《Journal of the Indian Chemical Society》：Eco-friendly production of xylanase and laccase from sawdust grown
Ganoderma lucidum for sustainable paper and dye industries
编辑推荐：
松木屑经NaOH预处理后，利用白腐真菌Ganoderma lucidum高效产酶，优化得木糖酶2.43 U/ml、漆酶2.96 U/ml，最佳pH 7（木糖酶）和55℃；pH 5和40℃（漆酶）。酶处理显著提升报纸 brightness 372.9%，72.54%脱色率。
Saumya Bharti|Himani Sharma|Sudarshan Sahu|Karan Kapoor|Gursharan Singh|Madhu Khatri|Shailendra Kumar Arya
印度昌迪加尔旁遮普大学工程与技术学院生物技术工程系
摘要
本研究聚焦于利用木质纤维素废弃物（尤其是锯末）作为生产酶的宝贵资源，并将其应用于各种工业过程。通过氢氧化钠预处理降低了锯末中的木质素含量，从未处理前的28%降至处理后的25%。研究了Ganoderma lucidum产生木聚糖酶和漆酶的最佳条件，其活性分别达到了2.43 U/ml和2.96 U/ml。木聚糖酶在pH 7和55°C下达到最佳活性，而漆酶则在pH 5和40°C下达到最佳活性。利用FESEM和XRD对底物进行了表征。所生产的酶在工业应用中表现出显著效果，包括有效去除纸浆中的木质素以及褪色靛蓝染料。具体而言，酶处理使纸浆的亮度和白度分别提高了24.5%和372.9%，并在7小时培养时间内实现了72.54%的染料褪色效果。这些结果凸显了Ganoderma lucidum作为可持续生物催化平台的潜力，能够利用农业废弃物作为可再生底物。
引言
酶作为高效的生物催化剂，在工业研究中受到了广泛关注，因为它们具有低环境毒性和生理毒性、优异的底物特异性以及在温和反应条件下的高效性[[1], [2], [3], [4], [5]]。生物化学的进步促进了多种酶的分离和表征，因此国际生物化学与分子生物学联合会（IUBMB）与国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）合作成立了酶委员会（EC），以系统地对酶进行分类[6]。
微生物酶特别适用于工业生产，因为微生物数量众多、生长迅速，并且可以通过基因改造提高酶的产量[7]。纺织、化妆品、造纸和制药等行业产生的废水由于其高毒性和环境持久性，对生态和健康构成重大风险[8,9]。在纺织品染色过程中，只有约80%的染料被吸收，大量染料被排放到环境中。靛蓝染料（IC）是一种广泛使用的合成染料，尤其在食品、化妆品和牛仔布染色中应用广泛，平均每条裤子需要3-12克[10,11]。因此，纺织行业是未固定靛蓝染料废弃物的主要来源。除了纺织业，IC还广泛应用于生物检测、化学分析和医药领域[12]。同样，报纸生产过程中也会产生木质素问题，木质素是木质纤维素材料的组成部分，会降低纸张的亮度。亮度的降低归因于残留的木质素，因此需要通过脱木质素工艺来提高纸张亮度。参考文献[13]指出，白腐真菌可以有效分解纸浆中的木质素。这些真菌利用木聚糖酶降解半纤维素，以及漆酶和过氧化锰酶降解木质素。去除与木聚糖和纤维素紧密结合的木质素及其衍生物是纸张漂白的主要问题。因此，在生物漂白过程中使用木质素降解酶系统对于提高纸张亮度至关重要[14]。
锯末是木材加工的副产品，富含木质纤维素材料，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。由于木质素的存在，这种木质纤维素结构给酶水解带来了挑战。本研究采用氢氧化钠（NaOH）预处理来破坏木质素屏障，提高纤维素的可利用性，从而增强酶的活性[15]。在真菌中，白腐担子菌Ganoderma lucidum表现出显著的木质素和纤维素酶生产能力，尤其是漆酶和木聚糖酶，这些酶对木质纤维素生物质的分解至关重要[16,17]。它拥有发达的木质素降解系统，其中漆酶是主要甚至唯一的合成酶。通过产生漆酶和过氧化酶，它能高效降解木质素，适用于大量植物原料的脱木质素处理。此外，Ganoderma lucidum能在木质纤维素废弃物（如锯末）上生长，使其成为食品、饲料、纸张和生物燃料生产中的经济可行且可持续的选择。其生物活性化合物还带来了工业和生物医学上的优势，进一步提升了其应用价值[[18], [19], [20]]。
本研究探讨了Ganoderma lucidum利用锯末作为底物生产木聚糖酶和漆酶的潜力。这些酶随后被用于环保应用，如生物漂白纸浆和褪色靛蓝染料，展示了微生物酶在推动纸张和纺织行业可持续发展方面的潜力，为传统方法提供了更环保的替代方案。
化学物质和试剂
本研究中使用的化学物质和试剂包括桦木木聚糖、愈创木酚、马铃薯葡萄糖肉汤、羧甲基纤维素（CMC）、3,5-二硝基水杨酸（DNSA或DNS）、次氯酸钠、NaOH、青霉素和链霉素，均购自HI Media。氯化钠来自SRL Chem，乙醇则从中国采购。
接种物制备
从索兰的ICAR-DMR蘑菇培养服务处获得了Ganoderma lucidum的纯培养株。
Ganoderma lucidum
的体外合成将从ICAR-DMR蘑菇培养服务处获得的菌株在含有PDA培养基的琼脂平板上进行继代培养。在25°C下培养15天后，琼脂平板上出现了白色腐朽真菌的完整生长，如图1所示。
底物特性
本研究中使用的底物是锯末，通过研磨机将其磨成细粉，并进行了物理和化学处理。
结论与未来展望
本研究有效证明了利用木质纤维素废弃物（特别是锯末）作为Ganoderma lucidum培养和多种工业用酶生产的可持续底物的潜力。氢氧化钠预处理显著提高了锯末中木质纤维素成分的可利用性，促进了真菌生长和酶的产生。成分分析显示纤维素含量显著增加。
作者贡献声明
Saumya Bharti：撰写——初稿。Himani Sharma：撰写——初稿。Sudarshan Sahu：撰写——审阅与编辑、软件处理、实验设计、数据管理。Karan Kapoor：撰写——审阅与编辑。Gursharan Singh：数据可视化、概念构建。Madhu Khatri：数据可视化、概念构建。Shailendra Kumar Arya：数据可视化、项目监督、方法设计、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
