木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 木質(zhì)素主要是農(nóng)業(yè)、木材水解工業(yè)和造紙工業(yè)的副產(chǎn)物，也存在于城市有機(jī)固體 廢物中。由于產(chǎn)生量大且得不到充分利用，變成了環(huán)境污染物，而其它領(lǐng)域產(chǎn)生的大量木質(zhì) 素也在各個層次不同程度地污染了環(huán)境。木質(zhì)素屬于苯丙烷類聚合物結(jié)構(gòu)，是十分復(fù)雜和 穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，不易降解，通常只有改變木質(zhì)素的這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)才能對其進(jìn)行廣泛的降 解和利用。同時，木質(zhì)素也是好氧堆肥過程中的主要和關(guān)鍵的難降解有機(jī)物，其降解是通過 微生物胞外氧化酶和一些非特定的酶進(jìn)行氧化反應(yīng)一催化木質(zhì)素的解聚過程，這種木質(zhì)素 非特性的氧化過程被稱為"酶的燃燒"。大量的研宄已證明能有效分泌木質(zhì)素降解酶系的 微生物主要是真菌如白腐菌、青霉菌等，它們分泌木質(zhì)素降解酶氧化斷裂木質(zhì)素的化學(xué)鍵 可有效降解木質(zhì)素，而在這個過程中真菌分泌的木質(zhì)素降解酶是關(guān)鍵，與木質(zhì)素降解有關(guān) 的降解酶以木質(zhì)素過氧化物酶（LiP)、錳過氧化物酶（MnP)和漆酶（Lac)為主，另外還有其 他一些輔助酶的作用。它們對木質(zhì)素有高度的催化降解能力，同時也對特殊有害化學(xué)物質(zhì) (包括殺蟲劑、農(nóng)藥、聚苯乙烯（PCBs)、多環(huán)芳烴化工材料（PAHs)、合成染料和木材防腐劑） 等分解力很強(qiáng)，因此具有重要的研宄和應(yīng)用價值。
[0003] 白腐真菌能夠分泌這些胞外氧化酶，使木質(zhì)素發(fā)生降解，被認(rèn)為是主要的木質(zhì)素 降解微生物。但不同的白腐真菌分泌木質(zhì)素降解酶的種類和量不同，同時這些酶能受不同 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)產(chǎn)生，不同誘導(dǎo)物（也稱激勵元素或物質(zhì)）刺激真菌產(chǎn)生不同的木質(zhì)素降解酶 等等。因此，根據(jù)多年的研宄發(fā)現(xiàn)，在好氧堆肥過程中木質(zhì)素降解酶的產(chǎn)生和調(diào)控是決定木 質(zhì)素降解酶的關(guān)鍵，而對木質(zhì)素降解酶的誘導(dǎo)及外源調(diào)控是提高木質(zhì)素降解效率和加快好 氧堆肥速度、縮短堆肥時間或者說是改進(jìn)好氧堆肥工藝技術(shù)的關(guān)鍵。事實(shí)上，目前關(guān)于木質(zhì) 素降解的外源調(diào)控誘導(dǎo)物質(zhì)和調(diào)控機(jī)理的研宄日益受到關(guān)注，特別是發(fā)現(xiàn)一種能有效誘導(dǎo) 真菌產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的誘導(dǎo)物及誘導(dǎo)調(diào)控技術(shù)顯得非常重要。
[0004]目前，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)激勵物眾多，特別是金屬和非金屬誘導(dǎo)物，對金屬誘導(dǎo)物的研宄發(fā) 現(xiàn)Mn、Mo、Cu、Co、Cd、Hg、Fe、Al等金屬離子對木質(zhì)素降解酶有很大影響，非金屬誘導(dǎo)物主要 是氧、木質(zhì)纖維素、黎蘆基醇、百草枯、P-香豆酸、二羥基苯甲酸和愈創(chuàng)木酚等芳香化合物， 但所有的研宄都是針對單一或少數(shù)幾種金屬或非金屬混合物來誘導(dǎo)木質(zhì)素降解酶的，其效 果有一定的局限性和單一性，因此，研宄誘導(dǎo)物混合體系協(xié)調(diào)誘導(dǎo)是未來的發(fā)展方向和前 景，也是目前的研宄熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有促進(jìn)木質(zhì)素降解 酶分泌的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，還提供了一種技術(shù)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的調(diào)控木質(zhì)素降解酶分 泌的應(yīng)用技術(shù)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，包括錳過氧化 物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的調(diào)控劑、漆酶調(diào)控劑，錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的調(diào) 控劑包括吐溫80、雙氧水和微量激勵元素混合液A;漆酶調(diào)控劑包括吐溫80、1，2二甲氧基 苯和微量激勵元素液B。
[0007] 上述的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，優(yōu)選的，所述微量激勵元素混合液A包括濃度為 2. 4 ~6. 0X10_3g/L的MnSOjP0? 1 ~1. 0X10 _2g/LFeS04;所述微量激勵元素液B為 0? 8 ~ 8. 0X10_4g/L的CuS04溶液。
[0008] 上述的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，優(yōu)選的，所述錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的 調(diào)控劑以醋酸緩沖液為溶劑，所述吐溫80的含量為0. 032wt%~0. 094wt%;所述雙氧水的 含量為〇. 2wt%~0. 7wt% ;所述微量激勵元素混合液A的含量為5wt%~10wt% ;余量為 醋酸緩沖液。
[0009] 上述的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，優(yōu)選的，所述漆酶調(diào)控劑以酒石酸緩沖液為溶劑， 所述吐溫80的含量為0. 032wt%~0. 094wt% ;所述1，2二甲氧基苯的含量為0. 5wt%~ 1.Owt% ;所述微量激勵元素液B的含量為5wt%~10wt% ;余量為酒石酸緩沖液。
[0010] 上述的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，優(yōu)選的，所述錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的 調(diào)控劑的pH在4. 5~5. 5,所述漆酶調(diào)控劑的pH為5. 0~6. 0。
[0011] 上述的木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，優(yōu)選的，所述錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的 調(diào)控劑中還包括 1. 〇g/L的葡萄糖、1. 47X10_2mol/L的KH2P04、2. 03X10_3mol/L的MgS04、 6. 8Xl(T4mol/L的CaCl2、0. 19g/L的ZnS04、0. 01g/L的H2B03、1. 0g/L的NaCl。
[0012] 作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑在調(diào)控真 菌中木質(zhì)素降解酶分泌中的應(yīng)用。
[0013] 上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述應(yīng)用方法具體包括以下步驟：
[0014] (1)將真菌接種于馴化發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行馴化培養(yǎng)8天；
[0015] (2)將馴化后的真菌接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入錳過氧化物酶和 木質(zhì)素過氧化物酶的調(diào)控劑，以30~40°C發(fā)酵；
[0016] (3)在發(fā)酵開始10天后，再加入漆酶調(diào)控劑，繼續(xù)發(fā)酵30天。優(yōu)選的，所述真菌為 黃孢原毛平革菌。
[0017] 上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述步驟（1)中所述馴化發(fā)酵培養(yǎng)基通過將液體菌劑加入 到稻草粉中，以25°C恒溫靜置培養(yǎng)15天后，放入干燥箱中105°C烘干、研碎制備得到。優(yōu)選 的，所述液體菌劑為黃孢原毛平革菌菌液。
[0018] 上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述步驟（2)中所述發(fā)酵培養(yǎng)基為木質(zhì)素原料，含水率為 60 ~85%〇
[0019] 上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述木質(zhì)素原料為鋸木廠木肩、稻草秸桿、小麥秸桿、庭院有 機(jī)植物固體廢棄物。優(yōu)選的，所述庭院有機(jī)植物固體廢棄物為樹葉、樹皮和枯枝。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0021] (1)本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，利用錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化 物酶的調(diào)控劑、漆酶調(diào)控劑的協(xié)同作用，誘導(dǎo)激勵白腐真菌菌株產(chǎn)漆酶、錳過氧化物酶和木 質(zhì)素過氧化物酶并提高其酶活并用于好氧堆肥過程。經(jīng)過本發(fā)明的研宄結(jié)果表明，好氧堆 肥發(fā)酵過程中不僅有這三種酶產(chǎn)生，而且木質(zhì)素過氧化物酶酶活和漆酶酶活與未添加組合 誘導(dǎo)物體系相比提高極大，錳過氧化物酶酶活也提高很多，對在好氧堆肥過程中各種有機(jī) 固體廢物中木質(zhì)素的降解效率也大大提高。很適合應(yīng)用于大規(guī)模的環(huán)保工業(yè)和生物化工工 業(yè)中錳過氧化物酶、漆酶和木質(zhì)素過氧化物酶的生產(chǎn)。
[0022] (2)本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，其中錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化 物酶的調(diào)控劑對錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶有很好的誘導(dǎo)激勵作用，對木質(zhì)素中的 非酚型芳香烴聚合物（占木質(zhì)素中主要成分）有非常好的降解效果，在好氧堆肥過程中能 有效啟動木質(zhì)素降解反應(yīng)并先期降解木質(zhì)素中非酚型芳香聚合物。
[0023] (3)本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，其中漆酶調(diào)控劑對漆酶有很好的誘 導(dǎo)激勵作用，有效的降解木質(zhì)素中剩余的酚型芳香聚合成分。
[0024] (4)本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑在調(diào)控真菌中木質(zhì)素降解酶分泌中的 應(yīng)用，具有對提高好氧堆肥過程中三種木質(zhì)素的分泌和活性更優(yōu)的特點(diǎn)，具體對錳過氧化 物酶增加活性1. 27倍、木質(zhì)素過氧化物酶5. 24倍和漆酶3. 61倍。另外，能提高好氧堆肥 過程中各種原料中木質(zhì)素的降解率0. 47~0. 93倍。
[0025] (5)本發(fā)明提供了一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑在調(diào)控真菌中木質(zhì)素降解酶分泌中的 應(yīng)用，不僅可用于環(huán)保工業(yè)中的有機(jī)固廢好氧堆肥生產(chǎn)，還可廣泛用于生物化工或食品工 業(yè)中的好氧發(fā)酵生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
[0027] 實(shí)施例
[0028] 以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。其中采用的真菌為白腐真菌屬 黃孢原毛平革菌（PhanerochaeteChrysosporium)，購買于武漢保藏中心，保藏編號為 BKMF-1767。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 本發(fā)明的一種木質(zhì)素降解酶調(diào)控劑，包括錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶的調(diào) 控劑（H-1)、漆酶調(diào)控劑（H-2)。
[0031] 其中H-1的制備方法為：
[0032]將葡萄糖、KH2P04、MgS04、CaCl2、ZnS04、H2B03、NaCl、吐溫 80、濃度為lOmmol/ L的雙氧水、微量激勵元素混合液A(微量激勵元素混合液A包括5Xl(T3g/L的MnSOjP 0. 6Xl(T2g/LFeS04)進(jìn)行混合，用醋酸緩沖液定容至100ml得到H-1調(diào)控劑，H-1調(diào)控劑pH 為5 (pH為4. 5~5. 5均可實(shí)施）。
[0033]H-1調(diào)控劑中，葡萄糖的濃度為1. 0g/L、KH2P04的濃度為1. 47Xl(T2m〇l/L、MgS0^ 濃度為2. 03X KT3m〇l/L、CaClj9濃度為6. 8X l(T4m〇l/L、ZnS〇d9濃度為0?19g/L、H2B〇j9 濃