漆酶的固定化技術(shù)及固定化漆酶載體材料研究進(jìn)展

楊月珠，李章良，呂源財(cái)，張明靜

(1.福州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，福建福州 350108；2.莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建莆田 351100；3.福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建莆田 351100；4.生態(tài)環(huán)境及其信息圖譜福建省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建莆田 351100)

漆酶是一種含銅的多酚氧化酶，也稱為對(duì)苯二酚氧化酶，屬于銅藍(lán)氧化酶。漆酶可催化降解多種難降解的有機(jī)污染物，如酚類污染物[1-2]、多環(huán)芳烴[3]、多氯聯(lián)苯[4]、染料[5]、木質(zhì)素[6]、內(nèi)分泌干擾物[7]及其他有機(jī)化合物，并且發(fā)生反應(yīng)后唯一的產(chǎn)物就是水，因此，它是一種綠色環(huán)保的催化劑。漆酶具有催化底物范圍廣、催化效率高、貯存要求低且氧化底物不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，自漆酶發(fā)現(xiàn)以來，其研究一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[8]。

漆酶來源廣泛，可存在于不同種類的細(xì)菌、真菌、昆蟲和植物中[9]。按來源可分為植物漆酶、動(dòng)物漆酶、微生物漆酶，其中微生物漆酶又可分為真菌漆酶和細(xì)菌漆酶[8,10]。游離漆酶易受環(huán)境影響，導(dǎo)致變性失活、生產(chǎn)成本高、重復(fù)利用率低等缺陷，限制了其應(yīng)用，由此提出了漆酶固定化技術(shù)。漆酶固定化技術(shù)通過物理或化學(xué)的方法將游離漆酶和相應(yīng)載體材料結(jié)合起來，從而增強(qiáng)漆酶的活性，同時(shí)達(dá)到重復(fù)利用以及降低成本的目的。與游離漆酶相比，固定化漆酶后可以避免以上缺陷，達(dá)到可回收重復(fù)利用的效果。漆酶固定化技術(shù)的兩大關(guān)鍵是漆酶的固定化技術(shù)和固定化漆酶載體材料，而載體材料的性能更是直接影響固定化漆酶的催化活性[11]。近年來，由于漆酶固定化技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，越來越多高效的固定化載體材料被研究發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)了漆酶在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

本文根據(jù)國內(nèi)外的最新研究進(jìn)展，介紹了漆酶的結(jié)構(gòu)特征和催化特性，總結(jié)了漆酶的固定化技術(shù)和固定化漆酶載體材料的研究進(jìn)展，指出了漆酶固定化技術(shù)和載體材料目前存在的問題和未來的發(fā)展前景，旨在為進(jìn)一步對(duì)固定化漆酶的研究和開發(fā)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 漆酶的結(jié)構(gòu)特征和催化特性

漆酶是一種糖蛋白，由肽鏈、糖配基、Cu2+3個(gè)部分組成，其中，Cu2+是漆酶最重要的組成部分。一般漆酶含有4個(gè)Cu2+，根據(jù)光譜學(xué)和磁學(xué)性能可以將Cu2+分為以下3類：Ⅰ型Cu2+(T1-Cu)是單核中心，呈順磁性，其與兩個(gè)組氨酸(His)的N和一個(gè)半胱氨酸(Cys)的S配位，610 nm處有藍(lán)色吸收帶；Ⅱ型Cu2+(T2-Cu)和Ⅲ型Cu2+(T3-Cu)構(gòu)成三核中心，是漆酶的催化活性中心，其中T2-Cu也呈順磁性，但是無特殊吸收光譜；T3-Cu由兩個(gè)Cu2+組成，由于其偶聯(lián)作用，具有抗磁性，但是在330 nm附近有較寬的吸收帶[12-13]。

漆酶的催化機(jī)理是利用Cu2+的氧化還原能力將底物氧化，并將第二底物的氧氣還原成水，這一過程可分為以下3個(gè)部分：漆酶分子氧化底物、電子轉(zhuǎn)移以及分子氧還原成水[14]。首先，還原性底物被載體材料吸附到漆酶分子附近，被T1-Cu氧化釋放出電子；其次，T1-Cu通過Cys-His途徑將電子傳遞給由T2-Cu和T3-Cu組成的三核中心上；最后，分子氧接受電子后被還原成水[10]。

2 漆酶的固定化技術(shù)

漆酶的固定化技術(shù)有物理方法和化學(xué)方法兩大類，物理方法包括吸附法、包埋法等；化學(xué)方法包括共價(jià)結(jié)合法、交聯(lián)法。

2.1 吸附法

吸附法是利用各種吸附載體材料通過分子間作用力(如范德華力、離子鍵合、氫鍵、靜電作用等)將漆酶吸附在其表面上而使酶固定的一種方法[15-16]。吸附法是最簡(jiǎn)單、方便的方法，并且其對(duì)漆酶活性損失較小，但漆酶與吸附載體之間的結(jié)合力較弱，會(huì)造成漆酶從載體上解吸，導(dǎo)致漆酶的固定化效率較低。根據(jù)漆酶和吸附載體之間結(jié)合力的不同，其又分為物理吸附法和離子吸附法。

2.1.1 物理吸附法

物理吸附法是將漆酶與活潑吸附載體材料接觸，通過分子間的作用力使漆酶吸附在載體材料上的固定化方法[17]。在該法固定漆酶的研究過程中，常用的固定化載體有高嶺石、金屬有機(jī)框架(MOF)材料、分子篩、多孔玻璃等有機(jī)或無機(jī)多孔材料。例如，研究者將漆酶通過物理吸附固定在介孔拉瓦希爾骨架系列材料(MIL)-53(Al)骨架上，固定化漆酶具有較高的活性回收率和穩(wěn)定性，盡管漆酶活性略有下降，但通過固定化漆酶對(duì)三氯生的高去除率表明介孔MIL-53(Al)的吸附和漆酶的催化降解之間存在完美的協(xié)同作用[18]。圖1展示了將漆酶通過物理吸附固定在高嶺石上，研究發(fā)現(xiàn)，在最佳固定化條件下，固定化漆酶負(fù)載效率為88.22%，負(fù)載量為12.25 mg/g，最高活性為839.01 U(酶活力單位)/g[19]。除了上述載體外，碳納米材料由于其比表面積大也成為物理吸附法中常用的載體。

圖1 高嶺石固定漆酶的過程[19]Fig.1 Process of Laccase Immobilized on Kaolinite[19]

2.1.2 離子吸附法

離子吸附是利用漆酶與含有離子交換基團(tuán)的不溶性載體之間通過靜電作用力結(jié)合的一種固定化方法，其常用載體有陰離子交換劑和陽離子交換劑[20]。如圖2所示，研究者利用Fe3O4@C-Cu2+納米粒子吸附和固定漆酶，發(fā)現(xiàn)固定化漆酶具有較高的負(fù)載能力、漆酶活性以及穩(wěn)定性和重復(fù)使用性[21]。還有研究者采用離子吸附法將漆酶可逆地固定在金屬離子螯合磁性微球上，與游離漆酶相比，固定化漆酶的熱穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性都顯著提高[22]。

圖2 漆酶固定在羥基和羧基功能化Fe3O4@C納米粒子的制備工藝[21]Fig.2 Preparation Process of Hydroxyl and Carboxyl Functionalized Fe3O4@C Nanoparticles for Laccase Immobilization[21]

2.2 包埋法

包埋法根據(jù)不同載體可分為凝膠包埋法和微囊化包埋法。凝膠包埋法是指將漆酶包裹在凝膠形成的網(wǎng)格中，該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和以及機(jī)械穩(wěn)定性較高。但在固定過程中存在漆酶泄露和孔隙擴(kuò)散阻力等缺陷。在包埋法中常用的載體材料包括藻酸鹽、瓊脂糖凝膠、聚丙烯酰胺等，其中藻酸鹽因?yàn)槠鋬?yōu)異的凝膠特性成為了最常用的載體材料之一。例如，研究者將漆酶包埋在海藻酸鈣珠粒上用于不同合成染料的脫色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在連續(xù)幾個(gè)批次后，固定化漆酶對(duì)紡織染料表現(xiàn)出高效脫色[23]。

微囊化包埋法是通過物理或化學(xué)方法將酶包裹在膜裝置(如中空纖維或微膠囊)中的一種固定化方法，可以同時(shí)固定多種酶[24]。該法一般操作簡(jiǎn)單，可以最好地維持漆酶的自身結(jié)構(gòu)并且長期穩(wěn)定，是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。Dai等[25]采用乳液靜電紡絲法制備了多壁碳納米管(MWCNTs)改性的靜電紡絲纖維膜固定化漆酶(MWCNTs-LCEFMs)，并將漆酶和MWCNTs包裹到纖維中。研究發(fā)現(xiàn)，MWCNTs-LCEFMs的活性回收率為85.3%，比表面積和拉伸強(qiáng)度提高了2～3倍，且其對(duì)環(huán)境因素的耐受力也有所提升。雖然微囊化包埋法具有操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在漆酶濃度較低、負(fù)載量較低、孔徑限制等常見缺點(diǎn)。

2.3 共價(jià)結(jié)合法

共價(jià)結(jié)合是酶的側(cè)鏈氨基酸如賴氨酸、Cys或天冬氨酸與載體表面基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，通過共價(jià)鍵結(jié)合的方式達(dá)到固定化效果的一種固定化方法，氨基、羧基或巰基等官能團(tuán)有利于共價(jià)鍵的形成[26]。例如，利用共價(jià)鍵將漆酶固定在改性聚酰亞胺氣凝膠上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固定化漆酶的穩(wěn)定性顯著提高，并且在重復(fù)使用測(cè)試中，固定化漆酶在7次循環(huán)后仍保持22%的初始活性[27]。還有文獻(xiàn)報(bào)道指出，將漆酶通過共價(jià)鍵固定在改性氧化石墨烯(GO)磁性納米粒子上，發(fā)現(xiàn)與游離漆酶相比，固定化漆酶的儲(chǔ)存、酸堿度和熱穩(wěn)定性都得到了提高[28]。

在該方法中酶和載體之間結(jié)合力強(qiáng)，不存在酶泄露和解吸的問題，但其缺陷也較為明顯，例如準(zhǔn)備過程較為復(fù)雜、固定化條件艱難，同時(shí)在固定過程會(huì)伴隨著漆酶活性喪失等問題。

2.4 交聯(lián)法

交聯(lián)法是通過功能團(tuán)試劑與漆酶分子之間形成的共價(jià)鍵作用而得到穩(wěn)定酶分子來固定化酶的一種方法。常用的交聯(lián)試劑有戊二醛、己二胺、順丁烯二酸酐等，其中最常用的是戊二醛。Ren等[29]采用有機(jī)肥為載體，戊二醛為交聯(lián)劑對(duì)漆酶進(jìn)行固定化，探究了漆酶固定化的最佳條件，并研究了游離漆酶和固定化漆酶的最佳操作條件和穩(wěn)定性，將其分別應(yīng)用于土壤修復(fù)。發(fā)現(xiàn)在相同條件下，固定化漆酶的熱穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性優(yōu)于游離漆酶。該方法可將漆酶和載體牢固結(jié)合，但在交聯(lián)過程中漆酶容易失活。

2.5 兩步結(jié)合

由于以上方法單獨(dú)固定化漆酶時(shí)會(huì)存在一定的缺陷，將兩種方法結(jié)合起來一起固定化漆酶能表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。Fathali等[30]發(fā)現(xiàn)采用交聯(lián)和包埋組合方法固定化漆酶，表現(xiàn)出良好的操作穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性。Wu等[31]首次建立了基于吸附和纖維素衍生物膜涂層相結(jié)合的酶固定化方法，該法首先通過物理吸附將酶固定在不同吸附載體上，然后纖維素衍生物膜涂層包覆吸附的固定化酶，可以提高其穩(wěn)定性。此外該研究者還采用硅藻土和HPD-417(一種吸附樹脂)為吸附載體固定化漆酶，表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和耐酸堿性。Wu等[32]則通過吸附和共價(jià)結(jié)合的方法首次將氨基功能化磁性金屬有機(jī)骨架固定化漆酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固定化漆酶的酶活回收率可達(dá)83.3%。

2.6 新型固定化技術(shù)

固定化技術(shù)主要取決于固定化方法和固定化載體材料，而載體材料的選擇是酶固定化的關(guān)鍵因素。合適的固定化載體材料能有效提高酶的固定化率和催化效率，因而在國內(nèi)外許多新型固定化技術(shù)的研究都圍繞著載體材料展開，這些新型載體材料一般具有多孔性、疏水/親水性、物化穩(wěn)定性、表面活性等優(yōu)異的物化特性。除此之外，近年來研究人員還提出了新型固定化酶制備技術(shù)，包括單酶納米顆粒的制備、微波輻射輔助的固定化技術(shù)、無載體固定化技術(shù)等[33-34]。交聯(lián)酶聚集體是一種新型固定化技術(shù)，它是用沉淀劑沉淀酶蛋白得到酶聚集體，再用交聯(lián)劑交聯(lián)的無載體固定化方法。該方法無需載體，無需純化，具有成本低、穩(wěn)定性及重復(fù)性較高等優(yōu)點(diǎn)[35-36]。例如，通過共沉淀法合成了氨基功能化的磁性Fe3O4納米粒子，并用3-氨基丙基三甲氧基硅烷進(jìn)行表面改性，將制備的納米粒子通過磁性交聯(lián)酶聚集體法固定漆酶[37]。

3 漆酶固定化載體材料

載體材料不僅是固定化漆酶的重要組成部分，還是影響固定化漆酶性能的重要因素之一。選擇合適的載體材料能提高固定化漆酶的催化降解能力，并且能產(chǎn)生良好的穩(wěn)定性和較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)。載體材料可分為傳統(tǒng)材料和新型材料。

3.1 傳統(tǒng)材料

3.1.1 無機(jī)材料

無機(jī)載體材料具有造價(jià)低廉、機(jī)械強(qiáng)度高以及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可以直接用來固定漆酶，而對(duì)無機(jī)材料進(jìn)行表面改性后可增強(qiáng)其對(duì)漆酶的結(jié)合能力[38]。常見的無機(jī)材料有分子篩、二氧化硅、二氧化鈦等。其中，分子篩有許多孔徑均勻的孔道和孔穴，其吸附能力高，選擇性強(qiáng)，并且耐高溫，是一種性能優(yōu)良的催化劑載體。一般常用的固定漆酶的方法主要是物理吸附法。有報(bào)道采用具有微介雙孔結(jié)構(gòu)的改性ZSM-5分子篩(ZSM-5 m)為載體，以物理吸附法固定化漆酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與游離漆酶相比，Lac/ZSM-5 m對(duì)pH和溫度具有良好的耐受性，且具有良好的操作穩(wěn)定性，循環(huán)使用10次，仍能保持初始酶活的69.2%[39]。

二氧化硅表面具有親水特性以及存在許多羥基，可以通過吸附、共價(jià)鍵和包埋法固定化漆酶[40]。近年來，介孔二氧化硅由于性能優(yōu)異得到了廣泛的關(guān)注，但介孔材料固定漆酶時(shí)比活力較低。與其相比，大孔材料可提高漆酶的固載量，因而提高了漆酶的比活力，并且大孔材料可加快固定速度和提高反應(yīng)速率。另有研究指出，經(jīng)改性后的大孔材料還具有比表面積大、吸附量高、無生理毒性并且孔徑可調(diào)等特點(diǎn)[39]。例如，以表面固定Cu2+的改性大尺寸SiO2大孔材料作為載體固定化漆酶，在最佳條件下酶活回收率最高可達(dá)100.4%，與底物反應(yīng)重復(fù)操作10個(gè)批次后酶活仍可達(dá)到72.7%[41]。

二氧化鈦是典型的無機(jī)半導(dǎo)體材料，在光催化領(lǐng)域一直是研究熱點(diǎn)，但較少文獻(xiàn)報(bào)道將漆酶固定在二氧化鈦納米粒子上。與其他納米粒子相比，二氧化鈦由于低成本、無毒性、物理和化學(xué)穩(wěn)定性等獨(dú)特性能成為固定漆酶的理想載體。例如，將漆酶固定在納米二氧化鈦(ILTN)上，并用ILTN分別降解3種陰離子染料[42]。

3.1.2 高分子材料

天然高分子材料具有良好的生物相容性和降解性，但其力學(xué)性能較差。文獻(xiàn)報(bào)道中，常見的天然高分子材料有殼聚糖、藻酸鹽。殼聚糖氨基含量高，可以促進(jìn)其與漆酶的連接，常用的固定化方法有共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法。王穎等[43]以交聯(lián)法制備了殼聚糖固定化漆酶，考察固定化漆酶的特性，結(jié)果顯示，與游離漆酶相比，固定化漆酶提高了穩(wěn)定性，拓寬了pH和溫度的范圍。

常用的藻酸鹽包括海藻酸鈉和海藻酸鈣。二者表面富含羧基和羥基，擁有優(yōu)異的凝膠特性。由于這一特性，常用包埋法將漆酶固定在藻酸鹽上，這一優(yōu)點(diǎn)也使藻酸鹽成為常用載體材料之一。圖3展示了研究者用戊二醛交聯(lián)漆酶再包埋到海藻酸鈣珠中，可以發(fā)現(xiàn)在重復(fù)性測(cè)試中，與未交聯(lián)的固定化漆酶相比，先交聯(lián)后包埋的固定化漆酶在10個(gè)循環(huán)操作后依然保持高活性[44]。

圖3 漆酶的固定化過程及降解雙酚A中的應(yīng)用[44]Fig.3 Process of Laccase Immobilization and Application in Bisphenol A Degradation[44]

與天然高分子材料相比，合成高分子材料性能優(yōu)良，具有良好的力學(xué)性能和可塑性等優(yōu)點(diǎn)。Georgieva等[45]將漆酶共價(jià)固定在化學(xué)修飾聚丙烯膜上，發(fā)現(xiàn)固定化漆酶在pH值為5.5和溫度為55 ℃時(shí)表現(xiàn)出最大活性，當(dāng)在等溫條件下的生物反應(yīng)器中使用固定化漆酶時(shí)，它能夠氧化多種酚類底物。

3.1.3 復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀或微觀上組成具有新性能的材料。近年來有不少文獻(xiàn)報(bào)道了此方面內(nèi)容。例如，劉曉貞等[46]通過吸附、交聯(lián)方法制備了二氧化硅/殼聚糖大孔復(fù)合材料用來固定化漆酶。龐乾輝等[47]制備了聚多巴胺功能化修飾的整體型大孔/介孔復(fù)合材料，通過共價(jià)結(jié)合法固定化漆酶。另有研究利用埃洛石納米管和殼聚糖這兩種天然資源制備了新型多孔雜化微球，發(fā)現(xiàn)其固定漆酶負(fù)載量高達(dá)123.1 mg/g，固定化漆酶作為生物催化劑去除廢水中的苯酚，去除率可達(dá)95.0%[48]?？梢园l(fā)現(xiàn)，與單一載體材料相比，復(fù)合材料結(jié)合了所包含載體材料的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。

3.2 新型材料

新型材料包括碳納米材料[如碳納米管(CNTs)、GO]、金屬納米材料、磁性納米材料以及介孔材料等[49-50]，其具有高比表面積，很大提高了酶的負(fù)載量，還可以在納米尺度上控制尺寸，除此之外還有很好的導(dǎo)電性和磁性等優(yōu)點(diǎn)[51]。

3.2.1 碳納米材料

碳納米材料因其具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性以及生物相容性等優(yōu)勢(shì)一直是研究熱點(diǎn)[52-54]。據(jù)報(bào)道，將CNTs作為載體材料用來固定漆酶已被應(yīng)用于生物傳感、水修復(fù)等方向[55]。與傳統(tǒng)載體材料相比，CNTs展現(xiàn)了更大的特定表面積、更高的吸附能力以及更優(yōu)越的酶負(fù)載能力。CNTs可分為單壁碳納米管(SWCNTs)和MWCNTs，其中SWCNTs缺陷少，具有更高的均勻一致性，但MWCNTs具有更多的表面基團(tuán)，且表面化學(xué)活性較高[56-57]。已有文獻(xiàn)描述了利用吸附法、共價(jià)連接以及包埋將漆酶固定在CNTs上[53]。例如，圖4采用了功能化碳納米管/聚砜膜為載體固定漆酶，并將其降解4-甲氧基苯酚，表現(xiàn)出優(yōu)異的生物催化性能[58]。還有研究以MWCNTs為填充材料，合成了聚偏氟乙烯/MWCNTs膜納米復(fù)合材料，用共價(jià)法固定漆酶表現(xiàn)出顯著的活性，與游離漆酶相比，固定化漆酶的操作穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性有所提高[59]。

圖4 漆酶固定在碳納米管/聚砜膜上及其生物催化性能[58]Fig.4 Laccase Immobilization on CNT/Polysulfone Membranes and the Performance of Biocatalytic Degradation[58]

GO由石墨烯氧化得到，具有吸附性能優(yōu)異、表面積巨大、表面羥基多等特點(diǎn)，是固定化酶有效的候選載體[60]。與石墨烯相比，GO生產(chǎn)成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)且易于加工[61]。與其他載體材料相比，GO表面含有豐富的含氧基團(tuán)，使其具有化學(xué)穩(wěn)定性，并且為GO與其他材料(聚合物或其他無機(jī)材料等)復(fù)合提供了表面活性位置和較大的比表面積。Xu等[62]將漆酶固定在GO納米片分離膜上，結(jié)果表明，GO-聚醚砜膜固定化漆酶在溫度和pH上表現(xiàn)出長期的穩(wěn)定性，生物膜催化的純水通量也提高了。GO作為一種性能優(yōu)異的新型碳材料，在固定漆酶方面雖有較大的潛力，但同時(shí)GO也具有一定的局限性,例如易于團(tuán)聚、電化學(xué)活性弱、加工困難等，限制了其應(yīng)用[61]。

3.2.2 金屬納米材料

作為納米材料研究的一個(gè)重要分支，金屬納米材料由于其物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在眾多研究領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，得到了研究人員的廣泛關(guān)注。例如，圖5展示了將納米銅引入到聚丙烯腈/聚偏氟乙烯電紡纖維膜中，制備了聚丙烯腈/聚偏氟乙烯/Cu2+電紡纖維膜載體用來固定化漆酶，并用于去除水中的2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)[63]。結(jié)果表明，固定化漆酶不僅具有較高的重復(fù)使用性，而且比游離漆酶具有更寬的pH和溫度范圍，并且對(duì)2,4,6-TCP的去除率高于游離漆酶。

圖5 固定化漆酶的制備及其在去除2,4,6-TCP中的應(yīng)用[63]Fig.5 Preparation of Immobilized Laccase and Application in 2,4,6-TCP Removal[63]

3.2.3 磁性納米材料

磁性納米粒子(MNPs)具有強(qiáng)磁性、低毒性、生物相容性以及易于分離等優(yōu)點(diǎn)，并且其比表面積大，因此,對(duì)漆酶負(fù)載量較大，可以與底物充分接觸，具有良好的催化效果[64-65]。但MNPs存在會(huì)在空氣或酸性環(huán)境下發(fā)生氧化或溶解等缺陷，從而限制了其應(yīng)用，為了克服以上影響因素，需對(duì)MNPs進(jìn)行改性[66]。目前常用的MNPs是Fe3O4，經(jīng)過表面功能化的MNPs得到了廣泛應(yīng)用。例如，有研究者采用共沉淀法合成乙二胺四乙酸(EDTA)功能化的MNPs，并以Cu2+為橋基的螯合作用將漆酶固定在經(jīng)EDTA功能化的MNPs表面[67]。

Fe3O4納米粒子雖然有優(yōu)越的物理和化學(xué)性質(zhì)，但也存在易于團(tuán)聚且裸露的Fe3O4粒子表面沒有官能團(tuán)等缺陷，而與其他材料(如高分子材料)復(fù)合能有所改善。高分子材料表面具有豐富的官能團(tuán)，與MNPs構(gòu)成磁性復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用。Zhang等[68]采用共價(jià)交聯(lián)方法有效地將漆酶固定在Fe3O4@殼聚糖復(fù)合納米粒子表面，固定化漆酶的比活性達(dá)到112.4 U，酶活性回收率為51.8%。另有報(bào)道，首次將漆酶固定在基于Cu2+螯合的含2,2-二胺-二-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸的氨基功能化離子液體修飾的磁性殼聚糖納米粒子上，研究發(fā)現(xiàn)，固定化漆酶與游離漆酶相比具有較高的活性、穩(wěn)定性以及較好的pH和溫度適應(yīng)性[69]。

在磁性納米材料中，磁性二氧化硅因其具有比表面積大、孔徑可調(diào)節(jié)、表面容易修飾等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[70]。與無機(jī)材料二氧化硅相比，磁性二氧化硅增加了磁性材料的特點(diǎn)，如強(qiáng)磁性、低毒性、易于分離等。因此，磁性二氧化硅在固定漆酶方向得到了更廣泛的應(yīng)用。Hu等[71]通過交聯(lián)法將漆酶固定在具有核殼結(jié)構(gòu)的氨基官能化磁性二氧化硅納米粒子上，研究發(fā)現(xiàn)固定化漆酶拓寬了pH和溫度范圍，提高了耐受性而且表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。

3.2.4 介孔材料

介孔材料是一類孔徑在2～50 nm的多孔材料。其中，介孔二氧化硅由于其孔徑均勻、比表面積大等特點(diǎn)成為固定漆酶的理想載體[72]，但其不利于回收。而磁性介孔二氧化硅在磁場(chǎng)作用下，能夠快速分離，實(shí)現(xiàn)固定化漆酶的回收再利用。至今有不少關(guān)于磁性介孔二氧化硅研究和應(yīng)用的報(bào)道。Zhu等[73]研究了磁性介孔二氧化硅球；Li等[74]報(bào)道了磁性介孔SiO2/Fe3O4空心微球的合成；Wang等[75]合成了具有蟲孔骨架結(jié)構(gòu)的新型大孔磁性介孔二氧化硅納米粒子。可以發(fā)現(xiàn)，將漆酶固定在磁性介孔二氧化硅材料上，固定化漆酶的穩(wěn)定性以及重復(fù)利用率顯著提高，并經(jīng)過多次磁分離操作后，其仍保持高活性。

4 結(jié)論與展望

漆酶是一種很有前途的生物催化劑，其催化底物范圍廣、催化效率高、貯存要求低，且反應(yīng)后唯一的產(chǎn)物是水。大部分漆酶在降解污染物時(shí)，最適pH值在3～7，且最適溫度較低,在25～50 ℃。漆酶容易受到pH和溫度的影響，因此，游離漆酶具有易失活、低重復(fù)利用率和差穩(wěn)定性等缺點(diǎn)。漆酶固定化后不僅可以克服以上缺點(diǎn)，而且具有良好的催化性能和較寬的底物范圍，在熱、酸堿度、儲(chǔ)存和操作方面的穩(wěn)定性都有了顯著提高。但是漆酶在固定化后，其活性會(huì)降低，性能也會(huì)受到固定化方法的影響，并且酶活回收率不高，同時(shí)漆酶的高成本問題也限制了其應(yīng)用，現(xiàn)在漆酶固定化方面多為試驗(yàn)研究，在實(shí)際中應(yīng)用較少。因此，漆酶的固定化技術(shù)和載體材料需更進(jìn)一步的研究。

(1)研究新的固定化方法和有前途的載體材料依然是未來漆酶固定化技術(shù)的一個(gè)趨勢(shì)，旨在提高固定化漆酶的活性。

(2)由于漆酶的高生產(chǎn)成本限制了其應(yīng)用，需開發(fā)新的技術(shù)或者優(yōu)化現(xiàn)有的工藝設(shè)備來降低工藝的生產(chǎn)成本。

(3)近年來，新型污染物越來越多，未來可開展固定化漆酶應(yīng)用于去除新型污染物的研究，拓寬漆酶的應(yīng)用范圍。

(4)需進(jìn)一步開發(fā)漆酶更多的優(yōu)異性能，將固定化漆酶應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。