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刺芹侧耳(Pleurotus eryngii)是一种具有较强木质素降解能力的白腐真菌,隶属于真菌门、担子菌亚门、真担子菌纲、层菌亚纲、伞菌目、侧耳科、侧耳属。木质素降解酶是参与木质素生物降解过程中的酶类,具有高氧化降解能力和多底物性,能够降解木质素、多环芳烃类化合物、杂环类化合物和合成染料等多种难降解有机物。本文对Pleurotus eryngii-Co007木质素降解酶的产酶条件进行优化、并对其酶学性质和染料降解效果开展系统研究,为今后将其应用于环境保护、生物漂白与制浆、食品工业等领域提供理论和实践依据。
通过初始pH、秸秆、吐温-80和铜离子的单因素实验和中心组合响应面优化考察了影响Pleurotus eryngii-C0007菌株产木质素降解酶的因素,得到液态发酵产木质素降解酶的最佳条件。在此基础上,开展3L上罐参数优化,结果表明在25℃,150r/min,0.8vvm溶氧的条件下,培养10天,发酵液中酶活最高达到691.04U/mL,较摇瓶培养提高了1.86倍。同时对Pleurotus eryngii-C0007菌丝体的再次利用产木质素降解酶进行了研究,在pH5.8的缓冲体系,菌丝体产酶效果最好,能再利用两次。菌丝体在三次利用的缓冲液体系,酶活最高可达到565.04U/mL。
为了提高割胶纯化的回收率,分析了超声处理对Native-PAGE中活性目标蛋白回收的影响。根据单因素实验结果,采用响应面分析法的Central Composite进行实验设计,得到的最佳超声条件为超声时间188.40min、超声功率76.31W。在此条件下,Native-PAGE中活性目标蛋白回收率达40.03%,与回归模型的预测值相对误差仅1.11%,回归方程与实际情况拟合较好。
对Pleurotus eryngii-C0007木质素降解酶粗酶及单一组分芳基乙醇酶AAO-Pec0007的酶学性质进行了考察。以ABTS为底物,刺芹侧耳木质素降解酶粗酶的酶学性质如下:最适催化pH为3.0,在pH为4.0时稳定性最好,残余酶活高达91.8%;最适催化温度为15℃,最适稳定温度为10℃;Zn2+、Mn2+、Fe3+、Cu2+对粗酶的催化有一定的促进作用,Mn2+的促进作用最大;K+、Ca2+、Ag+、Na+、Fe2+、Mg2+对粗酶的催化有一定的抑制,Fe2+的抑制最强;氧化ABTS的动力学参数Vmax和Km分别为714.29U/mg和1.5mM。以VA为底物,AAO-Pec0007的酶学性质如下:最适催化pH为6.0,在pH为7.4时稳定性最好,残余酶活高达93%;最适催化温度为70℃,最适稳定温度为20℃;测试金属离子没有促进作用,其中的Zn2+、Fe2+、Cu2+这三种金属离子对AAO-Peco007酶活力有明显抑制作用;氧化VA的动力学参数Vmax和Km分别为80U/mg和0.921mM。
采用Pleurotus eryngii-C0007木质素降解酶粗酶对四种不同类型的染料进行脱色试验,结果表明溴酚蓝>刚果红>靛蓝>亚甲基蓝。对脱色影响因素进行研究,以2h染料脱色体系为例,在脱色温度30℃、pH4.0、H2O25μmol/L、粗酶浓度20U/mL、溴酚蓝浓度10mg/L的条件下,溴酚蓝脱色效率最高,脱色率为89.56%,小分子介体物质ABTS对溴酚蓝脱色体系脱色率无促进;在脱色温度30℃、pH4.6、H2O210μmol/L、ABTS2.5μmol/L、粗酶浓度20U/mL、靛蓝浓度100mg/L的条件下,靛蓝脱色效率最高,脱色率为50.47%;在脱色温度40℃、pH4.8、H2O22.5μmol/L、ABTS2.5μmol/L、粗酶浓度20U/mL、刚果红浓度100mg/L的条件下,刚果红脱色效率最高,脱色率为54.72%;对亚甲基蓝染液的脱色率在24h时达到10.12%。
采用AAO.Peco007单一组分对四种不同染料进行脱色试验,结果表明刚果红>溴酚蓝>靛蓝>亚甲基蓝(亚甲基蓝不分解)。对脱色影响因素进行研究:以2h染料脱色体系为例,在脱色温度40℃、pH4.2、H2O210μmol/L、AAO. Pec0007浓度20U/mL、溴酚蓝浓度10mg/L的条件下,溴酚蓝脱色效率最高,脱色率为25.69%,小分子介体物质ABTS对溴酚蓝脱色体系脱色率无促进;在脱色温度30℃、pH4.2、H2O210μmol/L、ABTS2.5μmol/L、AAO-Pec0007浓度20U/mL、靛蓝浓度100mg/L的条件下,靛蓝脱色效率最高,脱色率为24.57%;在脱色温度40℃、pH5.2、H2O22.5μmol/L、ABTS2.5μmol/L、AAO-Peco007浓度20U/mL、刚果红浓度100mg/L的条件下,刚果红脱色效率最高,脱色率为48.31%。
在上述基础上,采用Box-Behnken试验的响应面法进一步优化Pleurotus eryngii-C0007木质素降解酶粗酶对蒽醌类染料靛蓝和偶氮类染料刚果红脱色条件,结果表明在pH4.60、30℃、ABTS2.85μmol/L的条件下,木质素降解酶粗酶对靛蓝的的脱色率为49.98%;在pH4.81、40.15℃、ABTS2.96μmol/L的条件下,木质素降解酶粗酶对刚果红的脱色率为53.93%。