CN103937768A - 一种节能造纸复合酶的制作方法 - Google Patents

一种节能造纸复合酶的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于酶制剂领域，具体涉及一种节能造纸复合酶的制作方法。一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的方法包括下述的步骤：单酶的生产：菌种制备，发酵，提取；产品复配。本发明的有益效果是，采用本发明的方法生产的节能造纸复合酶，将其应用于造纸工业生产中，能减少纤维的损失，保持纸张良好的纤维特性，降低污水中COD和BOD，从而减少污染负荷处理费用，有效的处理胶粘问题，提高纸机运行的效率，提高纸浆得率及纸张强度，软化纤维细胞壁，增加渗透性，利用纤维润胀，降低纤维内聚力，使纤维变得柔软，有利于S1的剥离。

Description

一种节能造纸复合酶的制作方法
技术领域
本发明属于酶制剂领域，具体涉及一种新型节能造纸复合酶的制作方法。 
背景技术
我国是造纸技术最早发明的国家之一，也是造纸大国，但我国的造纸业还沿用老式的生产工艺，主要是为碱法、亚硫酸铵法，中性亚钠法和半化学法等，这几种传统制浆技术在制浆蒸煮过程中有大量的黑液排出，污染了我国一些大小江河、湖泊，污染了我们赖依生存的地球环境，给人民生活带来了极大的危害，给国民经济带来了很大的损失。 
目前世界各国大都十分重视废纸的回收和再利用，并采取许多相应的措施，有些发达国家甚至确立了一系列法律法规，完善废纸的收集系统，以提高废纸的回收效率，许多国家在废纸回收利用的规模、数量、品种及废纸回用技术等方面都取得了引人注目的成绩，并具有相当高的水平，全世界每年大约回收1亿吨废纸作为原材料，以美国、日本等国家及欧盟废纸回收利用量较高，约50%，目前，我国纸张消费数量每年约3500万吨，以废弃1/3计算，每年可回收利用的潜力还很大。 
生物技术用于造纸工业不仅可以提高造纸效率，而且还能够避免造纸工业所带来的环境污染问题。目前造纸工业用到的生物酶种类主要有纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶、木素降解酶、脂肪酶等，它们在生物制浆、树脂障碍控制、改善纤维性能、生物漂白、废水处理、废纸脱墨等方面发挥越来越重要的作用。 
常见的用于造纸的生物酶有以下几种： 
打浆酶作用于纤维细胞结构的P层和S1层，使其在适当的机械力的作用下易于破除，S2层（纤维素和半纤维素含量高）容易吸水润涨，分丝帚化，纤维变得柔软，易于打浆。打浆酶的特点是，降低磨浆能耗，纤维表面部分纤维素及木聚糖被水解后，纤维主体变得更易于吸水润胀，分丝帚化，得到软化，节约磨盘磨浆时所消耗的电能，为企业降低成本。
提高成纸强度和松厚度，分丝帚化后的纤维与纤维之间变为多点联接，成纸的松厚度，抗张指数等指标均有一定程度的提高。 
体现综合效益：长时间使用可使纸机整个流送系统变得更清洁，避免纸机因腐浆造成色斑等纸病和断纸现象，减少成型网和毛毯的清洗次数。 
打浆酶的效果是，提高了擦手纸的挺度，降低磨浆打浆度4-5°，SR左右，打浆能耗降低40kw/t浆； 
提高原纸抗张强度10-25%，减少了10-20%长纤维用量，可达到强度要求。
脱墨酶直接作用于油墨粒子，分解墨粘结料，使其粘性降低，直径减小在一定的机械剪切力作用下容易从纤维上剥离下来。 
本产品作用于纤维表层，产生分丝帚化，使其与油墨粒子的结合减弱，配合适当的机械作用，使附着在纤维表面的油墨粒子与纤维剥离； 
通过专用助剂的捕捉，润张及乳化作用将脱落的油墨粒子除去。
脱墨酶的产品特点是，单位质量废纸脱墨费用低于传统化学法脱墨；能较大幅度的降低成纸的尘埃度；生物酶脱墨条件温和，减少烧碱和泡花碱用量50%以上，纤维损失小，保持良好的纤维特性； 
降低污水COD和BOD约30-50%，降低污染负荷及处理费用；有效处理胶粘物问题，提高纸机运行效率；
能提高纸浆得率及纸张强度；
助漂酶，降解制浆蒸煮过程中再吸附和沉积在纤维表面的木聚糖，作用于纸浆纤维中的木聚糖，降解木质素有连接的半纤维素，破坏了LCC结构；
作用结果：增大了纤维间的孔隙，使纤维细胞壁结构变得疏松，漂液易进入，利用木质素脱除；助漂剂的产品特点是，减少含氯漂剂用量15-30%，降低废水中的有机氯，降低污水COD和BOD及其色度，提高纸浆白度3-5%ISO；缩短漂白时间，提高纸浆的生产能力；酶处理过程通常在贮浆塔中进行，助漂酶在纸闲蒸煮后最后一个在洗浆机或浓缩机的出浆口处添加。
施胶酶是利用生物技术直接处理普通淀粉，使其达到造纸表面施胶的要求，可以替代造纸行业普遍应用的表面施胶剂——氧化淀粉。 
可以随机切断淀粉分子链中间的α-D-1，4糖苷键，而不影响α-D-1，6糖苷键，使分子量减小，粘度降低，当粘度达到要求以后通过升温过程（95℃以上），将酶灭活，粘度终止并保持不变。其特点是，取代氧化淀粉，节约成本，淀粉使用量可提高15-30%，可有效稳定指标，降低成本，增加成纸的平滑度和表面强度，减少纸面掉毛掉粉现象，提高成纸的适印性；操作简单；其使用工艺是，在熬制罐内加入一定量的清水和淀粉搅拌均匀，加入施胶酶，搅拌均匀，通蒸汽开始熬制；根据淀粉的粘度控制升温曲线，在95℃以上保温15-20分钟，使用温度一般控制在55-65℃，连续式熬制程序和间歇式基本相同。 
   胶粘物控制酶——是由多种酶制剂复配而成，配以专用分散剂，用于控制回收纤维中的胶粘物，使胶粘物颗粒具有亲水性表面，对其有一定的分散作用，能稳定的分散于浆水体系中。 
其特点是，断纸次数和时间显著降低，改善成纸质量，设备表面的胶粘物沉积减少。 
酶能软化纤维细胞壁，增加渗透性，利用纤维润胀，降低纤维内聚力，纤维变得更为柔软，破坏初生壁（0.05微米厚），有利于S1（次生壁外层）的剥离。 
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种能提高造纸效率，而且具有节能作用的造纸复合酶的制作方法。本发明通过对纤维素酶、木聚糖酶等的研发，运用多酶协同效应，采用最佳的温度和pH等条件，制作了一种造纸复合酶，不仅造纸效果增强，而且降低了废水排放COD，方法适于标准化规模化生产，产品稳定。 
本发明的节能造纸复合酶的制作方法是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的： 
一种节能造纸复合酶的制作方法，该方法包括下述的步骤：
单酶的生产：
（1）单酶的生产
菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，28-35℃下培养20-28h，接入一级种子罐；
发酵：首先在发酵罐中加入发酵原料，再按照体积比加入10-20倍的水，通过蒸汽对其进行消毒灭菌，灭菌温度为110-130℃，灭菌时间为25-35分钟，等温度降至28-35℃后，将上述的经培育种子培养液接入一级种子罐，通过两级培养扩培后，接入发酵罐，进行发酵，在整个发酵过程，向发酵罐中通入无菌空气，所述的空气的通入量为14-1200m??/h，所述的发酵过程的时间为140-160h，发酵结束后，开始对所需要的产品进行提取；
提取：对已经发酵好的发酵液，先通过板框过滤，将发酵过程中产生的大量菌体进行分离，清液通过超滤膜对其进行浓缩，浓缩到所需要的产品酶活后，一部分浓缩液加入稳定剂后，包装做成液体产品；一部分浓缩液，通过流化床或者喷雾干燥塔制作为固体产品；
（2）产品复配
将以上所生产纤维素酶、木聚糖酶，与果胶酶、淀粉酶相复配，复配成复合酶制剂。
上述的步骤（1）中菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，30℃下培养24h，接入一级种子罐。 
优选的，上述的发酵原料为酵母粉（g）：蛋白胨（g）：葡萄糖（g）：消泡剂（ml）：总定容体积（ml）=6:12:1:500。 
上述的发酵步骤中，灭菌的温度为121℃，灭菌时间为30分钟。 
上述的发酵过程的时间为150小时。 
上述的提取步骤中，稳定剂为防腐剂，所述的防腐剂包括盐和山梨酸钾；盐的浓度为8-12%，山梨酸钾的浓度为1-3‰；优选的，盐的浓度为10%，山梨酸钾的浓度为2‰。 
上述的产品复配的方案为：纤维素酶：木聚糖酶：淀粉酶、果胶酶=8：5：1：1。 
本发明的有益效果在于，采用本发明的方法生产的节能造纸复合酶，将其应用于造纸工业生产中，能减少纤维的损失，保持纸张良好的纤维特性，降低污水中COD和BOD，从而减少污染负荷处理费用，有效的处理胶粘问题，提高纸机运行的效率，提高纸浆得率及纸张强度，软化纤维细胞壁，增加渗透性，利用纤维润胀，降低纤维内聚力，使纤维变得柔软，有利于S1的剥离。 
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。 
实施例1 
一种节能造纸复合酶的制作方法，该方法包括下述的步骤：
单酶的生产：
（1）单酶的生产
菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，30℃下培养24h，接入一级种子罐；
发酵：首先在发酵罐中加入发酵原料，再按照体积比加入15倍的水，通过蒸汽对其进行消毒灭菌，灭菌温度为121℃，灭菌时间为30分钟，，等温度降至30℃后，将上述的经培育种子培养液接入一级种子罐，通过两级培养扩培后，接入发酵罐，进行发酵，在整个发酵过程，向发酵罐中通入无菌空气，所述的空气的通入量为110m??/h，所述的发酵过程的时间为150h，发酵结束后，开始对所需要的产品进行提取；发酵原料为酵母粉（g）：蛋白胨（g）：葡萄糖（g）：消泡剂（ml）：总定容体积（ml）=6:12:1:500。
提取：对已经发酵好的发酵液，先通过板框过滤，将发酵过程中产生的大量菌体进行分离，清液通过超滤膜对其进行浓缩，浓缩到所需要的产品酶活后，一部分浓缩液加入稳定剂后，包装做成液体产品；一部分浓缩液，通过流化床或者喷雾干燥塔制作为固体产品；稳定剂为防腐剂，所述的防腐剂包括盐和山梨酸钾；盐的浓度为10%，山梨酸钾的浓度为1.5‰。 
（2）产品复配 
将以上所生产纤维素酶、木聚糖酶，与果胶酶、淀粉酶相复配，复配成复合酶制剂。
产品复配的方案为：纤维素酶：木聚糖酶：淀粉酶、果胶酶=8：5：1：1。 
经实验，本申请中的酶类降低污水中COD和BOD分别达56.8%和61.3%。 
实施例2 
单酶的生产：
（1）单酶的生产
菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，28℃下培养20h，接入一级种子罐；
发酵：首先在发酵罐中加入发酵原料，再按照体积比加入10倍的水，通过蒸汽对其进行消毒灭菌，灭菌温度为121℃，灭菌时间为25分钟，等温度降至28℃后，将上述的经培育种子培养液接入一级种子罐，通过两级培养扩培后，接入发酵罐，进行发酵，在整个发酵过程，向发酵罐中通入无菌空气，所述的空气的通入量为110m??/h，所述的发酵过程的时间为150h，发酵结束后，开始对所需要的产品进行提取；发酵原料为酵母粉（g）：蛋白胨（g）：葡萄糖（g）：消泡剂（ml）：总定容体积（ml）=6:12:1:500。
提取：对已经发酵好的发酵液，先通过板框过滤，将发酵过程中产生的大量菌体进行分离，清液通过超滤膜对其进行浓缩，浓缩到所需要的产品酶活后，一部分浓缩液加入稳定剂后，包装做成液体产品；一部分浓缩液，通过流化床或者喷雾干燥塔制作为固体产品；稳定剂为防腐剂，所述的防腐剂包括盐和山梨酸钾；盐的浓度为8%，山梨酸钾的浓度为1‰。 
（2）产品复配 
将以上所生产纤维素酶、木聚糖酶，与果胶酶、淀粉酶相复配，复配成复合酶制剂。
产品复配的方案为：纤维素酶：木聚糖酶：淀粉酶、果胶酶=8：5：1：1。 
实施例3 
单酶的生产：
（1）单酶的生产
菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，35℃下培养28h，接入一级种子罐；
发酵：首先在发酵罐中加入发酵原料，再按照体积比加入20倍的水，通过蒸汽对其进行消毒灭菌，灭菌温度为121℃，灭菌时间为35分钟，，等温度降至35℃后，将上述的经培育种子培养液接入一级种子罐，通过两级培养扩培后，接入发酵罐，进行发酵，在整个发酵过程，向发酵罐中通入无菌空气，所述的空气的通入量为1200m??/h，所述的发酵过程的时间为150h，发酵结束后，开始对所需要的产品进行提取；发酵原料为酵母粉（g）：蛋白胨（g）：葡萄糖（g）：消泡剂（ml）：总定容体积（ml）=6:12:1:500。
提取：对已经发酵好的发酵液，先通过板框过滤，将发酵过程中产生的大量菌体进行分离，清液通过超滤膜对其进行浓缩，浓缩到所需要的产品酶活后，一部分浓缩液加入稳定剂后，包装做成液体产品；一部分浓缩液，通过流化床或者喷雾干燥塔制作为固体产品；稳定剂为防腐剂，所述的防腐剂包括盐和山梨酸钾；盐的浓度为12%，山梨酸钾的浓度为3‰。 
（2）产品复配 
将以上所生产纤维素酶、木聚糖酶，与果胶酶、淀粉酶相复配，复配成复合酶制剂。
产品复配的方案为：纤维素酶：木聚糖酶：淀粉酶、果胶酶=8：5：1：1。 
  

Claims (8)

1.一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的方法包括下述的步骤：
单酶的生产：
（1）单酶的生产
菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，28-35℃下培养20-28h，接入一级种子罐；
发酵：首先在发酵罐中加入发酵原料，再按照体积比加入10-20倍的水，通过蒸汽对其进行消毒灭菌，灭菌温度为110-130℃，灭菌时间为25-35分钟，等温度降至28-35℃后，将上述的经培育种子培养液接入一级种子罐，通过两级培养扩培后，接入发酵罐，进行发酵，在整个发酵过程，向发酵罐中通入无菌空气，所述的空气的通入量为14-1200m??/h，所述的发酵过程的时间为160-180h，发酵结束后，开始对所需要的产品进行提取；
提取：对已经发酵好的发酵液，先通过板框过滤，将发酵过程中产生的大量菌体进行分离，清液通过超滤膜对其进行浓缩，浓缩到所需要的产品酶活后，一部分浓缩液加入稳定剂后，包装做成液体产品；一部分浓缩液，通过流化床或者喷雾干燥塔制作为固体产品；
（2）产品复配
将以上所生产纤维素酶、木聚糖酶，与果胶酶、淀粉酶相复配，复配成复合酶制剂。
2.如权利要求1所述的一种一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的步骤（1）中菌种制备：在无菌实验室，将斜面菌种接入三角药瓶，30℃下培养24h，接入一级种子罐。
3.如权利要求1所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的发酵原料为酵母粉（g）：蛋白胨（g）：葡萄糖（g）：消泡剂（ml）：总定容体积（ml）=6:12:1:500。
4.如权利要求1所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的发酵步骤中，灭菌的温度为121℃，灭菌时间为30分钟。
5.如权利要求1所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的发酵过程的时间为150小时。
6.如权利要求1所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的提取步骤中，稳定剂为防腐剂，所述的防腐剂包括盐和山梨酸钾；盐的浓度为8-12%，山梨酸钾的浓度为1-3‰。
7.如权利要求6所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的提取步骤中，所述的盐的浓度为10%，山梨酸钾的浓度为2‰。
8.如权利要求1所述的一种节能造纸复合酶的制作方法，其特征在于，所述的产品复配的方案为：纤维素酶：木聚糖酶：淀粉酶、果胶酶=8：5：1：1。
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