高效细菌漆酶介导系统降解聚氨酯泡沫的研究及其在生物基循环经济中的潜力

这篇研究首次报道了源自枯草芽孢杆菌的细菌漆酶介导系统(BLMS)通过氧化还原催化作用高效降解聚酯型和聚醚型聚氨酯(PU)泡沫。该系统利用漆酶CotA与介质ABTS实现商业化及自合成PU泡沫的解聚(最高失重率达21.24%)，并发现降解过程中溶液变紫的现象源于ABTS·+与降解产物2,4-甲苯二胺(2,4-TDA)的显色反应，为PU生物降解提供了新型可视化监测手段。

　　

高效细菌漆酶介导的聚氨酯降解系统

1 引言

聚氨酯(PU)作为含有氨基甲酸酯键的嵌段共聚物，因其优异的机械性能占据全球塑料产量的5.3%。但传统物理化学回收方法存在高能耗、二次污染等问题，而生物酶解法在温和条件下选择性降解PU的特性备受关注。现有水解酶仅能作用于聚酯型PU，而本研究首次探索了枯草芽孢杆菌来源的细菌漆酶CotA在ABTS介质下对两类PU的降解效果。

2 材料与方法

通过镍柱纯化获得比活性8.38 U/mg的重组CotA漆酶，以商业/自合成PU泡沫为底物进行10天降解实验。采用SEM观察形貌变化，FTIR分析官能团改变，TGA评估热稳定性，并通过GC-MS/HPLC鉴定降解产物。特别设计实验探究紫色物质的形成机制。

3 结果

3.1 降解效率

自合成聚酯型PU(SPU)失重率达21.24%，显著高于商业样品(2.90%)。聚醚型PU降解程度较低，但FTIR显示其氨基特征峰(3300 cm^-1)增强更显著，表明氨基甲酸酯键断裂更彻底。

3.2 材料表征

SEM显示BLMS处理后PU骨架出现明显侵蚀孔洞；TGA证实降解样品热稳定性下降(T_5%降低10-20°C)；FTIR检测到羰基(1730 cm^-1)和醚键(1100 cm^-1)特征峰减弱，证实氧化降解发生。

3.3 降解机制

GC-MS鉴定出C2-C16的含氧产物(酮/醇/醛等)，HPLC检测到2,4-TDA生成。实验证实紫色物质源于CotA氧化ABTS产生的ABTS^·+与2,4-TDA的显色反应，其吸光度(OD₃₃₉)与2,4-TDA浓度呈线性相关(R²=0.9034)。

4 讨论

相较于真菌漆酶，细菌漆酶CotA虽序列相似度仅31.2%，但展现出相当的降解效率。商业PU因交联结构和添加剂导致降解率低，而自合成样品更易被酶识别。值得注意的是，ABTS^·+-2,4-TDA显色反应为降解过程提供了可视化监测指标，这是以往使用HBT介质的真菌漆酶系统所不具备的特性。

5 结论

BLMS系统成功实现了对两类PU的氧化降解，首次阐明ABTS介导的显色反应机制。该研究不仅拓展了细菌漆酶在塑料降解中的应用，其显色特性更为工业监测提供了新思路。未来可通过蛋白质工程优化CotA的催化效率，推动PU生物循环经济发展。