《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Magnetic chitosan-supported laccase/horseradish peroxidase co-immobilization enhances sulfamethoxazole removal and transformation
编辑推荐：
•开发了一种磁性壳聚糖基Lac/HRP生物催化剂，用于去除SMX。•共固定化提高了酶的活性、稳定性和可重复使用性。•优化后的系统在24小时内实现了约60%的SMX去除率。•双酶体系实现了早期阶段SMX的快速转化。•LC–MS/MS鉴定了产物，揭示了多种可能的SMX转化途径。引
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开发了一种磁性壳聚糖基Lac/HRP生物催化剂，用于去除SMX。
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共固定化提高了酶的活性、稳定性和可重复使用性。
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优化后的系统在24小时内实现了约60%的SMX去除率。
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双酶体系实现了早期阶段SMX的快速转化。
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LC–MS/MS鉴定了产物，揭示了多种可能的SMX转化途径。
引言
磺胺甲恶唑（SMX）是一种典型的磺胺类抗生素，由于其广泛使用、在环境中频繁检出以及降解缓慢，已被视为水环境中的新兴污染物（Fauziyen等人，2024）。SMX表现出低生物降解性、弱吸附亲和力和相对较长的环境半衰期（Larcher和Yargeau，2012；Martini等人，2024；Straub，2016）。这些特性使SMX能够在水环境中持续存在，可能破坏微生物群落结构和生物地球化学过程，特别是通过促进抗生素抗性细菌的富集和传播（Mu等人，2025；Singh等人，2024）。此外，一旦SMX残留进入肠道环境，可能有助于抗生素抗性基因的传播，对生态安全和人类健康构成潜在风险（Surette和Wright，2017）。因此，开发高效且环境友好的SMX去除技术对于缓解与SMX相关的风险具有重要意义。
传统生物处理通常对SMX的去除效率有限且变化较大。例如，在活性污泥序批式反应器中，SMX的去除效率仅报告为20%–50%（Collado等人，2013）。物理化学氧化过程，包括臭氧氧化以及预氯化后紫外照射处理，可以促进SMX转化。然而，这些过程也可能产生SMX转化产物或含氮消毒副产物，从而引入额外的毒性和环境风险（Gómez-Ramos等人，2011；Zhang等人，2019）。相比之下，酶催化因其温和的反应条件、高选择性和环境相容性而被推荐作为SMX去除的替代策略（Bilal等人，2022）。特别是，在氧化酶中，漆酶（Lac）可以启动磺胺类抗生素的单电子氧化，产生活性自由基中间体，促进羟基化、S–N键断裂、杂环环转化和SO?消除（Yang等人，2021）。辣根过氧化物酶（HRP）利用H?O?作为氧化剂形成高价态酶中间体，进一步氧化磺胺结构并促进键断裂和后续转化（Yang等人，2018）。这两种酶在磺胺类抗生素的生物降解机理上具有互补性（Kudanga等人，2017；Rodríguez-López等人，2001；Shraddha等人，2011）。然而，游离酶系统通常受限于稳定性差、可回收性低和可重复使用性低，限制了其实际应用（Atiro?lu等人，2024；Ferreira等人，2018）。此外，单酶系统往往受限于对复杂污染物转化途径范围相对较窄，这可能导致潜在有毒中间产物的积累，从而限制深度降解（Chmelová等人，2024；de Boer等人，2023；Martini等人，2024；Rahmani等人，2015）。
酶固定化常用于提高酶催化系统的稳定性和可回收性。磁性壳聚糖基材料是特别有吸引力的载体，因为它们具有反应性官能团和良好的磁性响应（Bilal等人，2018a；Chen等人，2020；Ding等人，2015）。壳聚糖的氨基和羟基可以为酶固定化提供潜在的相互作用位点（Krajewska，2004），而Fe?O?的引入则有利于磁分离和催化剂回收（Bilal等人，2018b；Park和Johnson，2024）。磁性壳聚糖基载体也已被用于漆酶固定化和SMX转化，证明了磁可回收酶系统在磺胺类抗生素处理中的可行性（Ghodake等人，2021；Kadam等人，2020）。最近开发的固定化漆酶系统进一步展示了其在磺胺类和混合污染物转化中的应用（Chen等人，2023）。
Lac和HRP在有机污染物转化过程中具有互补的催化功能。先前的研究表明，多酶共固定化可以通过在单一催化平台中整合不同的酶功能来提高整体催化性能（Liese和Hilterhaus，2013；Rajendran等人，2022）。例如，在葡萄糖氧化酶（GOD）–HRP级联体系中，可以原位生成H?O?以支持HRP催化的氧化反应，从而提高污染物的转化（Gu等人，2022）。最近，含有漆酶和过氧化物酶的磁性多酶生物催化剂被开发用于有机污染物的降解，包括磁性HRP-Lac纳米花和磁性碳纳米管负载共酶体系用于染料去除（Gül和Ocsoy，2021）。这些研究展示了磁性载体在整合多种氧化酶方面的潜力。然而，与这些应用相比，将Lac和HRP整合在磁可回收平台中用于磺胺类抗生素转化的研究相对较少。
基于上述理由，本研究利用磁性壳聚糖基载体开发了一种共固定化的Lac/HRP体系以增强SMX去除。通过优化关键固定化参数，包括固定化顺序、酶比例和固定化时间，开发了一种具有高活性和稳定性的双酶体系。系统地评价了该体系的SMX去除性能、运行稳定性、储存稳定性和可重复使用性。此外，进行了动力学分析以比较单酶和双酶体系的催化行为。通过液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）鉴定中间产物，进一步从分子水平上阐明可能的SMX降解途径。本研究旨在探讨将Lac和HRP整合在单一磁性固定化平台中是否能够将它们的互补催化功能转化为改进的SMX转化性能，并为多酶固定化系统在污染控制中的应用提供理论依据。
章节摘要
试剂、材料和缩写
磺胺甲恶唑（纯度99%）被选为本研究的目标污染物。漆酶（0.5 U mg?1）和辣根过氧化物酶（150 U mg?1）被用作酶催化剂。过氧化氢溶液（H?O?，30%）、磷酸氢二钠（Na?HPO?，99%）、无水柠檬酸（C?H?O?，99%）、乙酸（CH?COOH，99.8%）、甲醇（CH?OH，99.9%）、乙醇（C?H?OH，99.8%）、壳聚糖（CS，粘度>400 mPa·s）、二甲基亚砜（DMSO，99.8%）、Fe?O?纳米粒子（200 nm，99.5%）、玉米
固定化载体的表征
通过SEM分析考察了MCS-NIL-DAS载体的形貌。该材料由近球形和不规则球形颗粒组成，粒径分布较为均匀，略有团聚（图2a–c）。这种团聚可能归因于壳聚糖链之间的分子间氢键作用以及Fe?O?纳米粒子之间的磁相互作用。该材料表现出粗糙且异质的表面形貌，可见孔隙状特征，这可能
结论
本研究开发了一种磁性壳聚糖基Lac/HRP共固定化体系用于SMX去除。通过调整固定化顺序、Lac:HRP质量比和固定化时间优化了固定化过程。优化后的共固定化体系表现出增强的催化活性和改善的稳定性，同时在五次重复使用中保留了部分酶活性。与游离酶和单酶固定化体系相比，MCS-NIL-DAS-Lac/HRP表现出60%更高的
CRediT作者贡献声明
刘刚：写作–审阅与编辑。刘新鹏：方法学。苏旭：写作–审阅与编辑。吴坚：写作–审阅与编辑。刘世彬：写作–审阅与编辑、监督、方法学、概念设计。邵怀勇：写作–审阅与编辑。田林：写作–审阅与编辑、写作–初稿撰写、形式分析。李多美：写作–初稿撰写、软件、方法学、形式分析、数据管理。吴浩洋：写作–审阅与编辑。周长龙：
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到成都理工大学珠峰科学基金项目（2024ZF11422）和海西州2026年州级科技项目（2026-YZ-Q03）的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
李多美|田林|周长龙|吴浩洋|刘新鹏|刘刚|吴坚|苏旭|邵怀勇|刘世彬
