【摘 要】
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扩展青霉及其次级代谢产物展青霉素引起的水体污染是一种常见的真菌污染问题,广泛存在于苹果,梨和猕猴桃等水果的相关制品甚至饮用水中。一些传统的去除真菌污染的方法见效慢,不能从根本上解决污染问题,并且可能引起二次污染。近年来,很多学者研究了等离子体技术对杀灭水中细菌的作用效果,这些研究表明此技术相对于之前的传统处理方法具有高效、环保且二次污染少等优势,但等离子体技术对去除水中真菌孢子的相关研究还较少见。
【基金项目】
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国家自然科学基金“等离子体氧化去除水中抗性细菌及其携带的抗性基因的效应与机制”(编号:21976143);
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扩展青霉及其次级代谢产物展青霉素引起的水体污染是一种常见的真菌污染问题,广泛存在于苹果,梨和猕猴桃等水果的相关制品甚至饮用水中。一些传统的去除真菌污染的方法见效慢,不能从根本上解决污染问题,并且可能引起二次污染。近年来,很多学者研究了等离子体技术对杀灭水中细菌的作用效果,这些研究表明此技术相对于之前的传统处理方法具有高效、环保且二次污染少等优势,但等离子体技术对去除水中真菌孢子的相关研究还较少见。本研究建立了一个低温等离子体的系统来尝试解决扩展青霉水体污染问题。实验先对水体中的展青霉素进行放电降解处理,通过探寻最优的反应条件,检测反应进程的中间产物,推断降解路径,解析降解反应的机理,并评估降解产物的毒性;在此基础上,对扩展青霉孢子进行灭活处理,揭示等离子体对扩展青霉孢子的灭活规律及机理,并通过消毒处理评估微生物源氯化消毒副产物的生成潜力及潜在危害。本研究得到的主要结果如下:(1)介质阻挡放电系统可以有效降解水体中的展青霉素,展青霉素是一种具有神经毒性的真菌次生代谢物,在16 k V的电压下放电处理30 min,初始浓度为0.5 mg/L的展青霉素分解和矿化效率分别达到93%和74%左右;放电等离子体过程中产生的~1O2、·OH、·O2-和水合电子有助于展青霉素的分解,引起其产生毒性的内酯和半缩醛基团被这些活性物种氧化而显著破坏,并产生了一些开环中间体如小分子醚、有机酸和醇等;提出了低温放电等离子体过程中展青霉素的分解途径;毒性分析表明,经过等离子体处理后展青霉素的大鼠急性口服毒性和发育毒性显著降低,且对酵母细胞和Hep G2人肝癌细胞的细胞毒性均显著降低。(2)介质阻挡放电系统对水体中的扩展青霉孢子具有高效的灭活作用,在电压为18 k V,通气量为140 L/h的条件下,放电处理15 min后,初始浓度为10~6CFU/m L的孢子完全灭活;活性氧物种(·OH、·O2-和~1O2)在放电灭活扩展青霉孢子中起到重要作用,·OH的作用尤为突出。电镜扫描、激光共聚焦显微镜以及流式细胞术等实验证实了等离子体能够裂解扩展青霉孢子细胞,导致细胞破损,胞内大分子化合物如核酸和蛋白质等流出,进而最终造成细胞的死亡;检测胞内外的TOC,TDN和ATP同时侧面说明了孢子细胞在放电处理过程中的破裂。引入氯对灭活后的样品进行二次消毒处理,检测生成的消毒副产物的种类及浓度,并评估其毒性效应,结果表明等离子体处理后的孢子溶液产生的氯化消毒副产物的含量较少且毒性较低。本研究证实了介质阻挡放电系统可以高效降解水中的展青霉素,并且能够有效灭活处理受扩展青霉孢子污染的水体,经过处理后的水体整体毒性降低,这说明了低温放电等离子体技术对扩展青霉及其次级代谢产物展青霉素引起的水体污染净化是行之有效的。
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