铜离子诱导白腐菌高产漆酶及其用于降解染料的研究

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漆酶(E.C.1.10.3.2)是一种含铜的氧化还原酶,它能催化氧化多种芳香族化合物,还能在小分子介体的存在下进一步扩大底物范围,因此漆酶在生物、医药、化工、环境等多个领域中得到了广泛的应用。本文对贝壳状革耳菌Panus conchatus漆酶的液体发酵进行了研究,并利用Panus conchatus漆酶对37种染料进行初步降解脱色,考察该漆酶对染料降解的广谱性,接着对造纸用染料酸性艳绿GS、实验室常用染料甲基橙和孔雀绿降解脱色方面的应用进行了探讨,为后续贝壳状革耳菌Panus conchatus漆酶的工业化生产和应用提供了理论基础和依据。首先研究了贝壳状革耳菌Panus conchatus漆酶的液体发酵。研究表明金属铜离子对Panus conchatus漆酶具有明显的诱导作用。其最适诱导浓度为3mmol/L。在此浓度诱导下,漆酶的活性最高可达196084U/L,与不含铜离子的漆酶的最高活性相比,前者提高了11倍。然后研究了Panus conchatus漆酶在降解染料方面的效果。用Panus conchatus漆酶处理20种实验室常用染料和17种造纸工业中常用的染料,结果显示Panusconchatus漆酶不仅能够降解大部分染料,还可以在小分子介体的存在下降解更多性能稳定的染料,表现出了Panus conchatus漆酶在降解染料方面的广谱性。Panus conchatus粗酶液对造纸用染料酸性艳绿GS具有降解脱色作用,为此我们利用IBM SPSS Statistics19软件设计染料脱色正交试验,优化实验条件。设计所用的5个因素分别为反应体系pH(A)、反应温度(B)、漆酶用量(C)、染料浓度(D)和介体用量(E),每个因素选定3个水平,共18组试验。对试验所得数据进行统计分析,结果显示:漆酶降解酸性艳绿GS的最佳脱色条件是反应体系pH=4.0、反应温度T=50℃、漆酶用量(Lac)=2.5U/mL、染料浓度(Dye Concentration, DC)=100mg/L、介体用量(HOBT)=0.015%(w/v);按照SPSS分析所得的酸性艳绿GS的最佳脱色条件进行反应,结果表明染料在反应20min后脱色率达到100%。这与SPSS计算的结果和分析的结论完全相同,说明使用SPSS分析正交试验数据准确可靠。最后研究了铜离子诱导的Panus conchatus粗酶液对偶氮类染料甲基橙和三苯甲烷类染料孔雀绿的降解脱色效果。结果表明:漆酶降解甲基橙和孔雀绿的最适宜pH分别为3.0和5.5,最佳酶用量为0.8U/mL和5U/mL,最佳染料浓度为20mg/L和10mg/L,脱色率分别可达92.15%和100%。反应结束后,体系中甲基橙的残余量为1.57mg/L,而孔雀绿则基本完全被降解脱色,反应体系中的染料残余量均低于国家规定的污水排放标准[1]。此漆酶为粗酶液,免去了繁杂的纯化步骤的同时,降低漆酶的应用成本,并能达到可观的降解脱色效果,增大了漆酶在工业中规模化应用的实际性。
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