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血紅密孔菌Pycnoporus sanguineusSYBC-L12固態(tài)發(fā)酵水稻秸稈產漆酶及其對染料的脫色作用

2013-02-19 05:52:02蔡宇杰廖祥儒劉家揚袁小曼馬德麗席艷茹
食品與生物技術學報 2013年3期
關鍵詞:漆酶脫色氮源

孫 嘯, 蔡宇杰, 廖祥儒, 張 峰, 劉家揚, 袁小曼, 馬德麗, 席艷茹

(江南大學 工業(yè)生物技術教育部重點實驗室,江蘇 無錫 214122)

漆酶 (p-苯二醇:氧化還原酶,EC 1.10.3.2)是一種含銅的多酚氧化酶,為單電子氧化還原酶,具有特殊的催化性能和廣泛的作用底物[1]。近年,漆酶作為綠色生物催化劑,在環(huán)境保護與修復方面倍受關注,尤其在紙漿生物漂白[2]、廢紙脫墨[3]、土壤修復[4]、染料脫色[5-7]環(huán)境污染物質的去毒與降解[8]等方面顯示出較大研究價值和應用潛力,成為環(huán)境保護用酶研究的熱點。

漆酶廣泛存在于多種植物、真菌體內,以及少數昆蟲、細菌中。目前的研究報道主要集中于分泌漆酶能力較強的白腐真菌,如彩絨革蓋菌 (Coriolus hisutus),變色栓菌 (Trametes versicolor),糙皮側耳(Pleurotus ostreatus)等。漆酶在自然界分布廣泛,但真正在自然條件下生長具有較強木質素降解能力和較高漆酶生產的菌株并不多,因此篩選漆酶高產菌株具有重要現實意義。

近年來,漆酶的發(fā)酵逐漸趨向于廉價易得的工農業(yè)副產物或廢棄物,如用栗子殼,用大麥麩[9],用椰肉[10],用葡萄籽[11]作為固態(tài)支撐物和底物對漆酶進行發(fā)酵生產均被國外學者報道過??梢娎靡恍﹣碓磸V泛、廉價的基質發(fā)酵漆酶具有較大的研究價值。

水稻秸稈作為重要的農業(yè)廢棄物每年在全世界范圍內的產量相當可觀。傳統的處理方法是掩埋和焚燒,不僅浪費生物質的潛在應用價值,而且對環(huán)境大氣造成污染。用水稻秸稈進行固態(tài)發(fā)酵產漆酶不僅模擬了白腐菌生長的自然條件,使其更易生長,而且相對于液態(tài)發(fā)酵具有耗能少、污染小、操作方便等優(yōu)點,發(fā)酵處理后的水稻秸稈由于其木質素部分被降解以及附加營養(yǎng)物質亦可用做造紙原料、燃料乙醇的生產原料和動物飼料等。因此,作者考慮應用水稻秸稈進行漆酶固態(tài)發(fā)酵,不僅可以對水稻秸稈進行綜合利用,而且還可以帶來更高的經濟價值。

合成染料由于其具有制造成本低、使用方便、顏色多樣性及穩(wěn)定不易被分解而被廣泛應用于紡織、造紙、服裝、醫(yī)藥以及食品工業(yè)等,其種類多達10 000多種,并且全世界每年可生產70萬噸的合成染料[12]。在合成染料的使用過程中,多達15%未被充分使用而隨著污水排放出來。這些合成染料根據其化學成分多分為蒽醌類、偶氮類、雜環(huán)類、三苯甲烷類、酞菁類[13],對環(huán)境具有嚴重的污染,同時具有毒性、誘變和致癌的作用,嚴重威脅人類健康、動植物生長。傳統處理合成染料廢水的方法多為凝固、絮凝、吸附、膜過濾、光照射法等,盡管效率較高,但處理成本高昂,且處理后的固型廢棄物還要進行后處理,比如填埋。而漆酶作為一種天然的氧化還原催化劑,可將部分合成染料降解成小分子或合成更大分子的化合物,從而消除或降低其毒性和污染程度。

作者從江蘇無錫惠山的朽木上篩選出一株具有較好漆酶分泌能力的菌株——Pycnoporus sanguineus SYBC-L12,并對該菌株進行了18S rRNA基因序列分析,同時初步研究了其利用水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵產漆酶的條件,以及對合成染料的降解作用,以期為今后的研究和工業(yè)應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 菌種

菌株Pycnoporus sanguineus SYBC-L12,由本實驗室篩選自江蘇無錫惠山,并于4℃保藏。

1.2 主要材料及試劑

水稻秸稈取自無錫市郊,烘干后切碎;豆粕、玉米漿、麩皮、花生餅粉、餐廚粉為市售;2,6-二甲氧基酚 (DMP,2,6-Dimethoxyphenol)、愈創(chuàng)木酚、染料Remazol Brilliant Blue R、Acid Blue 129、Reactive Blue 4、Methyl Blue、Toluidine Blue、Acid Red 1、Ractive Black 5,均購自Sigma公司;其它試劑均為國產分析純。

1.3 培養(yǎng)基

1.3.1 顯色培養(yǎng)基 PDA瓊脂培養(yǎng)基,添加愈創(chuàng)木酚,終濃度為0.5 mmol/L。

1.3.2 種子培養(yǎng)基 PDA液體培養(yǎng)基。

1.3.3 固態(tài)發(fā)酵基礎培養(yǎng)基 水稻秸稈 (粒度10~15 mm)25 g/dL,含水量 75%,pH 自然。

1.4 菌株生長特性研究

菌株SYBC-L12點接于PDA顯色培養(yǎng)基平板,30℃恒溫培養(yǎng),觀察菌落形態(tài)。

菌株SYBC-L12接種到固態(tài)發(fā)酵基礎培養(yǎng)基中,30℃恒溫培養(yǎng),觀察菌體生長狀態(tài)。

1.5 菌株分子生物學鑒定

1.5.1 18S rRNA序列測定 參照 Lomascolo等的酚-氯仿法提取SYBC-L12基因組總RNA。以基因組RNA為模板 ,利用真菌通用引物來擴增 18S r RNA。擴增程序:首先 94℃預變性 2 min,94℃ 變性 1 min;54 ℃ 退火 45 s,72 ℃延伸 115 min,34個循環(huán);最后 72℃充分延伸 10 min。序列測定由上海生工完成。

1.5.2 18S rRNA基因進化樹的構建 通過BLAST(http://www.ncbi.n.m.nih.gov/BLAST)對菌株的 18S r RNA基因序列進行同源分析。多序列比對采用ClustalW 1183,用BioEdit 7.01進行序列調整。利用Mega3.1軟件采用鄰位相連法(neighbor-joining,NJ)構建進化樹,進行1 000次bootstrap檢驗。

1.6 漆酶酶活的測定

反應體系3 mL,包括0.5 mL DMP、2.4 mL磷酸-檸檬酸緩沖溶液 (20 mmol/L,pH=3)0.1 mL 酶液,在470 nm處測定OD吸收值。以1 min氧化1 μmol的 DMP 生成 3,5,3’,5’2 四甲氧基二苯醌(ε470mm=49.6 L/(mmol·cm)) 所需要的酶量定義為 1個酶活力單位 (U)。

1.7 水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵產漆酶條件的優(yōu)化

1.7.1 水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵產漆酶曲線的測定及所得漆酶的最適溫度和pH 從實驗室篩選出一株利用水稻秸稈產漆酶活性相對較高的白腐菌Pycnoporus sanguineus SYBC-L12,在固態(tài)發(fā)酵基礎培養(yǎng)基中培養(yǎng)22 d,測定其發(fā)酵產酶曲線。將所得酶液在不同的反應溫度(30~90 ℃)和反應 pH(2~7)下測定其酶活力。

1.7.2 種齡及培養(yǎng)溫度對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 在培養(yǎng)7 d的菌落平板上挑5片菌落(直徑0.8 cm)于50 mL的種子培養(yǎng)基中,30 ℃,200 r/min,分別培養(yǎng) 1~5 d,接入固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中,其它條件不變,培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。 將培養(yǎng)箱溫度分別調整為 23、27、30、35、37℃,其它條件不變,培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。

1.7.3 秸稈粒度和起始含水量對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 將秸稈分別粉碎成粒度為 (mm)0~5、5~10、10~15、15~20、20~25,其它條件不變,培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。固態(tài)培養(yǎng)基的含水量分別調整為料水比 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5,其它條件不變,培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。

1.7.4 碳源及氮源的種類及添加量對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 在固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中分別用不同的碳源 (葡萄糖、檸檬酸、蔗糖、麥芽糖、淀粉、果糖、乳糖),初始添加量為20 g/L,及氮源(豆粕,玉米漿,麩皮,花生餅粉,餐廚粉,酵母膏,蛋白胨,牛肉膏,干酪素,尿素,硫酸銨,磷酸二氫銨,酒石酸銨,硝酸鈉,硝酸銨,乙酸銨),初始添加量為15 g/L,以及對照(不加碳氮源),其它條件不變,30℃下靜置培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。對其中能使酶活力或產量顯著提高的因素在其對應的不同的添加量下進行優(yōu)化,選擇最適添加量。

1.7.5 銅離子濃度及添加時間對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 銅離子對白腐菌產漆酶具有較強的誘導作用,不同的濃度及不同的添加時間均對其影響不同。本實驗在固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中分別添加不同濃度的CuSO4·5H2O (0~5.0 mmol/L水溶液)以及分別在發(fā)酵培養(yǎng)的第1、4天加入CuSO4·5H2O水溶液,30℃靜置培養(yǎng)一定時間,測定漆酶活力。

1.8 粗酶液的制備

將發(fā)酵后的酶曲加入去離子水,攪拌將其打散,在30℃,200 r/min條件下搖床振蕩6 h,將混合物用真空泵抽濾后用冷凍離心機以轉速10 000 r/min離心10 min,得到的上清液即為粗酶液,測定漆酶活力,進行后續(xù)工作。

1.9 漆酶對合成染料的脫色降解作用

1.9.1 合成染料脫色率的計算 使用Mapada TM UV-1600型可見光分光光度計,通過記錄一定時間內染料在最大吸收波長處的OD值變化,根據公式計算:脫色率=((A0-A)/A0)×100%,式中,A0為染料的初始吸收OD值,A為染料的終止吸收OD值。

1.9.2 漆酶常溫下和60℃下對蒽醌、偶氮、三苯甲烷、亞胺醌類染料的脫色作用 選取蒽醌類染料AB129(200 mg/L)、RBBR(150 mg/L)、RB4(200 mg/L),偶氮類染料 AR1(20 mg/L)、RB5(50 mg/L),三苯甲烷類染料MB(20 mg/L),亞胺醌類染料TB(10 mg/L)。反應體系為3 mL,包括0.5 mL粗酶液、1.0 mL合成染料,1.5 mL的20 mmol/L pH 3的磷酸-檸檬酸緩沖液。在常溫下反應24 h,分時間段進行最大吸收波長下的OD值測量,根據公式計算得出脫色率。將反應體系置于60℃水浴鍋,重復以上步驟得出60℃下漆酶對染料的脫色作用。將染料AB129、RBBR、RB4、MB 和 TB 按一定比例混合,在3 mL體系下進行酶的脫色作用,反應120 min,定時全波長掃描。

1.9.3 金屬離子對漆酶降解染料的作用 在實驗室選取工業(yè)染料廢水中常見金屬離子Zn2+、Cu2+、Fe3+、Ca2+、Mn2+、Pb2+、Ba2+、Al3+和 Co2+, 分別配制成濃度為10 mmol/L的鹽溶液。同樣在以上5種染料脫色反應體系中加入等體積的鹽溶液和對照(不加)。常溫下反應30 min,記錄其OD值。

2 結果與討論

2.1 SYBC-L12生長特性的研究

將選用的白腐菌SYBC-L12接種到愈創(chuàng)木酚平板,結果如圖1(a)所示,SYBC-L12菌絲為潔白絨毛狀,菌落四周及底部均有紅色變色圈產生,表明漆酶氧化特征底物,產生顯色的氧化反應,從而可以初步判斷其在生長過程中分泌了胞外漆酶。

對SYBC-L12進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵10 d,結果如圖1(b)所示,固態(tài)培養(yǎng)基上長滿了SYBC-L12菌絲,表明此菌株對秸稈具有良好的適應性。

圖1 SYBC-L12平板生長特征和固態(tài)發(fā)酵生長特征Fig.1 Morphological character of SYBC-L12 on PDA plateandundersolid-statefermentationofricestraw

2.2 SYBC-L12的18S rRNA進化樹分析

經擴增,得全長為639 bp的18S rRNA序列,提交GenBank,其登錄號為HQ891296。根據BLAST結果,取相似度較高的序列構建N-J樹,如圖2所示。 通過N-J樹分析發(fā)現,SYBC-L12與Pycnoporus sanguineus FCL229(JF308952)同源性較高,為99%,說明與其親緣關系比較接近,二者可以聚為一枝。此外,該枝與Pycnoporus sp.aff4(EU863192.2)的相似度為99%,三者均屬于密孔菌屬 (genus Pycnoporus)。 該 菌 定 名 為 Pycnoporus sanguineus SYBC-L12,屬于擔子菌亞門,多孔菌科,密孔菌屬。

圖2 Pycnoporus sanguineus SYBC-L12 N-J樹圖Fig.2 N-J Evolution tree of Pycnoporus sanguineus SYBC-L12

2.3 水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵產漆酶條件優(yōu)化

2.3.1 Pycnoporus sanguineus SYBC-L12的產酶曲線及酶的最適溫度和pH 采用水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵基本培養(yǎng)基,30℃恒溫靜置培養(yǎng),測定漆酶產量隨時間的變化趨勢。如圖3(a)所示,隨著培養(yǎng)時間的延長,漆酶產量不斷上升,第6天以后基本達到穩(wěn)定,第8天最高,20 d后有所下降。從圖中看出,第8天和第16天的酶活相對較高,這兩個相對較高的點很可能是漆酶的兩個同工酶,它們在形成的時間上存在較大差異。作者選取8 d作為Pycnoporus sanguineus SYBC-L12的固態(tài)發(fā)酵周期,這樣可以縮短時間同時獲得較高的漆酶產量,這個發(fā)酵周期與相關文獻[14-16]所報道的漆酶發(fā)酵周期相比,所用時間較短。

通過對漆酶催化條件的研究,得出漆酶催化的最適溫度為60℃,且在60~80℃其催化能力較穩(wěn)定,因此屬于偏高溫酶,在較高溫條件下具有較好的催化能力。漆酶催化的最適pH為3,而且當反應體系pH接近中性時,其催化能力大幅下降,pH為7時降為最適的10%,因此,此漆酶在酸性條件下具有較好的催化能力。 見圖 3(b),(c)。

圖3 Pycnoporus sanguineus SYBC-L12發(fā)酵產漆酶曲線及漆酶催化最適溫度和pHFig.3 Curveoflaccaseproduction by Pycnoporus sanguineus SYBC-L12 under fermentation and the best suitable temperature and pH for laccase catalysis

2.3.2 種齡及培養(yǎng)溫度對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 接種到固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中的種子液的生長狀態(tài)對固態(tài)發(fā)酵影響較大。一般認為處于對數生長期菌齡的種子具有較快的生長速度,利于菌種在固態(tài)培養(yǎng)基上生長產酶。因此對不同生長期的種子進行接種,如圖4(a)所示,生長2 d的菌種能有效的提高產酶。

白腐菌因種類不同,生長溫度對白腐菌產漆酶也具有一定的影響。因此調整溫度(23、25、30、35、37℃)找到其最適溫度。結果如圖4(b)所示,30℃為Pycnoporus sanguineus SYBC-L12的最適產酶溫度,而且30℃和35℃對酶活沒有大的改變。

2.3.3 秸稈粒度和起始含水量對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 秸稈粒度在固態(tài)發(fā)酵過程中對菌體的影響較大,在培養(yǎng)基量相同的情況下,秸稈粒度的大小直接決定了白腐菌能有效利用的秸稈表面積的大小。粒度越小,表面積越大,但同時秸稈之間的空隙變小,影響培養(yǎng)基的透氣性。如圖4(c)所示,秸稈粒度在5~10 mm之間漆酶產量最高。固態(tài)發(fā)酵過程中需要適宜的水分含量,但是含水量過高或過低都不能滿足菌體的生長代謝。如圖4(d)所示,漆酶的產量隨培養(yǎng)基含水量的增加而提高,當含水量達到50%時,漆酶活力達到最大,進一步增加含水量,產酶反而下降。

圖4 物理條件對漆酶活力的影響Fig.4 Effects of physical conditions on laccase activity

2.3.4 碳源、氮源對Pycnoporus sanguineus SYBCL12產漆酶的影響 對于產酶培養(yǎng)基,碳源和氮源為必不可少的組成部分。本研究中,秸稈作為支撐物同時也作為提供少量碳源的底物,在此基礎上添加其它碳源和氮源,考察其對漆酶產量的影響。此外,對廉價的工農業(yè)副產品對漆酶生產的影響也進行了考察。從圖5(a)中看出,除乳糖可以少量提高漆酶的產量,額外添加的其它碳源在短時間內基本不會增加漆酶的產量,因此表明碳源不是促進白腐菌漆酶合成的主要因素。工農業(yè)副產品因其成分復雜、營養(yǎng)豐富,在作為產漆酶的培養(yǎng)基上具有優(yōu)越的應用前景。因其氮源豐富,將其和有機氮源、無機氮源一并對白腐菌P.sanguineus SYBC-L12進行研究。 從圖 5(b)、(c)、(d)中可以看出,工農業(yè)副產品對漆酶的產量均有顯著提高,豆粕使其提高了70.8%,水稻麩皮提高了60.8%,玉米漿提高了90.2%,花生餅粉提高了150.6%、餐廚垃圾提高了65.4%。有機氮源和無機氮源除了尿素和乙酸銨對漆酶的合成具有完全抑制作用外,對漆酶的產量也均有促進提高,其中有機氮源蛋白胨提高了128%,干酪素提高了297%,酵母膏提高了108%,牛肉膏提高了109.8%,無機氮源酒石酸銨提高了77.8%,磷酸二氫銨提高了56.6%,硫酸銨提高了55.4%,硝酸銨提高了210.6%,硝酸鈉提高了10.6%。從而可得出,氮源是促進漆酶合成的主要因素,且對漆酶產量影響較大的依次是干酪素、硝酸銨和花生餅粉。

對干酪素、硝酸銨和花生餅粉的添加量進行優(yōu)化。 其添加量的選擇為(g/L):干酪素 5~40,硝酸銨5~35,花生餅粉 5~75。 所得結果分別如表 1、2、3 所示。表1所示,干酪素的最適添加量為25 g/L,其酶活較原添加量提高了12.08%;表2所示,硝酸銨的最適添加量為25 g/L,其酶活較原添加量提高了45.37%;表3所示,花生餅粉的最適添加量為45 g/L,其酶活較原添加量提高了35.7%。

圖5 碳源,農業(yè)廢棄物,無機氮源和有機氮源對P.sanguineus SYBC-L12漆酶活力的影響Fig.5 Impacts of carbon sources,agro residues,inorganic nitrogen sources and organic nitrogen sources on laccase activity of P.sanguineus SYBC-L12

表1 干酪素添加量對產漆酶的影響Table 1 Effects of carbon sources on laccase activity

表2 硝酸銨的添加量對漆酶活力的影響Table 2 Effect of ammonium nitrate content on laccase activity

表3 花生餅粉的添加量對漆酶活力的影響Table 3 Effect of peanut cake powder content on laccase activity

2.3.5 銅離子濃度及添加時間對Pycnoporus sanguineus SYBC-L12產漆酶的影響 銅離子是構成漆酶活性中心的必要成分,因此為了提高漆酶的產量,添加一定量的銅離子對漆酶的分泌具有一定的刺激作用。由于銅離子有可能會對白腐菌的生長產生抑制作用,導致漆酶的產量減少,因此對不同時間添加硫酸銅和添加硫酸銅的量進行研究。由其產酶曲線得出,第4天開始出現漆酶分泌的對數期,因此選取第1天和第4天分別添加銅離子。得出結果如圖6所示,第1天添加硫酸銅的產酶最大值出現在銅離子濃度為4 mmol/L的情況下,此時的漆酶產量比未添加銅離子的提高了26.3%。而第4天添加硫酸銅的產酶最大值為濃度2 mmol/L時,此時的漆酶產量比未添加銅離子的提高了36.8%。因此在發(fā)酵第4天添加2 mmol/L的銅離子濃度可有效地提高漆酶產量。

經過一系列優(yōu)化得到漆酶的終產量約是優(yōu)化前的10倍。

圖6 Cu2+量及添加時間對漆酶酶活力的影響Fig.6 Effects of Cu2+content and its adding time on laccase activity

2.4 漆酶對合成染料的脫色降解作用

漆酶屬于多酚氧化酶,其活性中心通過一系列的電子傳遞將底物氧化成不穩(wěn)定的中間體,從而自行分解成更小的分子或聚合形成更大的分子,同時將水中的O2還原成H2O。其底物多為酚類、芳香類、多環(huán)類化合物及其衍生物。實驗中所用的合成染料(Remazol Brilliant Blue R,Acid Blue 129,Reactive Blue 4,Methyl Blue,Toluidine Blue,Acid Red 1,Ractive Black 5)都具有復雜的多環(huán)結構,且在工業(yè)中應用廣泛,同時也是工業(yè)廢水中的常見污染物。用漆酶對其進行降解具有誘人的應用前景。實驗利用秸稈固態(tài)發(fā)酵所得的漆酶分別在常溫和60℃下,對其進行了脫色降解。

2.4.1 漆酶對染料的脫色降解作用 利用漆酶在常溫下對蒽醌、偶氮、三苯甲烷、亞胺醌類染料進行脫色,如圖 7(a)所示,在180 min內可將 AB129脫去 83.6%、RBBR脫去72.2%、RB4脫去77.7%,在6 h內可將MB脫去79.4%、TB脫去57.9%。而對偶氮類染料RB5和AR1,在24 h內只能將其分別脫去12.6%和8.9%。在60℃下對其進行脫色試驗時,如圖7(b)所示,在360 min內可將AB129脫去83.2%、RBBR脫去 67%、RB4脫去 71%、MB脫去79.5%、TB脫去51.2%,同時在24 h內可將常溫下不易脫色的偶氮染料RB5和AR1分別脫去43.1%和28.2%。因此可得此漆酶對蒽醌、三苯甲烷和亞胺醌類的染料具有高效的脫色作用且在常溫下就可進行;而對偶氮類染料常溫下脫色較困難,當溫度適當升高時,可部分脫色。

圖7 漆酶對合成染料的脫色降解作用Fig.7 Laccase-catalyzed decolorization of synthetic dyes

2.4.2 漆酶對混合染料的脫色降解作用 一種工業(yè)廢水中一般含多種染料,因此將蒽醌、三苯甲烷和亞胺醌類染料混合,考察漆酶對其的脫色作用?;旌先玖系拿總€成分配制為適當的濃度使其總的吸光值OD不超過1.0,如圖8(a)。在常溫下加入酶液進行反應,通過定時全波長掃描得出結果如圖8(b)所示,在120 min內,其總吸收峰逐漸降低。可觀察到在120 min內,所有的染料可以大部分被降解。因此,能被漆酶脫色降解的不同結構的染料同時存在時均可被漆酶脫色降解。

圖8 漆酶對混合染料的脫色作用Fig.8 Laccase-catalyzed decolorization of the mixed dyes

2.4.3 金屬離子對漆酶催化染料降解的作用 因工業(yè)染料廢水中經常存在各種金屬離子,且大多數屬于重金屬離子,對生物酶等具有蛋白質結構的生物大分子具有抑制作用。重金屬離子一般會通過化學反應或交聯反應不可逆地改變酶的活性中心結構,從而導致酶的活性降低甚至失去活性。因此要使漆酶可以有效應用于工業(yè)廢水中染料的脫色降解,金屬離子對其因沒有抑制作用,否則漆酶無法直接使用。本實驗選取廢水中常見的金屬離子Zn2+、Cu2+、Fe3+、Ca2+、Mn2+、Pb2+、Ba2+、Al3+和 Co2+,考察其對漆酶催化的染料脫色的影響。染料選取較易被漆酶脫色的AB129,所得結果如表4所示,相對于沒有金屬離子而言,Ca2+對其脫色的抑制作用較強,30 min 內脫色率減少了 42.5%, 此外 Fe3+、Mn2+、Ba2+、Co2+對其具有較弱的抑制作用,其余的Zn2+、Cu2+、Pb2+、Al3+幾乎沒有抑制作用。

表4 金屬離子對AB129脫色的影響Table 4 Effects of metal ions on the laccase-catalyzed decolorization of AB129

3 結語

環(huán)境污染的生物治理已經成為人類治理環(huán)境的主要手段和發(fā)展趨勢。利用自然界所產生的生物大分子對環(huán)境的治理有著誘人的前景。

本實驗通過在自然界篩選的白腐真菌,利用農作物水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵產漆酶,并對其條件進行優(yōu)化,所得漆酶對蒽醌、偶氮、三苯甲烷、亞胺醌類穩(wěn)定不易分解,但對環(huán)境和生物有害的染料進行脫色降解效果良好。一些工業(yè)廢水常見的金屬離子對脫色沒有影響或有微弱的抑制作用。

本研究旨在對之后的研究和應用奠定必要的理論基礎和作可行性探討。

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