文章信息
Rational design of Aspergillus flavus A5p1-immobilized cell system to enhance the decolorization of reactive blue 4 (RB4)
Wenbo Yang (杨文博), Qingyun Li (李青云), Shiqi Guo (郭世琦), Shijie Sun (孙士杰), Aixing Tang (唐爱星), Haibo Liu (刘海波), Youyan Liu (刘幽燕)
Volume 52, December 2022, Pages 37−44
https://doi.org/10.1016/j.cjche.2021.11.028
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Chinese Journal of Chemical Engineering
研究背景
蒽醌类染料是一类典型的致癌、难降解的合成染料，由于蒽醌结构之间的共振效应，蒽醌类染料的生物降解非常困难。以生物固载量高、反应高效、系统稳定性好、可重复利用等优势为显著特征的固定化细胞技术是提高环境污染生物修复的有效手段，然而传统固定化细胞体系的构建主要依赖于经验进行大规模的载体筛选，基于生物-载体-传质构效关系而开展的材料介导固定化细胞体系的设计，极大地提高了构建效率和系统处理效能。本研究根据蒽醌染料降解菌黄曲霉菌Aspergillus flavus A5p1的时空生长特性，理论分析载体传质对菌株生长及蒽醌染料活性蓝4脱色的影响，选用具有开孔结构、且孔大小可控调节的聚氨酯泡沫PUF材料为载体，成功构建了生物脱色率高、运行稳定性好的PUF固定化细胞体系，研究成果对固定化系统的理性构建和应用具有较广泛的指导意义。
成果展示
（1）基于真菌黄曲霉菌Aspergillus flavus A5p1的时空生长特征，调控不同孔大小聚氨酯泡沫进行固定化，结果显示开孔结构的聚氨酯泡沫为Aspergillus flavus A5p1提供了多孔道依附生长的界面，同时界面微环境更有利于Aspergillus flavus A5p1的定殖生长，实现了菌体的完全固定化。
（2）与游离菌丝体的体系相比，PUF固定化细胞体系对RB4浓度为200 mg·L−1染料完全脱色的时间从48 h缩短至28 h。并且，PUF固定化细胞体系可耐受染料RB4的浓度高达2000 mg·L−1而不失活。
（3）在填料床生物反应器(PBBR)中，PUF固定化细胞体系可以稳定运行26 d，平均脱色效率维持在93.3%。染料RB4的生物脱色过程可以采用logistic方程进行描述，拟合结果表明细胞经过PUF固定化后的比生长率提高是其脱色效果增强的原因之一。
（4）通过对产物的测定分析，提出了染料RB4的生物脱色途径。PUF固定化细胞体系展现的良好性能使其在RB4染料废水的生物修复中具有潜在的应用价值。
图文导读
图1 黄曲霉Aspergillus flavus A5p1的固定化和蒽醌染料RB4的生物脱色
图2 蒽醌染料RB4在PBBR中的连续脱色
图3 黄曲霉Aspergillus flavus A5p1生物脱色蒽醌染料RB4的途径推测
作者及团队介绍
刘幽燕、李青云课题组长期从事环境污染控制技术与理论、生物化学和分子生物学的基础和应用基础研究，围绕生物资源的挖掘和改造、现代固定化技术、生物功能材料制备等内容开展了生物过程的强化处理、环境污染资源化利用等系列工作，在J. Hazard. Mater.、J. Agric. Food Chem.、Chemosphere 等期刊上发表了相关研究成果，为实际环境污染生物修复提供理论与方法指导。
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关于CJChE
Chinese Journal of Chemical Engineering (CJChE)，即《中国化学工程学报（英）》，是由中国科学技术协会主管、中国化工学会和化学工业出版社主办、化学工业出版社与Elsevier合作出版的化工领域综合性英文学术期刊。1982年创刊，1993年更名后重新立卷，时任主编湿法冶金开拓者陈家镛和国际著名精馏专家余国琮两位院士，中国化工学会会刊。创刊以来，经历了由半年刊改为季刊、双月刊直至月刊的发展过程。目前为月刊，大16开，国内外公开发行。现任主编清华大学费维扬院士，执行主编骆广生教授。
本刊以反映我国化工领域中具有创新性的科学研究成果，促进国内外化工学术发展与交流，培养化工科技人才为宗旨，立足于我国乃至世界化学工程领域的发展前沿和国民经济的重大需求，主要刊载原创性的化工基础理论、新技术、新方法、新装备和新材料的研究论文，报道有重要价值的基础数据和对学科发展和技术进步起指导作用的综述与专论。内容范围包括化学工程、化工工艺、化工设备、过程开发、化工冶金以及与之相关的生物、信息、能源、材料、环境工程、安全工程等高新技术领域。
自1996年以来，本刊连续被SCIE、EI、SCOPUS、CA、Dimensions、《中国科技论文统计与分析》、《中国科学引文数据库》等国内外著名的检索系统及数据库收录，读者覆盖100多个国家和地区。根据科睿唯安公布数据，CJChE2021年影响因子3.898，中科院和SCI双2区。2012—2022连续11年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”称号，2012年获中国科协“学会能力提升专项”优秀国际科技期刊二等奖，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目，2020年入选全国石油和化工期刊百强榜，入选第五届中国国际化精品科技期刊。
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