固定化漆酶對染料脫色的研究

張　磊 鄭　潔

（泰州市高港區環境監測站，江蘇　泰州　225321）

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固定化漆酶對染料脫色的研究

張磊 鄭潔

（泰州市高港區環境監測站，江蘇泰州225321）

摘要：對制備的游離漆酶和固定化漆酶進行模擬靛藍染料廢水的處理。結果表明：游離漆酶處理的廢水的脫色率達到了90%；經過5批次連續試驗，固定化漆酶酶活保留80%，廢水脫色率達到60%。由此說明，游離漆酶經過固定化延長了漆酶的使用壽命，擴大了漆酶的使用范圍，為今后的實際應用處理染料廢水奠定了基礎。關鍵詞：漆酶；固定化；活性；染料；脫色

1　前言

1.1固定化漆酶簡介

酶的固定化就是指將水溶性酶以物理或化學的方法固定在有機或無機的載體上，形成不溶于水的具有酶活性的酶衍生物。游離的酶蛋白在作用過程中易受環境條件影響而變性失活，限制了其工業化應用范圍。因此，改善酶的穩定性，提高酶制劑的使用效率具有重要意義［1］。

漆酶本身的一些蛋白特性，如不能重復利用、對變性劑、不利因素及毒理作用的高度敏感性等都限制了漆酶的有效使用。固定化漆酶與游離酶相比，雖然酶活有所下降，但所適應的溫度及pH值范圍更加廣泛，穩定性更好。

1.2染料廢水處理

處理染料廢水常用的方法有物化方法和生物法。近年來，越來越多的研究表明，白腐真菌能降解其他微生物所無法或很難降解的污染物，尤其是一些含有芳香環結構的和有較大毒性的污染物。漆酶是一種多酚氧化酶，其催化中心是銅，氧伴隨著被還原成水，漆酶可催化芳香族化合物的氧化降解，靛藍是一種芳香族染料，廣泛應用于印染工業在牛仔布服的染整及水洗過程中，會形成大量含靛藍染料的工業廢水對環境造成嚴重的污染。近年來，利用漆酶催化靛藍的降解對工業廢水進行脫色處理方面的研究工作已經引起了國內外的高度重視［2］。

2　試驗方案

選擇模擬靛藍染料廢水進行固定化漆酶和游離酶的脫色的對比試驗。

2.1間歇式反應

2.1.1反應溫度對脫色效果的影響。選取35～60℃的不同溫度下進行脫色反應，考察反應溫度對脫色效果的影響。具體方法：以粗酶液用量為廢水量體積百分比的4%的比例取水樣與酶液的混合體系，和反應介質0.1mol/L的醋酸-醋酸鈉pH=4.5緩沖溶液，在適當的恒溫水浴振蕩器中，進行脫色降解試驗。每隔一定時間用分光光度計測定680nm處的吸光值，根據計算求得脫色率。

脫色率計算式：脫色率=（1-OD1/OD）×100%。其中，OD為脫色反應前溶液的吸光值，OD1為脫色反應后溶液的吸光值。

2.1.2反應時間對脫色效果的影響。選取脫色反應了4～32h的不同時間進行脫色反應，考察反應時間對脫色效果的影響。

2.1.3染料濃度對脫色效果的影響。選取80～200mg/L的不同染料濃度下進行脫色反應，考察染料濃度對脫色效果的影響。

2.2連續式反應

將5g的固定化漆酶裝入1L玻璃反應器，用硅膠管將反應器與儲液瓶、恒流泵相連，構成循環反應裝置（見圖1）。使用該反應裝置在室溫下循環處理低濃度靛藍染料廢水，一共進行5個批次的連續運行，每個批次更換新的模擬靛藍廢水，固定化酶不變重復使用。分別測定每批廢水循環后，廢水處理的情況及固定化漆酶的殘留酶活。

圖1　固定化漆酶發反應裝置示意圖

3　結果與討論

3.1間歇式反應

主要通過游離漆酶處理模擬的靛藍染料廢水，間歇測定靛藍染料廢水被脫色的情況。

3.1.1反應溫度對脫色效果的影響。選取35、40、45、50、55℃和60℃的不同溫度下進行脫色反應，考察反應溫度對脫色效果的影響。測定染料廢水吸光度差值，根據計算得脫色率。結果表明，反應溫度對染料脫色的影響較大，在50℃達到最佳效果。當溫度在50℃時，染料廢水吸光度差值最大，脫色效果也達到了近80%，是最優值。所以，在以后的染料脫色試驗選擇50℃進行脫色反應。

3.1.2反應時間對脫色效果的影響。分別隔一定的時間測定反應體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，根據計算得脫色率。結果表明，反應時間對染料脫色的影響較大，約在24h后達到最佳效果。染液脫色時間24 h后其脫色率就可達88%，而28h后脫色率達90%。綜合考慮脫色效果、操作方便性及成本等因素，建議選擇脫色時間24h。

3.1.3染料濃度對脫色效果的影響［2］。選取80～200mg/L的不同染料濃度下進行脫色反應，考察染料濃度對脫色效果的影響。測定反應體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，直接靛藍染液濃度為100mg/L時的初始吸光度為2.300。根據計算得脫色率，結果表明，隨著直接濃度的增加，染液的脫色率將逐漸下降；但染液濃度為160mg/L以下時，脫色率均超過60%；即使染液濃度高達200mg/L時，其脫色率也近45%。由此可知，漆酶液對染液的確有很高的脫色降解能力。

3.2連續式反應

3.2.1使用上述裝置進行反應，考察固定化漆酶的脫色效果及固定化漆酶重復使用后酶活的保持情況。每次（一天為一個批次）測定反應體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，根據計算得脫色率，可得固定化酶處理低濃度染料廢水，脫色效果亦還不錯的，經過5個批次的反應，脫色率仍保持在60%。雖然游離酶被固定化后本身的活力有所下降，但最大的優點是可以回收利用，節約成本，繼續進行廢水脫色處理反應。由此看來，其脫色效果并不低于游離酶。

3.2.2分別測定5個批次的反應后的固定化酶的殘留酶活力考察固定化酶的操作穩定性。測定反應之后的酶活性結果可以看出，經過5個批次的使用，固定化酶活力仍保持在80%左右，試驗證明了固定化漆酶增加了漆酶的使用壽命。這在漆酶的應用研究中是相當重要的，大大提高了漆酶的使用效率。

3.3染料廢水的處理

文獻報道［2］，漆酶在染料降解方面的應用主要采用其固定化形式。一株真菌SM77用藻脘酸鈉固定，研究表明SM77對orange G的脫色主要由漆酶完成。隨pH值增加，16h內脫色率達96%。將粗毛革孔菌所產的漆酶固定在活化的瓊脂糖上，對于試驗的38種染料中可降解26種，游離的漆酶僅降解13種，且脫色速率加快；經10次反復使用，固定化漆酶活力仍可保持起始酶活的85%。據報道，將彩絨革蓋菌漆酶共價固定，酶活力幾乎無損失，對紡織活性染料的降解效果很好，短時間光化學預處理效果更好。

4　結論

①漆酶液對染料廢水有很高的脫色能力。②固定化漆酶對染料廢水也有很好的脫色能力。

參考文獻：

［1］鄒建炫.白腐真菌產漆酶對染料廢水降解的研究［D］.南京:南京理工大學,2004.

［2］張書祥,肖亞中,王怡平,等.白腐真菌漆酶的固定化及其應用研究［J］.微生物通報,2004(5):85-88.

中圖分類號：Q814.9

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）01-0128-02

收稿日期：2015-12-21

作者簡介：張磊（1986-），男，本科，副站長，助理工程師，研究方向:環境監測。

Study on Decolorization of Dyes by Immobilized Laccase

Zhang LeiZheng Jie
（Gaogang District Environmental Monitoring Station in Taizhou City，Taizhou Jiangsu 225321）

Abstract:This papaer simulated the indigo-blue wastewater on the preparation of laccase immobilization and free laccase.The results showed that the decolor quotiety of the free laccase treatmeat was reached to 90%;and 80%en?zyme activity of immobilized laccase was hold after 5 cycles treatment with the wastewater;the decolor quotiety of the immobilized laccase treatment was 60%.This experimentation showed that immobilized free laccase prolong laccase’s used life,and enlarge laccase’s used bound,which settled a base of the practice to treat with the coloring matter waste water.

Keywords:laccase；immobilization；activity；coloring matter；decolorization