CN103980518B - 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法 - Google Patents

一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103980518B
CN103980518B CN201410225468.0A CN201410225468A CN103980518B CN 103980518 B CN103980518 B CN 103980518B CN 201410225468 A CN201410225468 A CN 201410225468A CN 103980518 B CN103980518 B CN 103980518B
Authority
CN
China
Prior art keywords
exoenzyme
polyethylene
bacillus
enzyme
bacillus cereuss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410225468.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103980518A (zh
Inventor
杨军
汪祥燕
杨宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201410225468.0A priority Critical patent/CN103980518B/zh
Publication of CN103980518A publication Critical patent/CN103980518A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103980518B publication Critical patent/CN103980518B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

本发明属于微生物发酵和聚合物表面改性技术领域，具体是提供了一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于胞外酶的生产过程和聚乙烯表面疏水性的改性方法。本发明采用芽孢杆菌YP1(CGMCC6318，Bacillus sp.YP1)与发酵培养基混合发酵，采用硫酸铵沉淀和冷冻干燥相结合的方法分离浓缩得粗酶；然后用所得胞外粗酶与聚乙烯混合，在37℃、125r/min震荡下进行表面改性，红外显微成像分析和接触角(WCA)测定表明改性聚乙烯表面出现极性基团羰基，接触角降低，聚乙烯变得相对亲水。本发明方法的优点在于具有优良改性效果的同时，不需要特殊的仪器、操作简单、对环境无污染；且采用自制粗酶代替商品化纯酶，使得成本较低。

Description

一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法
技术领域
本发明涉及一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，属于微生物发酵和聚合物表面改性技术领域。
背景技术
从二十世纪中叶，不同类型的聚合物已经广泛应用到我们的生产生活中。在这些不同种类的聚合物中，聚乙烯(PE)由于其供应量大、优良的耐化学性和加工性能、加工所需能量低、成本低等特点，大量用于制造塑料袋、塑料薄膜、牛奶桶等产品，被广泛用于国民经济和人类生活的各个方面。然而，由于聚乙烯分子量过大、疏水性强、表面能过低的特点，其对其他材料的粘附力很差，这限制了其在诸如涂胶、绘画、印刷等领域的应用。为提高聚乙烯的表面性能，有必要对聚乙烯进行表面改性。
聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。大量的表面改性技术已经用来改性聚合物表面，如等离子体、电晕放电、放射线处理、离子束处理、火焰处理、化学处理等技术。最常见的技术之一是通过氧化在聚合物表面引进极性基团。文献中描述的大多数用于改变聚合物表面的常规方法都需要强烈的化学试剂，这使得工业废物的生态冲击及废弃物的处理受到广泛关注。相反地，为了降低刺激性化学物质的危险使用和它们的环境冲击，生化技术必须应用到高分子加工中。
材料表面的酶处理提供了一种新的改性方法。酶是一类活细胞产生的，具有催化能力的生物催化剂。生物酶在聚合物表面改性方面有很多应用，如植物纤维的除果胶和天然蚕丝的脱丝胶、生物酶退浆、生物抛光等可改善聚合物表面的物理结构或改变聚合物的表面性质。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯等工业包装膜的表面亲水性的改善，为使用廉价、低污染性的水性油墨提供了可能；聚乙烯表面亲水性的改善可以制备新型的无雾滴聚乙烯棚膜。聚乙烯、聚丙烯纤维的表面亲水性改善可以提高它们的染色性，从而可以用作布料；纤维的表面亲水性改善还可以为制备抗静电织物提供一种新型的方法。Zhao等采用大豆过氧化酶(SBP)对高密度聚乙烯(HDPE)薄膜进行表面改性，并研究了改性前后HDPE薄膜的性质变化，结果显示SBP处理HDPE10分钟后HDPE表面接触角从80°降到50°；材料表面层生成羰基，这表明酶的催化作用已可应用于聚乙烯的表面氧化。极性基团的生成使聚合物表面活化，达到了提高聚合物表面张力的目的。
发明内容
本发明是按以下技术方案实现的，芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其包括胞外酶的生产过程和酶对聚乙烯表面疏水性的改性方法。
1.胞外酶的生产过程，其步骤为：
(1)菌株YP1的培养过程
a.活化菌株：首先在所用芽孢杆菌YP1(CGMCC6318)保存菌种斜面上挑取一环菌株，划线接种到固体培养基上，培养1～2d；然后在无菌操作下，取灭菌过150mL锥形瓶，向其中加入100mL液体种子培养基-普通肉汤培养基(牛肉膏3g，蛋白胨10g，氯化钠5g，加去离子水至1L，pH7.4±0.2)，用经火焰灭菌后的接种环从平板上挑取活化菌种的一个单菌落，于液体培养基中靠壁划线，用无菌透气封口膜封口，在37℃、125r/min下震荡培养24h。
b.制备种子液：将活化菌液在无菌条件下分装至50mL离心管中，在3800rpm下离心20min。离心结束后去掉上清液，在无菌条件下，向离心后的菌体沉淀中加生理盐水(0.85％)至10mL，配成菌悬液。
(2)发酵过程
向装有200mL发酵培养基(配方(g/L)：葡萄糖20，KH2PO40.7，K2HPO40.7，MgSO4·7H2O0.7，NaNO32.0，NaCl0.005，FeSO4·7H2O0.002，ZnSO4·7H2O0.002，MnSO4·H2O0.001)的500mL锥形瓶中加入1.0mL菌悬液，无菌透气封口膜封口，在37℃、125r/min下震荡培养24h。同样条件下间歇培养。
(3)生物酶的分离浓缩过程
a.离心：摇床培养24h后3800rpm、4℃离心20min，上清液即为发酵液。
b.硫酸铵沉淀：在4℃不断搅拌下，将磨成细粉的硫酸铵缓慢加入上清液中至85％饱和(每100mL发酵液加56.8g硫酸铵)，继续搅拌30min后再在4℃下保温一整夜；将所得制剂在4000rpm、4℃下离心40min，弃去上清液，收集蛋白质沉淀；将沉淀悬浮于1～2倍沉淀物体积的去离子水中，离心去除不溶物质，硫酸铵通过Mw3500Da的透析袋透析除去。
c.冷冻干燥：将透析后溶液用0.45μm滤膜过滤；-20℃预冻后冻干机冷冻干燥，最后得胞外粗酶。
2.胞外酶对聚乙烯表面疏水性的改性过程为：
将聚乙烯薄膜裁成合适大小(如1.5cm×1.0cm)，用1％SDS溶液浸泡20～30min，然后用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥。向装有聚乙烯小片的50mL锥形瓶中，加入10mL灭菌的100mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)和适量上述生产的胞外酶；同样条件，未加酶的作对照实验。37℃、125r/min震荡下反应。一段时间后取样，用1％SDS溶液浸泡样品20～30min，用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥后以红外显微成像和接触角表征改性效果。
本发明方法的优点在于具有优良改性效果的同时，不需要使用特殊的仪器、操作简单、对环境无污染；且采用自制粗酶代替商品化纯酶，使得成本较低。
附图说明
图1为聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性前后的红外显微成像结果。其中，a为聚乙烯薄膜经酶改性前后的ATR-FTIR光谱图，在1746和1053cm-1处有新吸收峰出现，右上角图为对1770～1775cm-1部分的放大；b和c分别为未改性和酶改性聚乙烯薄膜在1746cm-1处的显微红外图像，图像的尺寸均为100×100μm2，两图的颜色标尺设为一致，红色区域代表吸光度最高，蓝色代表吸光度最低，从高到低的顺序为红>黄>绿>青>蓝，未改性聚乙烯表面无羰基吸收峰，粗酶改性后聚乙烯表面出现了羰基峰。
图2为聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性前后的接触角(WCA)结果。未改性聚乙烯的WCA为98.1±2.2°，酶改性后聚乙烯的WCA为78.8±4.8°，*表示两独立样本t检验p<0.001，表明酶处理前后聚乙烯薄膜的WCA有显著性差异，聚乙烯亲水性增强。
具体实施方式
实施例1
向500mL的锥形瓶中装入200mL发酵培养基，灭菌后加入培养24h的YP1种子液，接种量为5％(V/V)；37℃、125r/min震荡培养24h。同样条件培养18瓶。发酵完成后，将培养液分装入50mL离心管，在3800rpm、4℃下离心20min，收集上清弃去沉淀。向发酵液中缓慢加硫酸铵粉末至85％饱和度，4℃保温一夜。4000rpm、4℃离心40min，收集蛋白质沉淀，多次水重悬浮去除不溶性物质。透析脱盐后，以0.45μm滤膜过滤，冷冻干燥，得干粉。发酵3.6L时得到约0.39mg粗酶。
实施例2
将聚乙烯薄膜裁成1.5cm×1.0cm和1.5cm×0.5cm大小，用1％SDS溶液浸泡30min，然后用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥。向装有100mg聚乙烯小片的50mL锥形瓶中，加入10mL灭菌的100mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)和0.1mL酶溶液(约0.92mg粗酶)；同样条件，未加粗酶溶液的作对照实验。37℃、125r/min震荡下反应。4d后取样，用1％SDS溶液浸泡聚乙烯30min，用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥后作表征。红外显微成像和水接触角(WCA)结果见附图1～2。
从图1红外显微成像结果可以看出，聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性后表面官能团发生了变化，出现了极性基团羰基(1746和1716cm-1)，极性基团的生成使聚合物表面活化，达到了提高聚合物表面张力的目的。图2接触角(WCA)结果表明，聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性后表面亲疏水性质发生了显著变化，WCA减小，从98.1°降低到78.8°，聚乙烯变得相对亲水。证明本发明方法分离得到的芽孢杆菌YP1胞外酶对聚乙烯材料的疏水性有一定的改善。
值得一提的是，本发明提供的芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，不仅可以应用于淀粉基聚乙烯，也可应用于石油基聚乙烯，可以应用于低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)及高密度聚乙烯(HDPE)的任何一种聚合物的表面改性。

Claims (5)

1.一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于，由芽孢杆菌胞外酶生产过程和芽孢杆菌胞外酶对聚乙烯表面疏水性改性方法组成；胞外酶的生产过程是在选定的培养基中接种芽孢杆菌YP1种子液，在适宜的产酶条件下发酵，然后通过一定的方法分离浓缩得到胞外粗酶；聚乙烯表面疏水性的改性方法：将得到的粗酶配成溶液，与100mM，pH7.0的磷酸盐缓冲液混合，然后将聚乙烯薄膜加入，37℃，125r/min震荡下进行改性。
2.根据权利要求1所述的利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于，芽孢杆菌胞外酶的生产过程：采用的菌株为芽孢杆菌YP1，CGMCC 6318，Bacillus sp.YP1，所用种子培养基为普通肉汤培养基：牛肉膏3g，蛋白胨10g，氯化钠5g，加去离子水至1L，pH7.4±0.2。
3.根据权利要求1所述的利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于，芽孢杆菌胞外酶的生产过程：采用200mL培养基/500mL锥形瓶体系；发酵产酶培养基组成为：葡萄糖20g/L，KH2PO4 0.7g/L，K2HPO4 0.7g/L，MgSO4·7H2O 0.7g/L，NaNO3 2.0g/L，NaCl0.005g/L，FeSO4·7H2O 0.002g/L，ZnSO4·7H2O 0.002g/L，MnSO4·H2O 0.001g/L，pH自然；发酵条件为37℃，125r/min、震荡培养24h。
4.根据权利要求1所述的利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于，芽孢杆菌胞外酶的生产过程：在4℃，4000rpm离心40min后得发酵上清液，再逐渐加硫酸铵粉末至85％饱和度，得蛋白质沉淀，Mw 3500Da透析去除硫酸铵和离心去除变性蛋白后以冷冻干燥法得胞外酶粉。
5.根据权利要求1所述的一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，聚乙烯是淀粉基聚乙烯和石油基聚乙烯的任何一种。
CN201410225468.0A 2014-05-26 2014-05-26 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法 Expired - Fee Related CN103980518B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410225468.0A CN103980518B (zh) 2014-05-26 2014-05-26 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410225468.0A CN103980518B (zh) 2014-05-26 2014-05-26 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103980518A CN103980518A (zh) 2014-08-13
CN103980518B true CN103980518B (zh) 2017-05-03

Family

ID=51272702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410225468.0A Expired - Fee Related CN103980518B (zh) 2014-05-26 2014-05-26 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103980518B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106084461A (zh) * 2016-06-27 2016-11-09 高大元 一种岩白菜改性制备高极性聚丙烯树脂材料的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284694A (zh) * 2007-04-15 2008-10-15 于春荣 亲水性活性生物膜悬浮载体及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4184608B2 (ja) * 1998-12-02 2008-11-19 エルジー・コーポレーション 湿潤性向上のための高分子表面改質方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284694A (zh) * 2007-04-15 2008-10-15 于春荣 亲水性活性生物膜悬浮载体及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103980518A (zh) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nitsos et al. Current and novel approaches to downstream processing of microalgae: A review
CN103980535B (zh) 芽孢杆菌胞外漆酶降解聚乙烯的方法
Rodríguez-Restrepo et al. Immobilization of enzymes and cells on lignocellulosic materials
Khan et al. Impact of light on microalgal photosynthetic microbial fuel cells and removal of pollutants by nanoadsorbent biopolymers: Updates, challenges and innovations
CN103665371B (zh) 一种利用超滤纳滤技术精制生物发酵液中聚谷氨酸的方法
Zhuang et al. Gluconacetobacter xylinus synthesized biocellulose nanofiber membranes with superhydrophilic and superoleophobic underwater properties for the high-efficiency separation of oil/water emulsions
Bilal et al. Graphene-based nanoarchitectures as ideal supporting materials to develop multifunctional nanobiocatalytic systems for strengthening the biotechnology industry
CN103481600A (zh) 一种细菌纤维素复合膜材的制备方法
CN112094758B (zh) 一种烟曲霉菌株及其在降解聚乙烯醇中的应用
WO2012110960A2 (en) A novel isolated bacterial strain of gluconacetobacter oboediens and an optimized economic process for microbial cellulose production therefrom
CN103980518B (zh) 一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法
Sharmeen et al. Application of polysaccharides in enzyme immobilization
CN101574642B (zh) 一种用于处理酞菁类染料废水的生物吸附剂的制备方法
CN101734800A (zh) 一种采用固定化真菌菌体对印染废水脱色的方法
Ayub et al. Designing robust nano-biocatalysts using nanomaterials as multifunctional carriers-expanding the application scope of bio-enzymes
Li et al. Nisin electroadsorption-enabled multifunctional bacterial cellulose membranes for highly efficient removal of organic and microbial pollutants in water
CN107937307A (zh) 一株细菌纤维素高产菌及其最优发酵条件
Rafeeq et al. Biodegradation of environmental pollutants using horseradish peroxidase
CN101875947A (zh) 一种超声波介导的微生物遗传转化方法及其应用
Madhushika et al. Decolourization of reactive red EXF dye by isolated strain proteus mirabilis
Radhakrishnan et al. Nanocelluloses for removal of organic dyes from wastewater
Bilal et al. Enzyme-linked carbon nanotubes as biocatalytic tools to degrade and mitigate environmental pollutants
Motsa et al. Laccase-coated polyethersulfone membranes for organic matter degradation and removal
CN106467903B (zh) 一种适用于制浆过程的地衣芽孢杆菌工程菌及其构建方法
Celebi et al. Removal of cationic dye from textile industry wastewater with using enzyme, fungus and polymer

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170503

Termination date: 20200526