CN116556098B - 一种深海复配酶提取荛花纸药的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深海复配酶提取荛花纸药的方法及应用。本发明首次采用生物酶法提取荛花树皮中的纸药，相比于冷水提取、热水提取，极大的提高了样品处理时间，同时还保证了提取产率与纸药性能，对于手工纸行业纸药的提取具有重要的意义。此外，基于荛花原料的特点对复配酶的组成用量、纸药的提取纯化工艺进行优化调整，利用基于深海酶复配方法提高荛花纸药的性能与得率。相比于传统水浸渍抽提法，生物酶法获得的纸药粘度更高，耐久性更强，同时对提取的时间更短。同时生物酶提取的纸药用于手工纸的制备时展现出较强的优势，相比于传统水抽提法提取的纸药制备出的手工纸具有更高的抗张强度、撕裂度等性质，可以用于高强度手工纸的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸行业手工纸助剂领域，特别涉及一种深海复配酶提取荛花纸药的方法及应用。
背景技术
纸药(Paper medicine)是指手工纸生产过程中所使用的一种植物性胶料。它与现代制浆造纸工艺上的“施胶剂”是不同的两个概念。手工造纸中纸药的黏性会组织或减小纸浆在纸帘上过快的滤水速度，便于在抄纸过程中纤维分散均匀。同时，纸药的添加有利于纸页成型后的分离。作为手工纸中重要的辅料，纸药的提取方式决定着纸药的性质，目前纸药的提取方式十分简单，采用滤器根据所需抄纸量的多少浸泡对应量的原材料提取纸药。但这种方式存在一定的局限性，例如纸药需要现用现配，因此会受到季节性的限制，同时水抽提的方式得率低无法满足大量制备。同时该方式提取出的纸药性能差，如粘液不耐热、不宜久存、粘性低等特点，因此需要开发出更高提取率、更高性能的纸药提取方式。
荛花属为乔木灌木或亚灌木，其韧皮纤维发达、纤维细长柔软、韧性强，是云南东巴纸生产的重要原材料。文献表明荛花树皮中也含有纸药成分，因此可以利用同一种荛花原料中的纸药与韧皮纤维制作传统的手工纸，解决了传统手纸对纸药要求的苛刻性。
深海酶是来自于海洋生物所产生，其原始宿主为深海生物，常见的深海酶主要有：几丁质酶、α/β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶、乳糖酶、硫酸脂酶和氨基酸肽酶等。由于深海所处环境恶劣，因此深海生物所产生的深海酶具有更加优异的耐受性，同时具有更加优异的酶活性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种深海复配酶提取荛花纸药的方法。通过对复配酶提取条件的优化，实现了荛花中纸药的提取并保证了产率与性能。随后对提取后的纸药进行纯化，获得了高粘性、耐久性长的荛花纸药。与传统的水浸渍抽提方法相比，该方法提取效率高、用时短，同时提取出的纸药具有更加优异的性质。同时生物酶提取的纸药用于手工纸的制备时展现出较强的优势，相比于传统水抽提法提取的纸药制备出的手工纸具有更高的抗张强度、撕裂度等性质，可以用于高强度手工纸的制备。
本发明的另一目的在于，提供上述方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种酶在提取荛花纸药中的应用。
所述的酶包括纤维素酶、深海酶、果胶酶和木瓜蛋白酶中的至少一种；优选为纤维素酶、深海酶和果胶酶。
所述的深海酶为深海酶Vm，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
所述的纤维素酶的加入量为6.67U/g，以绝干荛花树皮质量计。
所述的深海酶的加入量为8.56U/g，以绝干荛花树皮质量计。
所述的果胶酶的加入量为20U/g，以绝干荛花树皮质量计。
所述的荛花(Wikstroemia canescens(Wall.)Meisn.)为瑞香科荛花属灌木。
一种酶提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
(1)采集新鲜荛花树皮，切割为规则大小；
(2)将切割后的荛花树皮与酶溶液混合，调节pH，加热反应；
(3)反应后过滤得到溶液，加热灭活；
(4)将灭活后的溶液浓缩后得到荛花纸药。
步骤(1)所述的规则大小为约4cm*1cm规则大小。
步骤(2)所述的荛花树皮与酶溶液的固液比为1:30～50；优选为1:30。
步骤(2)所述的调节pH为调节pH至4～8；优选为调节pH至6.8。
步骤(2)所述的加热反应为加热至40～60℃反应3～6h；优选为加热至50℃反应5h。
步骤(3)所述的加热灭活的条件为沸水灭活5min。
步骤(4)所述的减压浓缩为浓缩至步骤(2)中加入的溶液的体积的1/6。
上述的酶提取荛花纸药的方法在造纸中的应用。
所述的纸为开化纸。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明首次采用生物酶法提取荛花树皮中的纸药，相比于冷水提取、热水提取，极大的提高了样品处理时间，同时还保证了提取产率与纸药性能，对于手工纸行业纸药的提取具有重要的意义。
(2)本发明以荛花树皮为原料，提取后的纸药可以与提取后荛花树皮制备的溶解浆抄造手工纸，实现了原料的全部利用。
(3)本发明所采用的脂肪酶来自于深海微生物提取氨基酸片段，相较于传统角质酶具有更长的半衰期及更优异的性能。
(4)本发明所采用的荛花树皮，可以实现同一种原料制备优异的手工纸，为传统手工纸的开发提供了新的思路。
附图说明
图1是实施例1～4和对比例1～2获得的提取荛花纸药提取液的照片。
图2是使用实施例1制备得到的荛花纸药制备的古纸的照片。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下面实施方案中若未注明具体试验条件，则通常按照常规试验条件或按照试剂公司所建议的试验条件。所使用的材料、试剂等，若无特殊说明，均为从商业途径得到的试剂和材料。
本发明的所采用的荛花原料来自于浙江衢州山区。
所述的果胶酶、纤维素酶、木瓜蛋白酶购自于上海麦克林有限公司，其中纤维素酶活为1万U/g，果胶酶酶活为3万U/g，木瓜蛋白酶酶活>200U/mg。所使用的深海酶以深海微生物海疣孢菌(Verrucosispora maris，NCBI：txid263358)为原始菌株提取氨基酸片段，利用pET-28a(+)为载体得到重组质粒在特定pRARE2感受态细胞上进行孵育及表达，同时对表达后的产物进行筛选，通过大肠杆菌培育与繁殖，由华南理工大学食品学院培养，粗酶酶活为4.6U/mg。
上述深海酶为深海酶Vm，其氨基酸序列为：
MLKRLATLLTSGILALLTAFATASPAAAAVTPAQKLSVLSSWTQTSVSSYNAWNSARQNRAAWAEYKFDWSTDYCSSSPDNPLGFNFSLSCFRHDFGYRNYKAVGQFSANKSRLDSAFYEDLKRVCATYNSVVRPACTSLAWTYYQAVSIFGSVAAVEQADIDRAARMKADAERHARL。
所述的中性去离子水均为华南理工大学实验室自制。
实施例1
一种深海复配酶提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
(1)采集1～2年生荛花树枝剥皮得到新鲜荛花皮，将新鲜荛花皮切断为约4cm*1cm规则大小；
(2)将上述处理好的荛花树皮(绝干，1g)与复配酶溶液(30mL)按照1：30的固液比混合，在pH为7，温度为50℃的条件下反应5h，其中复配酶中纤维素酶用量为6.67U/g、深海酶用量为8.56U/g、果胶酶用量为20U/g，以绝干荛花树皮质量计；
(3)反应结束后过滤收集滤液，将滤液置于沸水中灭活酶5min后冷却至室温收集；
(4)减压浓缩：将上述冷却后的滤液进行减压浓缩，体积浓缩至步骤(2)中加入的溶液的体积的1/6，约5mL，即获得具有高粘度的纸药。
实施例2
一种酶提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
参照实施例1的方法制备荛花纸药，区别在于步骤(2)中将复配酶溶液替换为相同体积的含有8.56U/g的深海酶溶液，减压浓缩后得到荛花纸药。
实施例3：
一种酶提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
参照实施例1的方法制备荛花纸药，区别在于步骤(2)中将复配酶溶液替换为相同体积的含有20U/g的果胶酶溶液，减压浓缩后得到荛花纸药。
实施例4：
一种酶提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
参照实施例1的方法制备荛花纸药，区别在于步骤(2)中将复配酶溶液替换为相同体积的含有6.67U/g的纤维素酶溶液，减压浓缩后得到荛花纸药。
对比例1：
一种提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
(1)采集1～2年生荛花树枝剥皮得到新鲜荛花皮，将新鲜荛花皮切断为约4cm*1cm规则大小；
(2)将上述处理好的荛花树皮与去离子水按照1：30的固液比(绝干)在pH为7，温度为100℃的条件下反应2h；
(3)反应结束后过滤收集滤液，将滤液置于沸水中加热5min后冷却至室温收集；
(4)减压浓缩：将上述冷却后的滤液进行减压浓缩获得具有高粘度的纸药。
对比例2：
一种提取荛花纸药的方法，包括如下步骤：
(1)采集1～2年生荛花树枝剥皮得到新鲜荛花皮，将新鲜荛花皮切断为约4cm*1cm规则大小；
(2)将上述处理好的荛花树皮与去离子水按照1：30的固液比(绝干)在pH为7，室温的条件下浸泡24h；
(3)反应结束后过滤收集滤液，将滤液置于沸水中加热5min后冷却至室温收集；
(4)减压浓缩：将上述冷却后的滤液进行减压浓缩获得具有高粘度的纸药。
测试例
纸药粘度测定：通过全自动旋转流变仪(TA DHR-3)在室温下(25℃)测定上述实施例及对比例减压浓缩后获得纸药粘度，结果如表1所示；随后将上述纸药在室温下保存，分别在12h和24h后取样通过同样的方法测定纸药粘度，结果如图2所示，根据GB/T 15672-2009测定纸药总糖浓度。
手工纸抄造及性能测定：取手工纸浆(绝干1g)通过快速凯赛抄纸法抄片，具体方法可参照GB/T 24326-2009，在抄纸过程中加入上述实施案例及对比案例所获得的纸药5mL，干燥后在国家标准恒温恒湿实验室测量纸张定量，同时进行物理指标的测试。依据GB/T453-2002测定纸浆抗张指数，依据GB/T455-2002测定纸浆撕裂指数。
结果如表1所示；并测定存放不同时间纸药粘度的变化，结果如表2所示。同时采用不同方法提取的纸药抄造纸张并测定纸张部分性能，结果如表3所示。
表1不同实施例制备得到的荛花纸药的粘度测试结果
表2不同实施例制备得到的荛花纸药经存放后的粘度测试结果
表3不同实施例制备得到的荛花纸药用于制备纸张后得到的纸张的表征性能
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 定量(g/m2) | 20.64 | 19.85 | 20.10 | 19.75 | 19.43 | 20.07 |
| 干抗张强度(N/m) | 1040 | 763 | 864 | 712 | 623 | 736 |
| 干抗张断裂长(％) | 2.19 | 1.72 | 1.86 | 1.64 | 1.53 | 1.66 |
| 撕裂度(mN) | 703 | 532 | 621 | 509 | 536 | 551 |
表1、表2结果表明通过复配酶法提取的纸药相比于单一酶及传统方法而言，具有更加高的粘性及耐久性。同时表3结果表明通过复配酶法提取的纸药抄造的纸张具有更加优异的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种酶在提取荛花纸药中的应用，其特征在于：
所述的酶为纤维素酶、深海酶和果胶酶；
所述的深海酶为深海酶Vm，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
所述的纤维素酶的加入量为6.67U/g，以绝干荛花树皮质量计；
所述的深海酶的加入量为8.56U/g，以绝干荛花树皮质量计；
所述的果胶酶的加入量为20U/g，以绝干荛花树皮质量计。
3.一种酶提取荛花纸药的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）采集新鲜荛花树皮，切割为规则大小；
（2）将切割后的荛花树皮与酶溶液混合，调节pH，加热反应；
（3）反应后过滤得到溶液，加热灭活；
（4）将灭活后的溶液浓缩后得到荛花纸药；
所述的酶为纤维素酶、深海酶和果胶酶；
所述的深海酶为深海酶Vm，其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤（1）所述的规则大小为4 cm*1 cm规则大小；
步骤（2）所述的荛花树皮与酶溶液的固液比为1g:30～50mL。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤（2）所述的调节pH为调节pH至4～8；
步骤（2）所述的加热反应为加热至40～60℃反应3～6h。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤（3）所述的加热灭活的条件为沸水灭活5min；
步骤（4）所述的浓缩为浓缩至步骤（2）中加入的溶液的体积的1/6。
7.根据权利要求3～6任一所述的方法制备得到的荛花纸药在造纸中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：
所述的纸为开化纸。
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