基本信息
- 项目名称：
- 灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 真菌漆酶在纺织物染料脱色及其废水净化等领域有着巨大的应用潜力。阳离子红2GL是广泛使用又难以处理的一种染料，现有的方法治理效果差。本研究首次系统优化了灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的主要工艺参数，结果如下：所试漆酶的最适pH、温度、ABTS用量、漆酶用量和染料浓度分别是为4.5、20℃、0.083 mmol/L、10 U/ml和50mg/L。在所得的最优条件下反应30min，阳离子红2GL的脱色率可达90.3%；反应24h，脱色率达100.0%。
- 详细介绍：
- 漆酶(Laccase, EC1.10.3.2)是一类含铜的多酚氧化酶，主要包括植物漆酶和真菌漆酶。真菌漆酶主要在木腐菌中发现，能促进木质素及其前体物质分子或前体物质分子类似物等许多环境污染物的降解，在纸浆生物漂白，染料的脱色及其废水净化，污染物质脱毒与降解等方面有着巨大的应用潜力。目前，采用漆酶催化染料脱色降解的研究已引起了国内外学者的广泛关注。业已发现，能被漆酶催化降解的染料种类很多。然而，未见利用漆酶催化阳离子红2GL脱色的研究报告，这可能与阳离子红2GL难以处理，现有的方法治理效果差有关。 最近，本研究组选育得到一个高产漆酶的灵芝菌株，并利用所优化的培养基摇瓶发酵，所得漆酶活性高达1000万U/L（ABTS法），且该漆酶能在较广的温度和pH值范围内保持较高的活性。因此，该酶生产技术的产业化前景广阔。因为不同来源的漆酶具有不同的性质和不同的底物专一性，所以探究该漆酶在染料的脱色及废水处理等方面的应用前景十分必要。 本研究将通过单因子实验方法，对灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的参数如pH值、温度、ABTS与灵芝漆酶用量配比、反应时间和染料浓度等进行系统优化，结果如下：所试漆酶的最适pH、温度、ABTS用量、漆酶用量和染料浓度分别是为4.5、20℃、0.083 mmol/L、10 U/ml和50mg/L。在所得的最优条件下反应30min，阳离子红2GL的脱色率可达90.3%；反应24h，脱色率达100.0%。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：利用灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色，开发该漆酶在纺织物脱色及其在印染废水净化方面的应用潜能，加速该漆酶高产技术的产业化进程。 基本思路：通过单因子实验方法，对灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的参数如pH值、温度、反应时间、ABTS用量、灵芝漆酶用量和染料浓度等进行系统优化。
科学性、先进性及独特之处
- 经检索国内外相关文献，未见利用漆酶催化阳离子红2GL脱色的研究报告。因此，本研究将为该酶在阳离子红2GL脱色及其印染废水净化方面的应用提供重要依据，具有良好的应用前景。 目前，常用处理印染废水的方法包括物理法、化学法和生物法。通过实验证明，物理法、化学法处理印染废水有一定的效果，但存在费用高，二次污染问题。本研究利用灵芝漆酶催化印染染料的降解，为解决上述问题找到新的途径。
应用价值和现实意义
- 本文利用灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的研究，为该灵芝漆酶在印染染料及其废水脱色方面的大规模应用奠定基础，将加速该灵芝漆酶高产技术的产业化进程。
学术论文摘要
- 真菌漆酶在纺织物染料脱色及其废水净化等领域有着巨大的应用潜力。阳离子红2GL是广泛使用又难以处理的一种染料，现有的方法治理效果差。本研究系统优化了灵芝漆酶催化阳离子红2GL脱色的主要工艺参数，结果如下：所试漆酶的最适pH、温度、ABTS用量、漆酶用量和染料浓度分别是为4.5、20℃、0.083 mmol/L、10 U/ml和50mg/L。在所得的最优条件下反应30min，阳离子红2GL的脱色率可达90.3%；反应24h，脱色率达100.0%。
获奖情况
- 本项目论文已投稿于《菌物学报》，并收到修改后发表的通知。 本项目于2008年12月荣获第十一届 “挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛—校赛“特等奖”。 本项目于2009年5月荣获第十届 “挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛—省赛“一等奖”。
鉴定结果
- 近年来，国内外用漆酶催化染料的脱色率大都在90%以下。在本研究最优条件下反应0.5h，催化阳离子红2GL的脱色率达90.3%，反应24h，脱色率达100%。因此，本研究达到国内外的先进水平。
参考文献
- [1] BALDRIAN P. Fungal laccases occurrence and properties. [2] RODRÍGUEZ C S, TOCA H J L. Industrial and biotechnological applications of laccases. [3] WESENBERG D, KYRIAKIDES I, AGATHOS SN. White-rot fungi and their enzymes for the treatment of industrial dye effluents. [4] 吴坤，闵航，朱显峰，等.杂色云芝漆酶的分离纯化和酶学性质研究. [5] HOU H, ZHOU J, WANG J, et al. Enhancement of laccase production by Pleurotus ostreatus and its use for the decolorization of anthraquinone dye. [6] 卢蓉，沈雪亮，夏黎明. 彩绒革盖菌产漆酶及其对染料脱色的研究. [7] ZILLE A, GÓRNACKA B, REHOREK A, et al. Degradation of azo dyes by Trametes villosa laccase over long periods of oxidative conditions. [8] 高恩丽，张树江，夏黎明. 云芝菌发酵产漆酶及其对靛蓝脱色的研究. [9] 李剑凤，洪宇植，肖亚中. 栓菌420漆酶C基因的克隆、高效表达及重组酶的染料脱色潜能. [10] 侯红漫，周集体，王竟，杜翠红，严滨. 白腐菌糙皮侧尔漆酶性质及其对蒽醌染料脱色性能的研究.
同类课题研究水平概述
- 漆酶(Laccase, EC1.10.3.2)是一类含铜的多酚氧化酶，主要包括植物漆酶和真菌漆酶。真菌漆酶主要在木腐菌中发现，能促进木质素及其前体物质分子或前体物质分子类似物等许多环境污染物的降解，在纸浆生物漂白，染料的脱色及其废水净化，污染物质脱毒与降解等方面有着巨大的应用潜力。目前，采用漆酶催化染料脱色降解的研究已引起了国内外学者的广泛关注。业已发现，能被漆酶催化降解的染料种类很多。然而，不同来源的漆酶具有不同的性质和不同的底物专一性。 近年来，国内有关漆酶催化染料的研究报告日趋增多，但脱色率大部分都在90%以下，其中彩绒革盖菌漆酶催化酸性橙、云芝菌发酵产漆酶催化靛蓝、栓菌420漆酶催化酸性品红和酸性紫、白腐菌糙皮侧尔漆酶催化活性艳蓝KN-R、以及优化彩绒革盖菌产漆酶催化依利尼尔兰和尼龙山红的脱色率在90%左右。 经检索国内相关文献，未见关于利用漆酶催化阳离子红2GL脱色的研究报告，这可能与阳离子红2GL难以处理，现有的方法治理效果差有关。本研究采用自主筛选的灵芝漆酶对阳离子红2GL进行了催化脱色实验，系统优化了脱色反应的主要工艺参数。在组合的最优条件下，即所试漆酶在pH4.5，20℃，0.083 mmol/LABTS，10 U/ml漆酶和50mg/L阳离子红2GL的条件下，催化反应30min，脱色率可达90.3%，反应24h，完全脱色。因此，研究达到国内同类研究的先进水平。
