CN115418359A - 一种用于生物降解塑料的复合酶制剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于塑料降解技术领域，具体提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。本发明提供的这种用于生物降解塑料的复合酶制剂安全、高效、环保，能通过多种酶的共同作用，将环保袋的结构破坏，加速降解为碎片，具有降解快速、降解碎片小、塑料结构破坏力度大的优势，特别是针对含淀粉、PLA、PBAT等高分子材料的环保塑料袋，具有较好降解效果。本发明还提供了该复合酶制剂的使用方法，与传统的塑料降解工艺相比降解效率高，降解周期短，降解体系可循环一次再利用，节约成本，减少白色污染，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于塑料降解技术领域，具体涉及一种用于生物降解塑料的复合酶制剂及其使用方法。
背景技术
塑料降解是指聚合物分子量下降、聚合物材料(塑料)物性下降的方式，典型表现是：塑料发脆、破裂、变软、增硬、丧失力学强度等，塑料的老化、劣化就是一种降解现象，但一般塑料要降解为对环境无害化(少害化)的状态，回归自然循环，需经历几十年、上百年的时间，降解物最终要被分解成二氧化碳和水才能称为降解。环保塑料袋是各类可生物降解塑料袋的简称，由淀粉、PLA、PBAT等高分子材料制成。目前淀粉基生物降解塑料袋已在超市酒店等行业大规模使用，环保塑料袋与传统塑料袋相比，优点在于其较短的完全降解时间，对环境的影响较小，但环保塑料袋完全降解同样需要较长的时间，而降解时间的长短与环保袋的组成成分密切相关，自然降解环保塑料袋对环境的影响依然较大，如何快速降解环保塑料袋，最大限度地减少塑料袋污染成为了当今社会的重要课题。
环保袋使用完成后，常用的降解方式为自然降解或化学降解，其中自然降解时间过长，效率较慢，化学降解的成本过高，不易批量降解，因此本发明新型提出一种用于生物降解塑料的复合酶制剂及其使用方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中塑料降解周期长，成本高，效率低的问题。
为此，本发明提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
具体的，所述淀粉酶的酶活为10000-50000U/g，所述角质酶的酶活为1000-3000U/g，所述碱性脂肪酶的酶活为10000-50000U/g，所述中性脂肪酶的酶活为8000-20000U/g，所述纤维素酶的酶活为3000-20000U/g，所述蛋白酶的酶活为5000-8000U/g。
具体的，所述淀粉酶由大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述角质酶由酵母菌、大肠杆菌中的任意一种表达得到；所述碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述中性脂肪酶由黑曲霉、酵母菌、米曲霉中的任意一种表达得到；所述纤维素酶由枯草芽孢杆菌、绳状青霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述蛋白酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、长柄木霉中的任意一种表达得到。
本发明还提供了上述用于生物降解塑料的复合酶制剂的使用方法，包括以下步骤：向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后进行降解反应。
具体的，上述生物降解塑料与水的质量比为1：(2.5-9)。
具体的，以所述反应底物计，上述复合酶制剂的添加量为1-10kg/T。
具体的，上述降解反应分两步进行，首先在25-50℃，100-150rpm/min条件下反应，然后将反应温度升至40-60℃，调节pH值，进一步反应，完成降解。
具体的，在25-50℃，100-150rpm/min条件下反应24-48h。
具体的，降解反应中使用柠檬酸或盐酸调节pH值至3.0-6.0。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的这种用于生物降解塑料的复合酶制剂安全、高效、环保，能通过多种酶的共同作用，将环保袋的结构破坏，加速降解为碎片，具有降解快速、降解碎片小、塑料结构破坏力度大的优势，特别是针对含淀粉、PLA、PBAT等高分子材料的环保塑料袋，具有较好降解效果。
本发明提供的复合酶制剂的使用方法与传统的塑料降解工艺相比较，采用生物降解和酸降解相互结合的方式，先将塑料结构进行分解等结构性破坏，再用酸进一步分解塑料的结构，塑料环保袋可在24-48h内降解为小碎片，提高降解效率，进一步降低环保塑料袋的降解周期，缓解垃圾处理站的运转周期，降解体系可循环一次再利用，节约成本，减少白色污染，绿色环保。使用该方法时，塑料无需撕碎或其他处理，可以任何状态和形式进行降解，更高效环保。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例4中塑料袋降解结果。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
本发明提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
其中，淀粉酶由大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到，酶活为10000-50000U/g；角质酶由酵母菌、大肠杆菌中的任意一种表达得到，酶活为1000-3000U/g；碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到，酶活为10000-50000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉、酵母菌、米曲霉中的任意一种表达得到，酶活为8000-20000U/g；纤维素酶由枯草芽孢杆菌、绳状青霉、酵母菌中的任意一种表达得到，酶活为3000-20000U/g；蛋白酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、长柄木霉中的任意一种表达得到，酶活为5000-8000U/g。
脂肪酶是一种特殊的酯键水解酶，可以催化解酯、酯交换、酯合成等反应，碱性蛋白酶是一类光谱型较强丝氨酸水解酶类，角质酶是一种多功能裂解酶，碱性蛋白酶和脂肪酶类可以促使PLA分子和PBS分子的酯键断裂，能破坏PLA结构，使其脆度和韧性增加，产生低聚物、二聚体、单体等。复合酶制剂中的各种酶能在共同的作用下将环保袋的结构破坏，使塑料发脆、丧失力学强度、增硬、老化，加速降解为碎片。
本发明还提供了上述用于生物降解塑料的复合酶制剂的使用方法，包括以下步骤：向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，生物降解塑料与水的质量比为1：(2.5-9)，以所述反应底物计，按照1-10kg/t的添加量将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后，在25-50℃，100-150rpm/min条件下反应24-48h，然后将反应温度升至40-60℃，使用柠檬酸或盐酸调节pH值至3.0-6.0进一步反应，完成降解。
下面通过具体实施例对本发明的用于生物降解塑料的复合酶制剂及其使用的效果进行研究。
实施例1：
本实施例提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
其中，淀粉酶由大肠杆菌表达得到，酶活为10000U/g；角质酶由酵母菌表达得到，酶活为1000U/g；碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为10000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉表达得到，酶活为8000U/g；纤维素酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为3000U/g；蛋白酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为5000U/g。
采用上述复合酶制剂处理生物降解塑料，具体步骤如下：
向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，生物降解塑料与水的质量比为1：10，以所述反应底物计，按照1kg/t的添加量将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后，在25℃，100rpm/min条件下反应24h，然后将反应温度升至40℃，使用柠檬酸调节pH值至3.0进一步反应24h；加入新的环保袋后控制温度25℃，新环保袋的加入量与第一次投入量相同，搅拌100rpm/min，反应24h，收集全部剩余残渣。
观察塑料袋降解效果并计算降解率，结果如表1所示。
实施例2：
本实施例提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
其中，淀粉酶由大肠杆菌表达得到，酶活为20000U/g；角质酶由酵母菌表达得到，酶活为2000U/g；碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为20000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉表达得到，酶活为10000U/g；纤维素酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为8000U/g；蛋白酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为6000U/g。
采用上述复合酶制剂处理生物降解塑料，具体步骤如下：
向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，生物降解塑料与水的质量比为1：10，以所述反应底物计，按照3kg/t的添加量将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后，在50℃，120rpm/min条件下反应30h，然后将反应温度升至50℃，使用柠檬酸调节pH值至4.0进一步反应24h；加入新的环保袋后控制温度25℃，新环保袋的加入量与第一次投入量相同，搅拌100rpm/min，反应24h，收集全部剩余残渣。
观察塑料袋降解效果并计算降解率，结果如表1所示。
实施例3：
本实施例提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
其中，淀粉酶由大肠杆菌表达得到，酶活为40000U/g；角质酶由酵母菌表达得到，酶活为2500U/g；碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为40000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉表达得到，酶活为15000U/g；纤维素酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为15000U/g；蛋白酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为7000U/g。
采用上述复合酶制剂处理生物降解塑料，具体步骤如下：
向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，生物降解塑料与水的质量比为1：10，以所述反应底物计，按照6kg/t的添加量将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后，在40℃，140rpm/min条件下反应40h，然后将反应温度升至55℃，使用盐酸调节pH值至5.0进一步反应24h；加入新的环保袋后控制温度25℃，新环保袋的加入量与第一次投入量相同，搅拌100rpm/min，反应24h，收集全部剩余残渣。
观察塑料袋降解效果并计算降解率，结果如表1所示。
实施例4：
本实施例提供了一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
其中，淀粉酶由大肠杆菌表达得到，酶活为50000U/g；角质酶由酵母菌表达得到，酶活为3000U/g；碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为50000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉表达得到，酶活为20000U/g；纤维素酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为20000U/g；蛋白酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为8000U/g。
采用上述复合酶制剂处理生物降解塑料，具体步骤如下：
向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，生物降解塑料与水的质量比为1：10，以所述反应底物计，按照10kg/t的添加量将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后，在40℃，150rpm/min条件下反应48h，然后将反应温度升至60℃，使用盐酸调节pH值至6.0进一步反应24h；加入新的环保袋后控制温度25℃，新环保袋的加入量与第一次投入量相同，搅拌100rpm/min，反应24h，收集全部剩余残渣。
观察塑料袋降解效果并计算降解率，结果如表1所示。
比较例1：
采用与实施例4相同的方法处理生物降解塑料，区别在于不添加任何酶制剂。
比较例2：
采用与实施例4相同的方法处理生物降解塑料，区别在于添加的酶制剂为由枯草芽孢杆菌表达得到的酶活为8000U/g的蛋白酶。
比较例3：
采用与实施例4相同的方法处理生物降解塑料，区别在于添加的酶制剂包括等比例混合的碱性脂肪酶、中性脂肪酶，其中碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌表达得到，酶活为50000U/g；中性脂肪酶由黑曲霉表达得到，酶活为20000U/g。
比较例4：
采用与实施例4相同的方法处理生物降解塑料，区别在于添加的酶制剂为由酵母菌表达得到的酶活为3000U/g的角质酶。
表1塑料袋降解效果
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于生物降解塑料的复合酶制剂，其特征在于：包括等比例混合的淀粉酶、角质酶、碱性脂肪酶、中性脂肪酶、纤维素酶、蛋白酶、蔗糖脂肪酸酯和单甘酯。
2.如权利要求1所述的用于生物降解塑料的复合酶制剂，其特征在于：所述淀粉酶的酶活为10000-50000U/g，所述角质酶的酶活为1000-3000U/g，所述碱性脂肪酶的酶活为10000-50000U/g，所述中性脂肪酶的酶活为8000-20000U/g，所述纤维素酶的酶活为3000-20000U/g，所述蛋白酶的酶活为5000-8000U/g。
3.如权利要求1所述的用于生物降解塑料的复合酶制剂，其特征在于：所述淀粉酶由大肠杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述角质酶由酵母菌、大肠杆菌中的任意一种表达得到；所述碱性脂肪酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述中性脂肪酶由黑曲霉、酵母菌、米曲霉中的任意一种表达得到；所述纤维素酶由枯草芽孢杆菌、绳状青霉、酵母菌中的任意一种表达得到；所述蛋白酶由枯草芽孢杆菌、黑曲霉、长柄木霉中的任意一种表达得到。
4.如权利要求1-3任意一项所述用于生物降解塑料的复合酶制剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：向待处理的生物降解塑料中加水得到反应底物，将复合酶制剂添加至反应底物中，充分混匀后进行降解反应。
5.如权利要求4所述的复合酶制剂的使用方法，其特征在于：所述生物降解塑料与水的质量比为1：(2.5-9)。
6.如权利要求4所述的复合酶制剂的使用方法，其特征在于：以所述反应底物计，所述复合酶制剂的添加量为1-10kg/T。
7.如权利要求4所述的复合酶制剂的使用方法，其特征在于：所述降解反应分两步进行，首先在25-50℃，100-150rpm/min条件下反应，然后将反应温度升至40-60℃，调节pH值，进一步反应，完成降解。
8.如权利要求7所述的复合酶制剂的使用方法，其特征在于：在25-50℃，100-150rpm/min条件下反应24-48h。
9.如权利要求7所述的复合酶制剂的使用方法，其特征在于：使用柠檬酸或盐酸调节pH值至3.0-6.0。
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