1. 研究目的与意义
漆酶, (对)-二酚:双氧氧化还原酶,是多铜氧化酶家族中的一种含铜的糖蛋白氧化酶,通过氧分子提供电子进行四个单电子传递,可氧化降解木质素结构单元。按照来源大致可以分为植物漆酶、微生物(包括真菌和细菌) 漆酶和动物漆酶。漆酶是一种多功能的酶,可催化的反应多种多样, 但机理都是漆酶催化底物产生自由基,自由基再进行次级反应。即在从底物吸收电子的同时将作为第二底物的氧分子还原成水。漆酶的活性位点,除了结合铜离子外,还可以结合底物、水合电子和分子氧。
对漆酶的研究已有一百多年的历史,并一直经久不衰,几乎涉及到化学、分析、食品、医疗、生物和环保等各个领域。漆酶具有底物广泛,催化活性高等特性。由于漆酶具有氧化与木质素有关的酚类和非酚类化合物以及高度难降解环境污染物的能力,因此它们在食品工业、制浆和造纸工业、纺织工业、土壤的生物修复等领域具有广泛的应用前景。
然而漆酶能广泛应用是因为其能氧化一系列的酚类底物,对于引起木质素结构单元氧化形成木质素聚合物的植物漆酶的氧化还原反应会产生不同的效果,然而,白腐菌产生的漆酶会导致木质素分解,由于其所产漆酶氧化还原电势较低(800mv),并且氧化降解木质素结构中90%的非酚型结构单元需小分子化合物(如abts(2,2'-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻唑啉-6-磺酸))等)作为中间介质在氧化还原过程中起到电子传递作用(漆酶/介质体系(lms))。最近虽然有一些关于白腐菌的筛选和产漆酶条件优化的研究,但是这些研究主要是以高产漆酶菌株为重。然而由于漆酶所需介质价格昂贵,介质的循环回收和介质在木质素降解过程中会释放出毒性物质仍是问题,使lms体系的工业化应用受到限制,阻碍了漆酶氧脱木质素实现产业化的进程。因此,开发漆酶资源,首先要解决介质的效率、成本和对环境的影响问题。
2. 国内外研究现状分析
漆酶在自然界中分布广泛,能够催化木质素及其前体分子降解,使其在造纸工业中拥有巨大的应用潜力。但真正在自然条件下生长具有较强木质素降解能力和较高漆酶生产的菌株并不多,目前还没有大规模的工业应用,满足不了工业应用的漆酶需求量。白腐菌是一类最重要的漆酶生产菌株,白腐菌发酵产漆酶的发酵周期长,产量低,直接影响到它的实际应用,目前漆酶尚未实现规模化生产。因此研究获得的研究结果对工业漆酶产酶将有重要的指导作用。
漆酶的发酵方式主要分为固态发酵和液态发酵两种。固态发酵的原料来源广泛,多为工农业废弃物,廉价易得,但其生产机械化程度较低,大规模生产时的过程控制比较困难,相对而言,液态发酵过程可以很方便地进行机械化操作与控制,大规模生产易于推广。目前,对漆酶的发酵,研究较多的是液体发酵。
影响漆酶发酵的因素多种多样,碳氮源是其中的一个主要因素,不仅碳氮源的种类对漆酶生产有影响,碳氮比例也影响漆酶的产量,合适的c/n可以提高漆酶活力。侯红漫等研究了白腐菌pleurotu ostreatu在静止培养条件下,菌体生长和产漆酶能力都优于摇床培养,确定了最适的碳源、氮源。大多数菌株在限氮条件可以增加漆酶产量,侯红漫报道糙皮侧耳pleurotu ostreatu在c/n为40:l的培养基中发酵漆酶活力最高。但菌株monotospora sp.液态发酵时c/n为1:5时菌株产漆酶最好。
3. 研究的基本内容与计划
本文研究的内容是:
1)掌握生物基础操作掌握培养基的制备,及3种以上灭菌方式,熟练掌握无菌条件下的微生物分离、纯化、转接。
2)掌握产酶工艺优化培养基组成,包括改变碳源、氮源、铜离子浓度以及无机盐,提高产酶效率。
4. 研究创新点
1)本研究从自然界中筛自带介质选能够产生漆酶的真菌,并对其发酵条件进行初步研究。以期为今后的研究及其在工业生产上的应用奠定一定的理论基础。
2)选题富有挑战性。这漆酶方面已有不少研究而以此种菌株的产酶条件的影响因素为具体研究对象目前还没有相关文献。
