聚天冬氨酸的生物降解性和环境毒性研究.doc

聚天冬氨酸的生物降解性和环境毒性研究 摘要：本文对聚天冬氨酸（PASP）的生物降解性和环境毒性进行了综合研究好氧生物降解性试验表明， PASP属易生物降解性有机物一般条件下，PASP的降解率10d为18.5%，28d为 66.9%，其生物降解性明显优于目前同类主导产品聚丙烯酸进一步研究显示，水溶液中存在4.2×10-4mol/L Ca2+，Mg2+，Fe3+和Zn2+没有对PASP的降解率产生严重影响，而存在4.2×10-4mol/LCu2+和Hg2+则导致PASP的降解率大幅下降此外，两种主要工艺产品的比较试验表明，以天冬氨酸单体原料制得产品的生物降解性优于以马来酐和氨水为原料的产品，28d降解率高出14.1%环境毒性实验表明： 1000mg/L以下，PASP对单子叶植物-小麦和双子叶植物-黄瓜的发芽率和芽形态无显著影响；小鼠急性毒性试验LD50≥5000mg/kg.bw，PASP为实际无毒物质；剂量≤5.0g/kg.bw时，小鼠骨髓嗜多染红细胞（PCE）微核的发生率与阴性对照相近，PASP不是染色体畸变型致突变物质Ames试验显示，对TA97，TA98，TA100和TA102菌株，在加与不加S9，剂量为0.008～5mg/皿时，PASP的MR最大值为1.45，最小值为0.67，呈阴性，PASP也不是基因突变型致突变物质。

综合各试验结果，可以初步认为PASP是环境友好型化合物关键词：聚天冬氨酸（PASP）；环境友好；生物降解性；急性毒性；致突变性； COMPREHENSIVELY EVALUATION ON BIODEGRADABILITY AND ENVIRONMENTAL TOXICITY OF POLYASPARTIC ACIDAbstract:In this paper, the biodegradability and environmental toxicity of polyaspartic acid(PASP) is comprehensively evaluated. By tests of aerobic biodegradation, it is concluded that PASP is a readily biodegradable polymer. The results show that the percentages of degradation in 10d and 28d are respectively18.5% and 66.9% under common test condition. Its biodegradability is better than polyacrylic acid, which is a current commodity of water treating agent. Moreover, the results indicate that the percentage of degradation is not dropped by 4.2×10-4mol/L of Ca2+,Mg2+, Fe3+, Zn2+, but is derogated by 4.2×10-4mol/L of Cu2+,Hg2+ existing in aqueous medium. It is also revealed that the biodegradability is different by different prepared method, e.g., at the end of test(28d), the degradation percentage of product made from aspartic acid is 14.1% higher than that synthesized by maleic anhydride and ammonia. By germinating tests of wheat (monocotyledon) and cucumber (dicotyledon), it is showed that 1000mg/L of PASP has not markedly influence on the germination ratio and shape of sprout. By tests of mouse acute toxicity, it is revealed that LD50≥5000mg/kg.bw and PASP is a actually nonpoisonous material. By tests of mouse micronucleus, it is showed that micronucleus generation ratio is nearly negative under the level of 5.0g PASP /kg.bw，i.e. PASP is not mutagen of chromosome aberration type. The results of Ames test indicate that PASP is negative, the maximal value of MR is 1.45 and the minimal value of MR is 0.67 in the range of 0.008～5mg PASP/dish for TA97,TA98,TA100,TA102 with or without S9, i.e. PASP is also not mutagen of gene mutation type. By comprehensively analysis of these data, it is drawn a primary conclusion that PASP is an environmentally friendly chemical.Key Words: Polyaspartic acid（PASP）;environmentally friendly; biodegradability; acute toxicity; mutagenicity；水资源危机及污染日益严重是当今世界的一个突出问题。

在工业用水方面，为了更好地节约用水、合理用水，人们普遍采用各种水处理药剂 [1]水处理药剂的研究和应用，一直是各国水处理工作者研究开发的热点绿色化是21世纪水处理药剂发展的方向，绿色化学概念的提出和发展使得人们对现有的水处理剂开始了重新认识具有羧酸基团的聚合物是一类重要的水溶性聚合物，如聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸都已被广泛用作清洁剂，阻垢剂，絮凝剂应用的特点决定它们在使用后很难被收集和回用，而被直接释放入环境但是，目前已证实聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸很难被生物降解，因此这些非生物降解性的水溶性聚合物被释放入自然环境后所产生的散布和积累问题十分令人担忧特别是其低聚物，可能对环境造成的危害更大从保护环境角度看，迫切需要非生物降解性羧基聚合物的替代产品聚氨基酸具有游离羧基，又是一类可生物降解的水溶性聚合物，十分有望成为聚丙烯酸的替代产品，因而成为近几年研究的热点特别是聚天冬氨酸（PASP），可以实现低价格和工业化规模生产，而倍受国内外研究者关注[2，3]关于PASP的研究报道已有一些，但是关于PASP环境友好性的综合评价研究报道较少本文就此从其生物降解性和环境毒性方面进行了研究论述1材料与方法1.1 材料（1）PASP：实验室自制。

样品经静态阻垢试验表明，5mg/L时对碳酸钙、硫酸钙阻垢率接近100%，可作为高效阻垢剂使用，具有代表性2）植物材料：单子叶：小麦，东农42；双子叶：黄瓜，长春密刺；均由东北农业大学提供3）动物材料：昆明种小白鼠（批准证号：医动字第09-2-1号）购自黑龙江省肿瘤研究所试验动物中心实验室温度为26℃，湿度65%提供符合要求的基础饲料和自来水自由摄食4）Ames实验用4株菌TA97、TA98、TA100、TA102 由美国加州大学Ames实验室提供经菌株特性鉴定符合实验要求1.2 研究方法（1）生物降解性试验：以葡萄糖（Glucose）和聚丙烯酸钠(PAAS)为参照，取污水处理厂水样为接种水，参照ISO9439和OECD301B有关水溶液中有机物的好氧生物降解性评价试验-CO2 变化的实验方法进行[4,5]采用酸碱滴定法测试，计算出降解率DM%表示结果式中： ΣmT：由试验开始至测量时受试混合液释放CO2总量，mg；ΣmB：由试验开始至测量时空白对照组释放CO2总量，mgTh CO2= TOCc ×VL×44/12 式中： TOCc：受试混合液中受试化合物的总有机碳浓度，mg/L；VL：试验容器中受试混合液的体积，L；44 ：CO2的摩尔质量，g/mol；12 ：C的摩尔质量，g/mol。

mT 或mB = 1.1（50- VA）式中： mT：受试混合液释放，被吸收剂捕获的CO2量，mg； mB：空白对照释放，被吸收剂捕获的CO2量，mg； VA：用于滴定Ba(OH)2溶液的HCl溶液的体积，ml2）种子发芽试验：选取小麦为单子叶植物代表，黄瓜为双子叶植物代表以蒸馏水为空白，设PASP50mg/L，500mg/L和1000mg/L 3个浓度水平，空白和每一水平精选114粒种子进行浸种，控制一定温度和湿度进行发芽试验小麦温度控制在14±1℃，黄瓜温度控制在21±1℃进行培养72h后，检查出芽情况，计算发芽率3）小鼠急性毒性试验：选用小白鼠10只，雌雄各半，体重分布18.0～22.0g按性别分成2组，每组5只雌雄小鼠均按10000mg/kg体重剂量，以每100g体重灌胃2ml的体积将PASP水溶液经口灌胃每8h灌胃1次，灌胃前禁食8 h，灌胃后2 h开始给予饲料和饮水，连续观察14 d记录小鼠中毒症状和死亡结果采用Horn法计算LD504）小鼠微核试验：体重25～30g的小白鼠，，共50只，雌雄各半，随机分成5组设高、中、低三个剂量组，高剂量组为5.0g/kg.bw；中剂量组为2.5g/kg.bw；低剂量组为1.25g/kg.bw；阴性对照组经口灌胃等量蒸馏水；阳性对照组经口灌胃环磷酰胺，剂量为60.0mg/kg.bw。

所有各组均按20ml/kg.bw容积进行灌胃采用30 h给受试物法，即第一次给受试物24 h后，再次给受试物，6 h后颈椎脱臼处死小鼠，取股骨，常规制片显微镜下观察每只小鼠1000个嗜多染红细胞(PCE)，记录有微核的细胞数，计算出微核细胞率并对试验结果进行泊松分布检验[6]5）Ames试验：PASP样品用二甲基亚砜(DMSO)溶解后，剂量设计为5mg/皿、1mg/皿、0.2mg/皿、0.04mg/皿和0.008mg/皿除上述5个浓度组外，又设自发回变对照(DMSO)和阳性对照阳性对照中，加肝微粒体酶系（+S9）用2-AF，不加肝微粒体酶系（-S9）用DEXON采用平板掺入法，每皿加入量为0.1ml每个剂量做3皿，以3皿回变菌落数平均值计算诱变指数MR值2结果与讨论2.1生物降解性试验2.1.1 PASP与PAA的生物降解性比较本研究以葡萄糖（glucose）和苯胺(aniline)为参照，对PASP和PAA的降解性进行了比较研究采用的PASP是应用单体天冬氨酸热缩聚合制备，MW=2300研究结果以产生CO2累积降解曲线表示（见图1）由图1可见，葡萄糖10d和28d降解率分别为87.2%和90.3%, 苯胺的。