Title
Uklanjanje fenola i tekstilnih boja iz otpadnih voda imobililzovanim peroksidazama iz rena (Armoracia rusticana) i gljive bele truleži (Phanerochaete chrysosporium)
Creator
Surudžić, Nevena M., 1992-
CONOR:
115611913
Copyright date
2024
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 30.05.2024.
Other responsibilities
Academic Expertise
Prirodno-matematičke nauke
Academic Title
-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Hemijski fakultet
Alternative title
Phenol and textile dye removal from wastewater with immobilized peroxidases from Horseradish (Armoracia rusticana) and white rot fungi (Phanerochaete chrysosporium)
Publisher
[N. Surudžić]
Format
114 str.
description
Hemija - Biohemija / Chemistry
- Biochemistry
Abstract (sr)
Sve veći globalni problem predstavlja zagađenje vodenih sistema razičitim otpadnim
materijama, pre svega fenolnim jedinjenjima i organskim bojama ispuštenim iz mnogobrojnih
industrijskih postrojenja. S obzirom da su fenoli označeni kao najčešći zagađivači voda širom
sveta, pronalazak metoda za njihovo uklanjanje predstavlja jedan od najvećih izazova
savremene naučne zajednice. Različiti biokatalizatori su pronašli primenu u ove svrhe, a među
njima je posebno mesto zauzela peroksidaza iz rena (HRP). Kao najveće ograničenje ove metode
navodi se inaktivacija enzima, koja se može prevazići njegovom imobilizacijom na različitim
nosačima.
U ovom radu su razvijene metode za uklanjanje fenola i degradaciju tekstilnih boja
imobilizovanom peroksidazom iz rena i ćelijskim zidovima sa lignin-peroksidazom (LiP). Kao
nosači za imobilizaciju su korišćeni oksidovani alginati modifikovani tiraminom, makroporozni
kopolimeri različite veličine pora, kao i neorganski glineni nosač – sepiolit.
Tiramin-alginatne mikro-kuglice su iskorišćene za enkapsulaciju peroksidaze iz rena
primenom kuplovane emulziono-polimerizacione reakcije. Ispitan je uticaj stepena
modifikacije alginata tiraminom na specifičnu aktivnost enzima. Ustanovljeno je da sa
povećanjem koncentracije perjodata korišćenog za oksidaciju alginata od 2,5 do 20 mol% pre
modifikacije tiraminom dolazi do postepenog povećanja specifične aktivnosti.
Imobilizovana HRP je potom upotrebljena za uklanjanje fenola u šaržnom reaktoru.
Optimizovani su reakcioni uslovi sa ciljem postizanja visokog stepena efikasnosti i poboljšane
kontinualne primene. Za interno generisanje vodonik-peroksida (H2O2) tokom oksidacije
fenola primenjen je sistem sastavljen od glukoze i glukoza-oksidaze. Znatno veći stepen
uklanjanja fenola (96%) iz reakcionog sistema za 6 h je postignut primenom interne dostave
H 2O2, dok se njegovim direktnim dodavanjem značajno smanjuje efikasnost uklanjanja fenola
na 42%. Primenom glukoza-oksidaze u koncentraciji od 0,187 U/mL i 4 mmol/L glukoze
postiže se najveća efikasnost, kao i korišćenjem 20 mol% oksidovanog i modifikovanog tiramin-
alginata za enkapsulaciju HRP.
Degradacija tekstilnih boja ostvarena je i primenom ćelijskih zidova sa lignin-
peroksidazom (LiP) zarobljenih u kalcijum-alginatnom hidrogelu. LiP je imobilizovana na
tiramin-alginatne mikro-kuglice. Inkubacijom enkapsuliranih ćelijskih zidova u rastvorima
boja Evans Blue i Amido Black 10B tokom 48 h i merenjem njihove aktivnosti u određenim
vremenskim intervalima uočeno je postepeno povećanje procenta degradacije sa periodom
inkubacije. Nakon maksimalne inkubacije 86% boje Evans Blue se dekolorizuje, dok taj
procenat za Amido Black 10B iznosi 84%. Ponovnom upotrebom ćelijskih zidova sa LiP
ostvarena je efikasna degradacija navedenih boja tokom 12 uzastopnih ciklusa.
Makroporozni kopolimeri sastavljeni od glicidil metakrilata i etilen glikol dimetakrilata
veličine čestica od približno 2 μm i različite veličine pora (150–310 nm) su sintetisani
disperzionom polimerizacijom i modifikovani etilendiaminom. Dve različite metode,
perjodatna i glutaraldehidna, su korišćene za imobilizaciju peroksidaze iz rena na ovim
polimerima.
Aktivnost imobilizovanog enzima je u direktnoj vezi sa veličinom pora na nosaču
korišćenom za imobilizaciju. Imobilizacijom HRP perjodatnom metodom na poli(GMA-co-
EGDMA) veličine pora od 234 nm dobijena je specifična aktivnost od 9,65 U/g nosača, dok je
HRP na kopolimeru sa porama od 297 nm imala specifičnu aktivnost 8,94 U/g nosača. Takođe
je došlo i do povećanja stabilnosti imobilizovane peroksidaze na 65 °C u vodenom rastvoru kao
i u organskom rastvaraču.
Dobru stabilnost na različitim pH vrednostima, kao i povećanu K m vrednost tokom
oksidacije pirogalola, pokazala je peroksidaza imobilizovana na makroporoznom kopolimeru
sa veličinom pora od 234 nm, koja je imala i najveću specifičnu aktivnost. Nakon 5 ciklusa
ponovne upotrebe za oksidaciju pirogalola zadržano je 80% inicijalne aktivnosti. Imobilizovani
enzim skladišten 14 dana u odgovarajućem puferu zadržao je 98% aktivnosti. Značajna
efikasnost uklanjanja fenola pri optimizovanim uslovima za dostavu vodonik-peroksida u
reakcioni sistem je postignuta primenom HRP imobilizovane na kopolimeru sa porama veličine
234 nm.
Sepiolit je primenjen za adsorpciju nativne HRP i HRP oksidovane natrijum-perjodatom.
Dodate su različite količine oba enzima po gramu sepiolitnog nosača. Sa povećanjem količine
peroksidaze povećava se specifična aktivnost imobilizovanog enzima. Najveća aktivnost je
postignuta pri imobilizaciji 15 mg perjodatno-oksidovane peroksidaze po gramu sepiolita.
Testirane su temperaturna i operativna stabilnost imobilizovanih peroksidaza, kao i stabilnosti
na različitim pH vrednostima. Oksidovana peroksidaza je zadržala 42% inicijalne aktivnosti
nakon 4 uzastopna ciklusa oksidacije pirogalola.
Abstract (en)
A growing global concern is the pollution of water courses with various waste materials,
primarly phenolic compounds and organic dyes released from numerous industrial plants.
Since phenols are designated as the most common water pollutants worldwide, finding
methods for their removal is nowadays one of the biggest challenges for the broad scientific
community. To this end, various biocatalysts have been used, among them Horseradish
peroxidase (HRP) has been in prime position. The main limitation of this method is an enzyme
inactivation, which can be overcome by its immobilization on different carriers.
In this study, various methods for the removal of phenol and degradation of textile dyes by
immobilized Horseradish peroxidase and cell walls with lignin peroxidase (LiP) were
developed. Oxidized alginates modified with tyramine, macroporous copolymers with different
pore characteristics, as well as inorganic clay mineral – sepiolite, were used as carriers in
immobilization.
Tyramine-alginate micro-beads were used for the encapsulation of peroxidase by coupled
emulsion polymerization reaction. An effect of a degree of the alginate modification by tyramine
on the specific activity of enzyme was examined. A gradual increase in the specific activity, with
an increase in the concentration of periodate used for oxidation of alginate from 2.5 to 20 mol%
prior to modification by tyramine, was observed.
Immobilized HRP was then used for the removal of phenol in a batch reactor. Reaction
conditions were optimized with an aim of achieving a high degree of efficiency and improved
reusability. A system composed of glucose and glucose oxidase was used for internal generation
of hydrogen peroxide (H2O2). When internal delivery of H2O2 was employed, 96% of phenol was
removed from the reaction system in 6 h, whereas its straightforward addition significantly
reduced the efficiency of phenol removal (42%). The highest efficiency was achieved by using
glucose oxidase at the concentration of 0.187 U/mL and 4 mmol/L of glucose, as well as byusing
20 mol% periodate-oxidized and modified tyramine-alginate for HRP encapsulation.
Degradation of textile dyes was performed by employing cell walls with lignin peroxidase
(LiP) entrapped in a calcium-alginate hydrogel. LiP was also imobillized on tryamine-alginate
micro-beads. By incubating encapsulated cell walls in Evans Blue and Amido Black 10B dye
solutions for 48 h and measuring their activity in certain time intervals, a gradual increase in
the degree of degradation with incubation period was observed. Maximal incubation in Evans
Blue dye leads to 86% decolorization, whereas that percent for Amido Black 10B is 84%
Efficient degradation of previously mentioned dyes was achieved within 12 consecutive cycles
by reusing cell walls with LiP.
Macroporous copolymers composed of glycidyl methacrylate and ethylene glycol
dimethacrylate with a particle size of approximately 2 μm and different pore sizes (150–
310 nm) were synthesized by dispersion polymerization and modified with ethylenediamine.
Two methods, periodate and glutaraldehyde method, were used for the immobilization of
horseradish peroxidase onto these polymers.
The activity of immobilized enzyme is affected by the pore size of the carrier used for
immobilization. By immobilizing HRP using the periodate method onto poly (GMA-co-EGDMA)
copolymers with the pore size diameter of 234 nm specific activity of 9.65 U/g of carrier was
obtained, whereas HRP immobilized onto carrier with the pore size diameter of 297 nm showed
specific activity of 8.94 U/g of carrier. Also, the stability of immobilized peroxidase at 65 °C, as
well as in an organic solvent, was increased.
Peroxidase immobilized onto macroporous copolymer with a pore size diameter of 234 nm
and the highest specific activity also showed a good stability at different pH values, as well as
the increased K m value during the oxidation of pyrogallol. Eighty percent of the initial activity
was retained after 5 consecutive cycles of pyrogallol oxidation. After storing the immobilized
enzyme for 14 days in appropriate buffer, 98% of its activity was preserved. A significant
efficiency of phenol removal under optimized conditions for the delivery of hydrogen peroxide
into the reaction mixture was achieved by applying HRP immobilized onto copolymer with the
pore diameter of 234 nm.
Sepiolite was used for the adsorption of native HRP and HRP oxidized with sodium
periodate. Different amounts of both enzymes were added per gram of sepiolite carrier.
Increase in the amount of peroxidase leads to the increase in the specific activity of immobilized
enzyme. The highest activity was achieved when 15 mg of periodate-oxidized peroxidase was
immobilized per gram of sepiolite. Temperature and operational stabilities of immobilized
peroxidases were tested. Oxidized peroxidase retained 42% of initial activity after
4 consecutive cycles of pyrogallol oxidation.
Authors Key words
Alginat, fenol, peroksidaza, degradacija boja, sepiolit, makroporozni,
imobilizacija
Authors Key words
Alginate, phenol, peroxidase, dye degradation, sepiolite, macroporous,
immobilization
Classification
577.15:66.067.9(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Sve veći globalni problem predstavlja zagađenje vodenih sistema razičitim otpadnim
materijama, pre svega fenolnim jedinjenjima i organskim bojama ispuštenim iz mnogobrojnih
industrijskih postrojenja. S obzirom da su fenoli označeni kao najčešći zagađivači voda širom
sveta, pronalazak metoda za njihovo uklanjanje predstavlja jedan od najvećih izazova
savremene naučne zajednice. Različiti biokatalizatori su pronašli primenu u ove svrhe, a među
njima je posebno mesto zauzela peroksidaza iz rena (HRP). Kao najveće ograničenje ove metode
navodi se inaktivacija enzima, koja se može prevazići njegovom imobilizacijom na različitim
nosačima.
U ovom radu su razvijene metode za uklanjanje fenola i degradaciju tekstilnih boja
imobilizovanom peroksidazom iz rena i ćelijskim zidovima sa lignin-peroksidazom (LiP). Kao
nosači za imobilizaciju su korišćeni oksidovani alginati modifikovani tiraminom, makroporozni
kopolimeri različite veličine pora, kao i neorganski glineni nosač – sepiolit.
Tiramin-alginatne mikro-kuglice su iskorišćene za enkapsulaciju peroksidaze iz rena
primenom kuplovane emulziono-polimerizacione reakcije. Ispitan je uticaj stepena
modifikacije alginata tiraminom na specifičnu aktivnost enzima. Ustanovljeno je da sa
povećanjem koncentracije perjodata korišćenog za oksidaciju alginata od 2,5 do 20 mol% pre
modifikacije tiraminom dolazi do postepenog povećanja specifične aktivnosti.
Imobilizovana HRP je potom upotrebljena za uklanjanje fenola u šaržnom reaktoru.
Optimizovani su reakcioni uslovi sa ciljem postizanja visokog stepena efikasnosti i poboljšane
kontinualne primene. Za interno generisanje vodonik-peroksida (H2O2) tokom oksidacije
fenola primenjen je sistem sastavljen od glukoze i glukoza-oksidaze. Znatno veći stepen
uklanjanja fenola (96%) iz reakcionog sistema za 6 h je postignut primenom interne dostave
H 2O2, dok se njegovim direktnim dodavanjem značajno smanjuje efikasnost uklanjanja fenola
na 42%. Primenom glukoza-oksidaze u koncentraciji od 0,187 U/mL i 4 mmol/L glukoze
postiže se najveća efikasnost, kao i korišćenjem 20 mol% oksidovanog i modifikovanog tiramin-
alginata za enkapsulaciju HRP.
Degradacija tekstilnih boja ostvarena je i primenom ćelijskih zidova sa lignin-
peroksidazom (LiP) zarobljenih u kalcijum-alginatnom hidrogelu. LiP je imobilizovana na
tiramin-alginatne mikro-kuglice. Inkubacijom enkapsuliranih ćelijskih zidova u rastvorima
boja Evans Blue i Amido Black 10B tokom 48 h i merenjem njihove aktivnosti u određenim
vremenskim intervalima uočeno je postepeno povećanje procenta degradacije sa periodom
inkubacije. Nakon maksimalne inkubacije 86% boje Evans Blue se dekolorizuje, dok taj
procenat za Amido Black 10B iznosi 84%. Ponovnom upotrebom ćelijskih zidova sa LiP
ostvarena je efikasna degradacija navedenih boja tokom 12 uzastopnih ciklusa.
Makroporozni kopolimeri sastavljeni od glicidil metakrilata i etilen glikol dimetakrilata
veličine čestica od približno 2 μm i različite veličine pora (150–310 nm) su sintetisani
disperzionom polimerizacijom i modifikovani etilendiaminom. Dve različite metode,
perjodatna i glutaraldehidna, su korišćene za imobilizaciju peroksidaze iz rena na ovim
polimerima.
Aktivnost imobilizovanog enzima je u direktnoj vezi sa veličinom pora na nosaču
korišćenom za imobilizaciju. Imobilizacijom HRP perjodatnom metodom na poli(GMA-co-
EGDMA) veličine pora od 234 nm dobijena je specifična aktivnost od 9,65 U/g nosača, dok je
HRP na kopolimeru sa porama od 297 nm imala specifičnu aktivnost 8,94 U/g nosača. Takođe
je došlo i do povećanja stabilnosti imobilizovane peroksidaze na 65 °C u vodenom rastvoru kao
i u organskom rastvaraču.
Dobru stabilnost na različitim pH vrednostima, kao i povećanu K m vrednost tokom
oksidacije pirogalola, pokazala je peroksidaza imobilizovana na makroporoznom kopolimeru
sa veličinom pora od 234 nm, koja je imala i najveću specifičnu aktivnost. Nakon 5 ciklusa
ponovne upotrebe za oksidaciju pirogalola zadržano je 80% inicijalne aktivnosti. Imobilizovani
enzim skladišten 14 dana u odgovarajućem puferu zadržao je 98% aktivnosti. Značajna
efikasnost uklanjanja fenola pri optimizovanim uslovima za dostavu vodonik-peroksida u
reakcioni sistem je postignuta primenom HRP imobilizovane na kopolimeru sa porama veličine
234 nm.
Sepiolit je primenjen za adsorpciju nativne HRP i HRP oksidovane natrijum-perjodatom.
Dodate su različite količine oba enzima po gramu sepiolitnog nosača. Sa povećanjem količine
peroksidaze povećava se specifična aktivnost imobilizovanog enzima. Najveća aktivnost je
postignuta pri imobilizaciji 15 mg perjodatno-oksidovane peroksidaze po gramu sepiolita.
Testirane su temperaturna i operativna stabilnost imobilizovanih peroksidaza, kao i stabilnosti
na različitim pH vrednostima. Oksidovana peroksidaza je zadržala 42% inicijalne aktivnosti
nakon 4 uzastopna ciklusa oksidacije pirogalola.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.