的吸附作用

由于酵母絮凝是由細(xì)胞表面蛋白 (類似于凝集素蛋白)和細(xì)胞外壁的甘露糖結(jié)合而引起的細(xì)胞凝聚[13-14]。因此，結(jié)合絮凝蛋白的作用，對絮凝酵母細(xì)胞表面吸附機(jī)理的研究十分必要。通過搖瓶實(shí)驗(yàn)，對 SPSC01和不同化學(xué)屏蔽處理酵母菌體的 Cr(VI)去除情況進(jìn)行比較，結(jié)果如圖3所示。10 g/L干重的菌體均能使Cr(VI) 完全去除，但去除平衡時間有明顯差別。用干燥酵母SPSC01(B) 吸附Cr(VI)，可以最快地完全去除Cr(VI)，僅需要20 h，其次是活性 SPSC01(A)，它所需的平衡時間是 36 h。其余 5種菌體，對比干燥酵母和活性酵母，均表現(xiàn)為Cr(VI)去除平衡時間變長、去除速率變慢的現(xiàn)象。平衡時間長短順序?yàn)椋呼然セw (D)＞NaOH處理后菌體 (C) =苯處理后菌體 (F)＞氨基甲基化菌體 (E)=磷酸基酯化菌體 (G)。說明在 Cr(VI) 的去除過程中，羧基、氨基和磷酸基均起到促進(jìn)的作用，因?yàn)樵趐H 2時，Cr(VI) 以HCrO4?形式存在，此時羧基、氨基和磷酸基均被質(zhì)子化，以-COOH2+、-NH3+和-PO3H2+形式存在，陰陽離子形成離子鍵，從而使HCrO4?吸附到酵母表面。本結(jié)果與文獻(xiàn)[15,17-18]基本一致；而Seki等[16]指出細(xì)胞壁是微生物防止重金屬進(jìn)入細(xì)胞的第一道屏障，負(fù)電羧基基團(tuán)可以防止Cr(VI) 的滲透，甲基化羧基可以使酵母對Cr(VI) 的吸附量增大，與本文結(jié)果相反。利用NaOH處理酵母 (C)，理論上可以使酵母表面的酯基水解，釋放出羧基和羥基，從而使Cr(VI) 的去除速率更快；但實(shí)驗(yàn)結(jié)果是Cr(VI) 的去除速率變慢，這可能是因?yàn)镹aOH的處理會使酵母表面產(chǎn)生更多的負(fù)電基團(tuán)，使酵母表面電負(fù)性增強(qiáng)，從而抑制了陰離子基團(tuán)HCrO4?同酵母細(xì)胞表面的結(jié)合。苯處理酵母脂質(zhì)(F) 的結(jié)果與羧基酯化和氨基甲基化的結(jié)果相似，這說明了脂質(zhì)在 Cr(VI) 的吸附過程中也起到了一定的作用，因?yàn)槠浜恤然?，干燥酵母相對于活性酵母SPSC01表現(xiàn)出更高的速率，這與Rapoport和Muter[27]的結(jié)果相似，原因是烘干的酵母在再水合的過程中，表面有分岔的甘露聚糖蛋白纖維 (在活性酵母表面不存在)，會暴露出更多的羧基和氨基，這就使活性酵母的Cr(VI) 去除速率低于脫水酵母。

圖 3 SPSC01與不同化學(xué)屏蔽處理酵母菌體時 Cr(VI)去除的平衡時間Fig. 3 Equilibrium time of Cr(VI) removal of SPSC01 and yeasts of different chemical modification. A: SPSC01; B: drying yeasts; C: esteryl-hydrolyzed yeasts; D: carboxyl-esterified yeasts; E: amine-methylated yeasts; F: lipid-extracted yeasts; G:phosphate esterified yeasts.

圖 4 SPSC01與不同化學(xué)屏蔽處理酵母菌體的總鉻去除率Fig. 4 Total chromium removal rate of SPSC01 and yeasts of different chemical modification. A: SPSC01; B: drying yeasts;C: esteryl-hydrolyzed yeasts; D: carboxyl-esterified yeasts; E:amine-methylated yeasts; F: lipid-extracted yeasts; G:phosphate esterified yeasts.

總鉻去除率反應(yīng)了材料的吸附能力，由圖 4可見，干燥酵母 (B) 相對于活性酵母 (A)，吸附能力變強(qiáng)，如 Rapoport和 Muter[27]所述，干燥酵母會暴露出更多的羧基和氨基，說明了羧基和氨基有利于吸附。所有酵母菌體中，吸附能力最強(qiáng)的是 NaOH處理后的酵母菌體 (C)，這是由于 NaOH使酯基水解，使菌體表面羧基增多，從而證明了羧基在吸附Cr過程中起到了重要的作用；羧基酯化 (D) 和苯處理后的菌體 (F) 的吸附能力明顯降低，也驗(yàn)證了羧基的作用。對比發(fā)現(xiàn)，氨基甲基化的酵母菌體 (E)吸附能力明顯下降，證明氨基在吸附中的促進(jìn)作用。羧基和氨基均為蛋白組成基團(tuán)，證明了包括絮凝蛋白在內(nèi)的酵母表面蛋白對于Cr的吸附起正向作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷酸基酯化菌體 (G) 的吸附能力稍微降低，說明了磷酸基對于吸附起較弱的作用，或者是由于酵母表面磷酸基基團(tuán)所占的比例較小。

圖5 吸附過程中SPSC01與不同化學(xué)屏蔽處理酵母菌體的Cr(III) 濃度Fig. 5 Cr(III) concentration of SPSC01 and yeasts of different chemical modification.

圖5所示為吸附過程中 SPSC01與不同化學(xué)屏蔽處理酵母菌體的 Cr(III)濃度，可以發(fā)現(xiàn)活性酵母SPSC01(A)和干燥酵母(B)的還原速率最快，其余酵母菌體的還原速率快慢順序?yàn)椋毫姿峄セw(G)＞羧基酯化菌體 (D)＞氨基甲基化菌體 (E)＞苯處理后菌體 (F)＞NaOH處理后菌體 (C)。這說明了屏蔽氨基和羧基之后，降低了Cr(VI) 的還原速率，證明了這兩種基團(tuán)在Cr(VI) 還原過程中的作用。酵母磷酸基酯化之后，菌體的Cr(VI) 還原速率略有降低，說明磷酸基對于菌體對Cr(VI) 還原起到的作用較小。NaOH處理后的菌體吸附最多的 Cr(III)，因此在重金屬上清液中的Cr(III) 的濃度最小，驗(yàn)證了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

綜上所述，絮凝酵母 SPSC01表面基團(tuán)對于Cr(VI)的還原吸附作用大小如下：羧基＞氨基＞磷酸基。

2.3 傅里葉變換紅外光譜 (FTIR) 分析結(jié)果

圖6和圖7為將SPSC01用不同方法處理后的各種酵母菌體吸附Cr(VI) 前后的紅外光譜圖，圖6中干燥酵母的譜峰分析如表1。

圖6 SPSC01和不同化學(xué)屏蔽處理后的酵母菌體紅外光譜圖Fig. 6 FTIR of SPSC01 and other yeasts of different chemical modification. A: drying yeasts; B: esteryl-hydrolyzed yeasts; C:carboxyl-esterified yeasts; D: amine-methylated yeasts; E:lipid-extracted yeasts; F: phosphate esterified yeasts.

圖 7 SPSC01和不同化學(xué)屏蔽處理后的酵母菌體吸附Cr(VI) 后的紅外光譜圖Fig. 7 FTIR of SPSC01 and other yeasts of different chemical modification after Cr(VI) adsorption. A: SPSC01; B: drying yeasts; C: esteryl-hydrolyzed yeasts; D: carboxyl-esterified yeasts; E: amine-methylated yeasts; F: lipid-extracted yeasts; G:phosphate esterified yeasts.

表1 干燥酵母空白對照譜峰分析Table 1 The analysis of FTIR of drying SPSC01

從活性 SPSC01吸附 Cr(VI) 后的 IR圖可以看出，相對于空白對照酵母 (圖6A) 來說，活性酵母吸附 Cr(VI)之后 (圖 7A)，其吸收頻率 3 430 cm?1和3 405 cm?1向高波數(shù)轉(zhuǎn)移，至3 444 cm?1和3 424 cm?1，而且譜峰變窄了，這說明氨基和羥基在吸附過程中起到了一定的作用。在1 720 cm?1~1 730 cm?1之間出現(xiàn)了較模糊的拐點(diǎn)，這是由于酵母細(xì)胞壁上的仲羥基被Cr(VI) 氧化成了羰基的原因。酰胺I帶，C=O的伸縮振動，或者是解離羧基中C=O伸縮振動的峰由1 650 cm?1降低到1 646 cm?1，這是由于Cr與其結(jié)合的原因，可能是結(jié)合到了氧分子上，與氧形成了穩(wěn)定的共價鍵。1 405 cm?1的峰減弱，產(chǎn)生了1 376 cm?1的峰，C-O的伸縮振動或者磷酸基伸縮振動峰1 043 cm?1升到了1 051 cm?1，這可以說明磷酸基在吸附過程中起到了作用。在892 cm?1(箭頭處)產(chǎn)生了新的峰，這是 Cr=O伸縮振動峰[32]，說明在活性酵母吸附Cr(VI) 的過程中，有Cr原子和O原子形成Cr=O而使Cr(III) 吸附到酵母細(xì)胞上。

觀察所有吸附過 Cr(VI) 的菌體 (圖 7A-G) 和空白處理菌體 (圖 6A-F)，可以看出，在未吸附Cr(VI) 的菌體的紅外光譜圖上，均未發(fā)現(xiàn) Cr=O伸縮振動峰，而吸附過Cr(VI) 的材料的紅外光譜圖上均在892 cm?1左右出現(xiàn)了吸收峰，這證明了Cr(VI)被還原以后，與O原子形成Cr=O而被酵母吸附，Cr-O的伸縮振動的峰在750 cm?1左右[32]，在本實(shí)驗(yàn)中未體現(xiàn)出來，說明不存在Cr原子和O原子之間形成的單鍵。

由干燥酵母吸附 Cr(VI)后的 IR圖 (圖 7B) 可見，利用干燥酵母處理Cr(VI) 的結(jié)果相對于活性酵母吸附Cr(VI) 的不同在于，其氨基和羥基伸縮振動峰3 430 cm?1、3 405 cm?1沒有發(fā)生偏移。C-H伸縮振動，雙峰是亞甲基的特征峰2 925 cm?1、2 856 cm?1降低到了2 919 cm?1、2 852 cm?1，而且峰的強(qiáng)度很大，在1 149 cm?1、1 076 cm?1出現(xiàn)2個新的峰，是C-N的伸縮振動峰，或者是酯類 C-O-C的伸縮振動峰，這可能是由于干燥酵母加入到溶液中，在水合的過程中使其表面某些烴基、酯基基團(tuán)暴露的原因。C-O的伸縮振動或者是磷酸基伸縮振動峰1 043 cm?1降低到了1 037 cm?1。其他譜峰，如：1 650 cm?1降低到1 648 cm?1，1 405 cm?1的峰減弱，產(chǎn)生了新的1 373 cm?1、892 cm?1的峰，這些與活性酵母吸附Cr(VI) 之后的譜峰一致。對比磷酸基團(tuán)酯化酵母吸附前后的IR圖 (圖6F和圖7G) 發(fā)現(xiàn)，2 360 cm?1為水的吸收峰[33]，磷酸基伸縮振動峰1 043 cm?1至1 041 cm?1發(fā)生了稍微偏移，說明磷酸基團(tuán)對于吸附的作用較小。

綜上可見，在Cr(VI)的吸附還原過程中，羥基、磷酸基、氨基、羧基和酰胺基均起到了一定的效果，其中起主要作用的是氨基、羧基和酰胺基，均為蛋白組分基團(tuán)；這說明酵母表面蛋白對于Cr(VI) 的吸附還原起到了重要的作用。絮凝酵母 SPSC01的絮凝性狀緣于其表面絮凝蛋白的作用；當(dāng)然酵母表面還有很多的其他類型蛋白，但可以確定絮凝蛋白不僅有利于后期的分離，而且在吸附還原的過程中也起到了積極的作用。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)所用菌株 SPSC01有優(yōu)良的絮凝性狀和發(fā)酵性能，菌體可以從發(fā)酵工業(yè)中大量獲得，在Cr(VI)吸附還原過程中能夠保持其絮凝性狀，在重金屬生物吸附方面極具應(yīng)用價值。

對比絮凝酵母 SPSC01與其親本菌株發(fā)現(xiàn)，盡管絮凝酵母的比表面積低于游離酵母，但仍表現(xiàn)出優(yōu)于游離酵母的還原吸附能力，表明在Cr(VI) 的還原吸附過程中絮凝蛋白起積極作用。

化學(xué)屏蔽處理結(jié)果表明，絮凝酵母 SPSC01表面基團(tuán)對于 Cr(VI) 的還原吸附作用大小如下：羧基＞氨基＞磷酸基。FTIR的分析結(jié)果表明，與Cr(VI) 還原吸附相關(guān)的官能團(tuán)包括：羥基、磷酸基、氨基、羧基和酰胺基，其中起主要作用的是氨基、羧基和酰胺基，均為蛋白組成基團(tuán)，證明了包括絮凝蛋白在內(nèi)的酵母表面蛋白對于 Cr的吸附起正向作用。

綜上所述，絮凝酵母 SPSC01在重金屬污染治理中有良好的應(yīng)用前景，在對其表面吸附機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)研究工作可以考慮通過絮凝蛋白過量表達(dá)，以強(qiáng)化絮凝酵母SPSC01吸附能力。

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Mechanism of Cr(VI) biosorption by flocculating yeast

Lijie Chen, Zhicun Wang, Xumeng Ge, and Fengwu Bai
School of Life Science and Biotechnology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

Received: April 23, 2010; Accepted: June 11, 2010

Supported by: National Natural Science Foundation of China (No. 20806014).

Corresponding author: Fengwu Bai. Tel/Fax: +86-411-84706329; E-mail: fwbai@dlut.edu.cn

國家自然科學(xué)基金 (No. 20806014) 資助。