煤微生物降解转化研究现状进展
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作者:刘韵
摘要：煤是我国重要的能源之一，但煤的使用会产生大气、土壤、固废等生态环境污染，因此，如何降解转化煤炭成为当前煤炭处理主要问题之一。微生物对煤炭具有一定的降解转化能力，真菌及细菌在生长过程中产生的碱性物质、表面活性剂、螯合剂等均可降解转化煤炭。同时，微生物生成的部分酶对煤炭中的物质具有特异性降解功能，从而减少煤炭对环境的污染。
关键词：煤;微生物;降解
中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.126
Abstract： Coal is one of important energy in our country， but the use of coal will produce the ecological environment such as air， soil， solid waste pollution， therefore， how to degrade into coal become one of the main problems of coal processing. Microorganisms have certain ability to degrade and transform coal， and the alkaline substances， surfactants and chelates produced by fungi and bacteria in the growth process can degrade and transform coal. At the same time， some enzymes produced by microorganisms have specific degradation function to the materials in coal， so as to reduce the pollution of coal to the environment.
Key words： Coal;Microbial;Degradation
当前，放眼全球，矿业类生产呈收缩姿态，而在我国国内，矿产品的需求也呈递减趋势[1]。目前，在我国煤矿业中，褐煤的使用最为频繁。褐煤燃烧值较低，被称为低劣煤，主要用于工业生产，但褐煤燃烧会释放大量含硫及含氮废气，直接燃烧会造成大气污染。同时，除褐煤外，我国整体矿山呈现点多面广的问题，由此易引发多种环境问题：土地损毁、废水产出、固体废物积存等。
煤的微生物降解转化指利用微生物（包括真菌、细菌和放线菌等）将煤由大分子有机物转化为小分子有机物。煤的微生物降解分为三个阶段，液化、解聚和脱色，其中液化包括碱性化学物质（Quigley et al.，1988）、表面活性剂（Fakoussa，1988）及酶促（Fakoussa and Hofrichter）三种作用方式。同时，煤的微生物降解具有二次污染少、成本较低、能耗低、条件温和等优势。
因此，使用有效的微生物对煤矿进行降解转化，将有利于我国资源、经济、环境和谐发展，符合国家、地方产业政策以及能源发展。
1 煤的结构特征
煤的结构包括煤的化学结构及物理结构，其中化学结构反应物质内部各元素原子组成的秩序，即原子的连接方式和顺序;物理结构则反应物质分子间空隙结构及其堆积方式。
根据官能团特征研究，表明煤中主要的基团有：芳香烃（Ar-H）和脂肪烃（R-H），孤立的和氢键化的-OH与-NH2，羰基（C=O），酚（C-O），醚键（R1-O-R2），芳环，未发现有独立的C=C和C≡C等不饱和键[2]。
2 煤微生物降解转化研究进展
2.1 煤微生物降解转化的方法及机理
以褐煤为例，早期的褐煤中包含木质素等部分植物组织的特征，即褐煤中含有芳香酸、酚类等结构，这些结构物质被称为腐殖酸。腐殖酸的存在使得微生物降解转化煤炭成为可能。因此，微生物是否能够降解转化煤炭的主要依据为微生物是否能够降解、转化木质素。目前，微生物降解转化褐煤主要通过以下三种机理：
（1）微生物生长时，利用培养基中的多肽或多肽产生的碱性物质溶解褐煤中的酸性物质[3]。
（2）微生物分泌的螯合物和表面活性剂对褐煤具有部分液化的作用[4]。
（3）微生物分泌的某些酶对褐煤具有降解转化作用，主要为对木质素具有降解转化作用的酶，包括木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、水解酶等[5]。
2.2 真菌对煤的降解转化作用
2.2.1 碱性物、表面活性剂、螯合剂对煤的降解转化作用
真菌对煤的降解转化作用主要通过真菌生长时所产生的碱性物、表面活性剂、螯合剂以及体内酶催化四种方式。碱性物质可以中和煤中的酸性物，表面活性剂则起到保护作用酶的性能，减少降解性酶与煤中的氧化聚合物作用导致酶活性的降低，同时，表面活性剂可改变部分酶的反应位点，以提高降解性酶活性，达到更高降解煤的作用。
2.2.2 生物酶对煤的降解转化作用
由于绝大多数褐煤中含有大量木质素，因此，降解煤的生物酶主要由具有降解木质素功能的生物酶组成，而木质素降解菌的筛选同时也成为降解煤菌种筛选的主要来源之一。
2.3 细菌对煤的降解转化作用
2.3.1 碱性物、表面活性剂对煤的降解转化作用
同真菌类似，细菌在生长过程中所产生的碱性物具有中和煤中酸性物质的作用，从而减少煤的污染性能。
与真菌相比，细菌在生长过程中会分泌中较多的表面活性剂，表面活性剂可降低煤的表面張力，从而提高煤的可溶性，因此，细菌在生长过程中所产生的表面活性剂可液化部分褐煤和烟煤，从而起到降解转化煤的作用。 2.3.2 生物酶对煤的降解转化作用
细菌的煤降解转化作用主要通过胞外酶进行，某些细菌所产生的胞外酶对煤具有液化性能，例如Streptomyces viridosporus T7A所产生的胞外酶可以形成大量的酸性沉淀物、多酚以及多聚木质素等分解转化煤时的中间产物。而细菌在环境胁迫下所产生的细菌性酪氨酸酶则可以特异性降解酚类物质，这些酶的特征都为细菌降解转化煤提供了理论依据。
3 结语
目前，已发现微生物对煤炭具有降解转化作用，但仍存在一定问题：
（1）煤微生物降解研究主要集中于微生物生长过程中所产生的碱性物质、表面活性剂、螯合剂以及部分酶，但对于微生物分子水平的研究较少，降解煤过程中的降解途径仍不明确。
（2）研究主要集中于实验室阶段，即使已筛选出高效的降解菌，但在实际应用上，单一菌种较难存在，因此研究难以应用于现实。
参考文献
[1]何杨，刘健.简析新形势下煤炭现状和发展[J].时事文化参考，2016（3）：71-71.
[2]Goldberg E D.Black carbon in the environment：properties and distribution[M].New York：John Wiley$Sons，1985，1：198.
[3]Cohen M S， Bowers W C， Aronson H， et al. Cellfree solubilization of coal by Polyporus versicolor[J].Appl Environ Microbiol，1987，53（12）：2840-2843.
[4]Quigley DR， Breckenridge CK， et al. Effect of multivalent cations found in coal on alkai-and biosolubilities[J].Am Chem Soc Div Fuel Chem Prep，1988，33：580.
[5]王风芹，袁红莉，陈文新.微生物降解褐煤的酶学机理[J].生物技术，2002，12（2）：45-47.
收稿日期：2019-06-23
作者简介：刘韵（1995-），女，漢族，硕士研究生，研究方向为生物修复。
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