CN1135263C - 苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果胶酶及其在苎麻脱胶工艺中应用的方法，它是通过自然采集菌样，按Nelson Somogyi氏法测定酶活性，筛选而得，即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，保藏号CCTCC NO：M200038，其特点是：培养条件要求粗放，生长繁殖快，产果胶酶活性高，发酵粗酶液直接用于苎麻脱胶，2-4小时即可完成，脱胶率达97.5-98.5%，纤维分散度100%，完全适应于工业化生产，脱胶纤维质量好，不损伤纤维，环境污染减少80%以上。

Description

苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻 脱胶工艺中的应用

技术领域：

本发明涉及一种酶的生产及其应用，具体地说是一种脱胶果胶酶、其工业化的生产方法及其在苎麻脱胶工艺中的应用。

背景技术：

苎麻(Bochmeria nivea)属荨麻科(Urticaceae)宿根性，多年生草本植物，原产我国，被欧美各国称为“中国草”。产量约占世界的80％。苎麻纤维在麻类纤维中是最细最长的，含量约占70％左右，是纺织工业的一种重要原料。由于在纤维上附着约占25-35％的胶质(主要是果胶、半纤维素、木质素等)。因此，要获得工业上可以利用的纤维，必须进行脱胶处理，纤维的脱胶处理直接关系到纤维的开发利用。数十年来，人们试图改变采用化学脱胶工艺所带来的环境污染和麻纤维纺织性能的部分劣化，因此本领域的许多研究工作者在努力寻找一种苎麻脱胶的新方法，生物脱胶受到了特别的关注。1953年，Chaudhurg.S.D曾报导某些细菌和真菌在发酵过程中可以分解果胶物质而释放纤维。1958年，Ali.M.M.提出利用果胶酶进行麻类(如黄麻、亚麻等)纤维的脱胶。1972年，Fogarty.w.m.和Ward.o.p.报导产生果胶酶的微生物或果胶酶制剂在脱胶工艺中加以利用的可能性。1976年，藤重升永公开了一种微生物进行苎麻脱胶的方法(日本专利，特开昭51-149976)，真菌产生的果胶酶中含有纤维素酶，且最适作用PH为酸性，因而造成纤维强度的下降，脱胶效果不稳定，难以用于工业化生产。又如中国专利CN85104285、CN-85104284、CN-89104529公开了利用芽孢杆菌进行苎麻生物脱胶的方法。中国专利97109044公开了一株嗜碱芽孢杆菌及其苎麻脱胶方法，但由于其生产的果胶酶活性比较低，脱胶时间较长(16-24小时)，也难于在工业上应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有高效率脱胶且不降低纤维强度的脱胶果胶酶、其工业化的生产方法及其在苎麻脱胶工艺中的应用。

本发明是采用以下技术方案实现其发明目的的：

其技术方案包括：高效脱胶菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、脱胶酶液制备、苎麻扎把装笼、浸酶处理、洗麻、拷麻、漂洗、渍油、脱水烘干等工艺过程。

所述的高效脱胶菌株选育是按本领域技术人员已知的方法，在济南土壤中通过自然采集菌样，从近千株菌中经摇瓶初筛、复筛，按NelsonSomogyi氏法测定酶活性，筛选到一株实验室编号为No.13菌株，即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，其生物学特性为：菌体呈杆状，染色均匀，G+、内生孢子近端生，成椭圆形，孢子囊小于菌体，好氧，过氧化氢酶阳性，在含7％NaCl的肉汤中生长良好。该菌种已于2000年11月20日提交中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号CCTCC NO：M200038，并于2000年11月25日提供了存活证明。

所述的枯草芽孢杆菌CCTCC NO：M200038的培养在含如下配比的斜面培养基上，能保持高产酶能力，菌体在该斜面培养基移接是稳定的，斜面培养基配方为：15-25％  土豆汁100ml、蔗糖0.5-1.5g、果胶0.4-1.0g、酵母膏0.05-0.15g、琼脂1.8-2.0g，消毒前PH7.2，100Pa灭菌20-30分钟，放置成斜面，接种该菌种，30-34℃，培养24-48小时，备用。

所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M200038菌种在规定的培养条件下可产生高果胶酶活性(以SIGMA聚半乳糖醛酸为底物)，同时能产生木聚糖酶(以SIGMA木聚糖为底物)、甘露聚糖酶(SIGMA槐豆胶为底物)等与脱胶有关的酶，而不产生纤维素酶(Cl酶)，这种培养条件是：培养基配方(％)水89-95、麸皮2-6、玉米粉1-3、豆饼粉0.5-1.0、硫酸铵0.5-1.5、磷酸氢二钾0.05-0.15、硫酸镁0.05-0.1，其中所述各组份之和为100％，消毒前，调PH值8.0-9.0，100Pa灭菌20-30分钟，控制条件：33-35℃左右，搅拌150-220r/min左右，培养24-48小时。在以上培养基中培养的菌株，按NelsonSomogyi(Nelson，N.J.Biol.chem，1944，153：375-380)方法，测定果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶的活力，一个酶活力单位定义为在测定条件下，由底物每分钟释放1μmol半乳糖醛酸(或木糖或甘露糖)所需的酶量。

所述的脱胶酶液制备为由摇瓶到一级种子罐到二级种子罐到发酵罐，三级发酵，生产脱胶酶液。按本领域技术人员已知的方法，在含有碳源、氮源和无机盐的培养基中进行发酵产酶。碳源指葡萄糖、淀粉、蔗糖、玉米粉等，氮源指硫酸铵、硝酸铵、牛肉膏、蛋白胨、豆饼粉、鱼粉等，无机盐指磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐等。一个优选产酶培养基配方为(％)水89-95、麸皮2-6、玉米粉1-3、豆饼粉0.5-1.0、硫酸铵0.5-1.5、磷酸氢二钾0.05-0.15、硫酸镁0.05-0.1，其中所述各组份之和为100％，消毒前用NaOH调PH值8.0-9.5，装罐总体积不超过80％。三级发酵控制的参数是：一、二、三级罐罐压0.03MPa，发酵温度34±1℃，通气量1∶0.5-0.8，搅拌约150-220r/min，发酵时间一级罐约为8-18小时，二级罐约8-20小时，三级罐14-22小时，每隔4小时检测PH、菌体形态、酶活性一次。一般的放罐条件是：酶活性达到一定量不再增加，发酵液PH5.5左右，菌体生长达到衰老期。发酵完成的粗酶液可加工成粉剂或浓缩酶制剂。

所述的浸酶处理为菌株工业化生产的粗酶液可直接用于苎麻原麻脱胶，将粗酶液直接放入脱胶锅中，根据果胶酶活性的高低确定稀释倍数，添加稀释水，调整脱胶酶液PH值7.0-9.5左右，保温45-55℃，通气使酶液流动，然后将装有苎麻的麻笼放入脱胶锅中浸麻2-4小时，即脱胶完成。脱胶后的余酶液添加适量的新鲜粗酶液，调PH值7.0-9.5，可以重复使用。

所述的洗麻是脱胶麻经过热水灭菌之后再用助剂常压沸煮2小时。

所述的拷麻为轻拷重洗。

所述的漂洗工艺特征为：浴比1∶10-12，双氧水0.6-1.6克/升，纯碱1.5％，PH值11±0.5，80-100℃保温30-35分钟，然后以70-80℃热水冲洗，再用冷水冲洗干净。

其后工序按常规进行。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的。已经生产的985吨精干麻与化学脱胶精干麻相比脱胶制成率提高2.5％以上，残胶率降低为2.0％左右，梳纺梳成率提高5.51％，纺纱制成率提高2.0％，麻条的质量硬条率降低37.5％，不匀率降低26.3％，麻粒减少28.5％，长度增长25.9％，短纤率减少11.1％，两种不同原料纺的纱以36NM纯麻纱做比较：单强变异系数CV减少8.54％，单纱断裂强度提高3.9CN/tex，条干变异系数CV降低1.12％，粗节减少103个/Km，细节减少150个/Km，结杂减少138个/Km，36NM苎麻细纱机断头率124根/千锭时。两种不同原料纺纱的织布比较，整经因强力均匀，工效提高20％以上，浆纱因细纱断头少，减少70％的停台时间，织布机台班产量由15码提到18码以上，坯布一等品率为98％。经测算，每生产一吨精干麻可节约成本273元。此外污染源减少80％以上，明显增加了社会效益。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

本发明实施的工艺流程包括：

菌种选育→菌种培养→菌种产酶→三级发酵产酶→粗酶液；

苎麻扎把装笼→浸酶处理→洗麻→拷麻→漂洗→给油→脱胶→烘干。

在济南土壤中通过自然采集菌样，从近干株菌中经摇瓶初筛、复筛，按Nelson Somogyi氏法测定酶活性，筛选到一株实验室编号为No.13菌株，即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，保藏号CCTCCNO：M200038，其生物学特性为：菌体呈杆状，染色均匀，G+、内生孢子近端生，成椭圆形，孢子囊小于菌体，好氧，过氧化氢酶阳性，在含7％NaCl的肉汤中生长良好。

枯草芽孢杆菌CCTCC NO：M200038菌种经平板进行选种分离之后，选出高酶活的种子，然后接斜面。在含如下配比的斜面培养基上，能保持高产酶能力，菌体在该斜面培养基移接是稳定的，斜面培养基配方为：20％土豆汁100ml、蔗糖1g、果胶0.7g、酵母膏0.1g、琼脂1.8g，消毒前PH7.2，100Pa灭菌25分钟，放置成斜面，接种该菌种，32℃，培养36小时，备用。

CCTCC NO：M200038菌种在规定的培养条件下可产生高果胶酶活性(以SIGMA聚半乳糖醛酸为底物)，同时能产生木聚糖酶(以SIGMA木聚糖为底物)、甘露聚糖酶(SIGMA槐豆胶为底物)等与脱胶有关的酶，而不产生纤维素酶(Cl酶)，这种培养条件是：培养基配方(％)水89-95、麸皮4、玉米粉2、豆饼粉0.8、硫酸铵1.0、磷酸氢二钾0.1、硫酸镁0.08，其中所述各组份之和为100％，消毒前，调PH值8.5，100Pa灭菌30分钟，控制条件：34℃，搅拌180r/min，培养48小时。在以上培养基中培养的菌株，按NelsonSomogyi(Nelson，N.J.Bio1.chem，1944，153：375-380)方法，测定果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶的活力，一个酶活力单位定义为在测定条件下，由底物每分钟释放1μmol半乳糖醛酸(或木糖或甘露糖)所需的酶量。

脱胶酶液制备为由摇瓶到一级种子罐到二级种子罐到发酵罐，三级发酵，生产脱胶酶液。按本领域技术人员已知的方法，在含有碳源、氮源和无机盐的培养基中进行发酵产酶。碳源指葡萄糖、淀粉、蔗糖、玉米粉等，氮源指硫酸铵、硝酸铵、牛肉膏、蛋白胨、豆饼粉、鱼粉等，无机盐指磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐等。一个优选产酶培养基配方为(％)水89-95、麸皮4、玉米粉2、豆饼粉0.8、硫酸铵1.0、磷酸氢二钾0.1、硫酸镁0.08，其中所述各组份之和为100％，消毒前用NaOH调PH值8.5，装罐总体积不超过80％。三级发酵控制的参数是：一、二、三级罐罐压0.03MPa，发酵温度34℃，通气量1∶0.7，搅拌200r/min，发酵时间一级罐18小时，二级罐18小时，三级罐22小时，隔4小时检测PH、菌体形态、酶活性一次。一般的放罐条件是：酶活性达到一定量不再增加，发酵液PH5.5左右，菌体生长达到衰老期。

按每把麻重0.5Kg装笼，苎麻要求刮剥质量好，割去头尾，干麻装笼，然后置于盛有脱胶酶液的脱胶锅中，酶∶水 1∶2，浴比1∶13，温度50℃，PH值8.5，动态脱胶，脱胶时间3小时。

洗麻是脱胶麻经过用90℃的热水灭菌洗麻30分钟，再用助剂常压沸煮2小时。

拷麻要求轻拷重洗。

漂洗用氧漂工艺，浴比1∶11，双氧水1.2克/升，纯碱1.5％，PH值11，90℃保温30分钟，然后以70℃热水洗一次，再用冷水冲洗干净。

其后工序按常规进行。

本发明经过整整九个月生产结果表明，不同产地，不同品种，不同收获季节，不同刮制质量的苎麻均可采用此方案完成脱胶加工。苎麻酶法脱胶，不仅工艺条件温和，对设备材质无特殊要求，流程短，成本较低，对人、动植物无毒害，生产安全，脱胶废水达到国家规定排放标准，具有显著的经济、环境、社会效益。

Claims (10)

1、一种苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，它包括高效脱胶菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、脱胶酶液制备、苎麻扎把装笼、浸酶处理、洗麻、拷麻、漂洗、渍油、脱水烘干等工艺过程，其特征是所述的高效脱胶菌株选育通过自然采集菌样分离筛选获得，即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、实验室编号为No.13，保藏号CCTCC NO：M200038，其生物学特性为：菌体呈杆状，染色均匀，G+、内生孢子近端生，成椭圆形，孢子囊小于菌体，好氧，过氧化氢酶阳性，在含7％NaCl的肉汤中生长良好。

2、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的菌种培养为枯草芽孢杆菌菌种CCTCC NO：M200038在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：15-25％土豆汁100ml、蔗糖0.5-1.5g、果胶0.4-1.0g、酵母膏0.05-0.15g、琼脂1.8-2.0g，消毒前PH7.2，100Pa灭菌20-30分钟，放置成斜面，接种该菌种，30-34℃，培养24-48小时，备用。

3、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 200038菌种在规定的培养条件下可产生高果胶酶活性，同时能产生木聚糖酶、甘露聚糖酶等与脱胶有关的酶，这种培养条件是：培养基配方(％)水89-95、麸皮2-6、玉米粉1-3、豆饼粉0.5-1.0、硫酸铵0.5-1.5、磷酸氢二钾0.05-0.15、硫酸镁0.05-0.1，其中所述各组份之和为100％，消毒前，调PH值8.0-9.0，100Pa灭菌20-30分钟，控制条件：33-35℃，搅拌150-220r/min，培养24-48小时。

4、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的脱胶酶液制备为由摇瓶到一级种子罐到二级种子罐到发酵罐，三级发酵，其培养基配方为(％)水89-95、麸皮2-6、玉米粉1-3、豆饼粉0.5-1.0、硫酸铵0.5-1.5、磷酸氢二钾0.05-0.15、硫酸镁0.05-0.1，其中所述各组份之和为100％，消毒前用NaOH调PH值8.0-9.5，装罐总体积不超过80％，菌株工业化发酵条件为温度34±1℃，罐压0.03MPa，通气量1∶0.5-0.8，搅拌约150-220r/min，发酵时间为8-22小时。

5、按权利要求4所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是发酵时间一级罐为8-18小时，二级罐为8-20小时，三级罐为14-22小时。

6、按权利要求4或5所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是发酵完成的粗酶液可加工成粉剂或浓缩酶制剂。

7、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的浸酶处理为菌株工业化生产的粗酶液可直接用于苎麻原麻脱胶，粗酶液用于苎麻原麻的脱胶条件是：根据果胶酶活性的高低确定稀释倍数，脱胶稀释液调整至PH值7.5-9.5，脱胶温度保持在45-55℃，通气使脱胶液处于动态，脱胶时间为2-4小时。

8、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的洗麻是脱胶麻经过热水灭菌之后再用助剂常压沸煮2小时。

9、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的拷麻为轻拷重洗。

10、按权利要求1所述的苎麻脱胶果胶酶的生产及其在苎麻脱胶工艺中的应用，其特征是所述的漂洗工艺特征为：浴比1∶10-12，双氧水0.6-1.6克/升，纯碱1.5％，PH值11±0.5，80-100℃保温30-35分钟，然后以70-80℃热水冲洗，再用冷水冲洗干净。