王 輝， 陳心怡， 魯 峰， 陳 媛， 蔣佳琪， 陳玲巧， 劉京華

(安徽科技學(xué)院 生命與健康科學(xué)學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100)

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題引起了人們的普遍關(guān)注，其中重金屬污染是導(dǎo)致這一問(wèn)題的重要因素[1]。采礦、冶金、化工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬的污水[2]，特別是鉛(Pb)、鉻(Cr)、汞(Hg)、銅(Cu)等重金屬極易在體內(nèi)富集，對(duì)人類健康產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅[3]。常見(jiàn)的用于去除廢水中重金屬離子的技術(shù)主要是物理化學(xué)方法，如沉淀法、反滲透法、離子交換法、吸附法等[4-5]。適合大面積水域廣泛使用的，只有沉淀法和吸附法。其中沉淀法由于化學(xué)試劑價(jià)格低廉、操作過(guò)程簡(jiǎn)單受到廣泛使用，但在處理過(guò)程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種新的雜質(zhì)，并且對(duì)金屬離子的去除效率不高；而吸附法(物理吸附、化學(xué)吸附和生物吸附)具有對(duì)污染物的吸附容量大、吸附能力強(qiáng)、無(wú)二次污染產(chǎn)生等優(yōu)勢(shì)，由于大多數(shù)吸附劑的制備較為昂貴，只能在規(guī)?；鬯幚砩下砸?jiàn)成效。其中生物吸附法因具有吸附劑來(lái)源廣泛、成本低廉、吸附范圍廣等優(yōu)勢(shì)而在重金屬類污水處理中廣泛使用。目前，一些新興生物吸附劑的出現(xiàn)，使得生物吸附法逐步成為環(huán)境污水治理一種有效手段[6-8]。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)酵母、細(xì)菌、藻類等因其獨(dú)特的細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)和各類活性基團(tuán)而適合作為生物吸附劑[9]。其中酵母菌是食品和釀造領(lǐng)域中常用的一種工業(yè)微生物，作為生物吸附材料其具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、容易得到，細(xì)胞表面富含帶有負(fù)電荷的基團(tuán)，對(duì)重金屬離子吸附效率高等優(yōu)勢(shì)[10]。本文分別以產(chǎn)阮假絲酵母(Candidautilis)和釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)作為吸附材料，摸索其對(duì)Cu2+的吸附條件，如溶液pH、吸附時(shí)間以及重金屬Cu2+的起始濃度等。此外，還利用紅外光譜對(duì)Cu2+吸附前后的兩種酵母菌進(jìn)行了檢測(cè)和分析，為利用酵母菌處理Cu2+等重金屬污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母為安徽科技學(xué)院生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心保藏菌種。將酵母接種于YPD培養(yǎng)基(培養(yǎng)基組成：葡萄糖20.0 g/L，蛋白胨10.0 g/L， 酵母膏10.0 g/L，pH 6.0)，28 ℃搖床振蕩培養(yǎng)24 h。離心后用去離子水洗滌，56 ℃烘箱干燥，將樣品研磨成粉并過(guò)篩(120 目)，制得酵母菌干粉樣品。

1.2 Cu2+的吸附

不同pH值對(duì)Cu2+吸附的影響：分別取0.04 g酵母粉溶于40 mL濃度為80 mg/L的CuSO4溶液，調(diào)節(jié)pH值分別為3、4、5、6，封口，振蕩搖瓶12 h后離心測(cè)上清液中Cu2+濃度。

酵母吸附Cu2+的響應(yīng)時(shí)間：取0.04 g酵母粉溶于40 mL的pH為6的CuSO4溶液中，于不同時(shí)間點(diǎn)取樣，離心測(cè)上清液中Cu2+的濃度。

不同初始Cu2+濃度對(duì)酵母吸附Cu2+的影響：取0.04 g酵母粉溶于40 mL初始濃度分別為5、10、20、40、60、80、100 g/mL的CuSO4溶液中。封口，振蕩搖瓶12 h后離心測(cè)上清液中Cu2+濃度。

1.3 Cu2+濃度的測(cè)定

Cu2+的測(cè)定采用BOC法：0.7 mL 20%(w/v)檸檬酸銨，0.5 mL 4%(v/v)氨水-氯化銨4%(w/v)緩沖溶液，0.1 mL 40%(v/v)乙醛，1.1 mL的0.2%(w/v) BCO，2.1 mL去離子水加入到0.5 mL的懸浮液中用漩渦混合器混合[11]。作用10 min后，于545 nm處記錄吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算Cu2+濃度。本方法檢出限是0.1 mg/L。

1.4 紅外光譜的測(cè)定

利用KBr壓片方法制備吸附Cu2+后的待測(cè)紅外樣品，測(cè)量時(shí)掃描次數(shù)64次，測(cè)量范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，利用Bruker OPUS 6.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值對(duì)Cu2+吸附的影響

圖1 pH對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+的影響Fig.1 The effect of pH on Cu2+ uptake by Candida utilis and Saccharomyces cerevisiae

由圖1可知,不同的pH對(duì)兩種酵母吸附重金屬Cu2+具有顯著影響。結(jié)果表明，產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+最佳pH均為6。同一pH下，產(chǎn)朊假絲酵母吸附Cu2+能力明顯高于釀酒酵母。并且隨著溶液pH的升高，產(chǎn)朊假絲酵母吸附Cu2+能力的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

2.2 Cu2+吸附量隨時(shí)間的變化

圖2 不同吸附時(shí)間對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+的影響Fig.2 The effect of respond time on Cu2+ uptake by Candida utilis and Saccharomyces cerevisiae

釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母對(duì)Cu2+吸附量隨時(shí)間的變化(圖2)，不同吸附時(shí)間對(duì)兩種酵母吸附Cu2+的影響明顯?？梢钥闯?，產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+效果達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)吸附時(shí)間為60 min。在前10 min，產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+能力相當(dāng)。然而10 min之后，產(chǎn)朊假絲酵母較釀酒酵母吸附能力更強(qiáng)、吸附速度更快。隨著吸附時(shí)間的進(jìn)一步增加直到60 min，兩種酵母對(duì)Cu2+的吸附量達(dá)到最高水平。

2.3 初始Cu2+濃度對(duì)Cu2+吸附的影響

圖3 初始Cu2+濃度對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+的影響Fig.3 The effect of initial Cu2+ concentration on Cu2+ biosorption by Candida utilis and Saccharomyces cerevisiae

不同初始Cu2+濃度對(duì)兩種酵母吸附效果的影響如圖3所示?？梢钥闯?，隨著初始Cu2+濃度的增加，兩種酵母吸附Cu2+吸附水平都有所提高，但是相同Cu2+初始濃度條件下，產(chǎn)朊假絲酵母對(duì)Cu2+的吸附明顯高于釀酒酵母。當(dāng)Cu2+濃度達(dá)到100 mg/L時(shí)，兩種酵母對(duì)Cu2+的吸附容量達(dá)到最高值。

2.4 兩種酵母吸附Cu2+的紅外光譜

表1 酵母細(xì)胞的紅外光譜中的主要吸收帶及光譜歸屬Table 1 Main absorption bands and assignments in the infrared spectrum of yeast

圖4產(chǎn)朊假絲酵母和釀酒酵母吸附Cu2+的紅外光譜

Fig.4 FTIR spectra ofCandidautilisandSaccharomycescerevisiaefor Cu2+biosorption

為了更好的分析導(dǎo)致兩種酵母對(duì)Cu2+吸附容量的差異，利用紅外光譜對(duì)酵母細(xì)胞成分進(jìn)行了分析。由圖4和表1[12-14]可以看出，兩種酵母細(xì)胞的紅外光譜主要由3 000～4 000 cm-1多糖的O-H振動(dòng)和蛋白質(zhì)的N-H振動(dòng)、2 800～3 000 cm-1脂類的C-H振動(dòng)、1 500～1 700 cm-1蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ振動(dòng)以及900～1 200 cm-1的C-C振動(dòng)組成。在吸附Cu2+前后，兩種酵母的紅外峰相差很大。產(chǎn)阮假絲酵母1 650和1 550 cm-1蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ顯著高于釀酒酵母，尤其是在900～1 200 cm-1的多糖位置，產(chǎn)阮假絲酵母C-C振動(dòng)峰位顯著增強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

與其它材料相比，生物吸附劑作為新型的重金屬和活性染料的吸附材料具有吸附效率高的顯著優(yōu)勢(shì)，然而其吸附效率則會(huì)受到pH、溫度、吸附時(shí)間等多種因素的影響[15]。本文研究了釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母吸附Cu2+的性能，并進(jìn)行了比較分析，結(jié)果顯示：在pH=6、吸附時(shí)間60 min和初始Cu2+濃度為100 mg/L的條件下，兩株酵母菌的吸附值達(dá)到最大[16]。這一結(jié)果與Bhainsa等人利用米根霉(Rhizopusoryzae)作為生物吸附材料吸附Cu2+得到的結(jié)論一致[16]。同時(shí)利用紅外光譜對(duì)吸附Cu2+前后的酵母細(xì)胞進(jìn)行了分析，在900～1 200 cm-1位置的多糖譜峰變化明顯，說(shuō)明兩種酵母細(xì)胞壁多糖的含量和種類具有明顯差異。而細(xì)胞壁多糖又是吸附Cu2+的主要位點(diǎn)，研究結(jié)果表明這可能是導(dǎo)致兩類酵母菌吸附重金屬Cu2+差異的主要原因。