漆酶在印染废水处理中的应用

摘要：生物酶处理废水因其条件温且不产生污泥，满足节能减排的要求而受到业界的重视。漆酶是一种氧化还原酶，对各种酚类、芳胺和衍生物都具有催化作用，底物范围广，是作为印染废水处理的首选酶。本文对漆酶的来源、生产、印染废水处理方面应用前景等几个方面做简要介绍。关键词：漆酶；印染；废水处理；催化

漆酶最早是由日本人于1883年从漆树的分泌物中发现的，后来人们发现许多生物包括植物、微生物（主要是真菌），甚至昆虫体内都可产生漆酶，其中以担子菌中白腐菌产生最多。漆酶是一种含四个铜离子的多酚氧化酶，底物范围广。据统计，漆酶能催化氧化六大类250余种底物，包括酚及其衍生物、芳胺及其衍生物、羧酸及其衍生物、金属化合物和其他非酚类底物等，且通过与小分子介体物质连用可进一步扩大其应用范围。据报道有关漆酶在纺织行业的应用有：漆酶对纺织纤维的改性、用于麻的煮练和棉织物的漂白、专利报道漆酶/介体体系用于织物的染色和印花，还有用于牛仔布的水洗等，非常广泛。由于印染行业产生大量废水，且含有大量含酚类或芳胺结构的有色物质，适合应用漆酶进行处理。近几年这方面的研究报道也很多。

一、漆酶的生产

漆酶是一种胞外酶，可通过微生物培养和基因工程大量得到，长期以来多采用液体发酵的方式得到。近年来真菌固体发酵由于其发酵原料成本较经济、基质前处理简单、回收纯化过程及废弃物处理通常较简化等优势已成为漆酶生产研究的一个热点领域【1】。研究的过程主要是分离高产菌株、驯化培养、优化培养条件等。

最近研究报道的产漆酶优良菌株有白地酶M3、栗生灰黑孔茵、硬毛粗毛盖孔菌Funalia trogii等，所产漆酶都对印染废水有良好脱色作用，其中硬毛粗毛盖孔菌Funalia trogii所产漆酶，无论是否经纯化处理均对纺织废水有很好的脱色作用。文章中都确定了培养的最佳条件，为漆酶的工业化生产应用奠定了一定的基础。

二、漆酶催化处理废水的特点

与传统废水处理方法相比，微生物和酶的处理方法条件温和，能耗低且不产生污泥，与直接利用微生物处理废水相比，酶催化具有以下优点：(1) 分解效率高。例如，Trametesver— sicolor菌的培养液中加入2.5 m g／L的二噁英，培养1周 后，88％的污染物被分解。 而 0.01 U ／L 漆酶与5 m g／L 二噁英反应，在 40℃的温度下，10 m in内95％的二噁英就被分解掉了。(2)毒性小，易操作。微生物常常具有致病性，而酶对环境很友好，因为酶及其反应产物极易在环境中进一步被降解。(3)使用范围宽。酶可以在较宽的pH、温度及盐浓度范围内处理低浓度或较高浓度的污染物，而微生物一般仅适用于处理较低浓度的污染物。

酶的主要缺点是价格高，受各种因素的影响易失活。随着生物技术和基因技术的发展，酶的生产成本必将不断降低，而且利用一些物理或化学的方法可以提高酶的稳定性和重复利用率，例如酶的固定化技术便是实现酶的连续使用并改善其稳定性的好方法。

三、漆酶对印染废水的脱色

印染废水中常残留一定量的染料，这些染料的存在不仅增加了水的色度而且许多具有毒性、难以分解，增加了水处理负担。漆酶作用底物范围广，对酚类、胺类等有毒物质具有降解作用，而酚类和苯胺类化合物是制造染料的重要原料，理论上可用来进行废水中染料脱色降解，实验也证实了这一点。 何中琴译1998年日本《染料用虫漆酶脱色》一文中提到在选取的包括活性、直接、酸性、还原、分散、硫化染料在内的总计316种染料中可用漆酶脱色的有178种，几乎无变化的99种。从染料类别上看，活性、直接和酸性染料中有脱色效果的分别占60%左右，碱性染料中除孔雀绿外其余均无脱色效果，还原染料中靛蓝和溴靛蓝两种可脱色。发色团上分类看，26种蒽醌类有22种显示明显脱色效果，63%的偶氮染料可进行脱色。

从染料结构方面来讲，可把合成染料可分为漆酶底物类染料和非漆酶底物类染料。蒽醌类染料是漆酶的底物，可被漆酶直接氧化，脱色和降解程度与酶活性呈正比。实验证明，白腐菌Trametes trogii(StrainBAFC463)分泌的漆酶和锰过氧化酶降解硝基苯和蒽醌混合物，12~24d后去除率大于90%。降解过程中漆酶的活性和稳定性远远高于锰过氧化酶，对污染物的降解起主导作用。偶氮类和靛青类染料不是漆酶的底物，但当添加小分子介体物质ABTS后，降解效果明显提高，提高比率与ABTS浓度呈正比。实验还证明，偶氮类和靛青类染料在漆酶作用下，降解非常缓慢，当添加(33 umol)蒽醌染料后，降解速度迅速提高到35~40 mg/(L·h)，这一特点使漆酶在工业染料降解中的应用成为可能。

要充分发挥漆酶的降解作用，必须了解其最佳活性条件。影响漆酶作用的因素有底物的结构、pH、温度、化学剂，不同类型的漆酶活性条件有一定的差异。在利用漆酶前必须首先了解所用漆酶的最佳活性条件，以延长使用寿命，提高利用效率。秦文娟《利用漆酶讲解有机污染物》一文总结了几个漆酶活性因素的影响情况：

（一）随着底物结构中氯原子取代数目的增加，漆酶的转化降解能力降低，转化酚型底物的能力顺序为：甲酚>甲氧酚>氯酚>溴酚，同时漆酶的有效性随底物分子量增加而降低。

（二）pH值R.praticota菌漆酶的pH范围4.5-9.0，一般在中性范围，T.versicoclor菌漆酶则多在酸性范围3.0-8.0，辣根过氧化酶pH3.0-10.0，酪氨酸酶pH值4.5-8.5。较宽的pH范围非常利于实际中的应用。大多数漆酶在碱性环境中不稳定，易失活。

（三）底物浓度的影响 任意底物浓度下增加酶量都会增加底物转化率，而当酶量一定时，底物浓度对酶的活性也有一定影响，例如以T.versicoclor菌为例酶量一定，当DCP底物浓度在0.1-10mmol/L范围内时，底物去除率随浓度降低而提高；而当浓度在 0.001~ 0.1m m ol／L范围时，情况正相反，不同酶菌情况有些差异。

（四）添加剂有些添加剂可以起到增加酶活的作用如牛血清蛋白，另外一些起到抑制酶活的作用如茶酚等。另有文献探讨了漆酶对活性染料脱色时助剂对脱色率的影响，指出一价盐Na2SO4对漆酶影响小，而NaCl和KCl影响却比较大，且随浓度增加脱色率降低，这种差异可能是因酸根离子引起；二价盐CaCl2影响较大但几乎不受CuSO4的影响，这是因为漆酶本身就含有作为活性辅助因子的铜，对铜离子具有一定相容性；FeCl3 的影响很大，随盐浓度增加酶脱色活性急剧下降，盐浓度增加到0.4mol/L时完全丧失活性。醇类物质如乙醇、甘油对酶活影响不大而聚乙二醇影响较大，随用量增大脱色率降低，原因有待进一步研究。表面活性剂对酶活性都有不利影响。某些低分子递质可用来增加酶的活性，如对于活性艳蓝 K -3R，1一羟基苯并三唑和 4一羟基苯磺酸都是有效递质，可以增大漆酶的脱色能力。

（五）反应时间和温度R.praticota菌漆酶和T.versicoclor菌漆酶两种酶在5℃-55℃之间均能保持一定酶活，最适宜反应温度为35℃。

四、存在问题及前景展望

漆酶废水处理存在的问题主要是酶的生产成本较高、较易失活、应用条件需严格控制等，但随着生物技术的进步这些问题都将逐步得到解决。近期许多关于漆酶酶学性质的研究报道对漆酶的实际工业应用具有重要的参考价值。

随着生物学和基因工程的发展，构建产漆酶工程菌株成为研究热点。

参考文献

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2.E．Abadulla等著,王潮霞译,陈水林校.印染废水的生物酶脱色.国外纺织技术.2001年第2期.

3.尹亮,陈章和,赵树进.白地霉产漆酶条件优化及对偶氮染料的脱色.华南理工大学学报(自然科学版).第36卷第12期 2008年12月.

4.吴蚌斌,夏黎明.应用Coriolus vericolor菌丝球脱色染料及印染废水的研究.微生物学报.42卷3期2002年6月.

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6.《印染》2010第12期 漆酶及其在纺织工业中的应用 王石磊 张建波 张建英 董朝红

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