Alai

Abstract

Industriella utsläpp av obehandlat avloppsvatten i vattenförekomster och utsläpp i luften har försämrat vatten- och luftkvaliteten. Den enorma mängd föroreningar som härrör från industriell verksamhet utgör ett hot mot miljön och den ekologiska jämvikten. Fenoler och halogenerade fenoler, polycykliska aromatiska kolväten (PAH), hormonstörande kemikalier (EDC), bekämpningsmedel, dioxiner, polyklorerade bifenyler (PCB), industriella färgämnen och andra xenobiotika är bland de viktigaste föroreningarna. Peroxidaser är enzymer som kan omvandla en mängd olika föreningar enligt en mekanism med fria radikaler och därigenom ge upphov till oxiderade eller polymeriserade produkter. Peroxidasomvandlingen av dessa föroreningar åtföljs av en minskning av deras toxicitet på grund av förlust av biologisk aktivitet, minskad biotillgänglighet eller avlägsnande från vattenfasen, särskilt när föroreningen finns i vatten. I översikten beskrivs peroxidasernas källor, de reaktioner som katalyseras av dem och deras tillämpningar vid hantering av föroreningar i miljön.

1. Inledning

Två oförutsedda utmaningar för människan är energi och miljö. Samhällets funktionssätt som helhet och dess framtida framsteg är beroende av tillgången till nya och förnybara energikällor och av förmågan att byta ut förorenande produktionsprocesser mot nya miljövänliga processer. Tillsammans har denna utveckling lett till en växande medvetenhet om miljövetenskapernas centrala betydelse när mänskligheten försöker övergå till ett mer hållbart förhållande till jorden och dess naturresurser . Peroxidaser har potential att minska miljöföroreningar genom biologisk sanering av avloppsvatten som innehåller fenoler, kresoler och klorerade fenoler, för biopulping och dekolourisering av syntetiska azofärgämnen för textilier. Peroxidaser (EC 1.11.1.7) är oxidoreduktaser som katalyserar reduktionen av peroxider, t.ex. väteperoxid (H2O2), och oxidationen av en rad olika organiska och oorganiska föreningar . Peroxidasaktiviteten innebär särskilt att man avger elektroner som binder sig till andra substrat, t.ex. ferricyanider och askorbat, för att bryta ner dem till ofarliga komponenter.

Peroxidaser har potential för biologisk sanering av avloppsvatten som är kontaminerat med fenoler, kresoler och klorerade fenoler, för biologisk blekning av pappersindustrin, nedbrytning av färgämnen från textilier och avlägsnande av peroxid från material, t.ex. livsmedel och industriavfall. Processvatten från textilfabriker har ofta en stark färgning på grund av förekomsten av rhodaminfärgämnen som är resistenta mot konventionell blekning och som kan brytas ned av peroxidas . Den unika förmågan hos vitröta svampar att bryta ner lignin beror till stor del på de ospecifika oxidationsreaktioner med hjälp av fria radikaler som utförs av deras extracellulära peroxidaser . Peroxidas oxiderar dimetoxibensen, lignindimerer, fenoler, aminer, färgämnen och aromatiska alkoholer i frånvaro av Mn(II); peroxidas oxiderar fenoliska och icke-fenoliska substrat. Ännu ett annat peroxidas, benämnt färgämnesavfärgande peroxidas från svampar av Agaricus-typ, har rapporterats katalysera oxidationen av färgämnen och fenolföreningar. Peroxidaser från olika källor är relativt ospecifika och ger vitröta svampar den unika förmågan att bryta ned en rad miljöföroreningar utomlands, t.ex. dioxiner, polyklorerade bifenyler, petroleumkolväten, ammunitionsavfall (t.ex. trinitrotoluen), industriella färgämnesutsläpp, herbicider och bekämpningsmedel .

2. Källor till peroxidas

Peroxidaser (EC 1.11.1.7) är vitt spridda i naturen. Dessa enzymer produceras av en mängd olika källor, däribland växter, djur och mikrober. Peroxidaser som produceras från mikrobiella källor såsom bakterier (Bacillus sphaericus, Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., Citrobacter sp.), cyanobakterier (Anabaena sp.), svampar (Candida krusei, Coprinopsis cinerea, Phanerochaete chrysosporium), aktinomyceter (Streptomyces sp., Thermobifida fusca) och jäst används för nedbrytning av föroreningar, produktion av djurfoder och råvaror för den kemiska industrin, jordbruks- och pappersindustrin, nedbrytning av textilfärgämnen, nedbrytning av lignin i pappersmassaindustrin, avfärgning av färgämnen, rening av avloppsvatten och även som biosensorer. Många växtkällor för produktion av peroxidaser har rapporterats, t.ex. pepparrot, papaya (Carica papaya), banan (Musa paradisiacal) och kala (Acorus calamus). Peroxidas som erhålls från pepparrot (HRP) används i stor utsträckning i diagnostiska kit, i ELISA för märkning av en antikropp, syntes av olika aromatiska kemikalier och avlägsnande av peroxider från material som livsmedel och industriellt avfall (figur 1).

Figur 1

En allmän reaktion som katalyseras av HRP.

3. Egenskaper hos peroxidas(er)

Peroxidaser är oxidoreduktas som katalyserar en mängd olika reaktioner, t.ex. reducering av peroxider, t.ex. väteperoxid, och oxidering av en mängd olika organiska och oorganiska föreningar. Dessa är hemeproteiner och innehåller järn(III)protoporfyrin IX som prostetisk grupp. De har en molekylvikt på mellan 30 och 150 kDa. Termen peroxidas representerar en grupp specifika enzymer, t.ex. NADH-peroxidas (EC 1.11.1.1), glutationperoxidas (EC 1.11.1.9) och jodperoxidas (EC 1.11.1.1).8), samt en mängd olika ospecifika enzymer som helt enkelt kallas peroxidaser.

4. Tillämpningar och biokatalys av peroxidaser vid hantering av miljöföroreningar

4.1. Avfärgning av syntetiska färgämnen

Färgämneavfall utgör en av de mest problematiska grupperna av föroreningar som betraktas som xenobiotika som inte är lätt biologiskt nedbrytbara . Dessa färgämnen används främst vid färgning av textilier, papperstryck, färgfotografering och som tillsats i petroleumprodukter. När dessa syntetiska färgämnen släpps ut i industriella avloppsvatten orsakar de miljöförstöring. Textilindustrin spelar en viktig roll för den ekonomiska ökningen i Indien. Vatten är en av de viktigaste naturprodukterna som används enormt mycket av människan, och det är inte onaturligt att ett växande samhälle genererar enorma mängder spillvatten eller avloppsvatten. För att uppnå biologisk nedbrytning av miljöfarliga föreningar framstår vitröta svampar som ett värdefullt alternativ. Möjligheten till oxidation bygger på vitröta svampars förmåga att producera oxidativa enzymer som laccas, manganperoxidas och ligninperoxidas . Dessa oxidaser och peroxidaser har rapporterats som utmärkta oxidationsmedel för nedbrytning av färgämnen .

Flera bakteriella peroxidaser har använts för avfärgning av syntetiska textilfärgämnen. Avlägsnande av kromat Cr (VI) och azofärgämnet Acid Orange 7 (AO7) med hjälp av Brevibacterium casei under näringsbegränsande förhållanden har studerats. AO7 användes som elektrondonator av Brevibacterium caseis reduktionsenzym för reduktion av Cr (VI). Det reducerade kromatet Cr (III) som komplexeras med det oxiderade AO7 bildade en lila intermediär. Avfärgning av olika azofärgämnen med Phanerochaete chrysosporium RP 78 under optimerade förhållanden studerades genom reaktionsmekanism via azofärgämnet. Peroxidas producerades under aeroba förhållanden som en sekundär metabolit i den stationära fasen. Bacillus sp. VUS, som isolerats från förorenad jord som förorenats av textilavloppsvatten, visade sig kunna bryta ned en mängd olika färgämnen. Produktion av ligninolytiska peroxidaser som direkt oxiderar aromatiska föreningar har beskrivits hos svampar . Andra peroxidaser upptäcktes i mikroorganismer som ansvarar för den biologiska nedbrytningen av industriella färgämnen tillsammans med ligninperoxidas . En ätbar makroskopisk svamp, Pleurotus ostreatus, producerade ett extracellulärt peroxidas som kan avfärga remazolbriljantblått och andra strukturellt olika grupper, inklusive triarylmetan, heterocykliska azo- och polymera färgämnen. Bromfenolblått avfärgas bäst (98 %), medan metylenblått och toluidinblått O avfärgas minst med 10 %. HRP visade sig bryta ned industriellt viktiga azofärgämnen som remazolblått. Detta färgämne innehåller minst en aromatisk grupp i sin struktur, vilket gör det till ett möjligt substrat för HRP . Färgnings- och blekningsenhetens föroreningar som sipprar ner i marken har förorenat grundvattnet och gjort det olämpligt för konsumtion (tabell 1).

4.2. Bioremediering av avloppsvatten: Biorientering av avloppsvatten: Avlägsnande av fenoliska föroreningar och relaterade föreningar

Industriella föroreningar har varit en viktig faktor som orsakat försämringen av miljön runt omkring oss, vilket påverkar det vatten vi använder; dess kvalitet och människors hälsa är direkt relaterade frågor. Förbättrad kvalitet och ökad kvantitet av vatten skulle medföra hälsofördelar. Säker vattenkvalitet eliminerar de smittämnen som är förknippade med vattenburna sjukdomar. Tillgång till en större mängd vatten kan förbättra hälsan genom att möjliggöra förbättrad personlig hygien. Vattenföroreningar orsakade att industriella avfallsprodukter släpptes ut i sjöar, floder och andra vattenförekomster som gör att det marina livet inte längre är gästvänligt. Peroxidaser har använts för biologisk sanering av avloppsvatten som förorenats med fenoler, kresoler och klorerade fenoler . Aromatiska föreningar, inklusive fenoler och aromatiska aminer, utgör en av de viktigaste klasserna av föroreningar. De förekommer i avloppsvatten från en mängd olika industrier, bl.a. kolkonvertering, oljeraffinering, hartser och plaster, träskydd, metallbeläggning, färgämnen och andra kemikalier, textilier, gruvdrift och bearbetning samt massa- och pappersindustrier . Fenoler och halogenerade fenoler som förekommer i bearbetat vatten från textilindustrin är kända för att vara giftiga och vissa av dem är farliga cancerframkallande ämnen som kan ackumuleras i livsmedelskedjan.

Peroxidaser utgör en viktig klass av enzymer som kan katalysera oxidativa kopplingsreaktioner av ett brett spektrum av fenolföreningar . Ligninperoxidas från Phanerochaete chrysosporium, HRP, myeloperoxidas, laktoperoxidas, mikroperoxidas-8, ett mångsidigt peroxidas från Bjerkandera adusta och kloroperoxidas från Caldariomyces fumago kunde omvandla pentaklorfenol till etraklor-1,4-benzokinon genom en oxidativ dehalogenering i närvaro av H2O2. Ett extracellulärt manganperoxidas som produceras av P. chrysosporium, P. sordida, C. subvermispora, P. radiata, D. squalens och P. rivulosu. Tvåelektronoxidation av detta extracellulära peroxidas med H2O2 ger förening I som genomgår två på varandra följande enelektronreduktionssteg genom att oxidera Mn2+ till Mn3+ som i sin tur oxiderar fenolföreningar . Många giftiga aromatiska och alifatiska föreningar förekommer i avloppsvatten från ett antal industrier. Bland dessa är fenol den vanligaste aromatiska föroreningen och förekommer även i förorenat dricksvatten. Fenol kan vara giftigt när det förekommer i förhöjda halter och är känt för att vara cancerframkallande. Det har en effekt på hälsan även vid låga koncentrationer. En laboratoriefenol behandlades med rapsrotens enzymextrakt (peroxidas) i närvaro av H2O2 som oxidationsmedel för att bilda motsvarande fria radikaler. Fria radikaler polymeriserar och bildar ämnen som är mindre lösliga i vatten. Utfällningarna avlägsnades genom centrifugering och resterande fenol uppskattades. Resultaten visade att enzymextrakt från rovröda bryter ner fenol mer effektivt. Ett annat mångsidigt peroxidas som produceras av P. eryngii och P. ostreatus oxiderade Mn2+ till Mn3+ liknande verkan av MnP, och även aromatiska föreningar med hög redoxpotential, som LiP gör, hade bred specificitet och oxiderade icke-fenoliska föreningar .

4.2.1. Mekanismen för HRP-H2O2-fenolreaktionen

Horseradiskt peroxidas genomgår en cyklisk reaktion när det reagerar med fenoliska substrat. Denna sekvens sammanfattas i följande reaktioner: Enzymet börjar i sin ursprungliga form (E) och oxideras av H2O2 för att bilda en aktiv intermediär förening som kallas förening 1 (Ei). Förening 1 oxiderar en molekyl fenol (PhOH) för att bilda en fri fenolradikal (PhO) och bli förening II (Eii). Förening II oxiderar en andra fenolmolekyl för att producera ytterligare en fri fenolradikal och fullbordar cykeln genom att återgå till sin ursprungliga form E. De fria radikalerna polymeriseras och bildar olösliga föreningar som fälls ut ur lösningen . Polymeriseringsreaktionen illustreras i Ännu ett annat peroxidas, benämnt färgämnesavfärgande peroxidas (EC 1 : 1 : 1 : 1 : ) från svampar av Agaricus-typ, rapporterades katalysera oxidationen av färgämnen och fenolföreningar (figur 2).

Figur 2

Reaktionsschema som är involverat i produktionen av hydroxylradikaler av vitröta svampar via kinonredoxcykling . 1,4-benzookinon (BQ) reduceras av kinonreduktas (QR) och ger upphov till hydrokinkinon (BQH2), som oxideras av något av de ligninmodifierande enzymerna till semikinoner . Produktionen av superoxidanjonradikalerna genom autoxidation katalyseras huvudsakligen av Fe3+ som reduceras till Fe2+. Fentons reagensbildning sker genom O2-dismutation till H2O2.

4.3. Avlägsnande av hormonstörande kemikalier (EDCs)

Vissa klasser av oxidativa enzymer har visat sig lovande för effektivt avlägsnande av EDCs som är resistenta mot konventionella avloppsbehandlingar. Även om kinetiken för reaktioner mellan enskilda EDC:er och utvalda oxidativa enzymer som HRP är väldokumenterade i litteraturen, har det gjorts få undersökningar av reaktioner med EDC-blandningar. EDC är en grupp av föreningar som på grund av sin kemiska struktur kan fungera som agonister eller antagonister till hormoner. De kan störa syntesen, utsöndringen, transporten, bindningen, verkan och elimineringen av endogena hormoner som är ansvariga för att upprätthålla homeostas, reproduktion, utveckling och integritet hos levande organismer och deras avkomma . De är allmänt spridda i miljön, men förekommer främst i avloppsvatten. Flera arbeten har rapporterat om EDC-oxidering med manganperoxidas. Med hjälp av 10 U/mL manganperoxidas från Pleurotus ostreatus eliminerades 0,4 mM bisfenol på en timme. Peroxidaser är också till hjälp vid avlägsnande eller nedbrytning av andra potenta miljöföroreningar, t.ex. kloraniliner och polycykliska aromatiska kolväten .

4.4. Nedbrytning av polyklorerade bifenyler (PAH) Pesticider

Pesticider omfattar ett brett spektrum av ämnen som oftast används för att bekämpa insekter, ogräs och svampar. Exponering för bekämpningsmedel hos människor förknippas med kroniska hälsoproblem eller hälsosymptom såsom andningsproblem, minnesstörningar, dermatologiska tillstånd, cancer, depression, neurologiska brister, missfall och fosterskador . Biologisk nedbrytning av bekämpningsmedel är det viktigaste och effektivaste sättet att avlägsna dessa föreningar från miljön. Mikroorganismer har förmågan att interagera, både kemiskt och fysiskt, med ämnen som leder till strukturella förändringar eller fullständig nedbrytning av målmolekylen .

Peroxidaser som extraheras från vissa svamparter har stor potential att omvandla flera bekämpningsmedel till ofarliga former. Omvandling av organiska fosforbekämpningsmedel genom vitröta svampar har studerats , och omvandling av flera organiska fosforbekämpningsmedel genom kloroperoxidas från Caldariomyces fumago har rapporterats. PAH:er består av två eller flera kondenserade aromatiska ringar och ingår i råolja, kreosot och kol . Den största delen av PAH-föroreningen har sitt ursprung i den omfattande användningen av fossila bränslen som energikällor. Peroxidaser och fenoloxidaser kan verka på specifika PAH:er genom att omvandla dem till mindre giftiga eller lättare nedbrytbara produkter. PAH:er oxideras av peroxidaser som ligninperoxidas och manganperoxidas . Trots deras mångsidighet och potentiella användning i miljöprocesser används peroxidaser ännu inte i stor skala. Olika utmaningar, såsom stabilitet, redoxpotential och produktion av stora mängder, bör lösas för att peroxidaser ska kunna användas vid omvandling av föroreningar. Peroxidaser som extraheras från vissa svamparter har stor potential att omvandla flera bekämpningsmedel till ofarliga former. Trots deras mångsidighet och potentiella användning i miljöprocesser används peroxidaser ännu inte i stor skala. Olika utmaningar, t.ex. stabilitet, redoxpotential och produktion av stora mängder, bör lösas för att peroxidaser ska kunna användas för omvandling av föroreningar.

4.5. Nedbrytning av klorerade alkaner och alkener

Förorening av mark och akviferer med de alifatiska halogenerade kolvätena trikloretylen (TCE) och perkloretylen (PCE) som allmänt används som avfettningslösningsmedel är ett allvarligt miljöföroreningsproblem. TCE utsätts för reducerande dehalogenering in vitro som katalyseras av LiP från P. chrysosporium i närvaro av tertiär alkohol, H2O2 och EDTA (eller oxalat), vilket leder till produktion av motsvarande reducerade klorerade radikaler . En stam av bakterien IM-4 som kan bryta ned imazethapyr (IMZT) isolerades från den IMZT-kontaminerade jorden. Denna stam visade också förmåga att bryta ned andra imidazolinonherbicider, t.ex. imazapyr, imazapic och imazamox. Extracellulära hydroxylradikaler som produceras av T. versicolor via kinonredoxcykling visade sig också katalysera nedbrytningen av PCE och TCE . TCE mineraliseras av P. chrysosporium-kulturer som odlas aerobt. Dessa forskare föreslog att TCE är föremål för reduktiv dehalogenering in vitro som katalyseras av LiP från P. chrysosporium i närvaro av tertiär alkohol, H2O2 och EDTA (eller oxalat), vilket leder till produktion av motsvarande reducerade klorerade radikaler .

4.6. Nedbrytning av fenoxialkanoiska och triazinherbicider

De vanligaste herbiciderna för breda blad i världen är 2,4-diklorfenoxiättiksyra (2,4-D) och 2,4,5-triklorfenoxiättiksyra (2,4,5-T). 2,4-D och kanske 2,4,5-T är en komponent i Agent Orange som användes i stor utsträckning som avlövningsmedel. 2,4-D är ganska känsligt för bakteriell nedbrytning och finns i allmänhet inte länge kvar i miljön. Å andra sidan är 2,4,5-T relativt sett mer motståndskraftig mot mikrobiell nedbrytning och tenderar att finnas kvar i miljön. Det har fått skulden för allvarliga sjukdomar hos många veteraner från Vietnamkriget, där de utsattes för Agent Orange som användes som avlövningsmedel. Dessa ämnen rapporterades också vara mutagena ämnen och därmed mycket giftiga för människor. Ligninolytiska peroxidaser från P. chrysosporium och Dichomitus qualens var inblandade i nedbrytningen av klorerade fenoliska intermediärer av 2,4-D och 2,4,5-T. Dessa resultat baserades på den ökade nedbrytningen av ringmärkt och sidokedjemärkt 2,4,5-T och 2,4-D av D. Squalens vid tillsats av Mn2+ (en känd inducerare av MnP) till mediet och på ökad nedbrytning av P. chrysosporium i kvävelimiterat medium (där produktion av både LiP och MnP induceras). Atrazin är ett vanligt förekommande triazinherbicid som bryts ned av ett antal vitröta svampar som producerar laccaser och peroxidas .

4.7. Nedbrytning av klorerade dioxiner

Polyklorinerade dibensodioxiner (PCDD) är en grupp mycket giftiga miljöföroreningar som är bekräftade cancerframkallande för människor och tenderar att bioackumuleras hos människor och djur på grund av sina lipofila egenskaper. Polyklorerade dibenzodioxiner (PCDD) och polyklorerade dibenzofuraner (PCDF) har visat sig kunna brytas ned av flera arter av vitröta svampar, vilket tyder på att LiP och MnP kan vara inblandade. Svampen P. sordida producerade MnP men inte LiP, och rå MnP visade nedbrytning av dioxinerna.

4.8. Nedbrytning av klorerade insektsmedel

Lindan (c-isomer av hexaklorcyklohexan) var tidigare ett allmänt använt bekämpningsmedel, och uppskattningsvis 600 000 ton lindan producerades globalt mellan 1950 och 2000. Det finns nu ett globalt förbud mot användning av lindan på grund av dess långvariga miljöpåverkan som förorening. P. chrysosporium odlad under ligninolytiska förhållanden rapporterades delvis mineralisera lindan i flytande kulturer och i en majskolvblandad jord som inokulerats med P. chrysosporium, men lindannedbrytning observerades inte in vitro med hjälp av renad LiP och MnP från P. chrysosporium . DDT (1,1,1-triklor-2,2-bisetan), det första av de klorerade organiska insekticiderna, användes i stor omfattning efter andra världskriget. Höga DDT-halter i jordbruksmark är mycket oroande eftersom de utgör ett allvarligt hot mot livsmedelssäkerheten och människors hälsa. Det har visat sig att de vitrötade svamparna P. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor och Phellinus weirii mineraliserar DDT .

4.9. Peroxidas som biosensorer

Biosensorer har definierats som analytiska anordningar som tätt kombinerar biokänslighetselement med fysiska transduktorer för detektion av målföreningen. Flera exempel på biosensorer som utvecklats för relevanta miljöföroreningar. Biosensorer kan t.ex. vara användbara för kontinuerlig övervakning av ett förorenat område . De kan också ha fördelaktiga analytiska egenskaper, t.ex. hög specificitet och känslighet (som är inneboende i det särskilda biologiska igenkänningsbiotestet). H2O2 anses vara en mediator för den biokemiska cellpatologin och kan vara inblandad i etiologin för åldrande och progressiva neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons sjukdom. På grund av dess avgörande roll i neurokemin har bestämning av koncentrationen av H2O2 varit ett mycket intressant forskningsområde. Elektrokemiska metoder baserade på peroxidasbiosensorer har visat sig vara mycket fördelaktiga för biovetenskapen på grund av deras direkta realtidsmätningar och förmåga till praktiska tillämpningar . En ny tredje generationens biosensor för väteperoxid konstruerades genom att HRP tvärbinds på en elektrod som modifierats med flerväggiga kolnanorör . Samtidigt ger biosensorer möjlighet att fastställa inte bara specifika kemikalier utan även deras biologiska effekter, t.ex. toxicitet, cytotoxicitet, genotoxicitet eller hormonstörande effekter, dvs. relevant information som i vissa fall är mer betydelsefull än den kemiska sammansättningen. Enzymatiska biosensorer bygger på selektiv hämning av specifika enzymer av olika klasser av föreningar, med minskningen av aktiviteten hos det immobiliserade enzymet i närvaro av målanalyten som den parameter som ofta används för kvantifiering.

En ny myoglobinbaserad elektrokemisk biosensor baserad på en nanokomposit som framställts av flerväggiga kolnanorör som belagts med ceria-nanopartiklar har utvecklats . En annan tillämpning av helcellsbiosensorer är bestämning av det biologiska syrebehovet (BOD). Bekämpningsmedel (herbicider, fungicider och insekticider) används i stor utsträckning inom jordbruk och industri runt om i världen på grund av deras höga insekticida aktivitet. Biosensorer är potentiellt användbara eftersom de upptäcker bekämpningsmedel snabbt och har varit aktiva inom forskningsområdet under några år. En annan värdefull HRP-baserad biosensor utvecklades där polyvinylpyrrolidon (PVP) nanofibrer spunnits med inkorporering av enzymet HRP. Med hjälp av svepelektronmikroskopi (SEM) av de spunna nanofibrerna bekräftades den ovävda strukturen som hade en genomsnittlig diameter på 155 ± 34 nm. De HRP-innehållande fibrerna testades med avseende på deras förändrade aktivitet efter elektrospinning och under lagring. En kolorimetrisk analys användes för att karakterisera HRP:s aktivitet genom att reagera med nanofibermattorna i en mikrotiterplatta och övervaka förändringen i absorptionen över tiden. Snabba och känsliga detektionsmetoder är av yttersta vikt för identifiering av patogener med anknytning till hälsa och säkerhet. Peroxidas används vid utvecklingen av en nukleinsyrasekvensbaserad lateralflödesanalys som uppnår en låg detektionsgräns med hjälp av kemiluminescens och enzymatisk signalförstärkning .

4.10. Användning i pappers- och massaindustrin

Massabiprodukterna (svartlut) och avloppsvattnet från massafabriken orsakar allvarliga miljöproblem på grund av den höga föroreningsbelastningen. Att lösa massa- och pappersindustrins miljöproblem är viktigt för att upprätthålla skogsindustrin och tillgodose skogssamhällenas föränderliga ekonomiska behov . Vid massatillverkning i pappersmassaindustrin används två huvudprocesser, nämligen vedsmältning och blekning. I processen för vednedbrytning kokas träflis i en lösning av natriumhydroxid och natriumsulfat vid förhöjd temperatur och förhöjt tryck för att bryta sönder fliset till fibermassa. Den kemiska reaktionen med träfibrerna löser upp alla depositionsmaterial som är svåra att bryta ned, och dessa derivat tvättas bort från fibrerna under tvätt- och avvattningsprocessen. De olika extrakt som bildas under tvättningen omfattar främst ligniner, cellulosa, fenoler, hartser, fettsyror och tanniner som blandas ihop till ett mörkt svart, visköst, alkaliskt avfall som kallas svartlut. Det alkaliska avloppsvattnet utgör endast 10-15 % av det totala avloppsvattnet men bidrar med nästan 90-95 % av den totala föroreningsbelastningen i form av högt pH, BOD, COD och färg, vilket gör det mycket giftigt för miljön. Det är därför lämpligt att behandla svartlut innan det släpps ut i miljön. De biologiska metoderna för behandling av svartlut som innebär användning av svampar, bakterier, alger och enzymer i ett enda behandlingssteg eller i kombination med andra fysikaliska och kemiska metoder verkar vara mer ekonomiska och miljövänliga. Bland de biologiska metoder som hittills har prövats är den mesta litteraturen begränsad till några få släkten av vitröta svampar på grund av deras ospecifika extracellulära enzymsystem (LiP, MnP och Laccase) som är involverade i den biologiska nedbrytningen av lignin.

5. Slutsats

Peroxidasets betydelse för avgiftning av förorenade miljöer beror på deras förmåga att katalysera reduktionen av peroxider, t.ex. väteperoxid, och oxidationen av en rad olika organiska och oorganiska föreningar och polymeriseringen av giftiga föreningar eller, genom korsreaktion, med andra fenoliska ämnen eller med kosubstrat med giftiga och ofarliga egenskaper, och genererar polymera produkter (dimmerer, trimmare, hybridoligomerer) som med stor sannolikhet kommer att ackumuleras i marken och/eller i vattensystemen. Peroxidaser har potential för biologisk sanering av avloppsvatten som förorenats med fenoler, kresoler och andra industriella avloppsvatten, för dekolourisering av textilfärgämnen, avlägsnande av hormonstörande kemikalier, nedbrytning av bekämpningsmedel, polyklorerade bifenyler, klorerade alkaner och alkener i marken, fenoxialkaniska herbicider, triazinherbicider, klorerade dioxiner och klorerade insekticider. Peroxidaser används också som biosensorer. De snabba framstegen i användningen av peroxidas för nedbrytning av föroreningar har kastat mer ljus över hållbara strategier för biologisk sanering av förorenande ämnen och miljöskydd med hjälp av olika enzymer. Miljöskyddet påverkas av tre sammanflätade faktorer: miljölagstiftning, etik och utbildning. Var och en av dessa faktorer spelar en viktig roll när det gäller att påverka miljöbeslut på nationell nivå och miljövärden och miljöbeteenden på personlig nivå. För att miljöskyddet ska bli verklighet är det viktigt att samhällen och nationer utvecklar vart och ett av dessa områden som tillsammans kommer att informera och driva miljöbeslut.

Acknowledgments

Detta arbete har finansierats av Council for Scientific and Industrial Research, New Delhi, inom ramen för CSIR-NET Junior Research Fellowship som tilldelats en av författarna (NB). Författarna är tacksamma mot CSIR, New Delhi, och Department of Biotechnology, Himachal Pradesh University, Shimla.