Progress in research on the use of laccase to produce feed from cotton by-products

doi:10.11686/cyxb2025257

Abstract

Abstract:

China is a large producer and consumer of cotton and produces vast amounts of cotton by-products every year. However， anti-nutritional factors such as free gossypol seriously limit the use of cotton by-products as high-value feed. The problems with traditional physico-chemical detoxification methods include high cost， low efficiency， and potential pollution. Laccase， a polycopper oxidase with broad substrate specificity and strong oxidation activity， catalyzes the intramolecular cyclization of gossypol to convert toxic aldehyde groups into stable furan structures， thus achieving green degradation of gossypol. In this paper， the chemical properties of gossypol and its effects on liver toxicity， reproductive toxicity， and oxidative stress in animals are systematically reviewed. The three-dimensional structure of laccase， its copper cluster catalytic mechanism， and its mediator-assisted oxidation pathway are described. The regulatory effects of key factors such as pH， temperature， and enzyme concentration on degradation efficiency are summarized. Recent research has shown that laccase treatment can significantly alleviate liver injury and reproductive dysfunction induced by gossypol， and restore antioxidant enzyme activity. In addition， through natural strain screening， genetic engineering modification， and extreme environment microorganism development， the production efficiency and stability of laccase have been continuously improved， and its application in cottonseed meal detoxification has verified its industrialization potential. In the future， laccase technology is expected to promote the utilization of cotton by-products， reduce feed costs， and produce high value-added products， providing key technical support for the sustainable development of the cotton industry.

Key words: gossypol, laccase, detoxification, cotton by-products, feed

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Figures/Tables 7

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酶源类型Enzyme source type	代表酶Representative enzyme	pH值 pH value
真菌漆酶Fungal laccase	云芝漆酶Trametes versicolor laccase^［31］	4.0~6.0
细菌漆酶Bacterial laccase	植物乳杆菌漆酶Lactobacillus plantarum laccase^［32］	4.0~7.0
微生物发酵Microbial fermentation	芽孢杆菌漆酶Bacillus licheniformis laccase^［30］	6.0~7.5

酶源类型Enzyme source type	代表酶Representative enzyme	pH值 pH value
真菌漆酶Fungal laccase	云芝漆酶Trametes versicolor laccase^［31］	4.0~6.0
细菌漆酶Bacterial laccase	植物乳杆菌漆酶Lactobacillus plantarum laccase^［32］	4.0~7.0
微生物发酵Microbial fermentation	芽孢杆菌漆酶Bacillus licheniformis laccase^［30］	6.0~7.5

酶源类型Enzyme source type	不同酶源代表物Representative enzymes from different sources	适宜温度Suitable temperature
真菌漆酶Fungal laccase	变色栓菌同工酶T. versicolor isozymes^［33］	60~70 ℃
真菌漆酶Fungal laccase	杂色云芝同工酶Coriolus versicolor isozymes^{［31， 33］}	55~60 ℃
细菌漆酶Bacteria laccase	地衣芽孢杆菌B. licheniformis^［30］	60 ℃左右About 60 ℃
细菌漆酶Bacteria laccase	龙舌兰芽孢杆菌B. tequilensis^［30］	85 ℃左右About 85 ℃
植物漆酶Plant laccase	日本漆树Toxicodendron vernicifluum^［33］	28 ℃左右About 28 ℃
基因工程漆酶Genetically engineered laccase	重组漆酶Recombinant laccase^［33］	55 ℃左右About 55 ℃

酶源类型Enzyme source type	不同酶源代表物Representative enzymes from different sources	适宜温度Suitable temperature
真菌漆酶Fungal laccase	变色栓菌同工酶T. versicolor isozymes^［33］	60~70 ℃
真菌漆酶Fungal laccase	杂色云芝同工酶Coriolus versicolor isozymes^{［31， 33］}	55~60 ℃
细菌漆酶Bacteria laccase	地衣芽孢杆菌B. licheniformis^［30］	60 ℃左右About 60 ℃
细菌漆酶Bacteria laccase	龙舌兰芽孢杆菌B. tequilensis^［30］	85 ℃左右About 85 ℃
植物漆酶Plant laccase	日本漆树Toxicodendron vernicifluum^［33］	28 ℃左右About 28 ℃
基因工程漆酶Genetically engineered laccase	重组漆酶Recombinant laccase^［33］	55 ℃左右About 55 ℃

酶源 Enzyme source	目标底物 Target substrate	典型酶浓度 Typical enzyme concentration	温度 Temperature （℃）	pH	反应时间 Reaction time （h）	棉酚降解率 Gossypol degradation rate （%）	介体使用 Mediator usage
解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens^［27］	游离棉酚 Free gossypol	101.56 U·mL^-1	55	4	2	94.57	-
解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens^［27］	游离棉酚 Free gossypol	101.56 U·mL^-1	55	4	2	98.73	2，2'-联氮-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸） 2，2'-azino-bis （3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid）（ABTS）
细菌漆酶Spore coat protein A laccase （CotA laccase）^［34］	脱脂棉籽粕中游离棉酚Free gossypol of defatted cottonseed meal	-	37	7	1	100.00	-
真菌漆酶 Fungal laccase	多酚类化合物Polyphenolic compounds	广泛 Extensive	50~60	酸性 Acidic （4.0~6.5）	几十分钟至数小时不等Vary from tens of minutes to several hours	因酶和条件而异Depends on the enzyme and conditions	-
商业漆酶 Patented laccase^［9］	棉籽蛋白中游离棉酚Free gossypol of cottonseed protein	1000~40000 U·L^-1	20~40	-	10~30	未明确量化 Not clearly specified	烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）或过氧化氢（H₂O₂） Nicotinamide adenine dinucleotide or hydrogen peroxide