多環芳烴與生活及生物降解分析

摘要：多環芳烴是一種含兩個或兩個以上苯環的芳烴，由于具有毒性、遺傳毒性、致癌性、突變型，對人體呼吸系統、循環系統、神經系統、肝臟、腎臟等可造成多種危害，因此被認定為人類健康的主要有機污染物。除此之外，該物質被用于許多產品中，比如汽車、書皮、某些食品，對人類健康造成威脅。多環芳烴的不合理排放問題更是對資源和環境的破壞。本文主要講述多環芳烴在生活中的存在及其影響，概述其生物降解最新成果及進展，探討提高降解速率途徑及目前存在的問題，并對今后發展趨勢進行展望。

關鍵詞：多環芳烴;生活影響;環境污染;生物降解

多環芳烴（PAHs）含兩個或兩個以上苯環，是在有機化合物的不完全燃燒和地球化學過程中產生的一種致癌、致畸形的物質。該物質主要有兩種主要的組合方式：非稠環形（苯環與苯環之間由一個碳原子相連，如聯苯等）和稠環形（兩個苯環共有兩個碳原子，如萘、蒽等）。多環芳烴是目前環境中存在較為普遍的一種污染物質，它主要通過參與生物體內代謝過程，導致生物體致癌、致畸、生物體內難降解等一系列嚴重問題。在歐盟的檢測標準的新要求中，PAHs限值要求更加細化嚴格，新文件中增加了幾種類型的PAHs的限值要求。由此可見，多環芳烴的應用限制問題和有效的生物降解途徑是我們所要著重探索的問題。

1.多環芳烴與人類生活

1.1食品中的多環芳烴

食物中的多環芳烴污染主要來源于制作環境和制作過程中，有些植物材料可以通過自身吸收環境中的多環芳烴類化合物[1]，或者通過食物鏈富集作用積累多環芳烴，農民將糧食、油料作物放在柏油馬路上晾曬，接觸而受污染;食品加工過程中接觸機械設備的工業潤滑油而受污染，加工過程中的污染包括煤、碳、植物染料烘烤和熏制時直接受到污染，食品的成分在烹調時因為高溫而發生變化[2]。煤焦油、礦物油中含有的苯并芘是多環芳烴的典型代表，可通過皮膚、消化道、呼吸道進入人體，有強烈的三致作用，可誘發多種疾病。研究發現，脂類食物在700 ℃高溫下產生BaP（3，4-苯并芘）含量達88.8 μg，而熏羊肉串時，因為油滴在火上燃燒，所以其濃度為正常的3～4倍，用不同的材料熏制產生的多環芳烴含量也不相同，在云杉木熏制的肉類食品中多環芳烴含量達47.94～470.92 μg，BaP含量高達6.04～35.07 μg，而用某些材料制作就會大大減少污染物的含量，乳桿菌可以吸附結合燒烤中產生的有害物質苯并芘，不同菌種對不同處理方式的肉類吸附能力不同[3]，如圖1。

1.2汽車配件與尾氣中的多環芳烴

在汽車尾氣的多種有害物質中，多環芳烴不僅對人類健康有著較大的影響，而且危及植物的生長。在對柴油公交車和汽油小轎車的排氣管壁積塵進行采集后使用氣相色譜質譜聯用儀對尾氣中有機物進行分析，結果表明，哈佛CUV和桑塔納2，000煙灰中所測出的正構烷烴以及芳香酸的含量都是其他品牌汽車的幾十倍。而在對多環芳烴的分析中得到，奇瑞QQ和桑塔納2，000煙灰中其含量要大于其它車輛，原因是發動機老化而導致的燃油不充分和排氣管炭化結焦嚴重。

2.多環芳烴的母嬰暴露及人體傳遞特征

多環芳烴可與DNA結合并且造成DNA的損傷，通過干擾激素代謝途徑或其活性而使內分泌系統紊亂。多環芳烴會影響胎兒的生長發育，胎兒通過母體間接暴露于多環芳烴，所以對嬰兒來說，多環芳烴的暴露特性更復雜。肉、奶制品和水產品的經常食用可提高產婦血液和臍血的多環芳烴污染水平。每種多環芳烴類化合物在人體內的轉移特征是不同的，分子量不同的多環芳烴能夠保留下來的機會是也不盡相同[5]，如表1。

3.多環芳烴生物降解研究進展分析

3.1降解多環芳烴的微生物

進入自然界中的多環芳烴有多種去向，如氧化、生物積累等。通過大量微生物研究表明，微生物降解是去除環境中多環芳烴最主要的途徑。經過長時間的過程，土壤中的微生物能夠為自身的生長繁殖，利用碳源，并將其直接轉化為易降解的物質。但是各種微生物降解多環芳烴都不是簡單的過程，1954年在土壤中分離中了一種能降解萘的菌株，此后幾百種能降解多環芳烴化合物的菌株也被分離發現，但是不同微生物降解多環芳烴能力相差很大 [6]。盡管多環芳烴在環境中會受到多種化學作用，但是微生物降解仍然是一種被廣泛認可的手段，表2為部分能夠降解多環芳烴類化合物的微生物。

3.2多環芳烴的生物降解機理

各種微生物降解多環芳烴類化合物的降解機制不同，好氧條件下，加氧酶作用能夠使多環芳烴類化合物實現降解;而厭氧條件下，除加氧酶作用之外，多環芳烴還可以發生一系列的化學反應;而且，不同種類微生物對多環芳烴的降解機制有很大差異，這與多環芳烴的物理、化學性質和周圍環境條件的不同等多種因素均有關。在目前的研究中，研究較為清晰的是萘等簡單多環芳烴，而四環以上的多環芳烴研究較少，所以仍是研究的熱點問題。此外，真菌和細菌對多環芳烴降解的機制也是不同的，真菌中過氧化物酶主要有木質素過氧化物酶和依靠錳的過氧化物酶，此外還存在其他降解體系[7]。

3.3多環芳烴的生物降解進展

作為一種有效、廉價、實際的手段，利用微生物降解環境中的多環芳烴一直是研究的熱點問題。目前，微生物對于萘、菲等低分子量的多環芳烴的生物降解機制研究較多，而對芴、芘等高分子量的多環芳烴降解機制的研究較少。目前國內外學者對于多環芳烴的降解的研究主要集中在其降解機制以及分離發現更多種類的菌株，但是該研究仍存在一定的局限性，每種菌株所能降解的多環芳烴是在特定條件下的，而且有些多環芳烴不穩定，菌株也存在著變異性，這也給研究造成困難[8]。

4.結論

微生物降解途徑是一種環境友好型、可持續型的降解手段，是其他手段無法實現的，實現微生物在各種不同的環境下都能保持生物修復的效果是當今一大熱點問題。多環芳烴是一種能夠存在時間很長而且又不易被降解的有機污染物，微生物降解作為有效的一種降解手段，未來也一定是環境修復領域的研究熱點問題，更深入的分析高分子的多環芳烴的降解機制并發現分離出能夠降解高分子多環芳烴的微生物具有重要的意義。此外，通過研究發現，微生物在降解某些多環芳烴時，雖然可以降低其毒性，但是會產生一種毒性更強的物質，因此，更深入的分析新生成的物質的毒性效應以及多環芳烴的解毒機理也是目前的研究方向。

參考文獻：

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[7]唐濤濤，李江，楊釗，等. 多環芳烴生物降解及轉化途徑的研究進展[J]. 石油學報： 石油加工，2019，035（002）：403-413.

[8]陳秀鵑，姜麗佳，孫靖云，等. 微生物降解多環芳烴的研究進展[J]. 現代化工，2018，038（010）：34-37.

作者簡介：劉滕，女，漢族，2000年7月生，籍貫：山東省單縣，本科，在讀本科生，研究方向：應用生物科學。