CN105369583A - 一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法 - Google Patents

一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法，属于纺织技术领域。本发明通过采用添加小分子多元醇作为诱导剂，显著提高了混合菌群所产粗酶液的PVA降解酶酶活，有效降低了在降解聚乙烯醇浆料时所需要的粗酶液用量，节约了制备粗酶液的培养时间、培养成本，同时也不需要购买昂贵的商业化PVA降解酶，适合工业上应用。本发明方法避免了高聚合度的聚乙烯醇诱导剂导致的絮凝以及PVA降解酶分离困难的问题。

Description

一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法
技术领域
本发明涉及一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法，属于纺织技术领域。
背景技术
为了使棉和涤棉织物顺利织造，需要对棉和涤棉织物的经纱进行上浆，以提高经纱的耐磨性和强力，贴伏毛羽，所用的上浆材料称为浆料。目前的浆料主要是淀粉和PVA，上浆量一般为经纱质量的8％-12％，其中淀粉占70％-100％，PVA占0％-30％，具体根据品种而定。织造完成后，所上的浆料需要去除，否则会影响织物的外观、手感及后续的染色、印花、后整理等工序的进行。这一工序一般称为退浆。
采用PVA-淀粉混合浆料可以增强纤维的强力，使纤维表面光滑,防止织造过程中纤维的损伤。长期以来，棉和涤棉织物的退浆主要采用化学方法，利用热的烧碱溶液(5-10g/L)能使淀粉和PVA发生剧烈溶胀、溶解度提高的原理进行高温处理，然后用热水洗涤去除。虽然也有些品种的织物可以采用淀粉酶进行退浆，但主要是针对纯淀粉上浆的、不含PVA浆料的织物，这些织物的纱支较粗，档次较低。而对于细支高密织物以及涤棉混纺织物，所上的浆料除了淀粉外，还有20％-30％的PVA浆料，淀粉酶对PVA浆料没有作用。热碱处理的化学方法只是把淀粉和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。而分解PVA的酶目前尚没有商品化。所以对这些织物的退浆目前还是采用热碱处理的化学方法。
随着人们对纺织工业清洁生产的关注，在退浆工艺中实现对PVA的生物降解受到研究者么的重视。PVA降解酶退浆条件温和，不仅能大大减少PVA废水的排放，而且能够避免传统退浆过程中高温和氧化造成的棉纤维的损伤。
实现对PVA生物降解的关键在于能够筛选到能够高效降解PVA的微生物，但PVA降解菌在种类和分布上不多，培养周期长，酶活低，提取不易，这些都成为了阻碍PVA降解酶在实际生产上应用的重要因素。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种混合菌群并提供了一种提高该混合菌群产粗酶液的PVA降解酶酶活的方法，然后利用所产粗酶液和淀粉酶复配进行棉织物退浆。
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。
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，促使其产生膜上和胞内酶，再对细胞进行破壁处理，破壁完成后离心取上清，然后微孔滤膜过滤即得粗酶液。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，将上清液经微孔滤膜(孔径0.45um，直径50mm)过滤，然后用0.1mol/L磷酸钾缓冲液(pH8.0)透析24h，即为粗酶液。
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。
本发明还提供了一种基于所述粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法，所述方法是在退浆时将上浆棉织物先汽蒸10-40min，然后浸入到含有粗酶液与淀粉酶的磷酸缓冲溶液中，控制温度为30-40℃，反应时间为3-6h。
在本发明的一种实施方式中，所述棉织物为细支高密织物以及涤棉混纺织物，所上的浆料除了淀粉外，还有20％-30％的PVA浆料。
在本发明的一种实施方式中，所述磷酸缓冲溶液中添加粗酶液至PVA降解酶酶活20-40U/L；此外淀粉酶活3-6U/mL，溶液pH7.0。
在本发明的一种实施方式中，所述方法中的料液比为1:10。
在本发明的一种实施方式中，所述淀粉酶是购自上海丹尼悦生物科技有限公司的退浆用液体淀粉酶，酶活20000U/g。
本发明的有益效果：
(1)采用添加小分子多元醇作为诱导剂，显著提高了混合菌群所产粗酶液的PVA降解酶酶活，有效降低了在降解聚乙烯醇浆料时所需要的粗酶液用量(10-20mL/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)对于产聚乙烯醇降解酶的微生物培养，普遍的方法是以聚合度1700左右的聚乙烯醇为碳源和诱导物，但是高聚合度的聚乙烯醇降解不彻底会在提取阶段和酶蛋白混合在一起沉淀，导致发酵结束得不到PVA降解酶蛋白；本发明先以肉汤培养基对微生物进行培养，再加小分子多元醇作为诱导物诱导其产酶，解决了PVA降解酶分离困难的问题。
(3)粗酶液中含有PVA氧化酶(仲醇氧化酶)、PVA水解酶(β-双酮水解酶)等多种协同降解PVA的酶系，该酶液可用来有效降解高聚合度的聚乙烯醇，获得的粗酶液对PVA1799的降解酶酶活达1.985U/mL。
(4)通过使用本发明的粗酶液和淀粉酶复配进行退浆处理，通过两种酶的协同作用，处理后的棉织物的PVA退浆率为99.5％、降解率为80％，淀粉退浆率为99.5％、降解率为95％，经后续处理后，经向断裂强力比传统碱处理法提高了3％、纬向断裂强力比传统碱处理法提高了10％，处理后的棉织物手感柔软。
具体实施方式
PVA降解酶系总酶活测定方法：
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。
粗酶液获得：
将发酵液离心(10000r/min，10min)，弃去上清液，收集沉淀。将沉淀的菌体加入适量0.1mol/L磷酸钾缓冲液后进行超声波细胞破碎，破碎后的体系再于10000r/min离心10min，收集上清液，弃去沉淀。将上清液经微孔滤膜(孔径0.45um，直径50mm)过滤，然后用0.1mol/L磷酸钾缓冲液(pH8.0)透析24h，即为粗酶液。
实施例1：混合菌群产粗酶液(不诱导)
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，将上清液经微孔滤膜(孔径0.45um，直径50mm)过滤，然后用0.1mol/L磷酸钾缓冲液(pH8.0)透析24h，即为粗酶液。
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。
测定粗酶液没有PVA降解酶酶活。
实施例2：添加小分子多元醇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，离心取上清液测定酶活。
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。
结果显示PVA降解酶系总酶活可达1.985U/mL。
实施例3：基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法
对PVA-淀粉上浆的棉织物进行酶退浆。
(1)将未上浆的棉织物在PVA1799-淀粉溶液中(PVA浓度在30-50g/L，淀粉浓度在30-50g/L)浸泡2-10min，进行浸轧，然后在105℃下烘干10min,烘干后在室温水洗上浆织物，洗除与织物表面结合力差的PVA-淀粉浆料，经此方法上浆的棉布PVA含量为2％，淀粉含量为5.6％。
(2)退浆时将上浆棉织物先汽蒸40min后，浸入到浴比为1:10的含有混合菌群产粗酶液与淀粉酶的磷酸缓冲溶液中(其中PVA降解酶在体系中的终酶活为40U/L，淀粉酶活6U/mL，pH7.0)，控制温度为40℃，反应时间为3h。
PVA退浆率为99.5％，降解率为78％；淀粉退浆率为99.5％，降解率为95％。(PVA酶活20-40U/L，淀粉酶活3-6U/mL，pH7.0也取得类似效果)
实施例4：基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法
采用江苏联发纺织股份有限公司生产的PVA-淀粉上浆坯布进行PVA降解酶-淀粉酶复配退浆，经测定坯布上PVA含量为0.74％，淀粉含量为2.6％。
退浆时将上浆棉织物先汽蒸10min后，浸入到浴比为1:10的含有混合菌群产粗酶液与淀粉酶的磷酸缓冲溶液中(PVA降解酶在体系中的终酶活20U/L，淀粉酶活3U/mL，pH7.0)，控制温度为30℃，反应时间为6h。
退浆后棉织物布上PVA含量为0.01％，淀粉含量为0.05％。PVA退浆率为98.6％，降解率为80％；淀粉退浆率为97.3％，降解率为95％。(PVA酶活20-40U/L，淀粉酶活3-6U/mL，pH7.0也取得相同效果)
此外，采用实施例3-4方法进行退浆处理的棉织物，经后续处理后，经向断裂强力比传统碱处理法提高了3％、纬向断裂强力比传统碱处理法提高了10％，处理后的棉织物手感柔软。
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)

1.一种基于混合菌群产粗酶液和淀粉酶复配的棉织物退浆方法，其特征在于，所述方法是在退浆时将上浆棉织物先汽蒸10-40min，然后浸入到含有混合菌群产粗酶液与淀粉酶的磷酸缓冲溶液中，控制温度为30-40℃，反应时间为3-6h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棉织物为淀粉和PVA浆料联合上浆的棉织物。
3.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.。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷酸缓冲溶液中添加有粗酶液至PVA降解酶酶活20-40U/L；淀粉酶活3-6U/mL，pH7.0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗酶液的制备方法：以含有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，促使其产生膜上和胞内酶，再对细胞进行破壁处理，破壁完成后离心取上清，然后微孔滤膜过滤，即得粗酶液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粗酶液的制备是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。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中的料液比为1:10。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉酶为地衣芽孢杆菌淀粉酶。
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