表面活性剂对酶活性的影响研究进展
表面活性剂的研究进展论文
表面活性剂的绿色化研究进展学号：201321132250姓名：王南建表面活性剂绿色化研究进展现在社会，表面活性剂的应用日益广泛，本文对现行的几种表面活性剂及其应用进行了初步的探索。
1. 脂肽生物表面活性剂自从Fleming发现微生物产生青霉素以来，微生物成为生物活性物质的一个重要来源，为天然合成化学品提供了丰富资源。
生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在其代谢过程申分泌出来的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂、多糖蛋白脂、脂肪、磷脂利脂肪酸中性类脂衍生物。
它们与一般表面活性剂分子在结构上类似，即在分子中不仅有脂肪烃链构成的非极性憎水基，同时也含有极性的亲水基。
生物表面活性剂的早期研究见于1946年，1965年之后，微生物对烃类乳化机制的研究引起人们的关注。
微生物产生的表面活性剂是微生物提高石油采收率的重要机制之一。
用微生物生产表面活性剂成为生物技术领域中的一个新课题。
1968年，Arima等首次发现枯草芽胞杆菌株(Bacillus subtilis)产生的是脂肽类表面活性剂，呈晶状，商品名为表面活性素(surfactin)，这类表面活性剂主要含:伊枯草菌素(Iturilns)，杆菌霉素(Bacillomycin)，芬荠素(Fengycin)和表面活性(Surfacin)等，其中surfactin的表面活性最强，是迄今报道的效果最好的生物表面活性齐之一。
脂肽分子由亲水的肽键和亲油的脂肪烃链两部分组成，由于其特殊的化学组成和两亲型分子结构，脂肤类生物表面活性剂在医药、微生物采油、环境治理等领域有重要的应用前景。
目前发现的脂肽类生物表面活性剂有数十种。
2. 高分子表面活性剂高分子表面活性剂通常指分子量大于1000、具有表面活性的物质。
减小两相界面张力的大分子物质皆可称为高分子表面活性剂。
高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等能力，毒性小，可用作胶凝剂、减阻剂、增粘剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。
表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应
表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应表面活性剂是一类具有高表面张力降低和起泡力等特征的化学物质，广泛应用于化妆品、洗涤剂、农药和工业防腐剂等领域。
然而，表面活性剂的广泛使用也引起了人们对其对环境的潜在危害的关注。
尤其是在土壤环境中，表面活性剂的长期使用可能会对土壤微生物群落和生态系统产生影响。
本文将探讨表面活性剂对土壤微生物的影响及其生态效应。
表面活性剂对土壤微生物的影响表面活性剂的存在可能会对土壤微生物的生态系统、群落和代谢过程产生不同程度的影响。
具体来说，表面活性剂可能会对土壤微生物对有机物的生物降解、氮循环、微生物群落组成和土壤酶活性等方面产生影响。
首先，表面活性剂的存在可能会对土壤中的生物降解和生物处理能力产生影响。
表面活性剂可以通过促进微生物的代谢活动和生物质转化来改善土壤中的有害物质。
但是，表面活性剂具有较高的毒性，在一定浓度下会抑制微生物的降解能力。
实验结果表明，部分阴离子表面活性剂可以抑制土壤微生物代谢和降解有机物的通路。
这可能导致有机物的积累，进而影响土壤的品质和肥力。
其次，表面活性剂可能会影响土壤中氮素转化的生物过程。
氮素是土壤生态系统的重要组成部分，其转化对土壤肥力、植物生长和有机物的降解都具有重要的影响。
通过加入表面活性剂，可以提高土壤微生物对氨的利用效率，促进氨的硝化过程。
但在长期使用情况下，表面活性剂可能会改变土壤微生物群落结构和资源的利用方式。
这可能导致土壤氮素经过转化过程变得不稳定，进而影响土壤肥力和作物生长。
表面活性剂的存在也可能影响微生物群落组成和土壤酶活性。
微生物群落结构的改变可能会影响土壤生态系统的整体稳定性和耐荒性。
此外，表面活性剂也会影响土壤酶的结构和功能。
研究表明，长期使用表面活性剂的土壤和水环境中，酶活性明显降低，土壤中其他元素的利用率也明显降低。
表面活性剂的生态效应表面活性剂的广泛使用可能会对土壤微生物群落和整体生态系统产生一系列负面影响。
这包括：1. 土壤质量下降：表面活性剂的存在可能导致土壤微小孔隙的堵塞，影响土壤的通透性和空气透气性，进而限制根系生长和土壤肥力。
表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究
第32卷第8期2011年8月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol．32，No．8Aug．，2011表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究于静1，3，罗琨1，3，杨麒1，3*，李小明1，2，3，谢冰心1，3，杨国靖1，3，莫创荣2（1.湖南大学环境科学与工程学院，长沙410082； 2.广西大学环境学院，南宁530004； 3.环境生物与控制教育部重点实验室（湖南大学），长沙410082）摘要：为了提高污泥酶水解的效率，研究向污泥中投加表面活性剂十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate ，SDS ）强化污泥酶水解的效果．结果表明，SDS 极大促进了剩余污泥酶水解，且复合酶的处理效果优于单酶．复合酶的投加量为0.06g /g 时，SCOD 溶出率随SDS 投加量成正比增加．SDS 为0.20g /g 时，SCOD /TCOD 从初始污泥的1.3%上升到54.3%，同时VSS 去除率显著提高，最高可达43.2%．SDS 的加入提高了酶的活性，当SDS 为0.10g /g 时，蛋白酶活和淀粉酶活分别是单独加酶组的2.3倍和1.2倍．水解过程的前4h ，SDS +复合酶组的蛋白质、氨氮和可溶性糖浓度相应地分别提高了85.4%、92.5%和64.0%．此外，污泥水解过程的前4h 符合一级反应动力学，速率常数（K ）值从空白组的0.23增加到0.41，说明SDS +复合酶的加入使得反应速率明显得到了提高．关键词：剩余污泥；十二烷基硫酸钠（SDS ）；外加酶；水解；酶活力中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：0250-3301（2011）08-2328-06收稿日期：2010-09-28；修订日期：2010-12-22基金项目：国家自然科学基金项目（51078128，50978088，51039001）；湖南省科技计划重点项目（2007WK2004，2009FJ1010）；湖南省科技计划项目（2009WK3048）作者简介：于静（1986 ），女，硕士研究生，主要研究方向为水污染控制，E-mail ：yujing819@ *通讯联系人，E-mail ：yangqi@hnu．cnEnhanced Enzymatic Hydrolysis of Excess Sludge by SurfactantYU Jing 1，3，LUO Kun 1，3，YANG Qi 1，3，LI Xiao-ming 1，2，3，XIE Bing-xin 1，3，YANG Guo-jing 1，3，MO Chuang-rong 2（1.College of Environmental Science and Engineering ，Hunan University ，Changsha 410082，China ； 2.School of Environment ，Guangxi University ，Nanning 530004，China ； 3.Key Laboratory of Environmental Biology and Pollution Control （Hunan University ），Ministry of Education ，Changsha 410082，China ）Abstract ：In order to enhance the efficiency of enzymatic hydrolysis of excess sludge ，sodium dodecyl sulfate （SDS ）was added to the system to explore the feasibility of promotion the enzyme hydrolysis．The results showed that the enzymatic hydrolysis of excess sludge could be greatly improved by SDS ，and the mixed enzymes system was more effective than that by single enzyme system．SCOD releasing increased linearly with the increase of SDS dosage at the mixed enzymes concentration of 0.06g /g．SCOD /TCOD increased from 1.3%to 54.3%and VSS reduction achieved to 43.2%at the SDS dosage of 0.20g /g．Further studies indicated that SDS could improve the activity of external enzymes．At SDS dosage of 0.10g /g ，the protease activity of SDS +protease showed a 2.3-time increase and the amylase activity of SDS +amylase showed a 1.2-time increase compared with enzymatic treatment．After 4h hydrolysis ，the concentration of protein ，NH +4-N and soluble sugar in SDS +mixed enzymes system were improved by 85.4%，92.5%and 64.0%，respectively．Correspondingly ，sludge hydrolysis within prior 4h was consistent with first-order reaction dynamics．The reaction rate constant （K ）of soluble sugar increased from 0.23to 0.41，which indicated that the reaction rate of hydrolysis increased significantly．Key words ：excess sludge ；sodium dodecyl sulfate （SDS ）；external enzyme ；hydrolysis ；enzyme activity根据“十一五”规划，到2010年我国全年污泥产量最高将达570万t ，折合湿污泥为2850万t （按含水率80%计算）．外加酶处理剩余污泥是一种经济高效的污泥处理方式［1］，它能强化污泥水解，改善污泥消化性能［2］，其产物对环境也无污染副作用［3］．有研究表明，使用蛋白酶、脂肪酶、内切葡聚糖酶等可显著加快城市污泥的溶解［4 7］，有效促进剩余污泥的降解和提高甲烷产量［8］，从而资源化利用污泥．目前，通过各种物理化学方法强化剩余污泥酶水解是解决我国城市污水处理厂大量污泥处理问题的有效途径之一．Yu 等［9］报道指出，超声波预处理能够提升各种酶的活性，增加酶与底物的接触机会，进而提高污泥消化效率．Jiang 等［10］研究了单独投加表面活性剂提高污泥厌氧消化性能，同时增加了污泥水解中间产物VFA 的产量．由于表面活性剂具有“两亲性”和“增溶作用”，可以强化污泥水解，同时还能大幅度提高水解产物在微生物作用下的产酸量．然而，有关同时投加酶和表面活性剂来强化污泥水解及其强化机制的研究国内尚鲜有报道．因此，本研究以十二烷基硫酸钠（SDS ）为例，考察单独8期于静等：表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究投加酶与同时投加酶+SDS对剩余污泥水解的影响，并对其促进污泥酶水解的机制进行了分析，对于污泥酶水解技术的研究和实际运用具有较好的借鉴和参考价值．1材料与方法1.1主要实验材料和试剂实验所用剩余污泥取自长沙市第二污水处理厂二沉池污泥，污泥先经过30min沉淀，弃去上清液，再经0.71mm的筛网过滤去除杂质后，于4ħ冰箱中保存备用．其特性如表1所示．实验中选用由Solarbio有限公司提供的中性蛋白酶、α-淀粉酶2种工业酶（表2）．实验用SDS以及其它试剂均为分析纯．1.2分析项目及方法TSS、VSS采用称重法测定；TCOD、SCOD采用标准重铬酸钾法测定，其中SCOD是在转速为10000 r/min离心10min后上清液的化学需氧量；上清液中的蛋白质采用Folin-酚法测定；可溶性糖采用苯酚硫酸法测定；NH+4-N采用纳氏试剂分光光度法测定；蛋白酶活力采用Folin-酚试剂比色法测定［11］；淀粉酶活力采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定［12］．表1污泥的基本特性Table1Characteristics of excess sludge指标pH TCOD/mg·L－1SCOD/mg·L－1TSS/g·L－1VSS/g·L－1蛋白质/mg·L－1可溶性糖/mg·L－1氨氮/mg·L－1数值 6.7881101058.62 4.951052219表2酶的基本参数Table2Enzymes used in this experiment酶酶活/U·g－1最适pH最适温度/ħ中性蛋白酶60007.0 7.840左右α-淀粉酶3700 5.5 7.5501.3实验方法取100mL污泥加入250mL具塞锥形瓶中，投加一定量的SDS和一定量的外加酶［蛋白酶、淀粉酶或者复合酶，其中复合酶是m（蛋白酶）ʒm（淀粉酶）=3ʒ1组成］，然后向锥形瓶中通入氮气约4min 以驱除残留空气，加塞置于50ħ的水浴振荡器上保持恒温搅拌，4h后取样进行分析．水解反应过程实验取400mL污泥加入到500mL具塞锥形瓶中，设立3个对比组，第1组只加入复合酶，第2组只加SDS，第3组同时加入复合酶和SDS，其它条件同前，0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、8、12h后取样分析．各实验同时设立空白对照组，所有数据均除去加入的物质本身带来的影响，每组实验在相同的条件下重复进行3次，且标准偏差＜5%．2结果与分析2.1SDS对污泥酶水解效果的影响分析设立3组实验，每组污泥样品都投加一定量的SDS，投加量为0.02、0.05、0.10、0.15、0.20g/g，然后向3组样品中分别加入蛋白酶、淀粉酶和复合酶，控制总酶投加量为0.06g/g．反应4h后，污泥中SCOD/TCOD、VSS去除率随SDS投加量的变化情况如图1、2所示．图1污泥中的SCOD/TCOD随SDS投加量的变化Fig．1SCOD/TCOD of sludge with SDS dosage如图1所示，污泥初始SCOD/TCOD值仅为1.3%，反应4h后，空白组SCOD/TCOD为16.5%（图1中未显示）．当SDS的加入量为0.20g/g时，SDS+复合酶组的SCOD/TCOD达到最大值54.3%，其次为SDS+蛋白酶组的50.4%、SDS+淀粉酶组的45.2%．在不同的SDS投加量下（0.02、0.05、0.1、0.15、0.20g/g），SDS和复合酶组合处理时，SCOD溶出量较空白组增加幅度分别达到81.1%、151.2%、190.1%、206.5%、228.9%，说明在低剂量条件下，污泥就有较好的水解效果．随着SDS的不断增加，SCOD增加幅度变缓，但蛋白酶组增加幅度明显大于淀粉酶组．水解反应中SCOD 迅速增加的同时，VSS去除率显著提高，SDS+复合9232环境科学32卷图2污泥中的VSS去除率随SDS投加量的变化Fig．2Effect of SDS dosage on VSS reduction酶组最大达到43.2%．VSS的减少趋势与SCOD的增加趋势基本一致，说明污泥中微生物细胞内的有机质溶出，转化为液相中可溶性有机物．表面活性剂的“两亲作用”和“增溶作用”促使大量的碳水化合物和蛋白质脱离污泥颗粒表面并溶解到液相中，从而增加了酶与底物接触机会．在酶的催化作用下，污泥固体溶解的同时有机质不断被水解：蛋白质水解生成多肽、二肽、氨基酸，氨基酸进一步通过脱氨作用水解成低分子有机酸、氨及二氧化碳［13］；碳水化合物水解为小分子的多糖甚至单糖．从而提高了SCOD的浓度．从SCOD的溶出率和节约成本的角度来看，0.10g/g为SDS的最佳投加量．污泥酶水解通过多步反应分解高分子物质（蛋白质、多糖、脂肪）．起初酶吸附在污泥基质上，能够对松散的束缚于污泥表面的小分子聚合物进行水解，结构越紧凑的污泥基质其溶解速率越低［14］，因为这限制了酶与污泥絮体中其它底物的接触．在单独投加酶时，水解反应进行到一定程度后，继续提高酶量对水解效果并无显著作用，可以认为酶水解过程中污泥的溶解率取决于酶表面活性中心在污泥基质中的分散程度［15］．SDS能够改变污泥的絮体形态，引发污泥絮体皂化从而减小污泥的絮体尺寸［16］，网状絮体结构的破坏有利于外加酶和细胞分泌的胞外酶脱离污泥的表面，均匀分布于污泥中，酶活也不会因为酶被束缚在污泥基质上而受到抑制，从而使酶水解效果得到显著提高．图3反映了在SDS最佳投加量时，水解效果随酶投加量的变化情况．实验过程中复合酶水解效果始终优于单酶，这是因为剩余污泥是由许多不同的微生物包埋在聚合物组成的网络中形成的，这些聚合物就是胞外多聚物（EPS）［17］，其主要组成物是蛋白质和碳水化合物［18］．而投加单酶只能针对特定的有机物质产生水解效果［19］，同时加入蛋白酶和淀粉酶，可以专性高效水解组成污泥的主要成分．此外，有SDS存在的环境下污泥水解效果明显高于单独投加酶，在总酶加入量为0.06g/g时，SDS+复合酶组、SDS+蛋白酶组和SDS+淀粉酶组的SCOD/ TCOD相对于相应的单独酶处理分别增加了80.2%、95.3%和61.4%．其中SDS+复合酶组外加酶投加量为0.03g/g释放的SCOD是单独加酶量为0.06g/g的1.8倍，表明少量SDS的加入能够减少酶的使用量，且能达到较好的污泥水解效果，从而降低了成本．图3污泥中的SCOD/TCOD随酶投加量的变化Fig．3SCOD/TCOD of sludge with enzyme dosage2.2SDS对酶活的影响分析图4反映了水解4h后SDS+复合酶组与单独加酶组中蛋白酶和淀粉酶的相对酶活性（单独加酶组中2种酶活性设为100%）．由于胞外酶易被截留于污泥基质内部颗粒物中或者吸附固着于污泥表面，从而限制了酶在污泥中的移动［6］．一些由微生物自身产生的胞外酶主要存在于EPS中，表面活性剂的加入加速了EPS的溶解，使包埋或隐藏于EPS 中的酶得到释放，从而使外加酶的稳定性得到了提高或者释放、激活了更多内源性酶［20］．从反应4h 后酶活的变化可以看出，SDS的投加量从0.02g/g 增加到0.20g/g，淀粉酶活性提高并不明显，最大为只加酶组的1.3倍．而蛋白酶活性提高显著，SDS 为0.02g/g时，SDS+复合酶组的蛋白酶活就达到了单独加酶组的1.2倍，SDS增加到0.10g/g时，蛋白酶活和淀粉酶活分别是单独加酶组的2.3倍和1.2倍，再提高SDS量，酶活增加幅度变缓．研究表明pH对酶活性有很大的影响，当在本03328期于静等：表面活性剂促进剩余污泥酶水解的研究图4酶活力随SDS 投加量的变化Fig．4Variation of enzyme activity with SDS dosage实验中加入SDS 后污泥的pH 与空白组相比变化不大，基本在7.2 7.5之间波动，没有超出蛋白酶和淀粉酶的最适pH 值，表明实验中酶活的提高不是由于pH 的变化而主要是投加SDS 的作用．Dimock 等［21］认为打破较大的污泥团聚体结构能够提高酶与底物的接触机会．加入表面活性剂促进了胞外蛋白质，碳水化合物和酶由污泥絮凝体内层向外层转移，酶被底物包埋而使酶活不能增加的现象得到控制，酶活性得到提高．2.3酶水解反应过程分析污泥溶解包括2个过程：固体物质的溶解和有机物的水解．有机固体物质和无机固体物质都会发生溶解，但有机物的溶解是主要的．溶解性的多糖和蛋白质等大分子有机物在微生物的体外被微生物产生的水解酶或者是外加酶进一步分解为低分子有机物，这一过程反复进行直到水解产物可以被微生物细胞直接吸收同化．实验对污泥酶水解过程中主要溶出性物质浓度变化进行了分析，同时探究了表面活性剂SDS 对污泥酶水解的强化机制．污泥水解过程中蛋白质浓度随水解时间的变化如图5所示．反应4h 后，SDS +复合酶组的蛋白质溶出较空白组增加了142.1%，SDS 组增加了89.2%，而复合酶组只比空白组增加了31.5%，SDS +复合酶组比单独加酶组提高了85.4%．这说明反应初期，SDS 的增溶作用使大量的蛋白质脱离污泥固体，并溶解于液相中．通常污泥中的大分子物质被吸附在污泥的表面，但是SDS 增溶作用能够使这些大分子溶解并转移至液相［22］．同时，SDS 对污泥聚合物溶解性的增强有利于打破污泥基质的紧密连接，从而释放出更多的蛋白质和糖类．所以反应初期蛋白质的释放速率大于降解速率，蛋白质得到积累．随着反应时间的延长，蛋白质不断转化为多肽、二肽、氨基酸，NH +4-N 等物质，其浓度出现了一定的波动下降趋势，呈现溶出-水解动态平衡现象．图5蛋白质浓度随水解时间的变化Fig．5Variation of soluble protein concentrationwith hydrolysis time从图6可以看到，反应4h 后SDS +复合酶组的氨氮浓度比单独加酶组提高了92.5%．在污泥中蛋白质不断溶出的同时，液相中的氨氮浓度也在不断增加．这说明水解过程中除了溶解作用之外，还发生了一系列化学反应．事实上，蛋白质一方面在溶解，另一方面也在蛋白酶的作用下不断水解，生成多肽、二肽、氨基酸，氨基酸进一步水解成低分子有机酸、氨及二氧化碳［23］，因此氨氮浓度也随之增大．在酶解和热解作用下，细胞内溶出的蛋白质不断水解，其水解程度不仅影响后续的升级AS 系统的运行负荷，也严重影响着污泥的脱水性能［24］．加入表面活性剂强化剩余污泥水解有利于改善污泥脱水性能和提高消化气中的甲烷含量，同时还有利于后续酸化阶段短链脂肪酸的积累［25］，大量增加的短链脂肪酸是脱氮除磷微生物的首选碳源［26］，也是合成可生物降解性塑料聚羟基烷酸酯的原材料［27］．从图7可以看到，水解反应的前4h 可溶性糖浓度和水解时间呈一级反应关系，一级反应动力学方程为：ln cc 0=Kt 式中c 是t 时刻可溶性糖浓度，c 0是初始可溶性糖浓度，K 是生成可溶性糖的反应速率常数，从空白组到SDS +复合酶组K 值从0.23增加到0.41，这说明SDS +复合酶的加入使得反应速率明显得到了提高（如表3）．1332环境科学32卷图6氨氮浓度随水解时间的变化Fig．6Variation of NH +4-N concentration with hydrolysistime图7可溶性糖浓度随水解时间的变化Fig．7Variation of soluble carbohydrate concentrationwith hydrolysis time表3可溶性糖一级反应动力学方程Table 3First-order reaction kinetics equation of soluble sugar组别动力学方程速率常数K /h －1相关系数R 2空白组y =0.2334x +0.19770.230.9527复合酶组y =0.3551x +0.76850.360.9610SDS 组y =0.3705x +0.92120.370.9656SDS +复合酶组y =0.4065x +1.07650.410.9675SDS 的增溶作用使污泥水解过程中可溶性糖类含量显著增加，反应4h 时SDS +复合酶组的可溶性糖浓度287mg /L ，复合酶组为175mg /L ，前者比后者提高了64.0%，而空白组仅为62mg /L．溶解性的碳水化合物在淀粉酶催化和热水解的共同作用下不断分解成小分子可溶性糖，部分低分子量的中间产物成为能源或碳源又被污泥中的微生物进一步利用，或者进一步被分解成VFA 、CO 2和H 2O ，CO 2挥发至气相，随着水解反应酶催化活性的降低，糖的生成速率低于其分解和挥发速率，糖浓度逐渐下降．另外，加入SDS 后EPS 溶解形成的反应底物（如蛋白质、还原糖等）浓度增加，一方面使得反应速率提高，另一方面水解过程也相应延长，因此水解达到峰值的时间较单独酶处理稍有延长．3结论（1）SDS 极大促进了剩余污泥酶水解，且复合酶组的处理效果优于单酶组．SCOD /TCOD 从初始污泥的1.3%上升到54.3%，同时VSS 去除率也显著提高，最高达43.2%．（2）SDS 的加入提高了酶的活性，当SDS 为0.10g /g 时，蛋白酶活和淀粉酶活分别是单独加酶组的2.3倍和1.2倍．（3）前4h 的污泥水解过程符合一级反应动力学，从空白组到SDS +复合酶组速率常数K 值从0.23增加到0.41，这说明SDS +复合酶的加入使得反应速率明显得到了提高．参考文献：［1］Ronja B．Enzymatic treatment of wastewater sludge in presence ofa cation binding agent improved solubilisation and increased methane production ［D ］．Sweden ：Linkopings University ，2008.［2］Wawrzynczyk J ，Recktenwald M ，Norrlow O ，et al ．The functionof cation-binding agents in the enzymatic treatment of municipal sludge ［J ］．Water Research ，2008，42（6-7）：1555-1562.［3］Ahuja S K ，Ferreira G M ，Moreira A R．Utilization of enzymesfor environmentalapplications ［J ］．Critical Reviewsin Biotechnology ，2004，24（2-3）：125-154.［4］Ayol A．Enzymatictreatmenteffectsondewaterabilityofanaerobically digested biosolids-I ：performance evaluations ［J ］．Process Biochemistry 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天然油脂和表面活性剂对发酵性丝孢酵母产油脂及脂肪酶的影响
天然油脂和表面活性剂对发酵性丝孢酵母产油脂及脂肪酶的影响张毅;孙晓璐;侯英敏;孙玉梅【摘要】通过摇瓶发酵,研究了天然油脂(大豆油、猪油)和表面活性剂(Tween80、洗洁精)对发酵性丝孢酵母(Trichosporon ermentans)发酵生产油脂和胞内脂肪酶的影响.结果表明,大豆油对细胞产油和产酶的促进效果好于猪油,最适添加量为体积分数1.0％,发酵60 h最大脂肪酶活力为347.5 U/mL,发酵72 h最大细胞油脂质量分数可达30.7％.低浓度表面活性剂对促进细胞产酶有利;Tween 80对细胞产油和产酶的提高效果好于洗洁精,最适添加量为体积分数0.5％,发酵60 h最大脂肪酶活力为297 U/mL,发酵72 h最大细胞油脂质量分数可达30％.对于发酵性丝孢酵母,细胞内脂肪酶活力增加对油脂积累有促进作用.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2015(034)003【总页数】4页(P163-166)【关键词】发酵性丝孢酵母;微生物油脂;脂肪酶;天然油脂;表面活性剂【作者】张毅;孙晓璐;侯英敏;孙玉梅【作者单位】大连工业大学生物工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学生物工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学生物工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学生物工程学院,辽宁大连 116034【正文语种】中文【中图分类】TS221;TQ925.6脂肪酶(EC 3.1.1.3)是一类能在油水界面上催化长链甘油酯水解和合成的羧酸酯酶［1］。
在微生物合成油脂过程中，脂肪酶的可逆作用即脂质合成对生长、繁殖、积累养分有重要作用［2］。
目前对于发酵过程中细胞内脂肪酶活力变化与油脂积累关系的报道很少，有研究表明酵母细胞内脂肪酶活力增加有利于细胞油脂积累［3］。
天然油脂中含有大量合成脂肪酸的中间物质，对微生物产油有促进作用［4］。
大多数微生物只有在油类或者与油类相关物质存在时才能产生脂肪酶［5］。
生物表面活性剂对酶的活性影响及 O H 胶束缔合作用研究 …
70
60
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30 0.1 1 10 100 1000 10000
Surfactant concentration (mg L-1)
• 生物表面活性剂单鼠李糖脂的CMC值明显低于其余两种表面活性剂， 且对水溶液表面张力的改变具有较优越的性能。 • 在低纤维素酶浓度情况下，表面活性剂对纤维素转化过程的促进作用更为突出。
2 1 0
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1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 2 3 4 5 6
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生物表面活性剂对城市污泥堆肥过程的作用研究. 环境工程学报, 2012, 6(4): 1331-1336
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第二部分
逆胶束介质环境中生物表面活性剂 强化酶解纤维素的作用研究
表面活性剂和酶
表面活性剂和酶
表面活性剂与酶相互作用及对酶活性和构象的影响
摘要：
在各种酶制剂中,表面活性剂与酶的相互作用在仿生和医学治疗方面具有重要意义[1,2]。
尤其是离子型表面活性剂,依赖于静电及疏水的协同作用,有可能抑制酶活性(抑制剂)、激活酶的超活性(激活剂)、使酶球蛋白结构展开(展开剂或变性剂),是生物化学与胶体化学交叉研究的重要课题之一。
如通过阳离子gemini型表面活性剂诱导α-CT等的超活性,对提高其催化效率具有重要的意义和广泛的应用价值。
我们研究了几种具有典型疏水链长度的离子型表面活性剂,如阴离子的SDS、阳离子的DTAB、阳离子双子表面活性剂12-s-12、两性氨基酸基表面活性剂及两性磺酸基甜菜碱类表面活性剂,。
表面活性剂对酶的影响
表面活性剂对酶的影响2010-05-31 15:54:19| 分类：生物化学| 标签：|字号大中小订阅物理化学中，把溶于少量就能显著降低溶液表面张力的物质称为表面活性物质或表面活性剂（SAA）。
SAA 的分子一般是由非极性的、亲油的碳氢链和极性的、亲水的基团两部分构成，具有既亲油又亲水的两亲性质。
此种分子具有可在各种界面上定向吸附及在溶液内部形成胶团的重要性质。
这些性质在药物中得到了广泛的应用。
酶是化学反应中一种重要催化剂，酶的活性往往对反应起关键作用，目前常通过添加剂法提高酶的反应活性。
SAA对酯催化活性的影响选用合适的非离子型表面活性剂，能显著提高酶反应的速度，而离子型表面活性剂对酶则有抑制作用。
如酮基布洛芬用光学拆分制备单一对映体，lipase OF粗酶和纯化酶为催化剂，无表面活性剂时转化率为8．7％，加入吐温—80或壬基酚聚氧乙烯醚后，转化率分别可提高至46％和43％；但是加入几种离子型表面活性剂，转化率都有所下降。
离子型表面活性剂的抑制作用可能是因为其带电基团与酶分子之间强烈的静电作用，使酶构象发生变化而失活；非离子表面活性剂与酶分子之间仅存在氢键和疏水作用，抑制性较弱，但是不同的表面活性剂仍有差别，如十二烷基磷酸酪和司盘—60的加入并不能提高反应转化率。
由此可见，合适的表面活性剂对底物而言，是乳化剂；对酶而言，又是“激活剂”。
SAA对酶对映选择性的影响在常用表面活性剂中，除了吐温—80和苄苯氧基氯化铵能提高酶的选择性外，其余大部分对选择性无显著影响。
苄苯氧基氯化铵虽然能提高酶的选择性，但由于其对酶活性的抑制作用而无实用价值。
所以，吐温—80既能提高酶的反应速度，又能显著提高对映选择性。
SAA浓度对酶活性和选择性的影响吐温—80用量在20mg/ml以内，用量的增加与酶活性的提高成正比趋势。
这与一般规律是符合的，即用表面活性剂作乳化剂，需要加入足够量，才有最佳乳化效果，从而使酶与底物能充分接触。
有机溶剂中酶催化活性研究进展
有机溶剂中酶催化活性研究进展摘要：酶在有机溶剂中催化作用的研究日益受到重视，其应用范围也越来越广。
本文就有机介质中酶催化的影响因素进行了探讨，并归纳出提高酶活性的一系列方法，最后简要介绍了有机溶剂中酶的应用。
关键词：有机溶剂；酶催化一直以来，人们认为“生物催化必须在水溶液中进行”、“有机溶剂是酶的变性剂、失活剂”，而1984年，Klibanov[1]提出:“只要条件合适，酶在非生物体系的有机溶剂中同样具有催化功能”的理论使酶学概念发生了革命性的改变，并由此开创了非水相生物催化（非水酶学）的新时代。
1 有机溶剂中酶催化反应的优势研究表明，有机溶剂中的酶和水溶液中的酶一样具有高度的底物选择性。
此外，还有以下一些特点[2, 3]: （1）绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高；（2）根据热力学原理，一些在水中不可能进行的反应，有可能在非水系统内进行；（3）有机溶剂可促使热力学平衡向合成方向（如酯合成、肽合成等）移动，如脂肪酶在水中催化脂肪水解，而在有机溶剂中则催化酯合成；（4）在有机溶剂中，所有有水参与的副反应（如酸酐水解）将受到抑制；（5）在有机溶剂中酶的热稳定性显著提高，可通过提高温度加速催化反应进行；（6）从非水系统内回收反应产物比水中容易；（7）在非水系统内酶很容易回收和反复使用，不需要进行固定化；（8）在有机溶剂中不易发生微生物污染；（9）更为重要的是，低水环境可用于稳定具有未知催化性质的构象异构体，以及在水中寿命极短的酶反应中间体。
目前，有机溶剂中酶催化的上述优势使得非水酶学研究成为生物化学、有机化学、生物工程等多种学科交叉的研究热点。
迄今发现能在有机溶剂中发挥催化功能的酶有十几种，主要集中于脂肪酶研究，催化的反应类型包括氧化、还原、酯合成和酯交换、脱氧、酞胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、缩合及卤代等。
2 影响酶催化活性的因素一直以来有机相酶催化的研究非常活跃，但到目前为止仍处于实验研究阶段，离工业化应用还有一定的距离，最大的原因就是酶在有机溶剂中活性较低。
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西部皮源自革 Ｖ ０ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． １ ０
Ｍａ ｙ ． ２ ０１ ３
Ｗ ＥＳ ＴＬＥＡＴＨＥＲ
表 面活性剂对 酶活性 的影 响研 究进展
孙 国龙 ， 陈丽 ， 黄金 ， 李正军
（ 四川大学 制 革清 洁技术 国家工 程实 验室 ， 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
工 原 料 ，其 分 子 具 有 两 亲性 ， 即 亲 水性 和疏 水性 ， 素有“ 工 业 味
的润 湿 、 乳化 、 分散 、 渗透 、 匀 染
白、 糖蛋 白 、 脂肪等 发生作用 ， 已
成 功 应 用 于 浸水 、 浸灰 、 脱脂 、 脱
等作 用 来促 进 或 改善 各制 革 工 序 的物理与化学作用 ， 从而达到 缩 短 生 产 时 问 、节 约 化 工 材 料 、
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｅ ， ｌ ｉ ｐａ ｓ ｅ ｏ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏ ｓ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｎ ｏ ｎ ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｕ ｆａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｏ ｍｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｅ
提 高 生 产效 率 、 改 进 成 革 质 量 的 目的ｌ １ 】 。酶 属 于 生 物活 性 物 质 ， 是
一
精” 之称 ， 应用广泛 ， 在 许 多 领 域
中 占有 特殊 和 重 要 的地 位 。它 在
毛、 软 化 等 工 序【 ２ １ ， 也 可 用 于 处 理 蓝 湿 革 ，进 一 步 松 散 胶 原 纤 维 ， 改 善 成 革 的 丰 满 弹性 和 柔 软 性 。 可 以预见 ， 酶 将 在 制 革 生 产 清 洁 化 工 艺 中 发 挥 越 来 越 大 的 积 极 作用。
摘 要： 综述 了不同类型表面活性剂对脂肪酶、 蛋白酶与纤维素酶活性的影响。 一般的结论是 ， 非离子表 面活性剂对 酶活性影响较 小 ， 甚至有激 活作 用； 阴离子 表面 活性 剂对酶 活性 影响 大 ， 主要起 抑制作 用 。同 时， 指 出这 些影响规律对皮 革行业有 效利用酶 与表 面活性 剂的协 同作 用具有指 导意义 。 关键 词 ： 表 面活 性剂 ； 蛋 白酶 ； 脂肪酶； 纤维素 酶 ； 皮革 中图分类 号 ： Ｔ Ｓ ５ ２ ９ ． １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ １ — １ ６ ０ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ０ ２ ４ — ０ ６
ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ ｓ ，ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｕ ｆａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｔ ｏ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ．Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ，ｉ ｔ ｗａ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ａ ｄ ｇ ｕ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｅ ｒ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ Ｈ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ； ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｅ ； ｌ ｉ ｐ ａ ｓ ｅ ； ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏ ｓ ｅ ； ｌ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ
１前 言
表 面 活 性剂 是 一类 重要 的化
酸、 鞣制、 复鞣 、 中和 、 染色、 加 脂 等） ， 在 很 大 程 度 上 影 响 着 成 革
的品质 和 性 能 。主要 利用 的是 它
越来 越 多 的重视 和 使 用 。在制 革
工 业 中 ，酶 能 适 度 分 散 胶 原 纤 维， 可 与皮 中 的胶原 蛋 白 、 角 蛋
（ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ｔ ａ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｃ ｌ ｅ ａ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｌ ｅ ｔ ａ ｈ ｅ ｒ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
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