固定化漆酶对染料脱色的研究

张　磊 郑　洁

（泰州市高港区环境监测站，江苏　泰州　225321）



固定化漆酶对染料脱色的研究

张磊 郑洁

（泰州市高港区环境监测站，江苏泰州225321）

摘要：对制备的游离漆酶和固定化漆酶进行模拟靛蓝染料废水的处理。结果表明：游离漆酶处理的废水的脱色率达到了90%；经过5批次连续试验，固定化漆酶酶活保留80%，废水脱色率达到60%。由此说明，游离漆酶经过固定化延长了漆酶的使用寿命，扩大了漆酶的使用范围，为今后的实际应用处理染料废水奠定了基础。关键词：漆酶；固定化；活性；染料；脱色

1　前言

1.1固定化漆酶简介

酶的固定化就是指将水溶性酶以物理或化学的方法固定在有机或无机的载体上，形成不溶于水的具有酶活性的酶衍生物。游离的酶蛋白在作用过程中易受环境条件影响而变性失活，限制了其工业化应用范围。因此，改善酶的稳定性，提高酶制剂的使用效率具有重要意义［1］。

漆酶本身的一些蛋白特性，如不能重复利用、对变性剂、不利因素及毒理作用的高度敏感性等都限制了漆酶的有效使用。固定化漆酶与游离酶相比，虽然酶活有所下降，但所适应的温度及pH值范围更加广泛，稳定性更好。

1.2染料废水处理

处理染料废水常用的方法有物化方法和生物法。近年来，越来越多的研究表明，白腐真菌能降解其他微生物所无法或很难降解的污染物，尤其是一些含有芳香环结构的和有较大毒性的污染物。漆酶是一种多酚氧化酶，其催化中心是铜，氧伴随着被还原成水，漆酶可催化芳香族化合物的氧化降解，靛蓝是一种芳香族染料，广泛应用于印染工业在牛仔布服的染整及水洗过程中，会形成大量含靛蓝染料的工业废水对环境造成严重的污染。近年来，利用漆酶催化靛蓝的降解对工业废水进行脱色处理方面的研究工作已经引起了国内外的高度重视［2］。

2　试验方案

选择模拟靛蓝染料废水进行固定化漆酶和游离酶的脱色的对比试验。

2.1间歇式反应

2.1.1反应温度对脱色效果的影响。选取35～60℃的不同温度下进行脱色反应，考察反应温度对脱色效果的影响。具体方法：以粗酶液用量为废水量体积百分比的4%的比例取水样与酶液的混合体系，和反应介质0.1mol/L的醋酸-醋酸钠pH=4.5缓冲溶液，在适当的恒温水浴振荡器中，进行脱色降解试验。每隔一定时间用分光光度计测定680nm处的吸光值，根据计算求得脱色率。

脱色率计算式：脱色率=（1-OD1/OD）×100%。其中，OD为脱色反应前溶液的吸光值，OD1为脱色反应后溶液的吸光值。

2.1.2反应时间对脱色效果的影响。选取脱色反应了4～32h的不同时间进行脱色反应，考察反应时间对脱色效果的影响。

2.1.3染料浓度对脱色效果的影响。选取80～200mg/L的不同染料浓度下进行脱色反应，考察染料浓度对脱色效果的影响。

2.2连续式反应

将5g的固定化漆酶装入1L玻璃反应器，用硅胶管将反应器与储液瓶、恒流泵相连，构成循环反应装置（见图1）。使用该反应装置在室温下循环处理低浓度靛蓝染料废水，一共进行5个批次的连续运行，每个批次更换新的模拟靛蓝废水，固定化酶不变重复使用。分别测定每批废水循环后，废水处理的情况及固定化漆酶的残留酶活。

图1　固定化漆酶发反应装置示意图

3　结果与讨论

3.1间歇式反应

主要通过游离漆酶处理模拟的靛蓝染料废水，间歇测定靛蓝染料废水被脱色的情况。

3.1.1反应温度对脱色效果的影响。选取35、40、45、50、55℃和60℃的不同温度下进行脱色反应，考察反应温度对脱色效果的影响。测定染料废水吸光度差值，根据计算得脱色率。结果表明，反应温度对染料脱色的影响较大，在50℃达到最佳效果。当温度在50℃时，染料废水吸光度差值最大，脱色效果也达到了近80%，是最优值。所以，在以后的染料脱色试验选择50℃进行脱色反应。

3.1.2反应时间对脱色效果的影响。分别隔一定的时间测定反应体系的吸光度差值，测定染料废水吸光度差值，根据计算得脱色率。结果表明，反应时间对染料脱色的影响较大，约在24h后达到最佳效果。染液脱色时间24 h后其脱色率就可达88%，而28h后脱色率达90%。综合考虑脱色效果、操作方便性及成本等因素，建议选择脱色时间24h。

3.1.3染料浓度对脱色效果的影响［2］。选取80～200mg/L的不同染料浓度下进行脱色反应，考察染料浓度对脱色效果的影响。测定反应体系的吸光度差值，测定染料废水吸光度差值，直接靛蓝染液浓度为100mg/L时的初始吸光度为2.300。根据计算得脱色率，结果表明，随着直接浓度的增加，染液的脱色率将逐渐下降；但染液浓度为160mg/L以下时，脱色率均超过60%；即使染液浓度高达200mg/L时，其脱色率也近45%。由此可知，漆酶液对染液的确有很高的脱色降解能力。

3.2连续式反应

3.2.1使用上述装置进行反应，考察固定化漆酶的脱色效果及固定化漆酶重复使用后酶活的保持情况。每次（一天为一个批次）测定反应体系的吸光度差值，测定染料废水吸光度差值，根据计算得脱色率，可得固定化酶处理低浓度染料废水，脱色效果亦还不错的，经过5个批次的反应，脱色率仍保持在60%。虽然游离酶被固定化后本身的活力有所下降，但最大的优点是可以回收利用，节约成本，继续进行废水脱色处理反应。由此看来，其脱色效果并不低于游离酶。

3.2.2分别测定5个批次的反应后的固定化酶的残留酶活力考察固定化酶的操作稳定性。测定反应之后的酶活性结果可以看出，经过5个批次的使用，固定化酶活力仍保持在80%左右，试验证明了固定化漆酶增加了漆酶的使用寿命。这在漆酶的应用研究中是相当重要的，大大提高了漆酶的使用效率。

3.3染料废水的处理

文献报道［2］，漆酶在染料降解方面的应用主要采用其固定化形式。一株真菌SM77用藻脘酸钠固定，研究表明SM77对orange G的脱色主要由漆酶完成。随pH值增加，16h内脱色率达96%。将粗毛革孔菌所产的漆酶固定在活化的琼脂糖上，对于试验的38种染料中可降解26种，游离的漆酶仅降解13种，且脱色速率加快；经10次反复使用，固定化漆酶活力仍可保持起始酶活的85%。据报道，将彩绒革盖菌漆酶共价固定，酶活力几乎无损失，对纺织活性染料的降解效果很好，短时间光化学预处理效果更好。

4　结论

①漆酶液对染料废水有很高的脱色能力。②固定化漆酶对染料废水也有很好的脱色能力。

参考文献：

［1］邹建炫.白腐真菌产漆酶对染料废水降解的研究［D］.南京:南京理工大学,2004.

［2］张书祥,肖亚中,王怡平,等.白腐真菌漆酶的固定化及其应用研究［J］.微生物通报,2004(5):85-88.

中图分类号：Q814.9

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2016）01-0128-02

收稿日期：2015-12-21

作者简介：张磊（1986-），男，本科，副站长，助理工程师，研究方向:环境监测。

Study on Decolorization of Dyes by Immobilized Laccase

Zhang LeiZheng Jie
（Gaogang District Environmental Monitoring Station in Taizhou City，Taizhou Jiangsu 225321）

Abstract:This papaer simulated the indigo-blue wastewater on the preparation of laccase immobilization and free laccase.The results showed that the decolor quotiety of the free laccase treatmeat was reached to 90%;and 80%en⁃zyme activity of immobilized laccase was hold after 5 cycles treatment with the wastewater;the decolor quotiety of the immobilized laccase treatment was 60%.This experimentation showed that immobilized free laccase prolong laccase’s used life,and enlarge laccase’s used bound,which settled a base of the practice to treat with the coloring matter waste water.

Keywords:laccase；immobilization；activity；coloring matter；decolorization