CN101787570B

CN101787570B - 韧皮纤维果胶酶脱胶方法

Info

Publication number: CN101787570B
Application number: CN 200910044172
Authority: CN
Inventors: 李忠兴; 郝志军; 高兰平; 王长明; 李朝阳
Original assignee: YUANJIANG HUANXISHA ENZYME TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Suzhou Shengze science and Technology Pioneer Park Development Co.,Ltd.
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: CN101787570A

Abstract

本发明公开了一种韧皮纤维果胶酶脱胶方法，它包括果胶酶液制备，其特征是它包括下列步骤：(1)韧皮纤维的预处理；(2)一次酶化脱胶：配制酶液，控制酶液活力400u/ml-1000u/ml，调节酶液pH值7-10，酶液升温至40℃-70℃，以质量比计，韧皮纤维与酶液比例为1∶9-15，浸酶2小时-3小时；(3)二次酶化脱胶：将步骤(2)所得的韧皮纤维用50℃-90℃的热水充分冲洗，洗去其胶质，重复步骤(2)；(4)后处理；本发明与化学脱胶相比，纤维质量明显提高；污染小、能耗低；成本低，以生产苎麻精干麻为例，生产成本节约1000元/吨-1500元/吨；同时，工作环境清洁，现有韧皮纤维脱胶工厂稍加改动即可实现等优点。

Description

韧皮纤维果胶酶脱胶方法

技术领域：

本发明涉及一种韧皮纤维的生物脱胶工艺，具体地说是一种韧皮纤维果胶酶脱胶方法。

背景技术：

韧皮纤维植物传统脱胶工艺基本是以烧碱为主的化学脱胶工艺，该工艺过程中采用强酸强碱、高温高压的方法。具有污染大、能耗高、制成率低、生产周期长、用水量大、破坏纤维断裂强度、工作环境恶劣等一系列问题，这些问题是造成韧皮纤维植物脱胶企业利润率低的主要原因。另一方面，韧皮纤维植物化学脱胶废水具有浓度高、色度高、碱度高等特点，其成分复杂，并含有大量难以降解的物质，进行环保处理的难度非常大。虽然近年来韧皮纤维的酶脱胶技术研究取得重大进展，但绝大多数处于实验室研究阶段，无法得到推广应用。主要原因在于，市售的酶活力较低而售价又较高，若在脱胶过程中加酶量少，则残胶率不达标；若加酶量大，则生产成本不占优势。因此，从质量控制和成本控制两方面考虑，现行的酶脱胶方法很难推广应用，多半是采用半化学半酶法脱胶，依然无法解决脱胶废水量大、废水中COD值高、环保处理费用高的难题。因此，市场呼唤高效率、低成本、能够产业化的生物酶法脱胶技术。

发明内容：

本发明的目的是提供一种韧皮纤维的生物脱胶方法，具体地说是韧皮纤维果胶酶脱胶方法。本发明是按照DNS比色法测得果胶酶的活力，测定条件：pH9.0、温度60℃、波长550nm，一个酶活力单位定义为，由底物(浓度1％)每小时释放1mg半乳糖醛酸所需的酶量。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种韧皮纤维果胶酶脱胶方法，它包括果胶酶液制备和下列步骤：

(1)韧皮纤维的预处理；

(2)一次酶化脱胶：配制酶液，控制酶液活力400u/ml-1000u/ml，调节酶液pH值7-10，酶液升温至40℃-70℃，以质量比计，韧皮纤维与酶液比例为1∶9-15，韧皮纤维在该条件下浸酶2小时-3小时；

(3)二次酶化脱胶：将经步骤(2)所得的韧皮纤维取出，用50℃-90℃的热水充分冲洗，洗去附着在韧皮纤维上的胶质，重复步骤(2)；

(4)后处理。

本发明在步骤(1)中，韧皮纤维用自来水浸泡24小时-48小时，机械敲打2次-4次，再用50℃-90℃热水浸泡1小时-2小时。

本发明在步骤(4)中，将由步骤(3)所得的韧皮纤维经过机械敲打、漂洗、给油、脱水、烘干工艺后，即可制得韧皮植物纤维。

本发明所述的果胶酶液制备，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备。

所述的菌株选育是按照本领域已知的方法，在湖南、四川、河南等麻类植物的主产地土壤中通过自然采集菌样，从近百株菌株中经摇瓶筛选得到一株出发菌株，并在细胞水平下采用亚硝基胍和紫外线辐射诱变得到近万株菌株，经过摇瓶筛选得到一株实验室编号为MAPLE21的菌株，即蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)，其生物学特性为：菌体呈杆状，染色均匀，G⁺、兼性需氧，形成芽胞，芽胞不突出菌体，菌体两端较平整，多数呈链状排列。该菌种已于2009年7月14日提交中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号为：CCTCC NO：M209147，并于2009年7月16日提交了保藏存活证明。

本发明所述的菌种培养为CCTCC NO：M 209147菌种在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g-10g，酵母膏5g-10g，蛋白胨10g-15g，葡萄糖5g-10g，氯化钠5g-10g，调pH值6.9-7.1，0.1MPa灭菌20分钟-30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，33℃-35℃，培养18小时-24小时，备用。

本发明所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 209147菌种在规定的培养条件下可产生高活力的果胶酶，这种培养条件是：培养基配方(％)麦麸6-8、玉米粉0.5-1、玉米浆(氮含量40％)1-2、氯化钠0.5-0.8、微晶纤维素1-2、水86.5-91，其中所述各组分之和为100％，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟-35分钟，培养条件：33℃-35℃，转速260r/min-280r/min，培养18小时-22小时。

本发明所述的酶液制备为由茄瓶斜面到种子罐到发酵罐，二级发酵，其培养基配方为(％)麦麸6-8、玉米粉0.5-1、玉米浆(氮含量40％)1-2、氯化钠0.5-0.8、微晶纤维素1-2、水86.5-91，其中所述各组分之和为100％，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟-35分钟，装罐总体积不超过70％；培养条件：温度(℃)：33-38，搅拌转速(r/min)：180-220，通气量(v/v)：1∶0.25-0.55，罐压0.06MPa-0.08MPa，培养周期：种子罐为7小时-8小时，发酵罐为12小时-16小时。

本发明为利于菌体的生长和酶液的产生，种子罐的培养条件：温度(℃)：36℃-38℃，搅拌转速(r/min)：220，通气量(v/v)0时-5时，1∶0.40-0.46、5时以后1∶0.50-0.56；发酵罐的培养条件：温度(℃)：0小时-4小时，36-38，4小时以后33-35，搅拌转速(r/min)：0小时-4小时，180，4小时-6小时，200，6小时以后220，通气量(v/v)：0小时-4小时，1∶0.25-0.27，4小时-6小时，1∶0.33-0.36，6小时以后1∶0.5-0.55。

本发明为制备标准果胶酶液，在酶液制备后，将发酵醪液经过板框过滤、硅藻土除菌，经防腐处理得到酶活力保持率(15℃三个月)为95％以上的标准果胶酶液。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，该工艺与传统的化学脱胶相比，残胶率3％以下，提取的纤维质量能满足后道纺纱的要求，产品质量整体上要优于化学脱胶的产品，不损伤纤维，制成率和梳成率分别高于化学脱胶，产品品质指标明显高于常规脱胶水平，可纺性、单纤维分散性和纤维强度明显提高；污染小、能耗低，化学脱胶每吨植物纤维原料产生的高浓度废水约为90t-140t，酶法脱胶只产生60t-80t，对脱胶废水中的无机物和有机物测试分析后，两者的量分别减少40-50％和60-80％，且用水量和污水排放量减少；成本低，以生产苎麻精干麻为例，传统化学脱胶方法的精干麻生产成本约13000元/吨-13500元/吨，而本发明的精干麻生产成本约11500元/吨-12500元/吨，生产成本节约1000元/吨-1500元/吨；同时，工作环境清洁，现有韧皮纤维脱胶工厂稍加改动即可实现等优点。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种韧皮纤维果胶酶脱胶方法，它包括果胶酶液制备和下列步骤：

(1)韧皮纤维(本实施例为苎麻)的预处理；

(2)一次酶化脱胶：配制酶液，控制酶液活力400u/ml-1000u/ml(本实施例为800u/ml)，调节酶液pH值7-10(本实施例为8.5)，酶液升温至40℃-70℃(本实施例为55℃)，以质量比计，韧皮纤维与酶液比例为1∶9-15(本实施例为1∶12)，韧皮纤维在该条件下浸酶2小时-3小时(本实施例为2.5小时)；

(3)二次酶化脱胶：将经步骤(2)所得的韧皮纤维取出，用50℃-90℃(本实施例为80℃)的热水充分冲洗，洗去附着在韧皮纤维上的胶质，重复步骤(2)；

(4)后处理。

本发明在步骤(1)中，韧皮纤维用自来水浸泡24小时-48小时(本实施例为24小时)，机械敲打2次-4次(本实施例为3次)，再用50℃-90℃(本实施例为80℃)热水浸泡1小时-2小时(本实施例为1.5小时)。

本发明在步骤(4)中，将由步骤(3)所得的韧皮纤维(本实施例为苎麻)经过机械敲打、漂洗、给油、脱水、烘干工艺处理后，即可制得韧皮植物纤维。

实施例2：

CCTCC NO：M 209147菌种在含如下斜面(包括试管斜面和茄瓶斜面)培养基上，能保持高产酶能力，菌种经该斜面培养基传代6代以上产酶能力稳定，本发明所述的菌种培养为CCTCC NO：M 209147菌种在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g-10g，酵母膏5g-10g，蛋白胨10g-15g，葡萄糖5g-10g，氯化钠5g-10g，用氢氧化钠调pH值6.9-7.1，0.1MPa灭菌20分钟-30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，33℃-35℃，培养18小时-24小时，备用。本实施例斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g，酵母膏5g，蛋白胨10g，葡萄糖5g，氯化钠5g，用氢氧化钠调pH值7.0，0.1MPa灭菌30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，34℃，培养24小时。

CCTCC NO：M 209147菌种通过摇瓶试验，分别对不同碳源(葡萄糖、淀粉、蔗糖、玉米粉、纤维质粉、麦麸、橘皮粉、甜菜渣、苹果渣等)、氮源(硫酸铵、玉米浆、硝酸铵、氯化铵、尿素、蛋白胨、酵母膏、豆饼粉、花生饼粉等)、无机盐(氯化钠、硫酸镁、磷酸氢二钾、硝酸钠等)、装液量、摇床转速、起始pH值、培养温度、培养周期进行了试验，得到高产果胶酶的最适培养基和摇瓶培养条件。本发明所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 209147菌种在规定的培养条件下可产生高活力的果胶酶，这种培养条件是：培养基配方(％)麦麸6-8、玉米粉0.5-1、玉米浆(氮含量40％)1-2、氯化钠0.5-0.8、微晶纤维素1-2、水86.5-91，其中所述各组分之和为100％，灭菌前，用碳酸钠调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟-35分钟，培养条件：33℃-35℃，转速260r/min-280r/min，培养18小时-22小时。本实施例培养基配方(％)为：麦麸8、玉米粉1、玉米浆(氮含量40％)2、氯化钠0.5、微晶纤维素2、水86.5，其中所述各组分之和为100％，灭菌前，用碳酸钠调pH值为8.5，0.1MPa灭菌30分钟，培养条件：34℃，转速270r/min，培养20小时。其果胶酶活力最高达到15000u/ml，平均水平可达13500u/ml。

本发明所述的酶液制备为由茄瓶斜面到种子罐到发酵罐，二级发酵，其培养基配方为(％)麦麸6-8、玉米粉0.5-1、玉米浆(氮含量40％)1-2、氯化钠0.5-0.8、微晶纤维素1-2、水86.5-91，其中所述各组分之和为100％。本实施例培养基配方为(％)麦麸8、玉米粉1、玉米浆(氮含量40％)2、氯化钠0.5、微晶纤维素2、水86.5。灭菌前，用碳酸钠调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25-35分钟，装罐总体积不超过70％；培养条件：温度(℃)：33-38，搅拌转速(r/min)：180-220，通气量(v/v)：1∶0.25-0.55，罐压0.06MPa-0.08MPa，培养周期：种子罐为7小时-8小时，种子成熟标准为菌体90％以上呈单体，染色均匀，果胶酶系酶活力不高于600u/ml，pH值6.3-6.7；发酵罐为12小时-16小时，放罐条件：pH值上升至7.0⁺，酶活力不再增加、菌体90％以上形成芽孢并有部分发生自溶现象。

本发明为利于菌体的生长和酶液的产生，种子罐的培养条件：温度(℃)：36℃-38℃(本实施例为37)，搅拌转速(r/min)：220，通气量(v/v)0时-5时，1∶0.40-0.46(本实施例为0.44)、5时以后1∶0.50-0.56(本实施例为0.52)，罐压0.07Mpa，发酵周期7小时-8小时(本实施例为7小时)；发酵罐的培养条件：温度(℃)：0小时-4小时，36-38(本实施例为37)，4小时以后33-35(本实施例为34)，搅拌转速(r/min)：0小时-4小时，180，4小时-6小时，200，6小时以后220，通气量(v/v)：0小时-4小时，1∶0.25-0.27(本实施例为0.27)，4小时-6小时，1∶0.33-0.36(本实施例为0.36)，6小时以后1∶0.5-0.55(本实施例为0.5)，罐压0.06MPa。发酵周期12小时-16小时(本实施例为16小时)，前8时每隔4小时、后期每隔2小时检测pH值、菌体形态、酶活力一次，其果胶酶活力最高达到12350u/ml，平均水平可达10000u/ml以上。

本发明为制备标准果胶酶液，在酶液制备后，即将发酵醪液经过板框过滤、硅藻土除菌、标准化制备成果胶酶活力≥8000u/ml，经防腐处理得到酶活力保持率(15℃三个月)为95％以上的标准高活力果胶酶。本发明其酶活力高，标准果胶酶液≥8000u/ml，单位成本低，发酵周期短，工业化程度高，产品指标符合相关国家或行业标准；用于韧皮纤维脱胶时，脱胶时间短(2-4小时)且稳定，残胶率1.5％以下，对纤维强度破坏小，纤维分散率100％，制成率达65％以上，脱胶废水产生量降低80％以上。余同实施例1。

Claims

1.一种韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是它包括下列步骤：

⑴果胶酶液制备：所述的果胶酶液制备，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备，所述的菌株选育通过自然采集菌样分离筛选、细胞水平下菌种诱变获得，即蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）、实验室编号为MAPLE21，保藏号：CCTCC NO：M 209147，其生物学特性为：菌体呈杆状，染色均匀，G⁺、兼性需氧，形成芽胞，芽胞不突出菌体，菌体两端较平整，多数呈链状排列；

⑵韧皮纤维的预处理；

⑶一次酶化脱胶：配制酶液，控制酶液活力400 u/ml -1000u/ml，调节酶液pH值7-10，酶液升温至40℃-70℃，以质量比计，韧皮纤维与酶液比例为1:9－15，韧皮纤维在该条件下浸酶2小时-3小时；

⑷二次酶化脱胶：将经步骤⑶所得的韧皮纤维取出，用50℃-90℃的热水充分冲洗，洗去附着在韧皮纤维上的胶质，重复步骤⑶；

⑸后处理。

2.根据权利要求1所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是在步骤⑵中，韧皮纤维用自来水浸泡24小时-48小时，机械敲打2次-4次，再用50℃-90℃热水浸泡1小时-2小时。

3.根据权利要求1所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是在步骤⑸中，将由步骤⑷所得的韧皮纤维经过机械敲打、漂洗、给油、脱水、烘干工艺后，即可制得韧皮植物纤维。

4.根据权利要求1所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是所述的菌种培养为CCTCC NO：M 209147菌种在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g-10g，酵母膏5g-10g ，蛋白胨10g-15g，葡萄糖5g-10g ，氯化钠5g-10g ,调pH值6.9－7.1，0.1MPa灭菌20分钟－30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，33℃－35℃，培养18小时－24小时，备用。

5.根据权利要求1所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 209147菌种在规定的培养条件下产生高活力的果胶酶，这种培养条件是：培养基配方为麦麸6﹪－8﹪、玉米粉0.5﹪－1﹪、氮含量40﹪的玉米浆1﹪－2﹪、氯化钠0.5﹪－0.8﹪、微晶纤维素1﹪－2﹪、水86.5﹪－91﹪，其中所述各组分之和为100%，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟－35分钟，培养条件：33℃－35℃，转速260 r/min -280r/min，培养18小时-22小时。

6.根据权利要求1所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是所述的脱胶酶液制备为由茄瓶斜面到种子罐到发酵罐，二级发酵，其培养基配方为麦麸6﹪－8﹪、玉米粉0.5﹪－1﹪、氮含量40﹪的玉米浆1﹪－2﹪、氯化钠0.5﹪－0.8﹪、微晶纤维素1﹪－2﹪、水86.5﹪－91﹪，其中所述各组分之和为100%，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟－35分钟，装罐总体积不超过70％；培养条件：温度33℃－38℃，搅拌转速180 r/min－220 r/min，通气量以v/v 计：1：0.25 －0.55 ，罐压0.06 MPa－0.08MPa，培养周期：种子罐为7小时-8小时，发酵罐为12小时-16小时。

7.根据权利要求6所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是种子罐的培养条件：温度36℃－38℃，搅拌转速220 r/min，通气量以v/v 计： 0小时－5小时，1：0.40－0.46，5小时以后1：0.50－0.55；发酵罐的培养条件： 0小时－4小时，温度36℃－38℃，4小时以后33℃－35℃，搅拌转速：0小时－4小时，180 r/min，4小时－6小时，200 r/min，6小时以后220 r/min，通气量以v/v 计：0小时－4小时，1：0.25－0.27，4小时－6小时，1：0.33－0.36，6小时以后1：0.5－0.55。

8.根据权利要求6所述的韧皮纤维果胶酶脱胶方法，其特征是在酶液制备后，制备标准果胶酶液，将发酵醪液经过板框过滤、硅藻土除菌，经防腐处理得到在15℃、三个月条件下，酶活力保持率为95%以上的标准果胶酶液。