基于酵母菌與鐵離子的相互作用探究

□ 李冬梅

酵母菌的分布非常廣泛，經過長期的自然選擇，對高糖環境、高碳環境、高滲透壓環境、低溫環境、有毒有害環境等具有較強的適應性，酵母菌作為在自然界廣泛存在的一類真核微生物不僅能夠適應多種環境條件而且也被發現對多種難降解物質具有降解作用，酵母菌還能利用無機氮源或尿素來合成蛋白質，生長速度快、轉化效率高。19世紀70年代日本研究者將酵母菌應用在廢水處理中，20世紀70年代末，Yoshizawa將酵母菌應用在廢水處理中的研究發表，從此酵母菌對多種廢水的獨特的功效和價值逐漸被人們研究，而其在環境污染治理的其它領域也逐漸發揮作用，并且達到了一定的環境效應和經濟效應。近年來，越來越多的研究表明，酵母菌在處理廢水方面有巨大的潛力和廣闊的前景。

本實驗采用經典測鐵(Ⅱ)含量的鄰二氮菲分光光度法，該法具有高靈敏度、高選擇性、穩定性好，干擾易消除等優點，廢水中鐵離子的存在形式有二價和三價，而本實驗主要探究酵母菌與Fe2+作用情況，在測定Fe2+含量時，Fe3+與鄰二氮菲3:1生成淡藍色配合物而對實驗造成較大誤差，因此在Fe2+與酵母菌作用前及作用后對Fe2+濃度的測定中，選用鹽酸羥胺還原廢水中的Fe3+，使之全部轉化成Fe2+，從而測定廢水中鐵離子的總濃度。

一、實驗部分

(一)儀器和試劑。儀器:S-22PC型可見分光光度計;電子分析天平;THZ-300型恒溫培養搖床;臺式離心機。試劑:七水合硫酸亞鐵;1-10菲咯啉;鹽酸羥胺;濃硫酸;酵母菌(由其他單位提供菌種)，以上所用試劑均為分析純，水均為蒸餾水。

(二)實驗方法。取數毫升菌懸液于10mL比色管中，加Fe2+和其它溶液，放于恒溫搖床振搖數分鐘后，取下比色管，3，000r/min離心4min，取上清液數毫升，依次加0.2mL10%鹽酸羥胺，0.4mL鄰二氮菲，1mL1mol/L醋酸鈉，加水定容至10mL，在510nm處測定吸光度。比較酵母菌與Fe2+作用前后吸光度的變化，通過計算酵母菌對Fe2+的去除率，確定體系作用的最佳條件。

二、結果與討論

(一)Fe2+標準曲線的繪制。在8支10mL比色管中分別加入 0.0mL，0.4mL，0.8mL，1.2mL，1.6mL，2.0mL，2.4mL，2.8mL鐵標溶液(10ug/mL)，再分別加入0.2mL鹽酸羥胺(10%)，0.4mL 鄰二氮菲(0.15%)，1mL 醋酸鈉(1mol/L)，加蒸餾水定容，在510nm測定吸光度A，以吸光度A對濃度作圖，得圖1。

(二)酵母菌與Fe2+相互作用條件的優化。

1.不同濃度Fe2+的影響。取8支比色管，依次加入不同體積的10ug/mLFe2+，按照一定的方法在510nm處測定吸光度。以吸光度A對Fe2+的體積V作圖(圖2)。由圖可知，隨著Fe2+加入量的增加，引起吸光度增加，通過比較酵母菌加入前后吸光度以及酵母菌對不同鐵濃度下的去除率，可以看出，加入酵母菌后，吸光度明顯降低，當作用后Fe2+的濃度為1ug/mL時，酵母菌對Fe2+的去除率達26.4%，為不同鐵濃度下的最大值。

圖1 測Fe2+的標準曲線

圖2 Fe2+用量對體系的影響

2.作用時間的影響。取7支10mL比色管，按照相同的實驗方法，依次以此在不同的時間段取樣，測定其吸光度，以吸光度A對時間t作圖可知，隨著作用時間的增加，吸光度逐漸減少。在0～30min，吸光度減少且降低幅度較大，表明酵母菌與Fe2+作用較明顯，此時酵母菌可顯著降低Fe2+濃度，在30～60min時吸光度基本不變，60min后吸光度減少但幅度顯著低于0～30min，增加作用時間酵母菌降低Fe2+濃度的效果不大，綜上分析，可控制酵母菌與 Fe2+作用時間為30min。

3.搖床轉速的影響。取5支10mL比色管，按照相同的實驗方法，設置不同的轉速，試驗結束后在510nm處測定吸光度。以吸光度A對恒溫搖床轉速r作圖可知，隨著恒溫搖床轉速的增加，吸光度減少，但減少的幅度不同。0～150r/min較大，大于150r/min后，吸光度基本不變，表明此時酵母菌已與Fe2+作用充分，提高轉速對酵母菌降低Fe2+濃度的效果不大，綜上分析，可控制酵母菌與Fe2+作用的搖床轉速為150r/min。

4.作用溫度的影響。取5支10mL比色管，采用相同的試驗方法，依次設置不同的反應溫度，以蒸餾水為參比，在510nm處測定吸光度。以吸光度A對溫度T作圖可知，溫度對吸光度的影響很大，說明酵母菌與Fe2+作用受溫度的影響很大。隨著溫度的升高(低于30℃)，吸光度有一定的降低，說明升高溫度有利于酵母菌與Fe2+的作用，高于30℃，吸光度開始增加，酵母菌的活性可能隨著溫度的升高在降低，說明此時升高溫度不利于酵母菌與Fe2+的作用。綜上分析，可控制酵母菌與Fe2+作用的溫度為30℃。

5.pH值的影響。取 8支 10mL比色管，各加入 4.0mL10ug/mLFe2+溶液，0.2mL 鹽酸羥胺和 3.0mL 菌懸液，分別加入一定量一定濃度的NaOH。加入酵母菌后，隨著pH值增大，吸光度變小，說明增加pH有利于酵母菌與Fe2+的作用還可以觀察到，在pH＞8.0后，吸光度減少的幅度迅速增大，而當pH=11時吸光度基本為零，這是因為在理論上當pH＞7.5后，Fe2+將會發生水解，導致一部分非酵母菌與Fe2+作用而使Fe2+的濃度降低，通過比較酵母菌加入前后的吸光度及不同pH條件下酵母菌對Fe2+的去除率，在pH=5.0時，酵母菌對Fe2+的去除率達37.69%，pH為6.0時去除率為37.5%，兩個數值十分接近。綜上分析，可控制酵母菌與Fe2+作用的最佳 pH 為5.0～6.0。

三、結語

本實驗采用鄰二氮菲分光光度法，通過測定不同條件下Fe2+與酵母菌相互作用前后吸光度的變化以及比較不同條件下酵母菌對Fe2+的去除率，對體系作用條件進行了優化，確定了酵母菌與Fe2+作用的最佳條件:控制體系的pH=5.0～6.0，一定菌液濃度(3ml/100mL)下的鐵初始濃度為10ug/mL，體積為4.0mL，作用時間為30min，搖床轉速為150r/min。在此條件下酵母菌對Fe2+的去除率達到37.5%左右，說明酵母菌可降低廢水中Fe2+濃度，因此酵母菌應用于含鐵廢水的處理是合理的。本實驗對酵母菌與Fe2+相互作用的條件進行了初步探究，對于如何使酵母菌與Fe2+作用的條件更加優化，使酵母菌對Fe2+的去除率達到更高則有待進一步探究。

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