辣根过氧化物酶、蘑菇漆酶和酪氨酸酶在头发染料残留物生物降解中的作用比较

时间：2026年3月30日

来源：International Biodeterioration & Biodegradation

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本研究评估了过氧化氢酶和酪氨酸酶对含苯胺类化合物的沙龙废水处理效果，发现其催化氧化导致污染物形成稳定的偶联产物，如2,3-二氨基苯嗪，虽急性毒性降低但生态毒性增强，酶法处理无法消除环境风险。

马蒂亚什·切希克（Matyáš Češík）|彼得·希穆内克（Petr Šimůnek）|米兰·西斯（Milan Sýs）

帕尔杜比采大学（University of Pardubice），化学技术学院（Faculty of Chemical Technology），分析化学系（Department of Analytical Chemistry），学生街573号（Studentská 573），532 10，帕尔杜比采，捷克共和国

摘要

本研究的主要目的是批判性地评估过氧化物酶和多酚氧化酶在处理来自美容院的废水中的适用性。这类废水中含有丰富的氨基酚和苯二胺，这些都是典型的极性且难以降解的污染物。为此，通过紫外光谱、可见光谱和红外光谱技术研究了辣根过氧化物酶（HRP）、蘑菇酪氨酸酶（TYR）和漆酶（LAC）对2-氨基酚（OAP）、1,2-苯二胺（OPD）和1,4-苯二胺（PPD）的氧化催化活性，结果表明这些反应并未导致底物的分解，反而促进了它们的氧化偶联反应。尽管除了Bandrowski碱之外，目前还没有对氧化产物（2,3-二氨基吩嗪和2-氨基-3H-吩唑啉-3-酮）进行详细的生态毒性分类，但由于这些化合物具有更高的化学稳定性和生物活性，因此可以预期它们具有更大的生态毒性。因此，将酶法转化用于去除染发剂残留物不能被视为一种环保的废水处理方法，而只是将风险类型从一种转变为另一种。虽然急性毒性物质被去除，但它们被化学性质更稳定且可能具有致癌性的化合物所取代，这些化合物会在环境中积累。

引言

化妆品中发现的危险化学物质，尤其是染发剂残留物，一直以来都是被忽视的污染物，它们对环境构成了严重威胁。永久性氧化染发剂的配方通常包含三种关键成分：前体、偶联剂和氧化剂（过氧化氢与氨和乙醇胺的混合物）。最常见的前体包括对位（para）和邻位（ortho）取代的氨基酚和苯二胺。偶联剂则包括多种不同取代的苯、萘和蒽（He等人，2022年），其选择决定了染发后的最终颜色，例如：4-氨基酚（浅棕色）、3-二乙氨基酚（橄榄棕色）、1,3-二羟基苯（黄绿色）、1,5-二羟基萘（蓝紫色）、2,4-二氨基苯氧乙醇（深蓝色）、4-氨基-2-羟基甲苯（深红色）等（de Souza等人，2025年）。

除了这些永久性染发剂成分可能导致急性中毒（表现为皮炎、眼睛刺激和呼吸窘迫）外，长期暴露还可能引发肾脏损伤和癌症（Alinaghi等人，2018年；Zhang等人，2020年）。高水溶性的苯二胺、氨基酚和二羟基苯经常在微生物作用下转化为更具毒性的代谢物，这些代谢物会抑制植物生长并破坏土壤和水生生态系统。特别是1,4-苯二胺的三聚体氧化产物（Bandrowski碱，BB）已在美容院废水中被检测到。该物质极难降解，并且在水生生物体内存在生物累积和遗传毒性的风险（Liang等人，2024年）。这些问题凸显了有效废水处理策略的必要性。

考虑到在欧洲和美国的18岁以上女性中有约33%、40岁以上男性中有超过10%的人会染发（Gera等人，2018年），因此废水中应存在不可忽视的染发剂残留物，包括原始试剂及其聚合反应产物。传统的活性污泥生物处理方法对这些特定化合物效果不佳，估计其去除效率最高仅约为60%（Collivignarelli等人，2019年）。虽然单独使用臭氧氧化效果不佳，但将其与光电催化（PEC）和过氧化氢结合使用可以显著提高处理效率，快速去除难降解化合物（如1,2-苯二胺、间苯二酚和Bandrowski碱），并更有效地降低化学需氧量（COD）和总有机碳（TOC），使其成为处理复杂美容院废水的一种有前景的环保方案（Bessegato等人，2018年）。

总体而言，酶法生物修复染料污染废水旨在温和条件下实现染料分子的环保分解。活性污泥中含有多种氧化还原酶，包括偶氮还原酶（Veluchamy等人，2024年）、漆酶（Jeyabalan等人，2023年；Mehta等人，2025年）和过氧化物酶（Cooper和Nicell，1996年；Lin等人，2026年），这些酶有助于合成染料的降解和净化。为了提高酶法废水处理的效率，已经设计出了多种利用固定化酪氨酸酶（Xu和Yang，2013年；Ba等人，2018年；Veismoradi等人，2019年）、漆酶（Rodríguez-Couto，2024年）或辣根过氧化物酶（Bakar等人，2024年；Li等人，2023年）的生物反应器，这些反应器在降解某些微量有机污染物（如药物、农药、个人护理产品和偶氮染料）方面表现出高效。

尽管这些酶反应器在实验室条件下效果显著，但在实际应用中仍面临诸多挑战，主要包括处理大量废水时运营成本高、效率不稳定以及再生过程技术复杂。此外，目前缺乏考虑废水成分多样性的试点研究，而废水成分会因污染源的不同而有所差异。例如，医院废水通常含有大量的药物及其代谢物；美容院废水则常含有高浓度的染发剂成分，这些成分已被认定为新兴的环境污染物（de Souza等人，2021年）。因此，每种污染源都应配备专门设计的废水处理系统，以应对其产生的特定污染物。

本研究的目的是探讨在废水处理中广泛使用的酶是否能够成功降解染发剂残留物。除了测定辣根过氧化物酶、蘑菇酪氨酸酶和漆酶对2-氨基酚（OAP）、1,2-苯二胺（OPD）和1,4-苯二胺（PPD）的催化活性参数外，该试点研究还重点关注催化转化产物的鉴定及其环境毒性评估，从而批判性地评估酶法生物修复技术在处理美容院废水方面的潜力。

试剂和化学品

从德国达姆施塔特的Merck KGaA公司购买了辣根过氧化物酶（EC 1.11.1.7）冻干粉（≥250 U mg⁻¹），Trametes versicolor来源的蘑菇漆酶（EC 1.10.3.2）（≥0.5 U mg⁻¹），Agaricus bisporus来源的蘑菇酪氨酸酶（EC 1.14.18.1）（≥1000 U mg⁻¹），以及纯度为99%的2-氨基酚（OAP）、99.5%的1,2-苯二胺（OPD）、98%的1,4-苯二胺（PPD）和90%的2,3-二氨基吩嗪（2,3-DAP）的分析标准品。同时使用了纯乙醇。