專利名稱:苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用的制作方法
本發(fā)明涉及一種酶的生產(chǎn)及其應(yīng)用，具體地說是一種脫膠果膠酶、其工業(yè)化的生產(chǎn)方法及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用。
苧麻(Bochmeria nivea)屬蕁麻科(Urticaceae)宿根性，多年生草本植物，原產(chǎn)我國(guó)，被歐美各國(guó)稱為“中國(guó)草”。產(chǎn)量約占世界的80％。苧麻纖維在麻類纖維中是最細(xì)最長(zhǎng)的，含量約占70％左右，是紡織工業(yè)的一種重要原料。由于在纖維上附著約占25-35％的膠質(zhì)(主要是果膠、半纖維素、木質(zhì)素等)。因此，要獲得工業(yè)上可以利用的纖維，必須進(jìn)行脫膠處理，纖維的脫膠處理直接關(guān)系到纖維的開發(fā)利用。數(shù)十年來，人們?cè)噲D改變采用化學(xué)脫膠工藝所帶來的環(huán)境污染和麻纖維紡織性能的部分劣化，因此本領(lǐng)域的許多研究工作者在努力尋找一種苧麻脫膠的新方法，生物脫膠受到了特別的關(guān)注。1953年，Chaudhurg.S.D曾報(bào)導(dǎo)某些細(xì)菌和真菌在發(fā)酵過程中可以分解果膠物質(zhì)而釋放纖維。1958年，Ali.M.M.提出利用果膠酶進(jìn)行麻類(如黃麻、亞麻等)纖維的脫膠。1972年，F(xiàn)ogarty.w.m.和Ward.o.p.報(bào)導(dǎo)產(chǎn)生果膠酶的微生物或果膠酶制劑在脫膠工藝中加以利用的可能性。1976年，藤重升永公開了一種微生物進(jìn)行苧麻脫膠的方法(日本專利，特開昭51-149976)，真菌產(chǎn)生的果膠酶中含有纖維素酶，且最適作用PH為酸性，因而造成纖維強(qiáng)度的下降，脫膠效果不穩(wěn)定，難以用于工業(yè)化生產(chǎn)。又如中國(guó)專利CN85104285、CN-85104284、CN-89104529公開了利用芽孢桿菌進(jìn)行苧麻生物脫膠的方法。中國(guó)專利97109044公開了一株嗜堿芽孢桿菌及其苧麻脫膠方法，但由于其生產(chǎn)的果膠酶活性比較低，脫膠時(shí)間較長(zhǎng)(16-24小時(shí))，也難于在工業(yè)上應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種具有高效率脫膠且不降低纖維強(qiáng)度的脫膠果膠酶、其工業(yè)化的生產(chǎn)方法及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用。
本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的其技術(shù)方案包括高效脫膠菌株選育、菌種培養(yǎng)、搖瓶發(fā)酵、脫膠酶液制備、苧麻扎把裝籠、浸酶處理、洗麻、拷麻、漂洗、漬油、脫水烘干等工藝過程。
所述的高效脫膠菌株選育是按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，在濟(jì)南土壤中通過自然采集菌樣，從近千株菌中經(jīng)搖瓶初篩、復(fù)篩，按NelsonSomogyi氏法測(cè)定酶活性，篩選到一株實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為No.13菌株，即枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，其生物學(xué)特性為菌體呈桿狀，染色均勻，G+、內(nèi)生孢子近端生，成橢圓形，孢子囊小于菌體，好氧，過氧化氫酶陽性，在含7％NaCl的肉湯中生長(zhǎng)良好。該菌種已于2000年11月20日提交中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心保藏，保藏號(hào)CCTCC NOM200038，并于2000年11月25日提供了存活證明。
所述的枯草芽孢桿菌CCTCC NOM200038的培養(yǎng)在含如下配比的斜面培養(yǎng)基上，能保持高產(chǎn)酶能力，菌體在該斜面培養(yǎng)基移接是穩(wěn)定的，斜面培養(yǎng)基配方為15-25％土豆汁100ml、蔗糖0.5-1.5g、果膠0.4-1.0g、酵母膏0.05-0.15g、瓊脂1.8-2.0g，消毒前PH7.2左右，100Pa滅菌20-30分鐘，放置成斜面，接種該菌種，30-34℃，培養(yǎng)24-48小時(shí)，備用。
所述的搖瓶發(fā)酵為CCTCC NOM200038菌種在規(guī)定的培養(yǎng)條件下可產(chǎn)生高果膠酶活性(以SIGMA聚半乳糖醛酸為底物)，同時(shí)能產(chǎn)生木聚糖酶(以SIGMA木聚糖為底物)、甘露聚糖酶(SIGMA槐豆膠為底物)等與脫膠有關(guān)的酶，而不產(chǎn)生纖維素酶(C1酶)，這種培養(yǎng)條件是培養(yǎng)基配方(％)麩皮2-6、玉米粉1-3、豆餅粉0.5-1.0、硫酸銨0.5-1.5、磷酸氫二鉀0.05-0.15、硫酸鎂0.05-0.1，消毒前，調(diào)PH值8.0-9.0，100Pa滅菌20-30分鐘，控制條件33-35℃左右，攪拌150-220r/min左右，培養(yǎng)24-48小時(shí)。在以上培養(yǎng)基中培養(yǎng)的菌株，按Nelson Somogyi(Nelson，N.J.Biol.chem，1944，153375-380)方法，測(cè)定果膠酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶的活力，一個(gè)酶活力單位定義為在測(cè)定條件下，由底物每分鐘釋放1μmol半乳糖醛酸(或木糖或甘露糖)所需的酶量。
所述的脫膠酶液制備為由搖瓶到一級(jí)種子罐到二級(jí)種子罐到發(fā)酵罐，三級(jí)發(fā)酵，生產(chǎn)脫膠酶液。按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，在含有碳源、氮源和無機(jī)鹽的培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酶。碳源指葡萄糖、淀粉、蔗糖、玉米粉等，氮源指硫酸銨、硝酸銨、牛肉膏、蛋白胨、豆餅粉、魚粉等，無機(jī)鹽指磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等。一個(gè)優(yōu)選產(chǎn)酶培養(yǎng)基配方為(％)麩皮2-6、玉米粉1-3、豆餅粉0.5-1.0、硫酸銨0.5-1.5、磷酸氫二鉀0.05-0.15、硫酸鎂0.05-0.1，消毒前用NaOH調(diào)PH值8.0-9.5，裝罐總體積不超過80％。三級(jí)發(fā)酵控制的參數(shù)是一、二、三級(jí)罐罐壓0.03MPa，發(fā)酵溫度34±1℃，通氣量1∶0.5-0.8，攪拌約150-220r/min，發(fā)酵時(shí)間一級(jí)罐約為8-18小時(shí)，二級(jí)罐約8-20小時(shí)，三級(jí)罐14-22小時(shí)，每隔4小時(shí)檢測(cè)PH、菌體形態(tài)、酶活性一次。一般的放罐條件是酶活性達(dá)到一定量不再增加，發(fā)酵液PH5.5左右，菌體生長(zhǎng)達(dá)到衰老期。發(fā)酵完成的粗酶液可加工成粉劑或濃縮酶制劑。
所述的浸酶處理為菌株工業(yè)化生產(chǎn)的粗酶液可直接用于苧麻原麻脫膠，將粗酶液直接放入脫膠鍋中，根據(jù)果膠酶活性的高低確定稀釋倍數(shù)，添加稀釋水，調(diào)整脫膠酶液PH值7.0-9.5左右，保溫45-55℃，通氣使酶液流動(dòng)，然后將裝有苧麻的麻籠放入脫膠鍋中浸麻2-4小時(shí)，即脫膠完成。脫膠后的余酶液添加適量的新鮮粗酶液，調(diào)PH值7.0-9.5，可以重復(fù)使用。
所述的洗麻是脫膠麻經(jīng)過熱水滅菌之后再用助劑常壓沸煮2小時(shí)。
所述的拷麻為輕拷重洗。
所述的漂洗工藝特征為浴比1∶10-12，雙氧水0.6-1.6克/升，純堿1.5％，PH值11±0.5，80-100℃保溫30-35分鐘，然后以70-80℃熱水沖洗，再用冷水沖洗干凈。
其后工序按常規(guī)進(jìn)行。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。已經(jīng)生產(chǎn)的985噸精干麻與化學(xué)脫膠精干麻相比脫膠制成率提高2.5％以上，殘膠率降低為2.0％左右，梳紡梳成率提高5.51％，紡紗制成率提高2.0％，麻條的質(zhì)量硬條率降低37.5％，不勻率降低26.3％，麻粒減少28.5％，長(zhǎng)度增長(zhǎng)25.9％，短纖率減少11.1％，兩種不同原料紡的紗以36NM純麻紗做比較單強(qiáng)變異系數(shù)CV減少8.54％，單紗斷裂強(qiáng)度提高3.9CN/tex，條干變異系數(shù)CV降低1.12％，粗節(jié)減少103個(gè)/Km，細(xì)節(jié)減少150個(gè)/Km，結(jié)雜減少138個(gè)/Km，36NM苧麻細(xì)紗機(jī)斷頭率124根/千錠時(shí)。兩種不同原料紡紗的織布比較，整經(jīng)因強(qiáng)力均勻，工效提高20％以上，漿紗因細(xì)紗斷頭少，減少70％的停臺(tái)時(shí)間，織布機(jī)臺(tái)班產(chǎn)量由15碼提到18碼以上，坯布一等品率為98％。經(jīng)測(cè)算，每生產(chǎn)一噸精干麻可節(jié)約成本273元。此外污染源減少80％以上，明顯增加了社會(huì)效益。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例本發(fā)明實(shí)施的工藝流程包括菌種選育→菌種培養(yǎng)→菌種產(chǎn)酶→三級(jí)發(fā)酵產(chǎn)酶→粗酶液；苧麻扎把裝籠→浸酶處理→洗麻→拷麻→漂洗→給油→脫膠→烘干。
在濟(jì)南土壤中通過自然采集菌樣，從近千株菌中經(jīng)搖瓶初篩、復(fù)篩，按Nelson Somogyi氏法測(cè)定酶活性，篩選到一株實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為No.13菌株，即枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，保藏號(hào)CCTCC NOM200038，其生物學(xué)特性為菌體呈桿狀，染色均勻，G+、內(nèi)生孢子近端生，成橢圓形，孢子囊小于菌體，好氧，過氧化氫酶陽性，在含7％NaCl的肉湯中生長(zhǎng)良好。
枯草芽孢桿菌CCTCC NOM200038菌種經(jīng)平板進(jìn)行選種分離之后，選出高酶活的種子，然后接斜面。在含如下配比的斜面培養(yǎng)基上，能保持高產(chǎn)酶能力，菌體在該斜面培養(yǎng)基移接是穩(wěn)定的，斜面培養(yǎng)基配方為20％土豆汁100ml、蔗糖1g、果膠0.7g、酵母膏0.1g、瓊脂1.8g，消毒前PH7.2左右，100Pa滅菌25分鐘，放置成斜面，接種該菌種，32℃，培養(yǎng)36小時(shí)，備用。
CCTCC NOM200038菌種在規(guī)定的培養(yǎng)條件下可產(chǎn)生高果膠酶活性(以SIGMA聚半乳糖醛酸為底物)，同時(shí)能產(chǎn)生木聚糖酶(以SIGMA木聚糖為底物)、甘露聚糖酶(SIGMA槐豆膠為底物)等與脫膠有關(guān)的酶，而不產(chǎn)生纖維素酶(C1酶)，這種培養(yǎng)條件是培養(yǎng)基配方(％)麩皮4、玉米粉2、豆餅粉0.8、硫酸銨1.0、磷酸氫二鉀0.1、硫酸鎂0.08，消毒前，調(diào)PH值8.5，100Pa滅菌30分鐘，控制條件34℃，攪拌180r/min，培養(yǎng)48小時(shí)。在以上培養(yǎng)基中培養(yǎng)的菌株，按Nelson Somogyi(Nelson，N.J.Biol.chem，1944，153375-380)方法，測(cè)定果膠酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶的活力，一個(gè)酶活力單位定義為在測(cè)定條件下，由底物每分鐘釋放1μmol半乳糖醛酸(或木糖或甘露糖)所需的酶量。
脫膠酶液制備為由搖瓶到一級(jí)種子罐到二級(jí)種子罐到發(fā)酵罐，三級(jí)發(fā)酵，生產(chǎn)脫膠酶液。按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，在含有碳源、氮源和無機(jī)鹽的培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)酶。碳源指葡萄糖、淀粉、蔗糖、玉米粉等，氮源指硫酸銨、硝酸銨、牛肉膏、蛋白胨、豆餅粉、魚粉等，無機(jī)鹽指磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等。一個(gè)優(yōu)選產(chǎn)酶培養(yǎng)基配方為(％)麩皮4、玉米粉2、豆餅粉0.8、硫酸銨1.0、磷酸氫二鉀0.1、硫酸鎂0.08，消毒前用NaOH調(diào)PH值8.5，裝罐總體積不超過80％。三級(jí)發(fā)酵控制的參數(shù)是一、二、三級(jí)罐罐壓0.03MPa，發(fā)酵溫度34℃，通氣量1∶0.7，攪拌200r/min，發(fā)酵時(shí)間一級(jí)罐18小時(shí)，二級(jí)罐18小時(shí)，三級(jí)罐22小時(shí)，隔4小時(shí)檢測(cè)PH、菌體形態(tài)、酶活性一次。一般的放罐條件是酶活性達(dá)到一定量不再增加，發(fā)酵液PH5.5左右，菌體生長(zhǎng)達(dá)到衰老期。
按每把麻重0.5Kg裝籠，苧麻要求刮剝質(zhì)量好，割去頭尾，干麻裝籠，然后置于盛有脫膠酶液的脫膠鍋中，酶∶水 1∶2，浴比1∶13，溫度50℃，PH值8.5，動(dòng)態(tài)脫膠，脫膠時(shí)間3小時(shí)。
洗麻是脫膠麻經(jīng)過用90℃的熱水滅菌洗麻30分鐘，再用助劑常壓沸煮2小時(shí)。
拷麻要求輕拷重洗。
漂洗用氧漂工藝，浴比1∶11，雙氧水1.2克/升，純堿1.5％，PH值11，90℃保溫30分鐘，然后以70℃熱水洗一次，再用冷水沖洗干凈。
其后工序按常規(guī)進(jìn)行。
本發(fā)明經(jīng)過整整九個(gè)月生產(chǎn)結(jié)果表明，不同產(chǎn)地，不同品種，不同收獲季節(jié)，不同刮制質(zhì)量的苧麻均可采用此方案完成脫膠加工。苧麻酶法脫膠，不僅工藝條件溫和，對(duì)設(shè)備材質(zhì)無特殊要求，流程短，成本較低，對(duì)人、動(dòng)植物無毒害，生產(chǎn)安全，脫膠廢水達(dá)到國(guó)家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，它包括高效脫膠菌株選育、菌種培養(yǎng)、搖瓶發(fā)酵、脫膠酶液制備、苧麻扎把裝籠、浸酶處理、洗麻、拷麻、漂洗、漬油、脫水烘干等工藝過程，其特征是所述的高效脫膠菌株選育通過自然采集菌樣分離篩選獲得，即枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、實(shí)驗(yàn)室編號(hào)為No.13，保藏號(hào)CCTCC NOM200038，其生物學(xué)特性為菌體呈桿狀，染色均勻，G+、內(nèi)生孢子近端生，成橢圓形，孢子囊小于菌體，好氧，過氧化氫酶陽性，在含7％NaCl的肉湯中生長(zhǎng)良好。
2.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的菌種培養(yǎng)為枯草芽孢桿菌菌種CCTCC NOM200038在如下配制的斜面上生長(zhǎng)良好，斜面培養(yǎng)基配方為15-25％ 土豆汁100ml、蔗糖0.5-1.5g、果膠0.4-1.0g、酵母膏0.05-0.15g、瓊脂1.8-2.0g，消毒前PH7.2左右，100Pa滅菌20-30分鐘，放置成斜面，接種該菌種，30-34℃，培養(yǎng)24-48小時(shí)，備用。
3.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的搖瓶發(fā)酵為CCTCC NOM 200038菌種在規(guī)定的培養(yǎng)條件下可產(chǎn)生高果膠酶活性，同時(shí)能產(chǎn)生木聚糖酶、甘露聚糖酶等與脫膠有關(guān)的酶，這種培養(yǎng)條件是培養(yǎng)基配方(％)麩皮2-6、玉米粉1-3、豆餅粉0.5-1.0、硫酸銨0.5-1.5、磷酸氫二鉀0.05-0.15、硫酸鎂0.05-0.1，消毒前，調(diào)PH值8.0-9.0，100Pa滅菌20-30分鐘，控制條件33-35℃，攪拌150-220r/min，培養(yǎng)24-48小時(shí)。
4.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的脫膠酶液制備為由搖瓶到一級(jí)種子罐到二級(jí)種子罐到發(fā)酵罐，三級(jí)發(fā)酵，其培養(yǎng)基配方為(％)麩皮2-6、玉米粉1-3、豆餅粉0.5-1.0、硫酸銨0.5-1.5、磷酸氫二鉀0.05-0.15、硫酸鎂0.05-0.1，消毒前用NaOH調(diào)PH值8.0-9.5，裝罐總體積不超過80％，菌株工業(yè)化發(fā)酵條件為溫度34±1℃，罐壓0.03MPa，通氣量1∶0.5-0.8，攪拌約150-220r/min，發(fā)酵時(shí)間為8-22小時(shí)。
5.按權(quán)利要求
4所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是發(fā)酵時(shí)間一級(jí)罐為8-18小時(shí)，二級(jí)罐為8-20小時(shí)，三級(jí)罐為14-22小時(shí)。
6.按權(quán)利要求
4或5所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是發(fā)酵完成的粗酶液可加工成粉劑或濃縮酶制劑。
7.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的浸酶處理為菌株工業(yè)化生產(chǎn)的粗酶液可直接用于苧麻原麻脫膠，粗酶液用于苧麻原麻的脫膠條件是根據(jù)果膠酶活性的高低確定稀釋倍數(shù)，脫膠稀釋液調(diào)整至PH值7.5-9.5，脫膠溫度保持在45-55℃，通氣使脫膠液處于動(dòng)態(tài)，脫膠時(shí)間為2-4小時(shí)。
8.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的洗麻是脫膠麻經(jīng)過熱水滅菌之后再用助劑常壓沸煮2小時(shí)。
9.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的拷麻為輕拷重洗。
10.按權(quán)利要求
1所述的苧麻脫膠果膠酶的生產(chǎn)及其在苧麻脫膠工藝中的應(yīng)用，其特征是所述的漂洗工藝特征為浴比1∶10-12，雙氧水0.6-1.6克/升，純堿1.5％，PH值11±0.5，80-100℃保溫30-35分鐘，然后以70-80℃熱水沖洗，再用冷水沖洗干凈。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種果膠酶及其在苧麻脫膠工藝中應(yīng)用的方法,它是通過自然采集菌樣,按Nelson Somogyi氏法測(cè)定酶活性,篩選而得,即枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis),保藏號(hào)CCTCC NO:M200038,其特點(diǎn)是:培養(yǎng)條件要求粗放,生長(zhǎng)繁殖快,產(chǎn)果膠酶活性高,發(fā)酵粗酶液直接用于苧麻脫膠,2－4小時(shí)即可完成,脫膠率達(dá)97.5－98.5%,纖維分散度100%,完全適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn),脫膠纖維質(zhì)量好,不損傷纖維,環(huán)境污染減少80%以上。
文檔編號(hào)C12S3/00GKCN1366043SQ01106844
公開日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年1月15日
發(fā)明者劉自镕, 王冬毛, 任建平, 楊光輝, 馮瑞良, 李雪梅 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 湖南省沅江二苧麻紡織廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan