CN105369582A - 一种利用混合菌群产粗酶液降解聚乙烯醇浆料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用混合菌群产粗酶液降解聚乙烯醇浆料的方法，属于纺织技术领域。本发明利用1,3-丁二醇作为诱导剂显著提高了混合菌群所产粗酶液的PVA降解酶酶活，然后利用该粗酶液降解聚乙烯醇浆料。本发明的方法有效降低了在降解聚乙烯醇浆料时所需要的粗酶液用量，节约了时间、成本，同时粗酶液包括PVA仲醇氧化酶和PVAβ-双酮水解酶，这两种酶对PVA浆料上浆的棉织物进行退浆，可发生协同作用，有效提高了单一酶或者其他复合酶的处理效果。采用本发明方法，PVA的退浆率可以达到83.22％，PVA降解率可达到52.13％。

Description

一种利用混合菌群产粗酶液降解聚乙烯醇浆料的方法
技术领域
本发明涉及一种利用混合菌群产粗酶液降解聚乙烯醇浆料的方法，属于纺织技术领域。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是一种人工合成的水溶性高分子聚合物。因其具有pH稳定、混溶性好及乳化能力强等优良特性，同时对天然纤维和一般的合成纤维具有较好的粘附性、成膜性和耐磨性，是目前涤棉织物经纱上浆中的主要浆料。采用PVA上浆的织物，在纺织前处理过程中必须经过退浆处理才能增加其吸水性。
对于含有PVA浆料的棉和涤棉织物，目前的退浆还是采用热碱处理的化学方法。这种方法只是把淀粉和PVA浆料溶解，没有分解，因此，退浆废水的COD值严重超标，影响了生态环境；而且，排放的废水pH值高，较强的碱和高温处理还会损伤纤维；另外，碱退浆后需要多次水洗，耗用大量的水。
而酶法退浆专一性很强，目前的酶法退浆一般是用淀粉酶，而淀粉酶对PVA浆料没有降解作用，且分解PVA的酶目前尚未商品化。用酶法降解PVA代替传统的热水退浆，可以在退浆的同时对PVA浆料进行生物降解生物，减少二次污染，而且可以节省较多的热能，减轻下游污水的生物处理难度，因此对PVA生物降解的研究得到了较多的重视，是目前棉机织物清洁生产技术的发展方向之一。
然而，一般PVA浆料的聚合度及醇解度都很高，直接使用PVA仲醇氧化酶和PVAβ-双酮水解酶进行退浆效果不理想。将单一酶用于PVA浆料上浆棉织物的方法比较少见。目前已有报道的PVA进行模拟上浆处理的棉织物的酶退浆法，主要利用纯PVA对织物进行模拟上浆，再使用商品PVA降解酶制剂对其进行退浆，然而该报道是采用模拟上浆，是否能真正用于工业化生产未知，而且数据显示仅仅在某一种实施条件下才能达到比较好的效果，这可能是由于所用的PVA降解酶效果不稳定。也有许多工作者研究了多种酶复配用于混合浆料的退浆过程中，也存在处理效果不佳的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种混合菌群和提高该混合菌群产粗酶液的PVA降解酶酶活的方法，并利用所产粗酶液降解聚乙烯醇浆料。
本发明首先提供了一种混合菌群，主要包括以下几种菌属：Stenotrophomonassp.；Pseudomonassp.；Sphingopyxissp.；Ochrobactrumsp.；Shinellasp.；Castellaniellasp.；Microbacteriumsp.。
在本发明的一种实施方式中，所述混合菌群，来自受PVA污染的纺织厂曝气池中的污泥。
在本发明的一种实施方式中，所述混合菌群中的Stenotrophomonassp.可以是以下任意一种：CGMCCNo6393，CGMCCNo9046；Pseudomonassp.可以是以下任意一种：CGMCCNo10601，CGMCCNo6446；Sphingopyxissp.可以是以下任意一种：CGMCCNo10900，CGMCCNo9098；Ochrobactrumsp.可以是以下任意一种：CGMCCNo10564，CGMCCNo10477；Shinellasp.可以是以下任意一种：CGMCCNo6838；Castellaniellasp.可以是以下任意一种：CGMCCNo10715，CGMCCNo10720；Microbacteriumsp.可以是以下任意一种：CGMCCNo6777，CGMCCNo10251。
在本发明的一种实施方式中，所述混合菌群中还可以含有Boseasp.、Delftiasp.、Phenylobacteriumsp.、Devosiasp.、Rhizobiumsp.、Pseudoxanthobactersp.、Leucobactersp.等菌种，这些菌种的存在不会对所产粗酶液在PVA降解中产生不利影响。
本发明还提供一种提高所述混合菌群产粗酶液的PVA降解酶酶活的方法：以添加有1,3-丁二醇作为诱导剂的肉汤培养基对混合菌群进行培养，促使其产生膜上及胞内酶，再对细胞进行破壁处理，破壁完成后离心取上清即为所产酶的粗酶液。该粗酶液中含有PVA氧化酶(一种仲醇氧化酶)、PVA水解酶(一种β-双酮水解酶)。
在本发明的一种实施方式中，所述是提高PVA降解酶酶活的方法，是将混合菌群(按菌质量比，Stenotrophomonassp：Pseudomonassp.：Sphingopyxissp.：Ochrobactrumsp.：Shinellasp.：Castellaniellasp：Microbacteriumsp.约为5817：1568：24：39：36：7：31；或者还含有少量其他菌株，Microbacteriumsp.：Boseasp：Delftiasp.：Phenylobacteriumsp.：Devosiasp：Rhizobiumsp：Pseudoxanthobactersp.：Leucobactersp.)于肉汤培养基上培养制备种子液，然后再按照12％的接种量接种于含有4～6g/L的1,3-丁二醇的肉汤培养基中，于30℃发酵3天，然后收集细胞、破壁，离心取上清液为粗酶液。
在本发明的一种实施方式中，所述肉汤培养基，含有蛋白胨10.0～15.0g/L、牛肉粉3.0～5.0g/L、氯化钠5.0～6.0g/L，1,3-丁二醇4-6g/L，pH7.2±0.2。
本发明还提供利用所述粗酶液降解聚乙烯醇浆料的方法，是将纯PVA浆料上浆的棉织物：(1)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:30，浸渍时间5～8h，其中粗酶液添加量为25-42mL/L(终酶活50-80U/L)；(2)90℃热水洗5min；(3)冷水洗。
在本发明的一种实施方式中，所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
在本发明的一种实施方式中，所述上浆用的PVA为PVA1799。
本发明的有益效果：
(1)采用添加1,3-丁二醇作为诱导剂的方法，显著提高了混合菌群所产粗酶液的PVA降解酶酶活，有效降低了在降解聚乙烯醇浆料时所需要的粗酶液用量(添加量仅需25-42mL/L)，节约了制备粗酶液的培养时间、培养成本适合工业上应用。
(2)混合菌群产的PVA降解酶包括PVA仲醇氧化酶和PVAβ-双酮水解酶，这两种酶对PVA浆料上浆的棉织物进行退浆，可发生协同作用，有效提高了单一酶或者其他复合酶的处理效果。采用本发明方法，PVA的退浆率可以达到89.24％，PVA降解率可达到62.78％。
(3)本发明使用酶法降解PVA，相比于传统的热水退浆、碱退浆而言，本发明的水能、热能的消耗大大降低，且废水的COD值也明显降低，有利于保护生态环境。
具体实施方式
酶活测定方法：
以1g/L的PVA1799为底物进行酶活测试。
酶活测定：在25mL比色管中加入1mL粗酶液和1mL1g/L的PVA溶液，将此混合体系于30℃的振荡水浴锅中反应6h，分别测定反应前后混合液所对应的PVA含量的吸光度。每分钟吸光度下降0.001定义为一个酶活单位。
超声细胞破碎：
培养完成的菌体离心(10000r/min)，去除上清，用去离子水洗涤沉淀，充分振荡后离心(10000r/min)，去除上清，重复以上操作多次，将沉淀物悬浮于磷酸盐缓冲溶液(pH7.2,20mmol/L)，质量比约为1:5，用超声破碎(4℃，400W，工作3s，间隙2s，20min)并离心收集上清液，即为所产的酶粗酶液。
PVA退浆率和PVA降解率的计算方法：
采用PVA-H3BO3-I2比色法分别测定退浆前、退浆后及退浆液中的PVA含量。PVA退浆率＝(退浆前PVA含量-退浆后PVA含量)/退浆前PVA含量×100％，PVA降解率＝(退浆前PVA含量-退浆后PVA含量-退浆液中PVA含量)/退浆前PVA含量×100％。
实施例1：混合菌群产粗酶液
将混合菌群于肉汤培养基上培养制备种子液，然后再接种于肉汤培养基中，于30℃发酵3天；然后收集细胞、破壁，离心取上清液为粗酶液。
所述肉汤培养基，含有蛋白胨10.0～15.0g/L、牛肉粉3.0～5.0g/L、氯化钠5.0～6.0g/L，pH7.2±0.2。发酵结束的细胞破碎物中没有测到酶活。
实施例2：添加诱导剂诱导混合菌群产酶
将混合菌群于肉汤培养基上培养制备种子液，然后再接种于加有4-6g/L1,3-丁二醇的肉汤培养基中，于30℃发酵3天；然后收集细胞、破壁，离心取上清液为粗酶液。
所述肉汤培养基，含有蛋白胨10.0～15.0g/L、牛肉粉3.0～5.0g/L、氯化钠5.0～6.0g/L，1,3-丁二醇4-6g/L，pH7.2±0.2。
测定粗酶液中酶活，结果显示可达1.985U/mL。
实施例3：利用粗酶液降解聚乙烯醇浆料
将纯PVA浆料上浆的棉织物：
(1)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:30，浸渍时间5h，其中粗酶液添加量为25mL/L(终酶活为50U/L左右)；
(2)90℃热水洗5min；
(3)冷水洗。
所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
所述上浆用的PVA为PVA1799。
结果显示：PVA的退浆率可以达到83.22％，PVA降解率可达到52.13％。
这可能是由于本发明的粗酶液中含有PVA仲醇氧化酶和PVAβ-双酮水解酶，这两种酶对PVA浆料上浆的棉织物进行退浆时发生了协同作用，从而提高了PVA退浆效果。
:实施例4：利用粗酶液降解聚乙烯醇浆料
将纯PVA浆料上浆的棉织物：
(1)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:30，浸渍时间6h，其中粗酶液添加量为25mL/L
(终酶活为50U/L左右)；
(2)90℃热水洗5min；
(3)冷水洗。
所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
所述上浆用的PVA为PVA1799。
结果显示：PVA的退浆率可以达到87.62％，PVA降解率可达到59.12％。
实施例5：利用粗酶液降解聚乙烯醇浆料
将纯PVA浆料上浆的棉织物：
(1)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:30，浸渍时间6h，其中粗酶液添加量为40mL/L(终酶活为80U/L左右)；
(2)90℃热水洗5min；
(3)冷水洗。
所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
所述上浆用的PVA为PVA1799。
结果显示：PVA的退浆率可以达到89.24％，PVA降解率可达到62.78％。
实施例6：利用粗酶液降解聚乙烯醇浆料
将纯PVA浆料上浆的棉织物：
(2)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:40，浸渍时间3h，其中粗酶液添加量为40mL/L
(终酶活为80U/L左右)；
(2)90℃热水洗5min；
(3)冷水洗。
所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
所述上浆用的PVA为PVA1799。
结果显示：PVA的退浆率可以达到80.23％，PVA降解率可达到56.66％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种降解聚乙烯醇浆料的方法，其特征在于，所述方法是利用混合菌群产粗酶液进行降解；是将纯PVA浆料上浆的棉织物：(1)浸渍处理液，30℃、pH7.0、浴比1:30，浸渍时间5～8h，其中粗酶液添加量为25-42mL/L；(2)90℃热水洗5min；(3)冷水洗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合菌群，主要包括以下几种菌属：Stenotrophomonassp.；Pseudomonassp.；Sphingopyxissp.；Ochrobactrumsp.；Shinellasp.；Castellaniellasp.；Microbacteriumsp.。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗酶液的制备：以添加有1,3-丁二醇作为诱导剂的肉汤培养基对混合菌群进行培养，促使其产生膜上及胞内酶，再对细胞进行破壁处理，破壁完成后离心取上清即为所产胞内酶的粗酶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗酶液的制备：将混合菌群于肉汤培养基上培养制备种子液，然后再接种于含有4～6g/L的1,3-丁二醇的肉汤培养基中，于30℃诱导发酵3天，然后收集细胞、破壁，离心取上清液为粗酶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理液中PVA降解酶的酶活为50-80U/L。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述肉汤培养基，含有蛋白胨10.0～15.0g/L、牛肉粉3.0～5.0g/L、氯化钠5.0～6.0g/L，4～6g/L的1,3-丁二醇，pH7.2±0.2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯PVA浆料上浆的棉织物的上浆率为8％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上浆用的PVA为PVA1799。
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