DE19708670A1 - Use of peroxidase and manganese ions to decompose aromatic substances - Google Patents

Use of peroxidase and manganese ions to decompose aromatic substances

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Abstract

Decomposition of low and high molecular weight aromatic substances comprises treating them with a peroxidase and manganese (II) ions to convert them directly into carbon dioxide and low molecular weight non-aromatic decomposition products.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mineralisierung (Abbau zu CO2) und zum Abbau von nieder- und hochmolekularen aromatischen Substanzen und Substanzgemischen, wie Nitroaromaten, polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), Chloraromaten, Azofarbstoffen, Huminstoffen und Ligninen, zur Eliminierung dieser Verbindungen aus der Umwelt sowie zur Gewinnung von niedermolekularen, nichtaromatischen Spaltprodukten.The invention relates to a process for mineralization (degradation to CO 2 ) and for the degradation of low and high molecular weight aromatic substances and substance mixtures, such as nitroaromatics, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), chloroaromatics, azo dyes, humic substances and lignins, for eliminating these compounds from the Environment and for the extraction of low-molecular, non-aromatic fission products.

Das Verfahren kann vielseitig in (umwelt-)technischen und industriellen Anwendungen, so in der Boden- und Wasserreinigung zur Eliminierung unerwünschter, insbesondere toxischer und/oder mutagener, aromatischer Verbindungen, aus Wässern und Böden (z. B. Nitroaromaten, Aniline, Phenole, PAKs, Chloraromaten, Heterocyclen, Humin- und Fulvinsäuren) sowie in der holz- und zelluloseverarbeitenden Industrie angewendet werden. Damit wird eine Testung der biologischen Abbaubarkeit von neuen Produkten, Stoffen z. B. der chemischen und pharmazeutischen Industrie oder die biologische Charakterisierung umweltschützender Verfahren möglich. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Detoxifikation von Xenobiotika und anderen umweltrelevanten Stoffen eingesetzt werden. Ebenso ist auch eine Intergration in die Stoff- und Verfahrensentwicklung denkbar.The process can be versatile in (environmental) technical and industrial Applications, such as in soil and water purification for elimination undesirable, especially toxic and / or mutagenic, aromatic Compounds from water and soil (e.g. nitro aromatics, anilines, Phenols, PAHs, chloroaromatics, heterocycles, humic and fulvic acids) as well as in the wood and cellulose processing industry. This will test the biodegradability of new ones Products, fabrics e.g. B. the chemical and pharmaceutical industry or the biological characterization of environmentally protective processes is possible. In addition, the method for detoxification of xenobiotics and other environmentally relevant substances are used. There is also one Integration into the material and process development possible.

Es ist allgemein bekannt [z. B. Alloway, B.J. und D.C. Ayres, 1996: Schadstoffe in der Umwelt, S. 339, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford; Melzer, R. und J. Stadtmüller, 1993: Thermische Behandlung organisch- und schwermetallverunreinigter Böden. In: Abbau industrieller Schadstoffe. B. Wuster (Hrsg.), S. 1-30, Verl. TÜV Rheinland], aromatische Verbindungen physikochemisch durch thermische Behandlung (Verbrennung) oder mittels starker Oxidationsmittel (Ozon, Peroxide, Fenton-Reagenz) in Verbindung mit Photonen zu mineralisieren.It is well known [e.g. B. Alloway, B.J. and D.C. Ayres, 1996: Pollutants in the environment, p. 339, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, Berlin, Oxford; Melzer, R. and J. Stadtmüller, 1993: Thermal Treatment of soil contaminated with organic and heavy metals. In: dismantling  industrial pollutants. B. Wuster (ed.), Pp. 1-30, publ. TÜV Rheinland], aromatic compounds physicochemically by thermal treatment (Combustion) or using strong oxidizing agents (ozone, peroxides, Mineralize Fenton reagent) in conjunction with photons.

Eine Verbrennung ist allerdings mit einem erheblichen apparativen Aufwand (Spezialöfen) und einem hohen Energieverbrauch (Strom, Kohle, Öl bzw. Gas) verbunden. Ein weiterer Nachteil ist die Bildung hochtoxischer Sekundärverbindungen, die insbesondere während der Abkühlphase der Öfen entstehen (z. B. chlorierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane) und die Umwelt belasten [z. B. Koch, R. 1989: Chlordibenzofurane und -dioxine. In: Umweltchemikalien, S. 145, VCH Verlag, Weinheim]. Eine Oxidation aromatischer Verbindungen mit Ozon oder Peroxiden (einschließlich Fenton- Reagenz) sind problematisch, da die verwendeten Chemikalien in hohen Konzentrationen eingesetzt werden müssen, äußerst aggressiv und umweltgefährdend sind (bzw. es entstehen in Nebenreaktionen umweltgefährdende Stoffe). Außerdem werden nur bestimmte Aromaten umgesetzt.Incineration, however, requires considerable equipment (Special ovens) and high energy consumption (electricity, coal, oil or Gas) connected. Another disadvantage is the formation of highly toxic Secondary connections, especially during the cooling phase of the ovens arise (e.g. chlorinated dibenzodioxins and dibenzofurans) and the Pollute the environment [e.g. B. Koch, R. 1989: Chlorodibenzofurans and dioxins. In: Environmental chemicals, p. 145, VCH Verlag, Weinheim]. An oxidation aromatic compounds with ozone or peroxides (including fenton Reagent) are problematic because the chemicals used are high Concentrations must be used, extremely aggressive and are environmentally hazardous (or arise in side reactions environmentally hazardous substances). In addition, only certain aromatics implemented.

Es ist außerdem möglich [z. B. Gleim, D., 1994: Abbauverhalten altlastenrelevanter Schadstoffe, Abschlußbericht zum Forschungsprojekt 14807430 des BMFT, DECHEMA e.V., Frankfurt a.M.] aromatische Verbindungen biologisch mit Hilfe spezieller Organismen (Bakterien, Pilze, Pflanzen) zu Kohlendioxid zu mineralisieren. Diese Mineralisierungs­ verfahren erfordern jedoch immer den gesamten Organismus (Bakterien, Pilze, Pflanzen). Damit verbunden sind erhebliche Aufwendungen zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen der Organismen (Kohlenstoff- und Stickstoffquellen, z. B. Zucker, Aminosäuren, Vitamine). Es muß unter sterilen/semisterilen Bedingungen sowie in teuren Apparaturen (Fermentoren) gearbeitet werden. Die Verweilzeiten der aromatischen Substanzen sind relativ hoch, da die Abbauprozesse nur sehr langsam vonstatten gehen. Hochspezifische Enzyme (u. a. Monooxygenasen, Dioxygenasen) greifen die aromatischen Substrate meist intrazellulär an; die eigentliche Mineralisierung des aromatisch gebundenen Kohlenstoffs erfolgt immer intrazellulär (Zitronensäurezyklus) und benötigt eine große Zahl von Cofaktoren und Enzymen (mindestens 10 verschiedene Enzyme). Letztgenannte sind teilweise mit Membranen assoziiert und instabil.It is also possible [e.g. B. Gleim, D., 1994: Degradation Behavior Contaminated pollutants, final report on the research project 14807430 of the BMFT, DECHEMA e.V., Frankfurt a.M.] aromatic Connections biologically with the help of special organisms (bacteria, fungi, Plants) to mineralize to carbon dioxide. This mineralization However, procedures always require the entire organism (bacteria, Mushrooms, plants). This entails considerable expenses for Maintaining the vital functions of organisms (carbon and Nitrogen sources, e.g. As sugar, amino acids, vitamins). It must be under sterile / semisterile conditions as well as in expensive equipment (Fermenters) can be worked. The residence times of the aromatic  Substances are relatively high because the breakdown processes are very slow take place. Highly specific enzymes (including monooxygenases, Dioxygenases) usually attack the aromatic substrates intracellularly; the actual mineralization of the aromatically bound carbon takes place always intracellular (citric acid cycle) and requires a large number of Cofactors and enzymes (at least 10 different enzymes). The latter are partially associated with membranes and are unstable.

Darüber hinaus ist prinzipiell bekannt [z. B. Hatakka, A., 1994: FEMS Microbiol. Rev. 13, 125-135; Barr, D.P. and S.D. Aust, 1994, Environ. Sci. Technol. 28, 78A-87A], daß ligninolytische und nichtligninolytische Oxidasen (Laccasen) und Peroxidasen (Lignin-, Mangan-, Meerrettichperoxidasen) in der Lage sind, aromatische Strukturen in makromolekularen Substanzen (Lignine, Huminstoffe, Melanine) sowie niedermolekularen Aromaten (u. a. Phenole, Benzylalkohole, Methoxybenzene, Benzoesäuren) unspezifisch anzugreifen, was zur Bildung hydroxylierter oder chinoider Derivate sowie zu Ringspaltungsprodukten führt. Letztere cyclisieren spontan zu nichtaromatischen Ringsystemen (Lactone); niedermolekulare Spaltprodukte (C1-C4) aus dem aromatischen Ring entstehen allerdings nicht. Die Oxydationsreaktionen können durch bestimmte Mediatoren [z. B. 2,2'-Azinobis-(3-ethylbenzothiazolin-6- sulfonsäure), Veratrylalkohol, 3-Hydroxyanthranilsäure] verstärkt und das angreifbare Substratspektrum damit erweitert werden. Die Mineralisierung des aromatischen Kohlenstoffes selbst erfordert jedoch die eingangs beschriebenen Verfahrensanwendungen mit den besagten Nachteilen.In addition, it is known in principle [e.g. B. Hatakka, A., 1994: FEMS Microbiol. Rev. 13, 125-135; Barr, DP and SD Aust, 1994, Environ. Sci. Technol. 28, 78A-87A] that ligninolytic and non-ligninolytic oxidases (laccases) and peroxidases (lignin, manganese, horseradish peroxidases) are capable of aromatic structures in macromolecular substances (lignins, humic substances, melanins) and low-molecular aromatics (including phenols, To attack benzyl alcohols, methoxybenzenes, benzoic acids) unspecifically, which leads to the formation of hydroxylated or quinoid derivatives and to ring cleavage products. The latter spontaneously cyclize to non-aromatic ring systems (lactones); however, low-molecular cleavage products (C 1 -C 4 ) from the aromatic ring do not arise. The oxidation reactions can be controlled by certain mediators [e.g. B. 2,2'-Azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), veratryl alcohol, 3-hydroxyanthranilic acid] and the vulnerable substrate range can be expanded. However, mineralization of the aromatic carbon itself requires the process applications described at the outset with the disadvantages mentioned.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, nieder- und makromolekulare, aromatische Natur- und Fremdstoffe aufwandgering, insbesondere mit gerin­ gem Energie- und Chemikalieneinsatz, umweltfreundlich, ohne erhöhte An­ forderungen an sterile bzw. semisterile Reaktionsführung und mit möglichst kurzen Inkubationszeiten zu mineralisieren und niedermolekulare, nichtaro­ matische Spaltprodukte zu erzeugen.The object of the present invention is to convert low and macromolecular aromatic natural and foreign substances require little effort, especially with little according to energy and chemical use, environmentally friendly, without increased  requirements for sterile or semi-sterile reaction control and with if possible Mineralize short incubation times and low molecular weight, non-Aaro to produce matical fission products.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein zellfreies, enzymatisches Verfahren zur Mineralisierung von Aromaten basierend auf einem Katalyse­ system aus Peroxidase, Mangan(II)ionen und Thiolen gelöst.The object is achieved by a cell-free, enzymatic Process for mineralization of aromatics based on catalysis System composed of peroxidase, manganese (II) ions and thiols.

Es werden Peroxidase, vorzugsweise Mangan-Peroxidase aus Basidiomyce­ ten, unter gleichzeitiger Zugabe und/oder Nachdosierung von Man­ gan(II)ionen und Thiolen, vorzugsweise reduziertes Glutathion, eingesetzt, die unter Bildung hochreaktiver Komplexe, welche als starke Oxidationsmit­ tel wirken, den Kohlenstoff in der aromatischen Substanz zu Kohlendioxid und niedermolekularen, nichtaromatischen Verbindungen (aliphatische Carbonsäuren) oxidieren. Die Peroxidase fungiert dabei als "Motor" des Oxi­ dationsprozesses, der ständig reaktive Mangan(III)ionen aus Man­ gan(II)ionen regeneriert, die ihrerseits mit den Glutathionmolekülen in Wechselwirkung treten und das eigentlich wirksame Oxidans bilden. Dieses Oxidans kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren den Ringkohlenstoff aromatischer Verbindungen bis zum Kohlendioxid bzw. zu niedermolekula­ ren, aliphatischen Verbindungen oxidieren und damit quasi eine "kalte Verbrennung" bewirken. Durch zusätzliche Zugabe von Phenoloxidasen läßt sich der Mineralisierungsprozeß weiter beschleunigen und die Kohlen­ stoffumsetzung erhöhen.There are peroxidase, preferably manganese peroxidase from Basidiomyce ten, with the simultaneous addition and / or replenishment of Man gan (II) ions and thiols, preferably reduced glutathione, are used, which with the formation of highly reactive complexes, which act as strong oxidation act, the carbon in the aromatic substance to carbon dioxide and low molecular weight, non-aromatic compounds (aliphatic Oxidize carboxylic acids). The peroxidase acts as the "engine" of the Oxi dation process, the constantly reactive manganese (III) ions from Man gan (II) ions regenerated, which in turn with the glutathione molecules in Interact and form the actually effective oxidant. This Oxidant can the ring carbon in the inventive method aromatic compounds down to carbon dioxide or low molecular weight oxidize aliphatic compounds and thus quasi a "cold Combustion ". By adding phenol oxidases the mineralization process accelerate further and the coals increase material conversion.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zum besseren Verständnis der erfinderischen Verfahrens­ wirkung ist den Ausführungsbeispielen eine Zeichnung beigefügt.The invention is intended to be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments are explained. For a better understanding of the inventive method Effect is a drawing attached to the embodiments.

In dieser zeigen: In this show:  

Fig. 1 Mineralisierung von [14C]-ringmarkiertem 2-Amino-4,6-dinitro­ toluol (0.09 µCi/ml 7.7 pm) durch ein Mangan-Peroxidase- Präparat des Weißfäulepilzes Nematoloma frowardi in Gegenwart von Glutathione im Vergleich zum Kontrollansatz ohne Enzym . Fig. 1 Mineralization of [ 14 C] ring-labeled 2-amino-4,6-dinitro toluene (0.09 µCi / ml 7.7 pm) by a manganese peroxidase preparation of the white rot fungus Nematoloma frowardi in the presence of glutathione compared to the control approach without enzyme .

Fig. 2a Chromatographische Auftrennung (HPLC) und Bilanzierung des radioaktiven Rückstandes im Reaktionsansatz einer Kontrolle, die 14C-AmDNT, aber keine Mangan-Peroxidase enthielt. (Diagramm A). Fig. 2a Chromatographic separation (HPLC) and accounting for the radioactive residue in the reaction mixture of a control which contained 14 C-AmDNT but no manganese peroxidase. (Diagram A).

Fig. 2b Chromatographische Auftrennung und Bilanzierung des radio­ aktiven Rückstandes im Reaktionsansatz einer partiell durch das Katalysesystem Mangan-Peroxidase/Mangan(II)ionen/Glutathion mineralisierten 14C-AmDNT-Probe. (Diagramm B). Fig. 2b Chromatographic Separation and accounting for the radioactive residue in the reaction mixture of a partially ions by the catalysis system manganese peroxidase / manganese (II) / glutathione mineralized 14 C-AmDNT sample. (Diagram B).

Fig. 3 Mineralisierung verschiedener uniform 14C-markierter Phenole durch die Mangan-Peroxidase des Weißfäulepilzes Nematoloma frowardii in Gegenwart von Glutathione: Fig. 3 mineralization of different uniform 14 C-labeled phenols by manganese peroxidase of Weißfäulepilzes Nematoloma frowardii in the presence of Glutathione:

im Vergleich zum Kontrollansatz ohne Enzym  compared to Control approach without enzyme

nach drei Tagen. after three days.

Bis auf Beispiel E beziehen sich die Ausführungsbeispiele auf radioaktiv markierte 14C-Verbindungen, da nur über eine Freisetzung von radioaktiven Kohlendioxid (14CO2) aus 14C-ringmarkierten, aromatischen Substraten eine echte Mineralisierung nachgewiesen werden kann.Except for Example E, the exemplary embodiments relate to radioactively labeled 14 C compounds, since true mineralization can only be detected by releasing radioactive carbon dioxide ( 14 CO 2 ) from 14 C-ring-labeled, aromatic substrates.

Beispiel A1Example A1 Verfahren zur Mineralisierung von 14C-2-Amino-4,6-dinitrotoluol durch Mangan-Peroxidase/Mangan(II)ionen/Glutathion-KatalyseProcess for the mineralization of 14 C-2-amino-4,6-dinitrotoluene by manganese peroxidase / manganese (II) ions / glutathione catalysis

0,1 µCi ringmarkiertes 2-Amino-4,6-dinitrotoluol (2-AmDNT) werden in einem gasdichtverschließbaren Gefäß zusammen mit Natriummalonat-Puffer (50 mM, pH 4,5), Manganchlorid (MnCl2; 1 mM), Glutathion (10 mM), Glukose (15 mM), Glukose-Oxidase (0,04 Units) und Mangan-Peroxidase (2 Units) in einem Gesamtvolumen von 1 ml bei 24°C geschüttelt (150 upm). Alle 24 Stunden wird der Gasraum über der Reaktionslösung mit steriler, CO2-freier, angefeuchteter Luft gespült und der Luftstrom durch zwei Scintillationsgefäße geleitet die flüchtige organische Verbindungen bzw. CO2 auffangen. Anschließend wird die Radioaktivität mittels "Liquid-Scintilation- Counting" (LSC) bestimmt. Fig. 1 demonstriert die Freisetzung von 14CO2 aus 14C-2-AmDNT über einen Zeitraum von 5 Tagen. Es wird deutlich, daß bereits nach 48 Stunden bei der oberen Kurve 0.1 µCi ring-labeled 2-amino-4,6-dinitrotoluene (2-AmDNT) are sealed in a gas-tight container together with sodium malonate buffer (50 mM, pH 4.5), manganese chloride (MnCl 2 ; 1 mM), glutathione ( 10 mM), glucose (15 mM), glucose oxidase (0.04 units) and manganese peroxidase (2 units) in a total volume of 1 ml at 24 ° C. shaken (150 rpm). Every 24 hours, the gas space above the reaction solution is flushed with sterile, CO 2 -free, humidified air and the air flow is passed through two scintillation vessels to collect the volatile organic compounds or CO 2 . The radioactivity is then determined by means of "liquid scintilation counting" (LSC). Figure 1 demonstrates the release of 14 CO 2 from 14 C-2 AmDNT over a 5 day period. It becomes clear that after 48 hours at the top curve

im Vergleich zur unteren Kurve  compared to the lower curve

mehr als 30% des Ringkohlenstoffs mineralisiert sind, nach 5 Tagen über 50%. Kontrollen, die keine Mangan-Peroxidase enthielten, wiesen keine Freisetzung von 14CO2 auf (siehe untere Kurve in Fig. 1). Eine Untersuchung der im Reaktionsansatz verbleibenden Restradioaktivitäten mittels "High-Performance-Liquid-Chromatography" (HPLC) und LSC ergibt, daß die Ausgangsverbindung (14C-2-AmDNT) in den Proben mit Mangan-Peroxidase nicht mehr nachweisbar ist und sich nur noch 14C-markierte, hochpolare, niedermolekulare, nichtaromatische Produkte nachweisen lassen, die mit reinem Wasser als Laufmittel zusammen mit diesem von der Säule eluiert werden (Fig. 2b).more than 30% of the ring carbon is mineralized, after 5 days over 50%. Controls that did not contain manganese peroxidase showed no release of 14 CO 2 (see lower curve in FIG. 1). An examination of the residual radio activities remaining in the reaction mixture by means of "high-performance liquid chromatography" (HPLC) and LSC shows that the starting compound ( 14 C-2-AmDNT) is no longer detectable in the samples with manganese peroxidase and is only Have 14 C-labeled, highly polar, low molecular weight, non-aromatic products detected, which are eluted from the column together with pure water as the solvent ( Fig. 2b).

In den Mangan-Peroxidase-freien Proben erfolgt kein Abbau des 14C-AmDNT, und die Radioaktivität ist ausschließlich für den Peak des 2-AmDNT nachweisbar (Fig. 2a). [Trennbedingungen: 5 µm RP-18 Säule, 125 mm, 4,6 mm (Firma Merck, Darmstadt), Methanol/Wasser-Gradient 0%-50%, vol/vol, 45 min, Flußrate 1 ml/min; Proben über jeweils 2 min in Scintillationsgefäßen sammeln (Scintilationscocktail: Opti fluor, Packard Instrument B.V., Groningen, Niederlande) Bestimmung der Radioaktivität mittels LSC].No degradation of the 14 C-AmDNT takes place in the samples free of manganese peroxidase, and the radioactivity can only be detected for the peak of the 2-AmDNT ( FIG. 2a). [Separation conditions: 5 μm RP-18 column, 125 mm, 4.6 mm (Merck, Darmstadt), methanol / water gradient 0% -50%, vol / vol, 45 min, flow rate 1 ml / min; Collect samples for 2 min each in scintillation vials (scintillation cocktail: Opti fluor, Packard Instrument BV, Groningen, The Netherlands) determination of radioactivity using LSC].

Durch eine Immobilisierung der Mangan-Peroxidase läßt sich die Stabilität des Enzyms erhöhen und der Prozeß ohne weitere Zugabe von neuer Manganperoxidase mehrere Male wiederholen.Immobilizing the manganese peroxidase allows the stability of the Enzyme increase and the process without the addition of new ones Repeat manganese peroxidase several times.

Beispiel A2Example A2 Verfahren zur Mineralisierung von 14C-2-Aminio-4,6-dinitrotoluol durch Mangan-Peroxidase/Mangan(II)ionen/Glutathion-Katalyse in Gegenwart einer Phenoloxidase (Laccase)Process for the mineralization of 14 C-2-aminio-4,6-dinitrotoluene by manganese peroxidase / manganese (II) ions / glutathione catalysis in the presence of a phenol oxidase (laccase)

0,1 µCi 14C-2-Amino-4,6-dinitrotoluol werden wie unter Beispiel A1 inkubiert. Zusätzlich enthält der Ansatz 1 Unit einer Laccase und 1 mM 2-Methylphenol. Auf diese Weise wird eine Beschleunigung des Mineralsierungsprozesses erreicht, der bereits nach 48 Stunden zu einer 40%igen Umsetzung der Ausgangsverbindung zu 14CO2 führt.0.1 µCi 14 C-2-amino-4,6-dinitrotoluene are incubated as in Example A1. In addition, the batch contains 1 unit of a laccase and 1 mM 2-methylphenol. In this way, the mineralization process is accelerated, which leads to a 40% conversion of the starting compound to 14 CO 2 after only 48 hours.

Beispiel BExample B Mineralisierung eines Gemisches verschiedener 14C-2,4,6-Trinitrotoluol-MetabolitenMineralization of a mixture of different 14 C-2,4,6-trinitrotoluene metabolites

0,1 µCi eines Gemisches, bestehend aus uniform ringmarkierten 14C-Hydroxylamino-nitrotoluolen (OHAmDNTs; 23%), 14C-4-Amino-2,6- nitrotoluol (4-AmDNT; 32%), 14C-2-Amino-4,6-dinitrotoluol (2-AmDNT; 31%) sowie unbekannten 14C-Metaboliten des 14C-2,4,6-Trinitrotoluols (14%), werden wie unter Beispiel A beschrieben inkubiert. In 5 Tagen werden ca. 20% des aromatischen Ringkohlenstoffs dieses komplexen Gemisches zu 14CO2 umgesetzt. 0.1 µCi of a mixture consisting of uniformly ring-labeled 14 C-hydroxylamino-nitrotoluenes (OHAmDNTs; 23%), 14 C-4-amino-2,6-nitrotoluene (4-AmDNT; 32%), 14 C-2- Amino-4,6-dinitrotoluene (2-AmDNT; 31%) and unknown 14 C metabolites of 14 C-2,4,6-trinitrotoluene (14%) are incubated as described in Example A. In 5 days, about 20% of the aromatic ring carbon of this complex mixture is converted to 14 CO 2 .

Beispiel CExample C Mineralisierung von 14C-markierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) durch Mangan-Peroxidase/Mangan(II)ionen/Glutathion-KatalyseMineralization of 14 C-labeled polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) by manganese peroxidase / manganese (II) ions / glutathione catalysis

0,1 µCi verschiedener, radioaktiv markierter PAKs werden, wie unter Beispiel A beschrieben, inkubiert (uniform ringmarkiertes 14C-Phenanthren, [4,5,9,10- 14C]-Pyren, [1,2,3,4,4a,10a-14C]-Anthracen, [7-14C]-Benzo(a)pyren und [12- 14C]-Benz(a)anthracen). Im Ergebnis werden innerhalb von 96 Stunden 3% des Phenanthrens, 7% des Pyrens, 5% des Anthracens, 4% des Benzo(a)pyrens und 3% des Benzo(a)anthracens zu 14CO2 mineralisiert., 0.1 uCi of different radiolabeled PAHs are as described in Example A, incubated (uniform ring labeled 14 C-phenanthrene, [4,5,9,10- 14 C] pyrene, [1,2,3,4, 4a, 10a-14 C] anthracene, [7- 14 C] -benzo (a) pyrene and [12- 14 C] benz (a) anthracene). As a result, within 96 hours 3% of the phenanthrene, 7% of the pyrene, 5% of the anthracene, 4% of the benzo (a) pyrene and 3% of the benzo (a) anthracene are mineralized to 14 CO 2 .

Beispiel DExample D Verfahren zum enzymatischen Abbau von 14C-markierten Phenolen unter Zusatz von Gluthation als Redox-Mediator zur Steigerung der MineralisierungProcess for the enzymatic degradation of 14 C-labeled phenols with the addition of glutation as a redox mediator to increase mineralization

0,1 µCi von jeweils Brenzkatechin (= Catechol; Cat, 2 mCi/mmol), Tyrosin (Tyr, 457 mCi/mmol), Pentachlorphenol (PCP, 10,4 mCi/mmol), Phenol (Phl, 8,7 mCi/mmol), 2,4-Dichlorphenol (2,4-DCP, 9,3 mCi/mmol) wurden eingesetzt. Die Verbindungen wurden wie unter Beispiel A1 inkubiert. Bereits nach 3 Tagen waren die Ausgangsstoffe zu 9-48% zu Kohlendioxid abgebaut (Fig. 3). Die Restradioaktivität bestand aus hochpolaren, nichtaromatischen Abbauprodukten. Nicht dargestellt ist die Mineralisierung der phenolischen Verbindungen ohne Glutathion, welche ebenfalls zwischen zwischen 8 und 42% lag.0.1 µCi of pyrocatechol (= catechol; Cat, 2 mCi / mmol), tyrosine (Tyr, 457 mCi / mmol), pentachlorophenol (PCP, 10.4 mCi / mmol), phenol (Phl, 8.7 mCi / mmol) mmol), 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP, 9.3 mCi / mmol) were used. The compounds were incubated as in Example A1. Already after 3 days, the raw materials were 9-48% degraded to carbon dioxide ( Fig. 3). The residual radioactivity consisted of highly polar, non-aromatic degradation products. The mineralization of the phenolic compounds without glutathione, which was also between 8 and 42%, is not shown.

Beispiel EExample E Abbau von Braunkohle-Huminsäuren durch Mangan-Peroxidase/Mangan(II)ionen/Glutathion-KatalyseDegradation of lignite-humic acids by manganese peroxidase / manganese (II) ions / glutathione catalysis

25 mg Braunkohle-Huminsäuren werden in 100 ml Natriummalonat-Puffer (50 mM, pH 4.5) gelöst. Der Reaktionsansatz enthält weiterhin: Manganchlorid (2 mM), Glutathione (0,5 mM), Dimethylformamid (0.1%), 50 Units Mangan-Peroxidase und 5 Units Laccase. Der Ansatz wird bei 37°C 24 bis 72 Stunden geschüttelt (180 upm); anschließend werden durch Zugabe von Salzsäure die Huminsäuren ausgefällt und gewaschen. Nach Trocknung wird der Gewichtsverlust bestimmt. Er liegt nach 24 Stunden bei 40% und nach 72 Stunden bei 60%.25 mg of lignite-humic acids are in 100 ml of sodium malonate buffer (50 mM, pH 4.5) dissolved. The reaction approach also contains:  Manganese chloride (2 mM), glutathione (0.5 mM), dimethylformamide (0.1%), 50 units of manganese peroxidase and 5 units of laccase. The approach is at 37 ° C Shaken for 24 to 72 hours (180 rpm); then by adding the humic acids precipitated from hydrochloric acid and washed. After drying weight loss is determined. It is 40% and after 24 hours after 72 hours at 60%.

Claims (7)

1. Verfahren zur Mineralisierung und zum Abbau von nieder- und hochmole­ kularen aromatischen Substanzen und Substanzgemischen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Substanzen und Substanzgemische zumindest durch Zugabe und ggf. Zudosierung von Peroxidase und Mn2⁺-Ionen zur Reaktion gebracht werden, welche die Substanzen und Substanzgemische unmittelbar in Kohlendioxid sowie in niedermolekulare, nichtaromatische Spaltprodukte umsetzen.1. Process for mineralization and degradation of low and high molecular weight aromatic substances and mixtures of substances, characterized in that the substances and mixtures of substances are reacted at least by adding and possibly adding peroxidase and Mn 2 ⁺ ions, which bring the Convert substances and substance mixtures directly into carbon dioxide and into low-molecular, non-aromatic fission products. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktions­ gemisch zur Beschleunigung der Reaktion Thiole, vorzugsweise reduziertes Glutathion, zugesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction mixture to accelerate the reaction thiols, preferably reduced Glutathione added. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxidase Mangan-Peroxidasen aus Basidiomyceten, vorzugsweise Nematoloma fro­ wardii, Stropharia rugosoannulata bzw. Clitocybula dusenii, verwendet werden.3. The method according to claim 1, characterized in that as peroxidase Manganese peroxidases from Basidiomycetes, preferably Nematoloma fro wardii, Stropharia rugosoannulata or Clitocybula dusenii, are used will. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch zur weiteren Beschleu­ nigung Oxidasen, vorzugsweise Phenoloxidasen (z. B. Laccase) und Wasser­ stoffperoxid regenerierende Oxidasen, vorzugsweise Glukoseoxidase, zugesetzt werden.4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reaction mixture for further acceleration Cleaning oxidases, preferably phenol oxidases (e.g. laccase) and water peroxide regenerating oxidases, preferably glucose oxidase, be added. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Reaktion Dikarbonsäuren als Puffer und Chelatoren, vorzugsweise Malonsäure, Äpfelsäure, Berstein­ säure bzw. Milchsäure, zugesetzt werden.5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that to stabilize the reaction dicarboxylic acids  as buffers and chelators, preferably malonic acid, malic acid, amber acid or lactic acid can be added. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Stabilisierung der Reaktion die beteiligten Enzyme in immobilisierter Form eingesetzt werden.6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that to further stabilize the reaction involved enzymes can be used in immobilized form. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Reaktion aromatische Mediatoren, vorzugsweise Phenole und Hydroxybenzoesäuren, zugegeben werden.7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that aromatic to accelerate the reaction Mediators, preferably phenols and hydroxybenzoic acids, are added will.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928052A1 (en) * 1998-06-16 2000-01-27 Rainer Haas Decomposition of organoarsenic compounds, especially chemical warfare agents, by exposure to aqueous medium containing trivalent manganese ions
DE19909546C1 (en) * 1999-03-04 2000-06-29 Consortium Elektrochem Ind Enzymatic oxidation system, e.g. for lignin oxidation, bleaching, chemical synthesis or waste water treatment, comprises a manganese oxidase, an oxidizing agent and manganese ions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928052A1 (en) * 1998-06-16 2000-01-27 Rainer Haas Decomposition of organoarsenic compounds, especially chemical warfare agents, by exposure to aqueous medium containing trivalent manganese ions
DE19928052C2 (en) * 1998-06-16 2003-01-30 Rainer Haas Process for the decomposition of arsenic organic compounds
DE19909546C1 (en) * 1999-03-04 2000-06-29 Consortium Elektrochem Ind Enzymatic oxidation system, e.g. for lignin oxidation, bleaching, chemical synthesis or waste water treatment, comprises a manganese oxidase, an oxidizing agent and manganese ions

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