- 三苯基甲烷染料的微生物脫色
- 潘濤
- 2477字
- 2021-12-24 13:30:50
1.4
三苯基甲烷染料的危害
染料主要通過其生產和使用過程中產生的廢水進入環境。盡管已經報道了從生產某些三苯基甲烷染料的過程中釋放到環境中的物質清單,但尚無法獲得釋放到環境中的染料的準確數據[41]。然而,各種估計和計算表明,染料的1%~2%在制造階段損失,1%~10%在使用階段損失[42]。據估計,廢氣和洗滌液中會損失2%~3%的堿性染料。
孔雀石綠在魚類中的存在被確定為一種健康風險[43]。目前,孔雀石綠仍然在一些沒有嚴格法律的國家使用。2002年,我國農業部將其列入《食品動物禁用的獸藥及其它化合物清單》,禁止在食品動物中使用。雖然如此,但目前關于銷售和購買并無限制。三苯基甲烷染料中對環境危害最大的是結晶紫和孔雀石綠。
1.4.1 結晶紫
結晶紫(N,N,N',N',N″,N″-六甲基對玫瑰苯胺),是一種三苯基甲烷染料,作為一種生物著色劑和紡織加工業中的紡織染料,已被廣泛應用于人類和獸醫醫學[44,45]。結晶紫也稱為龍膽紫(不純的形式),是一種陽離子染料,每個苯環上有一個二甲氨基(圖1-3)。結晶紫被廣泛用作棉花和絲綢等紡織品的紫色染料,并為涂料和油墨提供深紫色。結晶紫還用于尼龍、改性尼龍和羊毛的染色,以及塑料、汽油、清漆、脂肪、油和蠟的著色[46-48]。結晶紫還可用作醫用溶液中的誘變劑和抑菌劑,以及用作預防禽類飼料中真菌生長的抗微生物制劑[49,50]。此外,醫學界還將結晶紫用作生物染色劑,并且是革蘭氏染色劑的重要成分。這種染料還可用作人體皮膚外用消毒劑。由于蛋白質是由不同的氨基酸組成的,很容易被結晶紫染色,因此可用作血液“指紋”的增強劑。

圖1-3 結晶紫的化學結構式
據報道,結晶紫是一種難降解的有機染料,長期存在于環境中,對水生和陸地生物都有毒性作用[44,45]。體外研究表明,結晶紫在某些魚類中起到有絲分裂毒藥、強致癌物、強破纖維原和促進腫瘤生長的作用[44,51,52]。因此,結晶紫被認為是一種生物危害物質。由于結晶紫是一種陽離子染料,對哺乳動物細胞具有劇毒性,因此可引起中度眼部刺激,對光致敏疼痛,對角膜和結膜造成永久性損傷。并且,在極端情況下,它也可能導致呼吸衰竭和腎衰竭[53,54]。三苯基甲烷染料是使用最廣泛的皮膚病藥物之一。早先,結晶紫被廣泛用于通過口服途徑治療蟯蟲病,并在人類和家畜中局部應用。已證明結晶紫在不同條件下能有效地控制真菌生長,因此添加到家禽飼料中。通過廣泛的藥用和商業用途,使人們直接或間接地將自身暴露于結晶紫中[44,54]。
來自不同行業的含有結晶紫的深色廢水,由于陽光穿透力降低,對水生植物的光合作用有顯著影響。并且,由于芳香族、金屬和氯化物等的存在,也可能對其他水生生物有毒[55,56]。在受納水體表面形成的一層較薄的深色染料最終會降低水體中的溶解氧含量和水生植物的光合作用。而在農業土壤中,結晶紫會抑制作物的種子萌發和生長[57]。
由于結晶紫對人體健康的不利影響,其已被列為危險化學品,并已被禁止用于水產養殖和食品工業。然而,由于其相對較低的成本、易得性和有效性,所以在一些領域仍然使用[58]。染料工業在染色過程中約有10%~20%的染料以游離態排放,但如果使用偶氮染料,該值可能會增加到50%。大量的染料和廢水排放到水資源中可能會嚴重影響美觀、氣體溶解度和水透明度[59,60]。因此,從不同行業的廢水中去除結晶紫,不僅對保護人類健康,而且對保護土壤和水生態系統都是至關重要的。從紡織廢水中去除結晶紫的方法多種多樣,包括化學氧化還原法、物理沉淀絮凝法、光解法、吸附法、電化學處理法、深度氧化法、反滲透法和生物降解法[45]。在這些處理方法中,生物降解法被認為具有成本效益、結構簡單、易于操作、代謝途徑多樣和微生物多樣性等諸多優點。與物理和化學處理方法相比,它具有更廣泛的應用和環境友好性,并且產生的污泥量更少[61-63]。
1.4.2 孔雀石綠
孔雀石綠是一種堿性染料,易溶于水,其化學結構式如圖1-4所示。孔雀石綠的殺菌作用自20世紀30年代中期就已為人所知[64]。在20世紀50年代,孔雀石綠作為一種非常有效的防腐劑,被用來對抗體內和體外的寄生蟲。在20世紀60年代,孔雀石綠被證明是對抗原生動物體外寄生蟲,特別是多裂小瓜蟲最有效的方法。當孔雀石綠對魚卵中的水真菌腐霉的有效性[65,66]及其在鮭魚增殖性腎病治療中的適用性[67]得到證明時,孔雀石綠變得更加重要。孔雀石綠最常被用于治療龍線蟲病、滴蟲病和皮膚真菌感染。短期孔雀石綠浴也被推薦作為鮭科鰓黃桿菌病的治療方法[68]。

圖1-4 孔雀石綠的化學結構式
孔雀石綠殘留物在環境中持續存在,并對一系列水生和陸地動物造成急性毒性,對公眾健康造成嚴重風險,并造成潛在的環境問題。據報道,孔雀石綠對魚類有致癌、致畸、繁殖力降低和呼吸道毒性等效應。血液的某些生化參數也會發生顯著變化,如總膽固醇增加,血漿中磷和鈣水平降低等[69]。哺乳動物的臨床和實驗研究表明,孔雀石綠可作為一種多器官毒性化合物。例如:兔子腎臟改變,大鼠生長和繁殖力降低;肝、脾、腎和心臟損害;皮膚、眼睛、肺和骨骼病變;對大鼠和小鼠的致畸作用。在涉及肝、肺、乳腺、卵巢和甲狀腺腫瘤的實驗動物中證實了致癌作用[70,71]。除了所呈現的毒性效應之外,從患病的鯉魚和鱒魚中分離出的一些細菌對孔雀石綠表現出抗性,這是孔雀石綠造成環境問題的證據[70]。尤其是考慮到這種染料對食品制備中常用的熱處理穩定時,食品中孔雀石綠的殘留變得更加令人擔憂。Mitrowska等研究了使用不同烹飪方法的鯉魚片中孔雀石綠和隱性孔雀石綠的持久性[72]。烹飪15min后,觀察到隱性孔雀石綠的濃度并未降低,這表明該物質在食品的熱處理條件下具有更高的穩定性。2007年,孔雀石綠被聯合國糧食及農業組織(FAO)/世界衛生組織(WHO)食品添加劑聯合專家委員會(JECFA)列入毒理學評估優先事項清單,目的是為食品中獸藥殘留分法典委員會(CCRVDF)提供關于在供人食用的動物中使用該物質的指導[美國食品藥品監督管理局(USFDA),2007年]。在CCRVDF第18屆會議的報告中,在審查了現有文獻后,JECFA重申,由于其主要生物轉化產品隱性孔雀石綠具有毒性,孔雀石綠不能用于人類食用的動物。
三苯基甲烷染料由于其顏色鮮艷、性質穩定,故而在多種行業廣泛應用,也造成了顯著的環境問題。因此,如何處理三苯基甲烷染料污染,已成為巨大的現實挑戰和亟須解決的問題。