紫色馬勃降解孔雀石綠染料的條件優化

摘要" 本研究以紫色馬勃為試驗對象，以孔雀石綠染料為降解基質，從菌體平板降解、發酵液培養時間（4、5和6 d）、降解處理溫度（22、26、30和34 ℃）及染料濃度（50、100、150、200、250和300 mg/L）4個方面探討其對孔雀石綠染料的降解效果。結果表明，紫色馬勃發酵液制備條件為在26 ℃，160 r/min振蕩培養4 d；以200 mg/L孔雀石綠染料作為基質，在30 ℃條件下，降解24 h，此時降解率達98.34%。研究結果為孔雀石綠染料的降解研究提供參考。

關鍵詞" 紫色馬勃；液體發酵；孔雀石綠；染料降解

中圖分類號" X703" " " "文獻標識碼" A" " " "文章編號" 1007-7731（2025）02-0078-04

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.02.014

Optimization of conditions for degradation malachite green dyes by Calvatia lilacina

WANG Yinhui" " ZHOU Bin" " WANG Dan" " XIONG Aiqun" " YANG Zhonglei" " LI Zhengpeng

（Anhui Science and Technology University， Fengyang 233100， China）

Abstract" In this study， Calvatia lilacina was selected as the test object， malachite green dyes were used as the degradation substrate， and the degradation effect of the Calvatia lilacina on malachite green dyes was discussed in 4 aspects： bacterial plate degradation， culture time （4， 5， and 6 d）， degradation temperature （22， 26， 30， and 34 ℃）， and dye concentration （50， 100， 150， 200， 250， and 300 mg/L）. The results showed that Calvatia lilacina fermentation liquid was prepared under the condition of oscillating at 26 ℃， 160 r/min for 4 days. Using 200 mg/L malachite green dyes as the substrate， the degradation rate reached 98.34% at 30 ℃ for 24 h. The results provide references for the degradation of malachite green dyes.

Keywords" Calvatia lilacina; liquid fermentation; malachite green; dye degradation

隨著染料工業的發展，工業染料廢水成為生態環境重要污染源之一，水中的染料使得水體富營養化造成污染，導致水的色度增加，溶解氧減少，陽光穿透能力減弱，一些水生植物的光合能力也相應減弱，從而對水生環境造成一定的破壞[1-2]。孔雀石綠是一種三苯甲烷類染料，其結構較復雜，官能團穩定，可生物降解性低，毒性強[3]，如何實現其有效降解成為亟待解決的問題。

對于工業廢水染料，一般采用物理或化學處理方法。物理方法有吸附、絮凝、過濾和超聲波法等，其中吸附、絮凝和過濾效果一般、成本較高，且容易造成二次污染；超聲波法可以起到降解作用，但容易受到環境影響；化學方法有電化學氧化、超臨界水氧化等，其中電化學氧化法存在產物的分離問題，超臨界水氧化法的應用受材料和設備限制，規模化應用有限。目前生物降解法成為處理工業廢水染料的研究熱點，包括生物降解和生物吸附，該方法因其具備高效、經濟、綠色和無二次污染等特點，將逐步替代物理和化學處理方法[4]。Palma等[5]和宋金龍等[6]研究表明，可降解染料的微生物主要包括細菌、真菌、放線菌和藻類等，其中對真菌的研究較深入。真菌在自然界中廣泛分布，具有較強的木質纖維素分解能力。司靜等[7]研究表明，木質纖維素降解酶對染料具有較強的降解效果。使用真菌降解染料具有高效性、適用性強，能耗低，以及污染小等優點[8]。紫色馬勃 （Calvatia lilacina）屬擔子菌門的大型真菌，分布較廣，藥理作用表現多樣，應用前景備受關注[9]。朱月等[10]研究表明，紫色馬勃水溶性多糖對氧自由基具有清除作用，而其在染料降解方面的應用研究鮮有報道。基于此，本研究初步探討了紫色馬勃降解孔雀石綠染料的條件，了解其降解特性，為進一步開發利用紫色馬勃和改善染料降解問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種 紫色馬勃由安徽科技學院綜合實驗中心保藏。

1.1.2 培養基 斜面培養基（PDA）：去皮馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂16 g和水1 000 mL。液體發酵培養基：去皮馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，蛋白胨5 g，磷酸氫二鉀3 g，硫酸鎂1.5 g和水1 000 mL。

1.1.3 試驗試劑 蛋白胨、硫酸鎂、磷酸氫二鉀、蔗糖和瓊脂，均由中國醫藥上海化學試劑有限公司生產；馬鈴薯購自市場。

1.1.4 試驗儀器 高壓滅菌鍋，北京海峰致遠科技有限公司；恒溫搖床，上海利聞科學儀器有限公司；UV-1800PC紫外可見光光度計，濟南慧紅醫療設備有限公司；培養箱，湖南力辰儀器科技有限公司；移液槍，德國Eppendorf有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫療器械廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 孔雀石綠染料的平板降解 在經高壓蒸汽滅菌的PDA培養基中加入過濾除菌的孔雀石綠溶液，使其終濃度達到1.0 g/L，冷卻至50 ℃左右倒入平板，待充分凝固后，無菌操作接入直徑約0.5 cm的紫色馬勃菌塊于平板中央，倒置于26 ℃培養箱中培養，定期觀察菌絲體生長與染料的降解效果。

1.2.2 液體培養方法 將一支已活化的紫色馬勃菌絲體接入250 mL三角瓶中，加入100 mL 液體發酵培養基，于26 ℃、160 r/min 的搖床中振蕩培養，待液體菌種培養好后，用高速分散器10 000 r/min處理30 s，按10%的接種量，接入發酵培養基中，按設計加入孔雀石綠染料母液進行降解處理。

1.2.3 培養時間對染料降解的影響 將5 mg/mL的孔雀石綠染料母液分別加入到26 ℃，160 r/min振蕩培養4、5和6 d的紫色馬勃發酵液中，使染料的終濃度為100 mg/L，于26 ℃培養箱中振蕩處理，24 h后取樣，以不加染料的發酵液為對照，測定OD值，并計算降解率ω，設3次重復。

1.2.4 處理溫度對染料降解的影響 將5 mg/mL的孔雀石綠染料母液加入26 ℃，160 r/min振蕩培養4 d的紫色馬勃發酵液中，使染料的終濃度為100 mg/L，分別于22、26、30和34 ℃的培養箱中振蕩處理，24 h后取樣，以不加染料的發酵液為對照，測定OD值，并計算降解率ω，設3次重復。

1.2.5 染料濃度對染料降解的影響 將5 mg/mL的孔雀石綠染料母液分別加入26 ℃，160 r/min振蕩培養4 d的發酵液中，使染料的終濃度分別為50、100、150、200、250和300 mg/L，于26 ℃培養箱中振蕩處理，24 h后取樣，以不加染料的發酵液為對照，測定OD值，并計算降解率ω，設3次重復。

1.3 測定指標和方法

根據柏曉冉等[11]的方法，將待測培養液8 000 r/min離心2 min，取上清液，在616 nm波長下測定其OD值，計算降解率ω。在此基礎上考察培養時間、處理溫度和染料濃度對孔雀綠色降解率的影響。降解率計算如式（1）。

ω（%）=（C0-Ct）/C0×100 （1）

式中，C0為剛加染料液的OD值；Ct為加染料t時間后的OD值。

1.4 數據處理

利用Excel軟件對數據進行處理分析，利用SPSS軟件進行差異分析。

2 結果與分析

2.1 孔雀石綠染料的平板降解

由圖1可知，紫色馬勃在孔雀石綠終濃度為1.0 g/L的PDA平板上可以生長，但在此濃度下孔雀石綠對菌絲的生長具有一定的抑制作用。隨著培養時間的延長，菌絲生長速度有所提高；同時平板中孔雀石綠的顏色隨培養時間的增加逐漸變淺，說明紫色馬勃可以通過代謝降解該染料。

2.2 培養時間對染料降解率的影響

由圖2可知，培養4、5和6 d的發酵液處理染料溶液24 h的降解率分別為93.62%、94.62%和90.81%，呈現先升后降的趨勢。4與5 d的降解率差異無統計學意義（Pgt;0.05），但均高于6 d（Plt;0.05）。因此，初步確定培養時間以4 d為宜。

不同小寫字母表示差異在0.05水平上具有統計學意義。

2.3 處理溫度對染料降解率的影響

由圖3可知，22、26、30和34 ℃培養的發酵液處理染料溶液24 h的降解率分別為91.33%、93.50%、96.28%和89.60%，其中30 ℃處理下，降解率最高，與其余組間差異存在統計學意義（Plt;0.05）。說明紫色馬勃發酵液在不同溫度處理下，對染料降解率均較高，初步確定處理溫度以30 ℃為宜。

2.4 染料濃度對染料降解率的影響

由圖4可知，在26 ℃、160 r/min 下培養4 d的發酵液中分別加入50、100、150、200、250和300 mg/L的染料，在30 ℃培養箱中處理24 h的降解率分別為99.55%、99.34%、99.21%、98.34%、95.30%和94.78%，呈緩慢下降趨勢。其中50、100、150和200 mg/L的染料降解率明顯高于250和300 mg/L組（Plt;0.05）。因此，確定處理染料濃度以200 mg/L為宜。

3 結論與討論

真菌對于染料的脫色作用主要依靠兩個過程：吸附和生物降解[11]。菌絲體的吸附能力不僅與底物的親和力相關，還與染料分子的結構密不可分[12]。染料分子結構變化會影響染料的降解率，不同的染料降解菌對不同結構的染料降解率有較大區別。杜曉明等[13]研究表明，染料芳香環上取代基團的種類、數量、位置以及染料分子量的大小均能影響其降解的效果。因此，同一種真菌對不同種染料的降解能力因染料分子結構不同以及真菌本身的降解酶不同而表現出差異性[14]。不同處理時間及溫度均會對真菌的酶活性和反應速率產生影響，從而影響其降解率。本試驗研究紫色馬勃對孔雀石綠染料的降解性能，發現隨著紫色馬勃發酵液培養時間的延長，降解率呈先增后減的趨勢，可能是該菌在不同的培養時間下，產生的酶量與活性不同導致的；隨著溫度的增加，其降解率呈先增后減的趨勢，可能是在溫度逐漸升高的情況下，發酵液中的酶活性上升且利于菌絲的生長，因此降解率開始上升。研究還發現，紫色馬勃對孔雀石綠染料的降解率與初始染料濃度成反比，原因可能是過高的染料濃度對菌絲的生長和產酶量具有抑制作用，同時微生物胞外酶的分泌能力有限，也會導致降解能力下降。紫色馬勃作為生物降解方法，處理染料廢水具有高效、低成本、綠色、適應性強和無二次污染等優點，有著較好的應用前景。但本次試驗是在實驗室環境下進行的，而實際的工業染料廢水環境并非是單一環境，因此會有較多因素對試驗結果造成影響，如初始pH及一些金屬離子等[15]，這些因素是否會對紫色馬勃的降解性能產生影響，還有待進一步驗證。

綜上，本研究通過制備紫色馬勃發酵液，研究其在不同的培養條件下對于孔雀石綠降解率的影響，得出紫色馬勃制備條件為26 ℃，160 r/min 振蕩培養4 d；孔雀石綠染料濃度為200 mg/L時，在30 ℃溫度下，降解24 h，降解率98.34%。

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（責任編輯：胡立萍）