漆酶在环境保护中的应用研究进展

　　摘要在有氧条件下，漆酶能降解很多难降解的化合物，在环境治理中起到重要的作用。介绍了漆酶的来源和特性，综述了漆酶在造纸废水、废纸脱墨、食品工业废水及染料脱色等领域中的应用，并对漆酶的应用前景进行展望。

　　关键词漆酶废水染料脱色废纸脱墨环境保护

　　环境从业人员评职知识：环境生态著作出版方法

　　一部环境生态著作要完成出版也是一项复杂的工作，从选题到组稿，审稿再到最后的出版发行也要经过多个程序。作者要出版先要做的就是选题工作，出版社或者是出版机构在选题方面也是考虑市场的，会结合市场现状挑选出环境生态类选题，这类选题也要审核委员会审批通过才能走下面的流程。

　　0引言

　　漆酶(Laccase)是一种含铜的多酚氧化酶，又名对苯二酚氧化酶，是一种金属糖蛋白，它属于多铜氧化酶家族。漆酶最早被发现于日本紫胶漆树(Rhusverniciflua)漆液，后来Bertrand在真菌中也发现了这种酶，并且称之为漆酶。在自然界里，漆酶主要存在于各种植物、昆虫、真菌及细菌。近年来，广大学者对漆酶进行了大量的研究与探讨，其中，人们最热衷于对真菌漆酶的研究[1]。

　　典型漆酶是一种单体蛋白，由500~550个氨基酸组成，真核生物漆酶含有10%~25%的糖基。担子菌门、子囊菌门及半知菌类等真菌分布有大量的产漆酶真菌，特别是白腐菌中分布更为广泛。来自于白腐菌的漆酶是自然界中纤维素、木质素和半纤维素必不可少的降解者，在木质素降解过程中不可或缺，在自然界物质循环过程中起着非常重要的作用。漆酶在以下几个方面的应用前景及潜在价值尤为突出:有机合成、免疫检测、生物检测、生物传感器制作[2]、污染修复、有毒有害化合物的去除、造纸废水的生物处理、纸浆的生物漂白和饮料果汁加工、植物食品保护等。

　　自发现漆酶以来，人类已经对漆酶和产漆酶菌株进行了大量的研究与探索，包括产漆酶菌株生长曲线、产漆酶条件的优化、漆酶的分离纯化及其酶学性质、漆酶的具体应用等。近年来人们分离纯化了上百种不同来源的漆酶，并研究探讨了它们的酶学性质，克隆测序一些漆酶基因已经实现，酵母等真核生物异源表达也成为事实，但漆酶实际应用研究始终是值得我们探讨的课题，只有继续研究漆酶的性质及具体应用，继续扩展漆酶的其他应用领域，才能充分发挥漆酶的应用价值。现今社会人们对环境保护高度重视，漆酶作为一种绿色催化剂，更是在环保中起着不可替代的作用。本文在已有研究成果的基础上，主要综述了漆酶在环保中的具体应用，包括漆酶在造纸废水处理、废纸脱墨、食品工业废水生化处理的应用等。

　　1漆酶在造纸废水生物处理中的应用

　　随着现代科技的不断发展，人们已经对漆酶处理造纸废水、纸浆生物漂白、漆酶废纸脱墨等进行了深入的研究。近年来，人们发现漆酶在造纸工业中最具应用潜力，其催化氧化木质素的能力极强，并且有很多优势。例如，漆酶能选择性地催化木质素降解，不会对环境造成污染，作用条件温和，常温常压即可，从而可以精简设备降低能耗。造纸工业的氯漂废水BOD5、COD和色度都比较高，含有大量有毒的有机氯化物且不易被传统处理工艺去除。传统制浆废水的生物处理，一般是通过好氧及厌氧生物与废水相互作用，但此方法处理氯漂废水有一定的局限性，只能去除一部分碳水化合物，而对于氯酚等芳香化合物的去除效果不佳，漆酶对氯酚和苯胺化合物的去除能力很强，因此漆酶法处理造纸氯漂废水及含酚工业废水是一种非常有效的方法[3]。

　　周喜燕[4]应用漆酶处理漂白废水，所用漆酶来自毛栓菌TrameteshirsuteaBYBF发酵液，结果表明，在温度30℃，pH值6.4，酶液用量16U/mL条件下反应20h，废水的COD、木素和色度分别下降了83.78%、83.36%和87%，这证明漆酶对氯漂废水处理效果比较理想。徐化强等[5]利用云芝液培养所产的漆酶粗酶液处理造纸废水，在温度55℃，pH值7.0，酶液用量51U/mL条件下，处理5h，处理后出水的COD、木素和色度的去除率分别为82.1%、84%和94.6%。在实际废水处理中可以优化处理条件，提高处理效率。

　　漆酶也可用于造纸黑液的预处理，提高造纸黑液的可生化性，慎镛键等[6]从造纸厂污泥中分离细菌WG35，并用菌株WG35所产漆酶处理造纸黑液，污水的可生化降解性体现于BOD5/COD的值，漆酶作用于造纸黑液2天，BOD5/COD值为0.39，3天后为0.85，由此可见，黑液中添加漆酶后第3天的可降解性比第2天增加了将近1倍，经漆酶处理后的造纸黑液，可生化性比较好，为后续处理提供了方便。为了延长漆酶的使用寿命，降低漆酶的成本，提升漆酶环境耐受性，漆酶固定化技术应运而生，在造纸废水的深度处理中，根据造纸行业节能减排的新要求，固定化漆酶技术成为新趋势。刘娜娜[7]将固定化漆酶投入反应器处理造纸废水，结果表明，反应器中加入200mL以海藻酸钠固定的云芝漆酶，进水COD为1265.87mg/L时，其COD去除率比对照组提高了6.87%，当进水COD增加至1641.31mg/L时，其COD去除率比对照组提高了22.57%，使反应器抗进水负荷冲击的能力更强。

　　2漆酶在废纸脱墨的应用

　　随着社会的不断发展，资源短缺和环境恶化日益明显，人们不断研究节能环保的生产新方式，将废纸回收进行脱墨实现二次利用是一个很好的节能方法。传统的化学脱墨法需要大量的化学药品，这就加重了脱墨废水的污染负荷，增加了脱墨费用，使脱墨废水的处理更加困难。传统脱墨方法更容易出现“碱变黑”，因此降低了纸浆的白度。再者，应用传统的化学脱墨法，纸浆的强度性能及滤水性能不能得到很好的改善。

　　漆酶脱墨方法的出现，很大程度上解决了这些问题，使脱墨更加经济环保。相比传统化学脱墨法，从效果上看，酶法脱墨后的纸浆物理性能良好、白度高、自由度较高、残留墨较低;从运行费用上看，酶法脱墨化学药品用量较少，漂白费用更低，能耗更低，从而使生产成本大大降低;从社会效益上看，酶法脱墨产生的废水毒性和浓度要低，降低了造纸厂对周边环境的污染程度，完全符合现今社会节能环保的生产理念。徐清华等[8]将漆酶/介体体系应用于废旧报纸的脱墨，发现对比空白样，脱墨浆白度降低，且漆酶用量越多白度越低，但随着漆酶用量的增加，脱墨浆的可漂性显著升高，白度可以升高4.2%。

　　并且漆酶和半纤维素酶同时用于脱墨时，两者具有协同作用，与单独使用漆酶或半纤维素酶相比，漂白浆的白度分别可提高8.3%和2.7%。由此可见漆酶应用于废纸脱墨、处理造纸废水效果明显，但由于漆酶价格较高、生产条件不容易控制，这就限制了漆酶工业化应用的实现。目前，人们对漆酶脱墨进行了初步的探讨，但其脱墨机理还不明确，漆酶制浆实现工业化仍需解决一些问题，例如预处理周期的缩短，预处理过程中伴生的负效应，有效控制微生物生物降解木素机理的探讨、漆酶的批量生产、高效经济介体的研发等。

　　3漆酶在食品工业废水生化处理的应用

　　食品废水通常含有高浓度的有机酚类、小分子有机酸和盐类，是工农业污染物的重要来源之一，食品废水渗入土壤不利于植物生长，而且对土壤微生物有很大的影响。漆酶可以去除废水中的酚类及非酚类物质，分解有毒性的污染物，其作用条件温和，且不会对环境造成二次污染。MARTIRANIL等[9]用纯漆酶处理油橄榄压榨废水，废水样来自阿布鲁佐橄榄油工厂，经检测，漆酶处理后的废水酚含量显著降低(高达90%)。GIANFREDAL等[10]研究发现，废水中的很多酚类物质能被漆酶降解，所用漆酶来源于Cerrenaunicolor，漆酶作用24h后，油橄榄压榨废水中酚类含量可降低60%~100%。

　　4漆酶在染料脱色中的应用

　　染料生产过程中产生的有色废水成分复杂，毒性较大，对人们健康以及水生生物造成了严重危害。所以，对废水进行有效脱色十分重要。在染料脱色中，漆酶能作用于不同结构的染料，其催化效率较高，且对环境没有二次污染，漆酶脱色相关工作成为国内外环保行业的研究新热点[11]。

　　5其他方面的应用

　　聚醚废水主要由造纸、日化和机械等行业产生，对水产和河流生态有很大的危害，有可能通过食物链影响人类健康，冯俊生等[17]构建了微生物染料电池-电芬顿体系用来降解聚醚废水，用漆酶包埋修饰碳毡阴极，当pH值为4，漆酶质量浓度为7mg/mL时，聚醚废水COD降解率为68.1%，比未修饰的碳毡阴极提高了28%，而且经漆酶修饰的阴极电压提高21.8%。张陈成等[18]利用活性炭纤维固定化漆酶对苯酚废水进行处理，pH值7.0，35℃条件下，活性炭纤维、游离漆酶、固定化漆酶对苯酚的去除率分别为31.1%、50.4%、76.0%。固定化的漆酶对苯酚的去除效率明显提高，广大学者可以对漆酶的固定化进行深入的研究，通过更有效的固定化手段优化漆酶的降解作用。

　　6展望

　　本文综述了漆酶在造纸废水处理、废纸脱墨、食品工业废水处理、染料脱色等方面的应用，可见漆酶在这些领域应用潜力巨大，漆酶反应条件温和，反应副产物无毒无害，作用范围广，自然界分布广泛，这些优势吸引了许多研究者的注意力，国内外广大学者致力于漆酶应用的深入研究。为了让漆酶的应用范围更加广泛，可以在以下方面深入研究:(1)降低漆酶成本，漆酶的高成本限制了漆酶的大范围应用，为了解决这个问题，各位学者可以寻找漆酶的新来源，参照漆酶的结构和成分人工合成漆酶的替代品，从而得到大批量的廉价漆酶。(2)提高漆酶的活性，可以通过诱变菌种筛选出高活性的漆酶，可以利用基因工程重组漆酶的有效片段组成新的高活性漆酶。

　　参考文献

　　[1]代海兵，王菡.漆酶纯化及其部分性质研究[J].牡丹江医学院报，2008，29(6):23-26.

　　[2]BATTISTAE，LETTERAV，VILLANIM，etal.Enzymaticsensingwithlaccase-functionnalizedtextileorganicbiosensors[J].OrganicElectronics，2017(40):51-57.