罗小叶
(遵义医药高等专科学校,贵州 遵义 563000)
漆酶的特性及其应用
罗小叶
(遵义医药高等专科学校,贵州 遵义 563000)
到目前为止,漆酶的应用主要体现在造纸工业中的生物制浆,食品工业中面包的发酵和酒类芳香性和外观的修饰,纺织工业中染料的脱色以及环境保护中的生物修复等诸多领域。同时,漆酶的来源也非常广泛,可以从高等植物、细菌及真菌中分离纯化得到,这就使得漆酶具有广阔的应用前景和发展潜力。
漆酶;应用;研究进展
漆酶是由白腐真菌、植物和细菌表达的一种细胞外糖蛋白。它是一种多铜类氧化酶,它一般以二聚体或四聚体的形式存在。酚类物质,芳香类物质和脂肪族胺是漆酶最常见的底物,漆酶可以催化这些物质中酚羟基氧化生成苯氧基自由基,同时氧被还原成水(Yaropolov AI 2004;Leonowicz A 2011)。
分子量较大的漆酶难以跟底物充分接触,同时,低的氧化还原电位也使漆酶对酚醛木质素的氧化受到限制,然而,一种新的高效介质的引入可以克服以上问题,这就是所谓的 Laccase-Mediator-System(LMS)。这种介质是一种小分子物质,它首先被漆酶氧化成氧化态的形式(Mediator(ox)),Mediator(ox)再渗透到底物内部进行作用(Sergio Riva 2006)。
漆酶的主要用途在纺织、染色和印花行业,涉及染料的脱色、木质纤维的降解以及漂白等过程(Claus et al 2012;Bajpai 1999;Leonowicz et al 2011)。
2.1 漆酶在纸浆和造纸工业中的应用
生物制浆是指能降解木质素的真菌或酶对制浆过程中所需要的木屑等木质纤维原料的前处理。这种预处理通常是在制浆之前完成,并运用于热机制浆的第一道和第二道热炼机中(Burton SW 2011)。
生物漂白是指用真菌等微生物或者它们所分泌的酶对纸浆进行预处理,漆酶可以氧化木质素中的酚羟基使其变成苯氧基自由基,这两种基团之间的转换会导致木质素的聚合和解聚,从而加速其生物漂白(Leonowicz A et al 2011)。
印刷过的纸等二次纤维的恢复需要对其进行脱墨。传统的脱墨需要用机械法、化学法和热力学等的方法对油墨进行剥离,有研究利用漆酶或LMS对木质纤维进行脱墨以实现其循环利用。Selvam等发现用漆酶处理废弃的复印纸可以降低其卡伯值,同时还能增加其光泽度(Selvam et al 2005)。
2.2 漆酶在食品工业中的应用前景
漆酶可以用于食品工艺的某些工序中提高或改变食品和饮料的外观。比如,漆酶可以降解引起食品褐变和霉变的酚类物质,用以提高果汁、啤酒和白酒的清亮程度。
对白酒品质的稳定是漆酶在食品工业中的又一重要用途(Minussi,R.C 1999)。白酒是乙醇,有机酸和一些酚类物质的混合物,乙醇和有机酸是形成白酒风味的主要成分,而其色泽跟口感则主要取决于酚类物质(Brenna,O and Bianchi,E 1994)。有研究表明,来自于变色栓菌的漆酶在去除白酒中酚类物质的作用中有很好的应用前景,分别有90%以上的阿魏酸和34%的酚类物质可以被去除(Minussi,R.C et al 1998)。
在面包制作的过程中要在面团中加入一些添加剂来增加面包的质地、风味并使其膨大。淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和聚戊糖酶等多种酶类被用于此种添加剂以提高面团性能。漆酶由于其具有对生物聚合物的交联能力而在食品烘焙中的应用也受到广泛关注。根据Si的研究结果,漆酶加入到面团中可以对其成分进行氧化,从而达到提高面团柔韧性的效果(Si 1994)。
2.3 漆酶在纺织工业中的应用
众所周知,大部分染料像联苯胺和一些芳香类物质都是致癌物,但是由于这些染料的化学结构比较复杂,即使将它们暴露在水中,化学药品中或者光下也没有办法使其褪色,因此,染料的脱色问题也变得非常棘手。在发达国家,对工业废水中染料的脱色要求越来越严格,但是许多现行的染料脱色方法不但效果不佳,还具有很高的成本,这就使得漆酶在这方面具有很好的应用前景。漆酶在纺织工业中的应用发展迅速,不仅是因为它具有上述优势,还在于它可以对纺织品进行漂白,甚至在染料的合成中也发挥很大的作用(Setti L 1999)。
2.4 漆酶在纳米生物技术中的应用
漆酶由于其不需要加入其它因子就可以催化电子传递反应而被应用于生物传感器中用以检测酚类物质,氧及叠氮化物。另外,漆酶亦可以用于检测吗啡、可待因(Bauer et al 1999)、儿茶酚胺(Ferry and Leech 2009)和植物黄酮类物质(Jarosz-Wilkołazka et al 2004)。对于漆酶而言,固定化对传感器的灵敏度有很大的影响,Martele 等的研究表明缩微成像对于在固体表面固定漆酶用以构建多功能传感器很有效(Martele et al 2010)。Roy等也发现来自于变色栓菌的交联酶晶体在生物传感器的应用方面较单独的可溶性酶有很大的优势(Roy et al 2005)。
2.5 漆酶在土壤修复中的作用
多聚环类芳香烃和其它有害物质是土壤污染的主要来源,因此,对于这类物质的降解也是环境问题的一个重要环节,漆酶的催化性能正好可以使它应用于对此类物质的降解过程中。漆酶可以介导2,4,6-三硝基苯(TNT)的分解,将其降解为有机土壤基质,从而去除其毒性(Durán and Esposito 2010)。另外,多聚环类芳香烃这种由于自然界中油类的沉积和化石燃料的利用而产生的有毒物质也可以被漆酶降解(Pointing 2011)。
[1]司静,李伟,崔宝凯,戴玉成.真菌漆酶性质、分子生物学及其应用研究进展[J].生物技术通报,2011(02):48-55.
[2]赖超凤,李爽,彭丽丽,王菊芳.漆酶及其在有机合成中应用的研究进展[J].化工进展,2010(07):1300-1308.
[3]王石磊,张建波,张建英,董朝红.漆酶及其在纺织工业中的应用[J].印染,2010(12):52-55.