产红青霉菌对脲醛树脂的降解机制

摘要

[目的]每年有30多万吨脲醛用做树脂、粘合剂和绝缘材料，由于其降解持久性，此类物质废弃后对环境造成广泛的损害。本研究以产红青霉菌（Penicillium rubens 23229）为对象，研究其对脲醛树脂（UF）的降解过程和降解酶的性质。[方法]用X-射线衍射（XRD）和失重率评价P. rubens 23229及其酶的降解能力，通过液相-质谱联用（LCMS）分析降解过程中间代谢产物，应用凝胶色谱柱对降解酶进行纯化。[结果]P. rubens 23229作用于UF,30 d后，材料失重率（降解率）为35%，结晶度由26.21%提升至29.44%，经计算得出，降解的35%包括UF结晶区7%，非结晶区28%；从菌种和脲醛共培养液中得到P. rubens 23229脲醛降解粗酶液，其最适作用温度为50℃，最适pH为4.0,LC-MS结果表明该粗酶液在降解过程中，首先将高分子UF主链降解，形成四甲基五脲、三甲基四脲等短链中间代谢物，然后进一步分解中间代谢产物为二氧化碳以及甲醛等终产物，降解作用位点包括脲醛主链中亚甲基与尿素间的C-N、酰胺键等。进一步对比了P. rubens 23229粗酶液与商业脲酶、蛋白酶对UF的降解能力，发现蛋白酶几乎无降解效果，脲酶有一定降解能力，但显著低于P. rubens 23229粗酶液。粗酶经纯化后降解效率提高28倍，凝胶渗透色谱（GPC）显示出分子量为6.89 kD和220.83 kD的2个峰，对应前面降解过程分析，说明降解过程包含主链降解酶和中间代谢物降解酶至少2种酶的复合体系共同发挥作用。[结论]P. rubens 23229脲醛降解酶由主链降解酶和中间代谢物降解酶共同组成，其中包含脲酶作用类似的酶，但降解主链的酶与已有蛋白酶作用方式不同，其具体的组成与性质有待于进一步研究。本研究对UF的生物降解具有一定的参考价值。

关键词

脲醛树脂 / P. rubens 23229 / 脲醛降解酶 / 生物降解