新型内生真菌Trichoderma afroharzianum酯酶的优化生产与表征及其在染料脱色中的应用研究

本研究针对纺织工业合成染料对环境和健康的危害问题，通过筛选Opuntia ficus indica中分离的新型内生真菌Trichoderma afroharzianum AUMC 16,433，采用Plackett-Burman设计和响应面法(RSM)优化酯酶生产条件，获得比活性1372.1 U/mg的纯化酶。该43 kDa酯酶在pH 8和40°C下活性最佳，对孔雀石绿(MG)、溴百里酚蓝(BTB)和柠檬黄(TAR)的24小时脱色率分别达66%、65.5%和65.3%，为工业废水处理提供了新型生物催化剂。

　　

合成染料污染已成为全球环境治理的棘手难题。纺织工业每年排放的染料废水中，含有大量具有致癌性的三苯甲烷类和偶氮类化合物，传统物理化学处理方法不仅成本高昂，还可能产生二次污染。在这一背景下，微生物酶催化降解因其环境友好特性备受关注，其中酯酶(esterase)因其对酯键的特异性水解能力，在染料分子结构破坏方面展现出独特优势。然而，现有研究多集中于细菌来源酯酶，对真菌特别是内生真菌(endophytic fungi)的资源挖掘严重不足。发表在《Microbial Cell Factories》的这项研究，首次从仙人掌植物内生真菌中分离获得一株具有高效酯酶活性的Trichoderma afroharzianum AUMC 16,433，为染料生物降解提供了新思路。

研究团队采用统计实验设计优化发酵条件，通过ITS-rRNA测序鉴定菌种，运用Plackett-Burman设计和响应面法(RSM)确定最佳产酶参数，采用60%硫酸铵沉淀和Sephacryl S300 HR凝胶过滤纯化酶蛋白，借助SDS-PAGE测定分子量，并系统考察了温度、pH、动力学参数等酶学性质，最后评估了9种工业染料的脱色效果。

【菌种鉴定与产酶优化】

从仙人掌茎段分离的5株内生真菌中，EF-2菌株经形态学和分子鉴定为Trichoderma afroharzianum AUMC 16,433（GenBank PQ221217）。通过Plackett-Burman设计确定棉籽油(3.0% v/v)、蛋白胨(2.0% w/v)和麦芽糖(1.0% w/v)为关键影响因素，经RSM优化后酶活提升2.9倍至480.5 U/mL。

【酶纯化与表征】

纯化后获得比活性1372.1 U/mg、回收率42.87%的酯酶，SDS-PAGE显示单一条带，分子量为43 kDa。该酶最适作用条件为pH 8和40°C，动力学参数Km=3.33 mM，V_max=2.717 U/mL。50°C下4小时仍保留54.4%活性，展现优异热稳定性。

【染料脱色应用】

在pH 8和50°C条件下，该酯酶对三苯甲烷类染料孔雀石绿(MG)和结晶紫(CV)的24小时脱色率分别达66%和57.1%，对溴百里酚蓝(BTB)和偶氮类染料柠檬黄(TAR)的降解率均超过65%。推测其脱色机制是通过亲核攻击破坏染料分子的发色团结构，如MG仅需两次去甲基化即可实现脱色。

该研究首次报道了内生真菌Trichoderma afroharzianum来源酯酶的染料降解能力，其创新性体现在三方面：一是拓展了酯酶产生菌的资源谱系，证实植物内生真菌是新型水解酶的宝贵来源；二是通过统计优化方法显著提升酶产量，为工业化应用奠定基础；三是揭示了真菌酯酶对多类染料的广谱降解能力，特别是对结构复杂的三苯甲烷类染料的高效脱色机制。研究者建议未来开展酶固定化研究，以提升其在真实工业废水中的稳定性和重复使用性。这项成果为发展绿色纺织工业提供了关键技术支撑，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中"清洁水和卫生设施"目标具有积极意义。