聚酯(PET)的生物降解研究

聚酯的生物降解研究巩继贤天津工业大学纺织学院研究背景聚酯PET（Poly(ethyleneterephthalate)，后简称PET）是一种广泛应用的高分子材料。由于具有良好的机械性能，PET纤维（涤纶）一直是合成纤维中产量最大、种类最多的品种。除用作合成纤维外，PET还广泛应用于工程塑料、生物材料、容器及产品包装等多个领域。研究背景由于表面具有很高的疏水性，限制了PET作为信息功能材料、生物医学材料和过滤材料等高性能材料在高端领域的应用。目前常用的PET化学改性方法，会产生大量废水，对环境造成严重污染。用生物加工技术实现PET材料的表面改性，形成基于生物加工方法的材料高性能化技术，对基础材料的功能化和高性能化有重要意义。研究背景随着PET产品的广泛应用，PET废弃物形成的白色垃圾已成为全球性的环境污染有机物。PET废弃物的处理已成为当前聚酯工业发展的重大课题。在各种处理方法中，生物降解的方法被认为是处理PET废弃物的最好方法。PET通过生物降解进入生态循环系统，能从根本上彻底解决PET废弃物的环境污染问题。研究背景随着PET产品的广泛应用，PET废弃物形成的白色垃圾已成为全球性的环境污染有机物。PET废弃物的处理已成为当前聚酯工业发展的重大课题。在各种处理方法中，生物降解的方法被认为是处理PET废弃物的最好方法。PET通过生物降解进入生态循环系统，能从根本上彻底解决PET废弃物的环境污染问题。研究背景早在20世纪90年代末，PET的生物催化研究已经开始。在初期的研究中，人们主要是从脂肪酶（Lipase）、酯酶（Esterase）等已经商品化的酶产品中筛选可用于PET生物催化的酶。随着研究的深入，开始通过菌株的选育来获得更适合的菌株来用于PET的生物改性。我们课题组从2000年开始PET生物催化分解研究，目前已经成功筛选出一株PET分解菌。研究背景脂肪酶对PET及模型底物的降解PET降解菌的筛选及其性能研究PET分解酶的提取和定域展望脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

DTP(对苯二甲酸二乙酯)的化学结构与PET相似，是研究PET生物降解最好的模拟物之一；同时DTP作为化工原料，自身也是一种环境荷尔蒙，会对环境造成污染。研究DTP的生物降解规律，不仅可以解决DTP化工原料本身对环境的污染问题，还可以为PET的生物降解性能研究奠定理论基础。

脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

名称来源酸性脂肪酶Novozymes中性脂肪酶Novozymes碱性脂肪酶NovozymesE-3019脂肪酶Sigma脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

由结果可知，Sigma的脂肪酶E-3019酶对DTP的降解效果最好。

脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

E-3019酶降解不同初始浓度的DTP产生的TA量与时间关系曲线脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

E-3019酶降解DTP时不同初始浓度DTP与TA初始生成速率的关系脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

E-3019酶降解DTP的Hanes-Woolf曲线脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

Sigma公司E-3019酶降解DTP的Hanes-Woolf曲线方程：脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

对Sigma脂肪酶E-3019降解DTP的性能进行了进一步的分析。

E-3019酶降解DTP反应l0h后降解液的HPLC谱图

脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

DTP降解率开始提高很快，以后逐步趋缓，24h后降解率可达42.33％。

E-3019酶对DTP的降解率随时间的变化脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

由图中保留时间为5.4min处的Peak4峰和TA吸收峰面积的变化，推测DTP降解后并不是马上转化为TA。降解过程中TA和Peak4峰面积变化情况

脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对DTP的降解性能

其可能的机理是酶在攻击DTP上一个酯键后，并不立即进行另一酯键的水解，而是当初步水解产物对苯二甲酸单酯积累一定量后，才开始进行另一个酯键的水解。保留时间为5.4min处的Peak4峰应该是对苯二甲酸单酯。

脂肪酶对PET及模型底物的降解脂肪酶对PET的降解初探

PET纤维经E-3019酶处理后的HPLC谱图

降解液中有微量的TA产生，说明酶对PET纤维有微弱的降解作用。因此，有必要选育合适的PET降解菌株，并从中提取高效的酶。

研究背景脂肪酶对PET及模型底物的降解PET降解菌的筛选及其性能研究PET分解酶的提取和定域展望PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的筛选菌群来源T天津石化总公司化纤厂Y浙江绍兴银桥化纤厂J浙江绍兴稽山印染厂F福建福清化纤厂PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的筛选DTP降解液的HPLC谱图(a)菌群Y,(b)菌群T,(c)菌群F（a）（b）（c）PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的筛选菌株底物时间（d）降解液中的TA（%)TPET纤维140.055YPET纤维14-JPET纤维14-PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的筛选菌群T降解PET纤维的降解液HPLC谱图PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的分离菌群T的划线分离由菌群T分离出的5株菌对DTP的降解PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的鉴定对菌株F4进行了鉴定，分子生物学鉴定和Biolog快速鉴定的结果显示该菌株为杆状菌，革兰氏染色呈阴性，菌株形态为直杆状，菌落形态呈球形，乳白色，表面光滑，边缘整齐。

PET降解菌的筛选及其性能研究菌株F4对PET的降解PET膜菌株F4对PET膜降解的SEM照片（×2000）(a)PET膜在F4培养液中30℃处理3个月；(b)PET膜在蒸馏水中30℃处理3个月（b）（a）PET降解菌的筛选及其性能研究菌株F4对PET的降解PET纤维菌株F4对PET纤维降解的SEM照片（×300）(a)未处理的PET纤维；(b)PET纤维在F4培养液中30℃处理14天（b）（a）PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的作用机理以TA为模型底物进行了PET降解菌作用机理的研究。对苯二甲酸(terephthalieacid，TA)是制造PET的主要原料，也是一种需优先治理的污染物之一。研究TA的生物降解，不仅可以很好地解决TA废水对环境的污染问题，而且有助于揭示PET生物降解的机制。PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的作用机理用GC-MS对TA的生物降解过程进行了监测由谱图解析，可推测降解过程中产生了2-羟基-对苯二甲酸PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的作用机理用GC-MS对TA的生物降解过程进行了监测由谱图解析，可推测降解过程中产生了间羟基-苯甲酸PET降解菌的筛选及其性能研究PET降解菌的作用机理用GC-MS对TA的生物降解过程进行了监测由谱图解析，可推测降解过程中产生了3-羧基-粘康酸研究背景脂肪酶对PET及模型底物的降解PET降解菌的筛选及其性能研究PET分解酶的提取和定域展望PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解温度和pH对由菌株F4提取的粗酶液降解DTP的影响PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解菌株F4提取的胞内酶降解不同初始浓度的DTP产生的TA量与时间关系曲线PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解不同初始浓度DTP与TA初始生成速率的关系PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解菌株F4提取的胞内酶降解DTP的Hanes-Woolf曲线PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取的粗酶液对DTP的降解菌株F4提取的胞内酶降解DTP的Hanes-Woolf曲线方程：而Sigma公司E-3019酶降解DTP的米氏常数为Km=4.7×10-2(mol/L).

PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取粗酶液对PET纤维的降解PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取粗酶液对PET织物的改性处理后涤纶织物的亲水性变化SampleCapillaryeffect/cmContactangle(°)0#1.189.71#1.477.42#1.972.33#2.467.04#2.962.45#3.258.96#3.755.8PET分解酶的提取和定域由菌株F4提取粗酶液对PET织物的改性处理后涤纶织物的抗静电性变化SampleHalflifeofstaticelectricity/s0#139.81#119.12#99.73#77.54#59.65#48.76#36.4PET分解酶的提取