漆酶的來源及固定化漆酶載體研究進展

鄧寒梅 邵可 梁家豪 陳燁同 閻光緒

（中國石油大學（北京）北京市油氣污染防治重點實驗室 重質油國家重點實驗室，北京 102249）

漆酶的來源及固定化漆酶載體研究進展

鄧寒梅 邵可 梁家豪 陳燁同 閻光緒

（中國石油大學（北京）北京市油氣污染防治重點實驗室 重質油國家重點實驗室，北京 102249）

漆酶是一種多酚氧化酶，可催化氧化多種難降解有機污染物，在環境污染防治領域具有良好的應用前景。總結了植物漆酶、動物漆酶以及微生物漆酶的研究現狀，詳細討論了漆酶固定化載體的研究進展，進一步指出了目前漆酶研究存在的問題，并提出未來的研究方向，旨在為漆酶的開發與應用研究提供參考。

漆酶固定化；漆酶；載體；固定化

漆酶是一種含有多個銅離子的多酚氧化酶，可催化氧化多種難降解有機污染物，包括氯酚類污染物、多環芳烴、染料、氯仿、苯系物及其衍生物、三硝基甲苯（Trinitrotoluene，TNT）及其他污染物，在水污染的防治與控制中具有良好的應用前景［1］。且漆酶催化底物廣泛，貯存要求低，氧化底物不產生二次污染等優勢，自漆酶發現以來，漆酶的開發與研究一直是國內外學者研究的熱點。

漆酶來源廣泛，可存在于高等植物、細菌、真菌和昆蟲中，不同物種中漆酶的含量、催化部位的結構和酶學性質差異較大，篩選高漆酶活性的動植物和微生物一直是漆酶研究的重點［2-4］。由于游離態的漆酶對外部環境敏感、穩定性差和重復利用率低，一些學者提出了漆酶固定化的方法，大大改善了漆酶在催化過程中易失活的問題，提高了漆酶的利用率。合適的載體是漆酶固定化的關鍵，廉價高效的載體可以提高漆酶固定化的效率和酶活的穩定性。近年來，隨著漆酶固定化研究以及材料等相關研究領域的快速發展，越來越多高效的固定化載體被發現，極大地推動了固定化漆酶的工業化應用。

本文根據國內外最近研究進展，總結了漆酶的來源及漆酶固定化載體研究進展，指出了目前漆酶研究存在的問題，并提出未來的研究方向，旨在為漆酶的開發與應用研究提供參考。

1 漆酶的來源

1.1 動植物漆酶

漆酶來源廣泛，存在于一些高等植物、細菌、真菌和昆蟲體內。按漆酶的來源可分為植物漆酶、動物漆酶和微生物漆酶3類，其中植物漆酶發現最早，但高等植物的漆酶的研究相對較少。目前，已發現漆酶的植物有日本漆樹、歐亞槭樹、擬南芥、水稻、松樹、黃楊、棉花、芒果和香蕉等［5，6］。相比其他兩類漆酶，對動物漆酶的研究報道最少，存在漆酶的動物（昆蟲）有豬、煙草天蛾、綠頭蒼蠅、蚊子及雙翅目的遷移類蝗蟲等。然而，一些學者指出動物漆酶可能是某種多酚氧化酶，并不屬于嚴格意義上的漆酶，關于動物漆酶性質的確定還需要進一步的研究。

1.2 微生物漆酶

動植物漆酶一般生長周期長，同時還受地理、氣候和季節等因素的限制，不適于大規模工業化生產。微生物生長周期短，繁殖快，且易于提取與純化，微生物漆酶是工業漆酶的重要來源。微生物漆酶可分為真菌漆酶和細菌漆酶，其中真菌漆酶的研究較多。據統計，截至目前，已發現的產漆酶真菌超過1 000種，分離提純的真菌漆酶超過100多種［7］。真菌漆酶的研究主要以擔子菌、脈孢菌、子囊菌、曲霉和柄孢殼菌等為主，其中以高等擔子菌中的白腐真菌被認為是主要的真菌漆酶生產者和研究對象，由于白腐真菌漆酶屬于胞外酶，更易于分離和提純［8］。表1總結了典型產漆酶真菌的種類和特性。

相比真菌漆酶，細菌漆酶的研究相對較晚。細菌漆酶首次發現是由Givaudan在1993年在從水稻根圍的土壤中分離的脂固氮螺菌中發現的，隨后在交互單胞菌、芽孢桿菌、球形芽孢桿菌、大腸桿菌、苜蓿中華根瘤菌、野油菜黃單胞菌等中均有所發現。表2總結了一些典型產漆酶細菌的種類和特點。一般來說，真菌漆酶的pH適用范圍為4-6，溫度為30-50℃［16］，且真菌漆酶活性易受外部環境的影響，氯化物、疊氮化合物、氫氧化物等化合物均能抑制漆酶活性［17］。而細菌漆酶適用pH一般為堿性條件，且對外部環境不敏感，耐熱性更強。因此，廣泛開展細菌漆酶的研究將具有重要的意義。

表1 典型產漆酶真菌種類及其應用

2 漆酶固定化載體

漆酶是一種水溶性蛋白酶，與其他游離酶一樣，穩定性較差，且在環境中容易失活。漆酶的易失活、穩定性差和重復利用率低等特性，限制了漆酶的工程化應用。一般來說，漆酶的活性受pH、溫度和鹽度等多種因素的影響。另外，有研究表明，表面活性劑的添加可降低漆酶的失活率［25，26］。相比添加表面活性劑的方法，漆酶固定化可改善漆酶在催化過程中易失活的問題，提高漆酶的重復利用率，且固定化漆酶對溫度、pH以及底物濃度的變化具有更好的承受能力，對外部環境的適應能力更強［27］。固定化載體的選擇直接影響漆酶固定化的效率和固定化漆酶活性的高低。一般來說，常用的漆酶固定化載體往往具有以下特點［28］：（1）載體表面存在與酶分子發生耦聯的活性基團；（2）載體結構穩定，具有良好的機械強度和生物相容性；（3）載體廉價易得，適用于大規模工業應用。表3總結了常用漆酶固定化載體的特點及適用條件。

表2 產漆酶細菌的種類及其應用

表3 常用漆酶固定化載體

為了進一步提高漆酶固定化的效果，一些研究者對載體進行表面修飾，并取得的良好的效果。張育淇等［39］采用以氨基化表面修飾的SiO2大孔材料為載體，以戊二醛為交聯劑對漆酶進行固定化，發現在最佳固定化條件下，固定化漆酶活性達111.4 U/g，且固定化漆酶pH穩定性、熱穩定性和重復使用性均得到了提高。宦慶松等［40］以二苯甲酮為光引發劑，甲基丙烯酸為接枝單體，通過紫外光引發接枝到聚丙烯上，對聚丙烯纖維進行表面改性，并進一步研究了固定化漆酶染料脫色的性能。染料脫色試驗表明，以改性的聚丙烯纖維為載體固定化漆酶脫色效率和穩定性均有所提高。可見，經過載體加工修飾和改性，使載體材料表面具有更多的功能基團，可提高載體材料的生物相容性，并大大提高固定化漆酶的性能。

納米磁性復合載體是近年來發展的新型固定化酶載體，通過在傳統載體的基礎上，引入磁性金屬或者金屬化氧，使其具有磁響應性能，在外加磁場的作用下，可實現漆酶的快速分離和回收，從而降低反應成本［41］。納米磁性復合材料不僅具有大孔體積和比表面積，而且且孔徑及形貌單一可控，是一種理想的漆酶固定化載體，在漆酶固定化方面具有良好的應用前景。自納米磁性復合材料提出以來，就受到國內外學者的廣泛關注。黃俊等［42］制備了（CuTAPc-）-Fe3O4納米復合粒子，并對漆酶固定化性能進行了研究，研究表明，采用（CuTAPc-）-Fe3O4納米復合粒子固定漆酶的固定化率可達78.3%，且提高了固定化漆酶的貯存穩定性與操作穩定性。同樣的，趙敏等［43］采用以五氯化磷修飾的磁性海藻酸鈉微粒對漆酶固定，發現固定化漆酶最適pH范圍更寬，熱穩定性和貯存性均得到了提高。研究，如添加誘導物，降低阻遏物濃度及基因突變等，對推動漆酶的工業化生產和應用具有重要意義。

（1）現今，漆酶主要通過生物制取方式獲得，為滿足工業化需求，這就必須要有充足的原材料，因此尋求高效產漆酶的動植物和篩選可大規模發酵生產漆酶的微生物，降低漆酶生產成本，將一直是漆酶研究的重點。此外，廣泛開展提高漆酶產量的

（2）進一步開發高效的漆酶固定化技術，優選出高效、穩定的漆酶固定化載體，同時，通過對現有載體進行修飾和改性，提高載體的固定化性能將是未來漆酶固定化研究的一個重要方向。

（3）研究漆酶與其他污水處理工藝的相互協同作用，優化漆酶的反應條件，進一步提高污水處理效果。此外，加大研究漆酶降解有機污染物的降解機理，進一步擴寬漆酶在水污染防治中的應用。

（4）細菌漆酶可實現大規模、低成本的工業化生產，同時細菌漆酶具有良好的穩定性及其環境適應性，開展對細菌漆酶的廣泛研究具有重要的意義。利用基因工程對微生物進行異源表達，改善漆酶性質，進一步擴寬漆酶的適用范圍將是未來研究的一個重要方向。

3 展望

漆酶是一種多酚氧化酶，可催化氧化多種難降解有機污染物，在環境污染防治領域具有良好的應用前景。但由于其來源有限，價格昂貴，且穩定性差，在環境中易失活等特點，限制了其大規模的應用。通過對漆酶固定化，可有效提高漆酶的穩定性和重復利用性，降低運行成本。

目前，我國關于漆酶應用于環境污染防治方面的研究仍處于實驗室研究階段，工程應用的報道較少，還需進一步研究：

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（責任編輯 李楠）

Source of Laccase and Research Progress on Carriers for Laccase Immobilization

DENG Han-mei SHAO Ke LIANG Jia-hao CHEN Ye-tong YAN Guang-xu
（State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，Beijing Key Laboratory of Oil & Gas Pollution Control，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249）

Laccase is a polyphenol oxidase that can catalyze oxidation of many refractory organic pollutants，which has solid application foreground in the field of pollution prevention and control. This paper describes the research advances on plant laccase，animal laccase and microbial laccase，mainly discusses the progress on the research of carriers for immobilized laccase. Furthermore，it presents the remaining problems and future directions on the research of laccase for offering the reference to the development and application of laccase.

laccase immobilization；laccase；carrier；immobilization

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016-0892

2016-12-15

鄧寒梅，女，碩士研究生，研究方向：水污染的防治及其資源化；E-mail：deng_hanmeimei@163.com

閻光緒，男，教授，研究方向：“三廢”治理與資源化、給排水系統優化、污染生態評價及修復；E-mail：yangx0919@163.com