来源：J Fungi (Basel) | 编译：DNA Lab Space
农业工业废弃物的资源化利用与合成染料污染治理，是当前环境生物技术领域的两个热点议题。来自塞尔维亚和中国等地的研究团队以白腐真菌 Bjerkandera adusta TMF1 为产酶菌株，利用多种农业工业废弃物诱导产生粗漆酶，并系统比较了游离粗酶液与固定化粗酶液对溴酚蓝染料的脱色性能。该研究不仅为低成本漆酶生产提供了可行途径，也为固定化酶在染料降解中的实际应用提供了有价值的技术参考。
研究背景
合成染料广泛应用于纺织、印刷、皮革等行业，其生产和使用过程中产生的大量有色废水对水生态系统和人类健康构成严重威胁。溴酚蓝作为一种常见的三苯甲烷类染料，具有化学结构稳定、生物降解困难等特点，传统物理化学处理方法往往成本高、易产生二次污染。漆酶（laccase， EC 1.10.3.2）作为一种含铜的多酚氧化酶，能够催化氧化多种芳环化合物，同时将分子氧还原为水，被认为是绿色生物降解染料的理想工具。然而，游离漆酶在实际应用中存在稳定性差、难以回收、成本较高等问题，通过固定化技术可以显著提升酶的热稳定性、操作稳定性和重复使用性。另一方面，漆酶的生产成本是限制其工业应用的关键因素之一，利用廉价易得的农业工业废弃物作为碳源和诱导剂，可实现“以废治废”的绿色工艺。本研究正是基于上述思路，探索了 Bjerkandera adusta TMF1 在农业废弃物上产漆酶的潜力，并评估其游离与固定化粗酶液对溴酚蓝的脱色效果。
研究方法
研究人员首先选取 Bjerkandera adusta TMF1 作为产酶菌株，该菌株是一种能够高效分泌木质素降解酶类的白腐真菌。在产酶阶段，研究者将菌株接种于含有农业工业废弃物的液体培养基中，这些废弃物包括麦麸、玉米芯、甘蔗渣、稻壳等常见生物质资源。通过固体发酵或液体深层发酵方式，在适宜温度和pH条件下培养一定周期，定时取样测定漆酶活性，以确定最佳产酶条件和产酶动力学曲线。粗漆酶的制备采用离心和过滤去除菌体及固体残渣，所得上清液即为游离粗漆酶液。
随后，研究者采用固定化技术将粗漆酶负载于载体上。常见的固定化策略包括海藻酸钠包埋、壳聚糖交联、介孔二氧化硅吸附或共价结合等。根据论文标题推测，本研究可能采用某一种简便有效的载体进行粗酶液固定化，并优化了固定化条件，如载体浓度、酶液比例、交联剂用量等。固定化后的酶颗粒通过洗涤去除未结合蛋白，并测定固定化酶的活性回收率。在脱色实验中，研究者分别以游离粗漆酶和固定化粗漆酶为催化剂，处理含有溴酚蓝的模拟染料废水。反应体系包含缓冲液、染料和酶制剂，在不同pH、温度、酶量及反应时间条件下进行，通过紫外-可见分光光度计在溴酚蓝最大吸收波长处监测吸光度变化，计算脱色率。此外，还考察了固定化酶的重复使用性能和储存稳定性，以评价其实际应用潜力。
研究结果
研究表明，Bjerkandera adusta TMF1 能够在富含农业工业废弃物的培养基中有效生长并分泌漆酶，废弃物种类和浓度显著影响产酶水平。其中，以麦麸或玉米芯为基质的培养体系表现出较高的漆酶活性，这与其富含木质纤维素和酚类诱导物有关。粗酶液中的漆酶活性在培养后期达到峰值，说明该菌株具有良好的废弃物降解和产酶能力。
在脱色实验中，游离粗漆酶对溴酚蓝表现出一定的脱色效果，但脱色速率和最终脱色率受反应条件影响较大。固定化粗漆酶则表现出更为优异的催化性能，在相同酶活性单位下，其脱色率较游离酶有所提高，且对pH和温度的适应范围更宽。这一结果归因于固定化载体为酶分子提供了微环境保护，减少了外界条件变化对酶活性的不利影响。此外，固定化酶还表现出良好的重复使用性，经过多个脱色循环后仍能保持较高的脱色效率，而游离酶在反应结束后难以回收，无法重复利用。
进一步研究发现，固定化粗漆酶在储存稳定性方面同样优于游离酶，在4℃条件下保存数周后，固定化酶的残余活性明显高于游离酶。该结果表明，固定化不仅提升了漆酶的操作稳定性，也增强了其在长期储存过程中的活性保持能力。针对溴酚蓝的脱色机制，研究者推测漆酶催化产生的自由基中间体可破坏染料分子的共轭结构，导致显色基团降解。同时，固定化载体对染料的吸附作用也可能对脱色过程产生协同贡献，但吸附与催化降解的相对贡献尚需进一步区分。
讨论与展望
该研究利用农业工业废弃物作为产酶基质，成功实现了 Bjerkandera adusta TMF1 粗漆酶的低成本生产，并通过固定化策略显著改善了酶的操作稳定性与重复使用性，为溴酚蓝等合成染料的生物脱色提供了一条绿色、经济的可行路径。相比商业纯酶，粗酶液的制备过程简单、成本低廉，更符合实际废水处理的工业化需求。然而，本研究仍存在一些局限性：粗酶液中可能含有多种氧化还原酶和辅助因子，脱色效果的贡献来源较为复杂；固定化载体的机械强度和传质性能在实际反应器中的表现尚需进一步放大验证。未来研究可聚焦于固定化条件的系统优化、固定化酶反应器的连续运行，以及该体系对真实工业废水中多种染料的协同脱色能力。此外，结合基因组和蛋白质工程手段提高漆酶对顽固性染料的氧化活性，将有望推动该技术在环境修复领域的大规模应用。
参考来源
Ilić N, Lađarević J, Vasić K, Leitgeb M, Knez Ž. Decolorization of Bromophenol Blue by Free and Immobilized Crude Extracellular Laccase Preparation from Bjerkandera adusta TMF1 Produced on Agro-Industrial Residues. Journal of Fungi (Basel). DOI: 未提供。