固定化漆酶對染料脫色的研究

張　磊 鄭　潔

（泰州市高港區(qū)環(huán)境監(jiān)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(qū)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇泰州225321）

摘要：對制備的游離漆酶和固定化漆酶進(jìn)行模擬靛藍(lán)染料廢水的處理。結(jié)果表明：游離漆酶處理的廢水的脫色率達(dá)到了90%；經(jīng)過5批次連續(xù)試驗(yàn)，固定化漆酶酶活保留80%，廢水脫色率達(dá)到60%。由此說明，游離漆酶經(jīng)過固定化延長了漆酶的使用壽命，擴(kuò)大了漆酶的使用范圍，為今后的實(shí)際應(yīng)用處理染料廢水奠定了基礎(chǔ)。關(guān)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(xué)的方法固定在有機(jī)或無機(jī)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(huán)境條件影響而變性失活，限制了其工業(yè)化應(yīng)用范圍。因此，改善酶的穩(wěn)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(fù)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(yīng)的溫度及pH值范圍更加廣泛，穩(wěn)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(huán)結(jié)構(gòu)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(lán)是一種芳香族染料，廣泛應(yīng)用于印染工業(yè)在牛仔布服的染整及水洗過程中，會形成大量含靛藍(lán)染料的工業(yè)廢水對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。近年來，利用漆酶催化靛藍(lán)的降解對工業(yè)廢水進(jìn)行脫色處理方面的研究工作已經(jīng)引起了國內(nèi)外的高度重視［2］。

2　試驗(yàn)方案

選擇模擬靛藍(lán)染料廢水進(jìn)行固定化漆酶和游離酶的脫色的對比試驗(yàn)。

2.1間歇式反應(yīng)

2.1.1反應(yīng)溫度對脫色效果的影響。選取35～60℃的不同溫度下進(jìn)行脫色反應(yīng)，考察反應(yīng)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(yīng)介質(zhì)0.1mol/L的醋酸-醋酸鈉pH=4.5緩沖溶液，在適當(dāng)?shù)暮銣厮≌袷幤髦?，進(jìn)行脫色降解試驗(yàn)。每隔一定時間用分光光度計(jì)測定680nm處的吸光值，根據(jù)計(jì)算求得脫色率。

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

2.1.2反應(yīng)時間對脫色效果的影響。選取脫色反應(yīng)了4～32h的不同時間進(jìn)行脫色反應(yīng)，考察反應(yīng)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(jìn)行脫色反應(yīng)，考察染料濃度對脫色效果的影響。

2.2連續(xù)式反應(yīng)

將5g的固定化漆酶裝入1L玻璃反應(yīng)器，用硅膠管將反應(yīng)器與儲液瓶、恒流泵相連，構(gòu)成循環(huán)反應(yīng)裝置（見圖1）。使用該反應(yīng)裝置在室溫下循環(huán)處理低濃度靛藍(lán)染料廢水，一共進(jìn)行5個批次的連續(xù)運(yùn)行，每個批次更換新的模擬靛藍(lán)廢水，固定化酶不變重復(fù)使用。分別測定每批廢水循環(huán)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(fā)反應(yīng)裝置示意圖

3　結(jié)果與討論

3.1間歇式反應(yīng)

主要通過游離漆酶處理模擬的靛藍(lán)染料廢水，間歇測定靛藍(lán)染料廢水被脫色的情況。

3.1.1反應(yīng)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(jìn)行脫色反應(yīng)，考察反應(yīng)溫度對脫色效果的影響。測定染料廢水吸光度差值，根據(jù)計(jì)算得脫色率。結(jié)果表明，反應(yīng)溫度對染料脫色的影響較大，在50℃達(dá)到最佳效果。當(dāng)溫度在50℃時，染料廢水吸光度差值最大，脫色效果也達(dá)到了近80%，是最優(yōu)值。所以，在以后的染料脫色試驗(yàn)選擇50℃進(jìn)行脫色反應(yīng)。

3.1.2反應(yīng)時間對脫色效果的影響。分別隔一定的時間測定反應(yīng)體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，根據(jù)計(jì)算得脫色率。結(jié)果表明，反應(yīng)時間對染料脫色的影響較大，約在24h后達(dá)到最佳效果。染液脫色時間24 h后其脫色率就可達(dá)88%，而28h后脫色率達(dá)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(jìn)行脫色反應(yīng)，考察染料濃度對脫色效果的影響。測定反應(yīng)體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，直接靛藍(lán)染液濃度為100mg/L時的初始吸光度為2.300。根據(jù)計(jì)算得脫色率，結(jié)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(dá)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(xù)式反應(yīng)

3.2.1使用上述裝置進(jìn)行反應(yīng)，考察固定化漆酶的脫色效果及固定化漆酶重復(fù)使用后酶活的保持情況。每次（一天為一個批次）測定反應(yīng)體系的吸光度差值，測定染料廢水吸光度差值，根據(jù)計(jì)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(jīng)過5個批次的反應(yīng)，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(yōu)點(diǎn)是可以回收利用，節(jié)約成本，繼續(xù)進(jìn)行廢水脫色處理反應(yīng)。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(yīng)后的固定化酶的殘留酶活力考察固定化酶的操作穩(wěn)定性。測定反應(yīng)之后的酶活性結(jié)果可以看出，經(jīng)過5個批次的使用，固定化酶活力仍保持在80%左右，試驗(yàn)證明了固定化漆酶增加了漆酶的使用壽命。這在漆酶的應(yīng)用研究中是相當(dāng)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(xiàn)報(bào)道［2］，漆酶在染料降解方面的應(yīng)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(nèi)脫色率達(dá)96%。將粗毛革孔菌所產(chǎn)的漆酶固定在活化的瓊脂糖上，對于試驗(yàn)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(jīng)10次反復(fù)使用，固定化漆酶活力仍可保持起始酶活的85%。據(jù)報(bào)道，將彩絨革蓋菌漆酶共價(jià)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(xué)預(yù)處理效果更好。

4　結(jié)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(xiàn)：

［1］鄒建炫.白腐真菌產(chǎn)漆酶對染料廢水降解的研究［D］.南京:南京理工大學(xué),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(yīng)用研究［J］.微生物通報(bào),2004(5):85-88.

中圖分類號：Q814.9

文獻(xiàn)標(biāo)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(huán)境監(jiān)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