鞏繼賢， 王宏陽(yáng)， 李輝芹， 李 政， 李秋瑾， 張健飛

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

聚酯生物加工技術(shù)研究進(jìn)展

鞏繼賢1,2， 王宏陽(yáng)1,2， 李輝芹1,2， 李 政1,2， 李秋瑾1,2， 張健飛1,2

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

為實(shí)現(xiàn)生物加工高聚物的功能化和高性能化，需利用生物技術(shù)對(duì)聚酯進(jìn)行親水化處理。為此，綜述了聚酯分解菌的選育現(xiàn)狀、2種主要分解酶的特征，重點(diǎn)闡述了生物催化對(duì)聚酯結(jié)構(gòu)性能影響的評(píng)價(jià)和分解產(chǎn)物形成的檢測(cè)，總結(jié)了聚酯的生物降解過(guò)程，并展望了聚酯生物加工技術(shù)的發(fā)展方向。認(rèn)為先進(jìn)菌種選育、微生物培養(yǎng)和酶工程技術(shù)的應(yīng)用，將有助于得到更高效和更具工業(yè)適應(yīng)性的生物催化劑，形成具有應(yīng)用價(jià)值的聚酯生物加工技術(shù)。

生物加工； 聚酯； 分解酶； 生物催化

Abstract Bioprocessing is an important way to achieve functional and high performance polymers. Biofunctionalization of poly(ethylene terephthalate) (PET) has been a hot issue of textile biotechnology. In this paper, breeding of PET decomposition microbes and the characteristics of the two main decomposing enzymes were reviewed. Finally, the general biodegradation process of PET was summarized. Measurement of the PET substrate structural performance and formation of breakdown products after the biocatalysis processes were further discussed. Moreover, prospects for development direction of biological processing technology for PET were presented. The study was expected to provide assistance for modifying polyesterbiologically in an industrial environment.

Keywords bioprocessing; poly(ethylene terephthalate); decomposing enzyme; biocatalysis

聚酯(PET)是重要的通用高分子材料。PET纖維一直是合成纖維中產(chǎn)量最高、種類最多的品種，PET材料也被廣泛應(yīng)用于工程塑料、生物材料、容器及產(chǎn)品包裝等非纖維領(lǐng)域。雖然其具有很多優(yōu)良的性能，但由于表面高度的疏水性，限制了其在信息功能材料、生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域作為高性能材料的應(yīng)用[1-2]。

以生物催化為主要內(nèi)容的新一代工業(yè)生物技術(shù)越來(lái)越多地在材料制備與加工方面發(fā)揮重要作用。生物加工已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)高聚物功能化和高性能化的重要途徑，對(duì)實(shí)現(xiàn)材料加工過(guò)程的清潔生產(chǎn)有重要意義[3-4]。然而， PET的生物加工研究一直進(jìn)展緩慢，直接原因是缺乏可用于PET生物催化的高效生物催化劑，但對(duì)PET生物催化機(jī)制研究的缺乏是制約該研究開(kāi)展的深層次原因。

目前國(guó)內(nèi)外都有研究機(jī)構(gòu)在從事PET生物處理有關(guān)的研究，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)主要有奧地利的格拉茨技術(shù)大學(xué)(Graz University of Technology)[5]、葡萄牙的米尼奧大學(xué)(University of Minho)[6]和德國(guó)的萊比錫大學(xué)(University of Leipzig)[7]，國(guó)內(nèi)的天津工業(yè)大學(xué)[8]、東華大學(xué)[9]、浙江理工大學(xué)[2]和江南大學(xué)[3]也都有研究人員在從事相關(guān)研究。

1 聚酯分解菌的選育

早在1983年，就有人嘗試用酯酶(Esterase)對(duì)PET纖維和薄膜進(jìn)行生物處理。20世紀(jì)90年代后有關(guān)研究逐漸增多，最初的研究主要是從對(duì)酯鍵有水解作用的商品化脂肪酶(Lipase)或酯酶中篩選可用于催化PET水解的酶[6, 10]，但效果均不理想。于是，人們又轉(zhuǎn)向環(huán)境微生物，用PET單體以及其模擬物作為底物，進(jìn)行相關(guān)菌株的篩選與分離[8, 11-12]。

到目前為止，可用于PET生物處理的菌株有腐皮鐮孢菌(Fusariumsolani)[13-15]、門(mén)多薩假單胞菌(Pseudomonasmendocina)[16]、嗜熱子囊菌(Thermobifidafusca)[17-19]、特異腐質(zhì)霉(HumicolaInsolens)[1]、嗜熱腐質(zhì)菌(ThermomycesInsolens)[16]、伯克霍爾德氏菌(Burkholderiacepacia)、南極假絲酵母(Candidaantarctica)[17]、假絲酵母菌(Candidasp.)[1]、疏綿狀嗜熱絲孢菌(Thermomyceslanuginosus)[5, 20]、布氏白僵菌(Beauveriabrongniartii)[20]、曲霉(Aspergillussp.)[21]、米曲霉(Aspergillusoryzae)[22]、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、枝狀芽枝霉，枝狀枝孢菌(CladosporiumCladosporioides)、

子囊菌熱白絲菌(Melancarpusalbomyces)[23]、桔青霉(Penicilliumcitrinum)[12]等，從種類上看這些微生物涵蓋了從細(xì)菌、放線菌到真菌和霉菌的微生物種類。其中腐皮鐮孢菌、門(mén)多薩假單胞菌和嗜熱腐質(zhì)菌可以產(chǎn)生角質(zhì)酶，枝狀枝孢菌、嗜熱子囊菌、子囊菌熱白絲菌、桔青霉可以產(chǎn)生酯酶，能夠產(chǎn)生脂肪酶的微生物最多，包括嗜熱府質(zhì)菌、伯克霍爾德氏菌、南極假絲酵母、疏綿狀嗜熱絲孢菌、曲霉、米曲霉、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等。

屬真菌的F.solani、T.insolens、T.lanuginosus和A.oryzae以及屬細(xì)菌的T.fusca和P.mendocina被認(rèn)為對(duì)PET生物處理效果比較好。進(jìn)入21世紀(jì)后，尤其是2005年后，菌株選育工作重點(diǎn)進(jìn)入對(duì)既有菌株性能的提升和改造階段，尤其是用基因工程對(duì)菌株性能的提高[14, 24-25]。盡管目前PET的生物催化效率仍較低，通過(guò)DNA技術(shù)對(duì)酶進(jìn)行修飾和改造，在獲得高酶活試劑和耐高溫酶方面總算取得了階段性的成果[26]。

2 聚酯分解酶的結(jié)構(gòu)與性能

目前用于PET生物處理的酶主要是角質(zhì)酶(Cutinase)和脂肪酶(Lipase)2種。

2.1 角質(zhì)酶

角質(zhì)酶(EC 3.1.1.74)是一類能夠催化角質(zhì)分解的酶。源于Fusariumsolani、Pseudomonasmendocina和Thermobifidafusca的角質(zhì)酶被認(rèn)為對(duì)PET生物處理效果較好[27]。用于PET生物處理的角質(zhì)酶見(jiàn)表1。

表1 用于PET生物處理的主要角質(zhì)酶

源于絲狀真菌F.solani的角質(zhì)酶在PET生物處理研究中報(bào)道較多。該酶能催化從短鏈到長(zhǎng)鏈的多種酯的水解，最適溫度為50 ℃，在60 ℃會(huì)完全失活；最適pH值為6.5～8.5，pH值為9時(shí)則完全失活[16]。該酶處理PET模擬物或PET樣品時(shí)，會(huì)有對(duì)苯二甲酸 (TA)，對(duì)苯二甲酸單甲酯 (MHET)，對(duì)苯二酸雙(羥乙)酯(BHET)、 2-羥基乙基苯甲酸酯(HEB)和苯甲酸(BA)生成[16, 28- 29]。有研究表明，BHET可被角質(zhì)酶繼續(xù)催化分解成MHET，MHET進(jìn)一步分解生成TA[30]。

源于P.mendocina的角質(zhì)酶也可催化多種酯的水解，但隨底物碳鏈的增長(zhǎng)，催化活性逐漸降低。以角質(zhì)為底物時(shí)，該酶能在pH值為8～10.5的范圍內(nèi)保持活性。該酶曾用于催化作為PET模擬物的對(duì)苯二甲酸二乙酯(DTP)和低結(jié)晶度PET膜的分解，但產(chǎn)物中只有TA和乙二醇(EG)被檢測(cè)到。用該酶50 ℃處理96 h，低結(jié)晶度的PET膜會(huì)產(chǎn)生5%的質(zhì)量損失率[16]。近年來(lái)研究最多的是源于T.fusca的角質(zhì)酶。在含角質(zhì)(Cutin)或軟木脂(Suberin)的培養(yǎng)基中，T.fusca會(huì)產(chǎn)出角質(zhì)酶。T.fusca所產(chǎn)的角質(zhì)酶有2種同源異構(gòu)酶，這2種酶有相似的催化活性，在溫度為60 ℃和pH值為8的最適條件下都能催化角質(zhì)、甘油三酸酯和可溶性酯，但該酶更易催化短鏈脂肪酸酯[27]。該酶有較好的溫度和pH穩(wěn)定性，在70 ℃和pH值為11的條件下，酶活半衰期為1 h。該酶已被用于處理PET紗線、織物、膜和PET模擬物(bis(benzoyloxyethyl) terephthalate，3PET)，處理液中已檢出TA、BA、BHET、MHET和HEB等產(chǎn)物[5, 28]。

2.2 脂肪酶

脂肪酶(EC 3.1.1.3)是另一種被用于催化PET分解的酶。與角質(zhì)酶不同，脂肪酶在催化酯類水解時(shí)，具有界面活性[31]。已用于PET生物處理的脂肪酶中，效果比較好的有來(lái)源于Thermomycesinsolens、Thermomyceslanuginosus和Aspergillusoryzae的脂肪酶[27]。用于PET生物處理的脂肪酶見(jiàn)表2。

表2 用于PET生物處理的主要脂肪酶

T.insolens是一種嗜熱絲狀真菌，其所產(chǎn)脂肪酶在70～80 ℃，pH值為7.0～9.5之間具有活性[16]。該脂肪酶與F.solani所產(chǎn)角質(zhì)酶有高度同源性。該脂肪酶處理PET模擬底物DTP、BET和3PET后，有TA、BHET和MHET等產(chǎn)物檢出，且產(chǎn)物種類及各產(chǎn)物間的比例關(guān)系與酶的濃度有關(guān)[32]。

T.lanuginosus也是一種嗜熱絲狀真菌，其所產(chǎn)脂肪酶被用于處理3PET時(shí)，會(huì)產(chǎn)生TA、MHET、BHET、HET和BA等產(chǎn)物，但該酶以BHET為底物時(shí)，處理液中并沒(méi)有TA的釋放，而且HEB也不會(huì)被該酶進(jìn)一步分解為BA[28]，這與角質(zhì)酶不同。

在BHET的誘導(dǎo)作用下，絲狀真菌A.oryzae也能產(chǎn)生脂肪酶，該酶可分解DTP，并可提高PET的親水性[9]。與F.solani所產(chǎn)角質(zhì)酶相比，A.oryzae脂肪酶多出一個(gè)穩(wěn)定的二硫鍵，而且從空間結(jié)構(gòu)看，其催化活性中心在一個(gè)有利的位置，呈長(zhǎng)而深的溝槽形狀。這也許是A.oryzae脂肪酶對(duì)長(zhǎng)鏈底物具有較高的催化活性和較好的熱穩(wěn)定性的原因[27]。

在已有的研究中，酶對(duì)PET的催化分解研究都是著眼于酯鍵的分解，所用的酶都是水解酶，而對(duì)與苯環(huán)結(jié)構(gòu)的分解有關(guān)的酶及作用機(jī)制研究仍很不夠。近來(lái)，對(duì)與PET生物催化有關(guān)酶的分離、提純、改造與提高是研究的主要方向。對(duì)已發(fā)現(xiàn)的對(duì)PET催化作用效果較好的酶，還可繼續(xù)進(jìn)行修飾和改造，以使其更加適應(yīng)復(fù)雜的紡織品加工環(huán)境。

3 PET生物處理效果的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

3.1 以底物為對(duì)象的分析方法

對(duì)生物處理前后的PET樣品進(jìn)行檢測(cè)，分析其結(jié)構(gòu)與性能的變化，可以為生物處理效果提供最直接的判斷依據(jù)。

PET材料功能化處理最首要的目的是增加材料表面親水性。PET底物親水性分析是最常見(jiàn)測(cè)試手段。研究表明，酶處理后樣品與水的接觸角減小，PET表面親水性增加[33-35]。吸濕性測(cè)試也是常用的方法，如織物垂直芯吸實(shí)驗(yàn)、水滴擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)及對(duì)織物回潮率、保水率測(cè)試等[36-38]。染色性能測(cè)試也常被用于評(píng)價(jià)生物處理效果[39-40]。

除織物樣品性能，研究者還從形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面研究了生物處理對(duì)底物結(jié)構(gòu)的影響。掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)是用于PET底物表面形態(tài)觀察的常用工具。許多研究顯示生物處理后PET表面出現(xiàn)了刻蝕的痕跡，且粗糙度增加[40-41]。

差示掃描量熱(DSC)、傅里葉紅外變換光譜(FT-IR)和X射線衍射(XRD)等方法被用于檢測(cè)生物處理后PET樣品結(jié)晶度的改變。結(jié)果顯示，生物處理后PET樣品的結(jié)晶度增加了，即生物處理導(dǎo)致的PET分解優(yōu)先發(fā)生于非晶區(qū)[33, 42-43]。

生物催化分解可導(dǎo)致高聚物底物表面形成新的基團(tuán)，分析底物表面化學(xué)基團(tuán)變化也是對(duì)底物結(jié)構(gòu)分析的重要手段。X射線光電子能譜法(XPS)、傅里葉紅外變換光譜法(FT-IR)和化學(xué)分析電子光譜學(xué)(ESCA) 都被用于檢測(cè)底物表面化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。有研究表明，生物處理后的PET樣品表面化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[5, 28, 43]，形成自由的羥基和羧基利于聚酯表面的親水性。

對(duì)生物處理PET樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最大的困難在于排除底物表面所吸附蛋白質(zhì)的干擾。生物處理過(guò)程中，酶及微生物細(xì)胞會(huì)吸附到底物表面，且這層蛋白質(zhì)物質(zhì)很難被徹底清除[4, 30, 37]。這種蛋白質(zhì)層會(huì)增加樣品的親水性、吸濕性及染色性等性能，也會(huì)引起底物表面化學(xué)基團(tuán)的改變，所以如何避免底物表面吸附蛋白質(zhì)層的干擾，是以底物為對(duì)象的分析方法需要面對(duì)的首要問(wèn)題。

另外，目前以底物為對(duì)象進(jìn)行PET生物處理效果的評(píng)價(jià)還有相當(dāng)?shù)木窒扌?。比如親水性、吸濕性及染色性等檢測(cè)方法只能用于織物形態(tài)的底物。形態(tài)結(jié)構(gòu)檢測(cè)只能對(duì)纖維、織物或薄膜形態(tài)底物進(jìn)行。有必要針對(duì)不同形態(tài)底物構(gòu)建高效分析方法。

3.2 以產(chǎn)物為對(duì)象的分析方法

檢測(cè)生物催化過(guò)程中產(chǎn)物的釋放和發(fā)酵液中可溶性小分子物質(zhì)的變化，也被作為PET生物處理效果的評(píng)價(jià)方法。

無(wú)論是用DTP、2PET、3PET等PET模擬物，還是PET纖維、織物和薄膜作為底物來(lái)研究PET生物分解過(guò)程，發(fā)酵液中可溶性產(chǎn)物有很多仍具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)。紫外分光光度計(jì)、具有紫外檢測(cè)器的高效液相色譜(HPLC)和液質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)是檢測(cè)這些產(chǎn)物的首選方法，研究表明，這些芳香族產(chǎn)物可在240～255 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)被檢測(cè)到[12, 26, 35]。

TA被認(rèn)為是一種最主要的PET分解產(chǎn)物。為提高對(duì)TA的檢測(cè)精度，熒光檢測(cè)法也被用于對(duì)PET發(fā)酵液的分析[13]。也有人用薄層色譜法(TLC)進(jìn)行PET生物分解所釋放出的TA或者BA的分析[12]。滴定法也曾被用于TA濃度的檢測(cè)[16]。

許多研究將TA或BA的濃度，作為底物分解程度或酶活的評(píng)價(jià)指標(biāo)。如直接用酶處理PET及模擬物，隨酶處理時(shí)間延長(zhǎng)，TA濃度呈線性增加[28]。但微生物生長(zhǎng)條件下的PET生物分解，情況要復(fù)雜的多；因?yàn)榘l(fā)酵液中TA會(huì)隨PET底物分解而不斷產(chǎn)生，同時(shí)被細(xì)胞攝入而不斷減少甚至消失，所以僅憑培養(yǎng)液中TA含量評(píng)價(jià)PET生物處理效果，難免有失偏頗。

在以PET模擬物及纖維、織物和薄膜為底物的生物催化過(guò)程中，作為分解產(chǎn)物已被檢測(cè)到的物質(zhì)有TA、MHET、BHET、HEB和BA等。這些物質(zhì)被進(jìn)一步生物分解所形成的產(chǎn)物，如苯環(huán)開(kāi)環(huán)后形成的物質(zhì)，及可溶性小分子被攝入細(xì)胞內(nèi)所形成的內(nèi)代謝物，也是非常值得關(guān)注的。

基于生物加工的PET材料功能化，本質(zhì)上是通過(guò)生物催化反應(yīng)使底物表面發(fā)生有限分解，從而產(chǎn)生極性基團(tuán)。聚合物底物的大分子鏈應(yīng)盡可能地從中間斷裂，而不是發(fā)生端基的分解。因此，對(duì)實(shí)現(xiàn)PET材料的表面功能化處理而言，并不是產(chǎn)物的量越多越好，關(guān)鍵在于大分子鏈發(fā)生分解的部位，所以，除了發(fā)酵液中產(chǎn)物的濃度，分解產(chǎn)物的種類也極其重要。

4 聚酯生物降解過(guò)程及其影響因素

4.1 微生物處理?xiàng)l件下的PET生物分解過(guò)程

微生物處理?xiàng)l件下PET生物分解是伴隨菌的生長(zhǎng)和底物分解的生物過(guò)程，遠(yuǎn)比直接以酶為生物催化劑的復(fù)雜。另外，高聚物底物生物催化過(guò)程與可溶性小分子底物也有很大不同，因PET不溶于水并且分子較大， PET大分子不能被直接攝入細(xì)胞而利用。PET底物的生物催化反應(yīng)中，首先需要細(xì)胞分泌出一定的胞外酶[26]。酶分子上活性位點(diǎn)與PET大分子鏈的特征部位結(jié)合后，在酶催化作用下，PET大分子鏈發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，使大分子分解[40]。隨生物催化分解反應(yīng)進(jìn)行，陸續(xù)產(chǎn)生短鏈物質(zhì)。當(dāng)分子鏈足夠短的時(shí)，這些PET分解產(chǎn)物就溶解在發(fā)酵液中，進(jìn)而被細(xì)胞攝入，作為碳源參與細(xì)胞內(nèi)代謝過(guò)程，被逐步分解，直至形成二氧化碳和水等最終產(chǎn)物[25]。

在此過(guò)程中，胞外酶作用整個(gè)過(guò)程的限速步驟。而且，因胞外酶分子太大不能進(jìn)入PET內(nèi)部，催化反應(yīng)只能在PET底物表面進(jìn)行，這就使得PET生物分解過(guò)程是一個(gè)典型表面侵蝕過(guò)程。另外，PET是不溶性大分子物質(zhì)，胞外酶作用下其分解過(guò)程是發(fā)生在固液接觸面的多相反應(yīng)[14]，其機(jī)制不同于以可溶性小分子為底物的均相反應(yīng)。

4.2 底物對(duì)PET生物催化反應(yīng)的影響

影響高聚物生物反應(yīng)性能的不僅是其化學(xué)結(jié)構(gòu)，分子質(zhì)量、聚合度、結(jié)晶度及親水性等特征都是影響其生化反應(yīng)發(fā)生的重要因素，但是，這些聚合物特征都不足以最終解釋高聚物在生物催化條件下的分解行為。

Marten等[25]用源于Pseudomonassp.的脂肪酶處理不同種類脂肪族聚酯時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚酯生物降解率與△Tmt密切相關(guān)?！鱐mt是生物反應(yīng)溫度與聚酯熔點(diǎn)的差值。研究發(fā)現(xiàn)，△Tmt越小，聚酯的生物降解反應(yīng)越容易發(fā)生。這種情況下聚酯大分子活性大，有關(guān)鏈段容易進(jìn)入脂肪酶活性位點(diǎn)，使得生化反應(yīng)容易進(jìn)行[17]。對(duì)脂肪族聚酯與芳香族聚酯共聚物的研究中，也發(fā)現(xiàn)△Tmt是影響聚酯底物生物反應(yīng)性的關(guān)鍵因素。芳香族聚酯是公認(rèn)的難以生物降解高聚物，但無(wú)定形芳族聚酯能被生物分解。這進(jìn)一步說(shuō)明鏈段活性是影響聚酯生物反應(yīng)性能關(guān)鍵因素。

循此規(guī)律，人們開(kāi)始在嗜熱菌中尋找在較高溫度下具有催化活性的酶，用以進(jìn)行PET的生物處理，并取得了較為顯著的進(jìn)展[26]。

5 結(jié)論與展望

近年來(lái)，菌株選育進(jìn)入了以基因技術(shù)對(duì)既有菌株(酶)性能的提升和改造階段。目前酶對(duì)PET的催化分解研究都是著眼于酯鍵的分解，主要酶制劑包括角質(zhì)酶和脂肪酶2種。聚酯生物處理效果的評(píng)價(jià)一般是通過(guò)監(jiān)測(cè)底物結(jié)構(gòu)與性能變化、生物催化過(guò)程中產(chǎn)物的釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在生物處理過(guò)程中，胞外酶對(duì)大分子鏈的作用被認(rèn)為是聚酯生物催化過(guò)程的限速步驟，大分子鏈段活動(dòng)性是影響聚酯生物反應(yīng)性的關(guān)鍵因素。因涉及細(xì)胞對(duì)產(chǎn)物的利用，微生物生長(zhǎng)條件下聚酯生物分解過(guò)程比直接用酶處理底物更為復(fù)雜。

通過(guò)對(duì)PET分解酶的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)區(qū)域(酶與底物的結(jié)合域、酶與輔酶的結(jié)合域、活性中心與活性位點(diǎn))開(kāi)展研究，但對(duì)于PET生物轉(zhuǎn)化的途徑、PET酶結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、微生物基因型與功能表型關(guān)系研究等亟待開(kāi)展。對(duì)PET 生物催化機(jī)制的研究是生物催化劑選育和改造的科學(xué)基礎(chǔ)，也是PET生物催化和生物轉(zhuǎn)化定向性和高效性得以實(shí)現(xiàn)的根本所在。另外，多種加工方法結(jié)合使用比單一加工模式具有更高的效率，尤其是生物方法與化學(xué)方法的結(jié)合。鑒于當(dāng)前PET材料加工多為化學(xué)過(guò)程，對(duì)生物催化劑進(jìn)行耐酸、耐堿和耐熱等工業(yè)適應(yīng)性改造，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)環(huán)境下PET高效生物催化，也是PET生物加工技術(shù)重要發(fā)展方向。

[2] WU J D, CAI G Q, LIU J Q, et al. Eco-friendly surface modification on polyester fabrics by esterase treatment[J]. Applied Surface Science, 2014, 295: 150-157.

[3] WANG X H，LU D N, SHAO Z Y. Enzymatic modifcation of poly (ethylene tereph thalate) fiber with lipase from asperillus orzae[J]. Journal of Donghua University, 2007, 24(3): 357-361.

[4] FEUERHACK A, ALISCH-MARK M, KISNER A, et al. Biocatalytic surface modification of knitted fabrics made of poly (ethylene terephth-alate) with hydrolytic enzymes from[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2008, 26(5): 357-364.

[5] BRUECKNER T, EBERL A, HEUMANN S, et al. Enzymatic and chemical hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) fabrics[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2008, 46(19): 6435-6443.

[6] O′NEILL A, CAVACO-PAULO A. Monitoring biotransformations in polyesters[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2004, 22(5/6): 353-356.

[7] WEI R, OESER T, BARTH M, et al. Turbidimetric analysis of the enzymatic hydrolysis of polyethylene terephthalate nanoparticles[J]. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2014, 103: 72-78.

[8] ZHANG J F, GONG J X, SHAO G Q, et al. Biodegradability of diethylene glycol terephthalate and poly(ethylene terephthalate) fiber by crude enzymes extracted from activated sludge[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 100(5): 3855-3859.

[9] WANG X H, LU D N, J?NSSON L J, et al. Preparation of a PET-hydrolyzing lipase from aspergillus oryzae by the addition of bis(2-hydroxyethyl) terephthalate to the culture medium and enzymatic modification of PET fabrics[J]. Engineering in Life Sciences, 2008, 8(3): 268-276.

[10] HSIEH Y L, CRAM L A. Enzymatic hydrolysis to improve wetting and absorbency of polyester fabrics[J]. Textile Research Journal, 1998, 68(5): 311-319.

[11] ZHANG J F, WANG X C,GONG J X, et al. Biodegradation of DTP and PET fiber by microbe[J]. Journal of Donghua University, 2003, 20(4): 107-110.

[12] LIEBMINGER S, EBERL A, SOUSA F, et al. Hydrolysis of PET and bis(benzoyloxyethyl) terephthalate with a new polyesterase from[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2007, 25(2/4): 171-177.

[13] NIMCHUA T, PUNNAPAYAK H, ZIMMERMANN W. Comparison of the hydrolysis of polyethylene terephth-alate fibers by a hydrolase from fusarium oxysporum LCH I and fusarium solani f. sp.pisi[J]. Biotechnology Journal, 2007, 2(3): 361-364.

[15] NIMCHUA T, EVELEIGH D E, SANGWATANAROJ U, et al. Screening of tropical fungi producing polyethylene terephthalate-hydrolyzing enzyme for fabric modification[J]. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2008, 35(8): 843-850.

[16] RONKVIST ? M, XIE W, LU W, et al. Cutinase-catalyzed hydrolysis of poly(ethylene terephth-alate)[J]. Macromolecules, 2009, 42(14): 5128-5138.

[17] MüLLER R, SCHRADER H, PROFE J, et al. Enzymatic degradation of poly(ethylene terephthalate): rapid hydrolyse using a hydrolase from fusca[J]. Macromolecular Rapid Communications, 2005, 26(17): 1400-1405.

[18] BILLIG S, OESER T, BIRKEMEYER C, et al. Hydrolysis of cyclic poly(ethylene terephthalate) trimers by a carboxylesterase from thermobifida fusca KW3[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010, 87(5): 1753-1764.

[19] OESER T, WEI R, BAUMGARTEN T, et al. High level expression of a hydrophobic poly(ethylene terephthalate)-hydrolyzing carboxylesterase from thermobifida fusca KW3 inEscherichiacoliBL21(DE3)[J]. Journal of Biotechnology, 2010, 146(3): 100-104.

[20] ALMANSA E, HEUMANN S, EBERL A, et al. Enzymatic surface hydrolysis of PET enhances bonding in PVC coating[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2008, 26(5): 365-370.

[21] HEUMANN S, EBERL A, POBEHEIM H, et al. New model substrates for enzymes hydrolysing polyethyleneterephthalate and polyamide fibres[J]. Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 2006, 69(1/2): 89-99.

[22] KIM H R, SONG W S. Lipase treatment to improve hydrophilicity of polyester fabrics[J]. International Journal of Clothing Science and Technology, 2010, 22(1): 25-34.

[23] KONTKANEN H, SALOHEIMO M, PERE J, et al. Characterization of melanocarpus albomyces steryl esterase produced in trichoderma reesei and modification of fibre products with the enzyme[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2006, 72(4): 696-704.

[24] SILVA C, CAVACO-PAULO A. Biotransformations in synthetic fibres[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2008, 26(5): 350-356.

[25] MUELLER R. Biological degradation of synthetic polyesters-enzymes as potential catalysts for polyester recycling[J]. Process Biochemistry, 2006, 41(10): 2124-2128.

[26] RIBITSCH D, HEUMANN S, TROTSCHA E, et al. Hydrolysis of polyethyleneterephthalate by pnitroben-zylesterase from Bacillus subtilis[J]. Biotechnology Progress, 2011, 27(4): 951-960.

[27] WOLFGANG Z, BILLIG S. Enzymes for the biofunctionalization of poly(ethylene terephthalate)[J]. Adrances in Biochem Engin/Biotechnol, 2010(125): 97-120.

[28] EBERL A, HEUMANN S, BRüCKNER T, et al. Enzymatic surface hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) and bis(benzoyloxyethyl) terephthalate by lipase and cutinase in the presence of surface active molecules[J]. Journal of Biotechnology, 2009, 143(3): 207-212.

[29] NEILL O A, ARAJO R, CASAL M, et al. Effect of the agitation on the adsorption and hydrolytic efficiency of cutinases on polyethylene terephthalate fibres[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2007, 40(7): 1801-1805.

[30] VERTOMMEN M A, NIERSTRASZ V A, VEER M V, et al. Enzymatic surface modification of poly(ethylene terephthalate)[J]. Journal of Biotechnology, 2005, 120(4): 376-386.

[31] PLEISS J, FISCHER M, SCHMID R D. Anatomy of lipase binding sites: the scissile fatty acid binding site[J]. Chemistry and Physics of Lipids, 1998, 93(1/2): 67-80.

[32] HOOKER J, HINKS D, MONTERO G, et al. Enzyme-catalyzed hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) cyclic trimer[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2003, 89(9): 2545-2552.

[33] DONELLI I, TADDEI P, SMET P F, et al. Enzymatic surface modification and functionalization of PET: a water contact angle, FTIR, and fluorescence spectroscopy study[J]. Biotechnology and Bioengineering, 2009, 103(5): 845-856.

[34] KIM H R, SONG W S. Lipase treatment to improve hydrophilicity of polyester fabrics[J]. International Journal of Clothing Science and Technology, 2010, 22(1): 25-34.

[35] HERRERO ACERO E, RIBITSCH D, STEINKELLNER G, et al. Enzymatic surface hydrolysis of PET: effect of structural diversity on kinetic properties of cutinases from thermobifida[J]. Macromolecules, 2011, 44(12): 4632-4640.

[36] FISCHER-COLBRIE G, HEUMANN S, LIEBMINGER S, et al. New enzymes with potential for PET surface modification[J]. Biocatalysis and Biotransformation, 2004, 22(5/6): 341-346.

[37] ALISCH-MARK M, HERRMANN A, ZIMMERMANN W. Increase of the hydrophilicity of polyethylene terephthalate fibres by hydrolases from thermomonospora fusca and fusarium solani f. sp. pisi[J]. Biotechnology Letters, 2006, 28(10): 681-685.

[38] KIM H R, SONG W S. Optimization of enzymatic treatment of polyester fabrics by lipase from porcine pancreas[J]. Fibers & Polymers, 2008(9): 423-430.

[39] ALISCH M, FEUERHACK A, MüLLER H, et al. Biocatalytic modification of polyethylene terephthalate fibres by esterases from actinomycete isolates[J].

Biocatalysis and Biotransformation, 2004, 22(5/6): 347-351.

[40] SILVA C, DA S, SILVA N, et al. Engineered Thermobifida fusca cutinase with increased activity on polyester substrates[J]. Biotechnology Journal, 2011, 6(10): 1230-1239.

[41] 李旭明，師利芬，錢(qián)志華，等. 脂肪酶處理對(duì)滌綸織物親水性能的改善[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2012,33(4): 91-94. LI Xuming, SHI Lifen, QIAN Zhihua, et al. Improvement of wettability of PET fibrics treated by lipase.[J]. Journal of Texile Research, 2012,33(4):91-94.

[42] DONELLI I, FREDDI G, NIERSTRASZ V A, et al. Surface structure and properties of poly(ethylene terephthalate) hydrolyzed by alkali and cutinase[J]. Polymer Degradation and Stability, 2010, 95(9): 1542-1550.

[43] KARDAS I, LIPP-SYMONOWICZ B, SZTAJNOWSKI S. The influence of enzymatic treatment on the surface modification of PET fibers[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2011, 119(6): 3117-3126.

Research progress and prospect of bioprocessing technology on poly(ethylene terephthalate)

GONG Jixian1,2, WANG Hongyang1,2, LI Huiqin1,2, LI Zheng1,2, LI Qiujin1,2, ZHANG Jianfei1,2

(1.CollegeofTextiles,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China; 2.KeyLaboratoryofAdvancedTextileCompositesofMinistryofEducation,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

10.13475/j.fzxb.20150101607

2015-01-08

2015-10-05

天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿研究計(jì)劃項(xiàng)目(15YCYBJC18000)；生態(tài)紡織(江南大學(xué))教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(KLET1101);石獅市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013SF25)

鞏繼賢(1975—)，男，副教授，博士。研究方向?yàn)榧徔椛锛夹g(shù)、飛秒激光的生物工程應(yīng)用。E-mail: gongjixian@126.com。

TS 101.4； Q 819

A