漆酶的研究進展及其應(yīng)用

劉 戀，楊 清

(貴州醫(yī)科大學(xué) 神奇民族醫(yī)藥學(xué)院，貴州 貴陽 550005)

漆酶是一類含銅多酚氧化酶，可與抗壞血酸、胺類等物質(zhì)反應(yīng)[1]。Yoshinida[2]首次在紫膠漆樹漆液中發(fā)現(xiàn)漆酶。漆酶屬食用菌胞外酶系，催化氧化反應(yīng)只生成 H2O，因此可作為綠色生物催化劑。目前，漆酶的主要研究為分子結(jié)構(gòu)、作用機制、催化底物、食品應(yīng)用、工業(yè)廢水應(yīng)用等方法，是一類發(fā)現(xiàn)較早，研究較透徹、工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用較廣泛的酶類[3-5]。

1 漆酶的作用機制

漆酶為單蛋白體分子量差異較大的糖蛋白，結(jié)構(gòu)是相似的球狀，由三個含有β圓桶狀的杯結(jié)構(gòu)，及帶有4個銅離子的活性中心組成。4個銅離子分別是T1Cu、TCu3b、T2Cu、T3Cu3a。順磁共振光譜下，漆酶顯藍色且含有叫寬的超精細裂分，藍色是由組氨酸、半胱氨酸等構(gòu)成的Cys→T1Cu電子轉(zhuǎn)移帶呈現(xiàn)，超精細裂分是因 T2Cu上水與咪唑配位形成。TCu3a與TCu3b由氫氧化物與組氨酸搭橋連接，其氫氧化物獲得一個H+生成水，底物形成自由基，發(fā)生非酶催化反應(yīng)，機制為乒乓反應(yīng)[6]。

2 漆酶的催化底物

目前，關(guān)于漆酶催化底物的研究較多，近 300 種。其中，催化底物最多為酚類及其衍生物，其次為羧酸、芳胺。生物色素、金屬有機化合物、非酚類化合物等較少[7-11]。王旭等[12]研究漆酶對纖維素酶降解玉米秸稈影響，發(fā)現(xiàn)漆酶濃度與得糖率呈負相關(guān)，在與秸稈底物37 ℃保溫 24 h條件下,最大可使糖得率由 30.40% 降低至 23.87%，證實漆酶能抑制纖維素酶發(fā)揮作用。因漆酶在實際的應(yīng)用中存在著環(huán)境耐受性差、易失活等缺點，研究人員發(fā)現(xiàn)漆酶中一些物質(zhì)可延長酶活性，提升環(huán)境耐受性和催化速率，這類物質(zhì)稱為介質(zhì)，即漆酶-介質(zhì)體系，可實現(xiàn)對更多小分子底物的催化氧化。何小勇[13]研究發(fā)現(xiàn)多羥基化合物能與漆酶分子形成氫鍵，增強了漆酶的穩(wěn)定性,從而使其保持良好的催化性能。佟碩秋等[14]研究證實，介體ABTS對漆酶處理甲基藍的脫色有促進效果，不加ABTS時，脫色率為 22.02%；加ABTS時，脫色率提升至60.86%。因漆酶酶活穩(wěn)定性差，研究人員利用多種穩(wěn)定性物質(zhì)作為固定化載體固定漆酶，提高漆酶利用率。鮑炳鑫[15]以納米級二氧化硅為固定化載體，發(fā)現(xiàn)在 65 ℃，pH值為2.2，納米SiO2顆粒的負載量為6 U/g時，對雙孢菇漆酶固定化收率最高，相較游離漆酶，可重復(fù)使用4～9次。

3 漆酶的應(yīng)用

3.1 食品應(yīng)用

酒類中的多酚物質(zhì)，主要是花色素原和聚合單寧，會影響其風味，澄清度。漆酶可催化氧化多酚類物質(zhì)，使其澄清透亮，提高酒的感官品質(zhì)，進而延長酒的保質(zhì)期。20世紀初，漆酶已應(yīng)用于葡萄酒生產(chǎn)，提高其穩(wěn)定性。多孔屬雜色真菌漆酶在黑色葡萄酒液溶液中，處理3 h，能夠去除65%以上的兒茶酚和90%以上的花色素，除去50%的總多酚類，同時添加聚乙烯吡咯烷酮及硅藻土，可進一步提高葡萄酒的穩(wěn)定性[15-16]。果汁方面，漆酶不僅可除去其中的酚類物質(zhì)，改善其風味、感官品質(zhì)，提高穩(wěn)定性，同時不會破壞酪氨酸[17]。在牛奶凝膠化中，漆酶可使牛奶中的蛋白質(zhì)發(fā)生氧化交聯(lián)，使牛奶凝膠化，改變牛奶品質(zhì)，形成新的風味，且粘度及保質(zhì)期不受到影響[18-19]。

3.2 工業(yè)應(yīng)用

制漿造紙工業(yè)作為傳統(tǒng)污染工業(yè)，會產(chǎn)生大量污染環(huán)境的廢棄物。目前，污水處理、纖維循環(huán)再造，環(huán)境污染漂白等是其主要問題。漆酶作為生物制劑，可用于紙漿漂白、廢紙脫墨、廢水處理等。漆酶在介體HBT作用下，在蒸煮前對麥草進行預(yù)處理，可降低紙漿的卡伯值，提高紙漿的白度和強度[20]。漆酶-介體體系在氧氣的輔助下，與紙漿作用，具有良好的除去木素的效果，可引起紙漿卡伯值的下降，有利于實現(xiàn)少氯或無氯漂白，減少工業(yè)上的污染。酶法脫墨是一種非常經(jīng)濟有效的脫色方法，能降低化學(xué)脫墨引起的環(huán)境污染，可用于紡織工業(yè)中的脫色環(huán)節(jié)。Ghindilis A L等[21]使用固定化漆酶處理紙廠廢水，可除去甲基酚與部分木素，降低廢水色度。

3.3 漆酶在生物技術(shù)的應(yīng)用

在生物監(jiān)測方面，主要體現(xiàn)在免疫檢測和生物傳感器兩個方面。免疫檢測過程中，漆酶可能會替代辣根過氧化物酶作為新的標記酶。還可以運用DEAE-纖維素固定漆酶，制成不同類型的高活力的穩(wěn)定器，用來監(jiān)測監(jiān)視茶葉中茶酚的情況，并且這種類型的高靈敏度傳感器可以被用來對來自石油、煤炭、天然氣，頁巖氣等工業(yè)中酚類等物質(zhì)的監(jiān)測。還可以利用漆酶作為催化劑，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能從而制造成生物燃料電池。漆酶還在有機物的合成，非抗體淄醇類藥物和抗癌藥物的生產(chǎn)，樹脂材料等方面均有著非常廣泛的潛在應(yīng)用前景。

在大多數(shù)的研究中，漆酶的反應(yīng)都是溫和無害的，由于安全不產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物，使漆酶的研究越來越多，尤其是用在食品方面。關(guān)于漆酶的結(jié)構(gòu)，作用以及應(yīng)用方面的研究較為透徹，但漆酶和其他介質(zhì)或催化底物反應(yīng)時，產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物的相關(guān)研究較少。同時，研究漆酶在發(fā)揮作用時的表達調(diào)控機制，與底物結(jié)合應(yīng)用于更多領(lǐng)域物質(zhì)的開發(fā)及工業(yè)化低成本生產(chǎn)的漆酶菌株，提高漆酶活性及穩(wěn)定性，增強漆酶的環(huán)境耐受力，使漆酶得到更大的利用化。