本发明专利技术属于微生物发酵和聚合物表面改性技术领域，具体是提供了一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于胞外酶的生产过程和聚乙烯表面疏水性的改性方法。本发明专利技术采用芽孢杆菌YP1(CGMCC6318，Bacillus sp.YP1)与发酵培养基混合发酵，采用硫酸铵沉淀和冷冻干燥相结合的方法分离浓缩得粗酶；然后用所得胞外粗酶与聚乙烯混合，在37℃、125r/min震荡下进行表面改性，红外显微成像分析和接触角(WCA)测定表明改性聚乙烯表面出现极性基团羰基，接触角降低，聚乙烯变得相对亲水。本发明专利技术方法的优点在于具有优良改性效果的同时，不需要特殊的仪器、操作简单、对环境无污染；且采用自制粗酶代替商品化纯酶，使得成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，属于微生物发酵和聚合物表面改性
技术介绍
从二十世纪中叶，不同类型的聚合物已经广泛应用到我们的生产生活中。在这些不同种类的聚合物中，聚乙烯(PE)由于其供应量大、优良的耐化学性和加工性能、加工所需能量低、成本低等特点，大量用于制造塑料袋、塑料薄膜、牛奶桶等产品，被广泛用于国民经济和人类生活的各个方面。然而，由于聚乙烯分子量过大、疏水性强、表面能过低的特点，其对其他材料的粘附力很差，这限制了其在诸如涂胶、绘画、印刷等领域的应用。为提高聚乙烯的表面性能，有必要对聚乙烯进行表面改性。 聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。大量的表面改性技术已经用来改性聚合物表面，如等离子体、电晕放电、放射线处理、离子束处理、火焰处理、化学处理等技术。最常见的技术之一是通过氧化在聚合物表面引进极性基团。文献中描述的大多数用于改变聚合物表面的常规方法都需要强烈的化学试剂，这使得工业废物的生态冲击及废弃物的处理受到广泛关注。相反地，为了降低刺激性化学物质的危险使用和它们的环境冲击，生化技术必须应用到高分子加工中。 材料表面的酶处理提供了一种新的改性方法。酶是一类活细胞产生的，具有催化能力的生物催化剂。生物酶在聚合物表面改性方面有很多应用，如植物纤维的除果胶和天然蚕丝的脱丝胶、生物酶退浆、生物抛光等可改善聚合物表面的物理结构或改变聚合物的表面性质。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯等工业包装膜的表面亲水性的改善，为使用廉价、低污染性的水性油墨提供了可能；聚乙烯表面亲水性的改善可以制备新型的无雾滴聚乙烯棚膜。聚乙烯、聚丙烯纤维的表面亲水性改善可以提高它们的染色性，从而可以用作布料；纤维的表面亲水性改善还可以为制备抗静电织物提供一种新型的方法。Zhao等采用大豆过氧化酶(SBP)对高密度聚乙烯(HDPE)薄膜进行表面改性，并研究了改性前后HDPE薄膜的性质变化，结果显示SBP处理HDPE10分钟后HDPE表面接触角从80°降到50°；材料表面层生成羰基，这表明酶的催化作用已可应用于聚乙烯的表面氧化。极性基团的生成使聚合物表面活化，达到了提高聚合物表面张力的目的。
技术实现思路
本专利技术是按以下技术方案实现的，芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其包括胞外酶的生产过程和酶对聚乙烯表面疏水性的改性方法。 1.胞外酶的生产过程，其步骤为： (1)菌株YP1的培养过程 a.活化菌株：首先在所用芽孢杆菌YP1(CGMCC6318)保存菌种斜面上挑取一环菌株，划线接种到固体培养基上，培养1～2d；然后在无菌操作下，取灭菌过150mL锥形瓶，向其中加入100mL液体种子培养基-普通肉汤培养基(牛肉膏3g，蛋白胨10g，氯化钠5g，加去离子水至1L，pH7.4±0.2)，用经火焰灭菌后的接种环从平板上挑取活化菌种的一个单菌落，于液体培养基中靠壁划线，用无菌透气封口膜封口，在37℃、125r/min下震荡培养24h。 b.制备种子液：将活化菌液在无菌条件下分装至50mL离心管中，在3800rpm下离心20min。离心结束后去掉上清液，在无菌条件下，向离心后的菌体沉淀中加生理盐水(0.85％)至10mL，配成菌悬液。 (2)发酵过程 向装有200mL发酵培养基(配方(g/L)：葡萄糖20，KH2PO40.7，K2HPO40.7，MgSO4·7H2O0.7，NaNO32.0，NaCl0.005，FeSO4·7H2O0.002，ZnSO4·7H2O0.002，MnSO4·H2O0.001)的500mL锥形瓶中加入1.0mL菌悬液，无菌透气封口膜封口，在37℃、125r/min下震荡培养24h。同样条件下间歇培养。 (3)生物酶的分离浓缩过程 a.离心：摇床培养24h后3800rpm、4℃离心20min，上清液即为发酵液。 b.硫酸铵沉淀：在4℃不断搅拌下，将磨成细粉的硫酸铵缓慢加入上清液中至85％饱和(每100mL发酵液加56.8g硫酸铵)，继续搅拌30min后再在4℃下保温一整夜；将所得制剂在4000rpm、4℃下离心40min，弃去上清液，收集蛋白质沉淀；将沉淀悬浮于1～2倍沉淀物体积的去离子水中，离心去除不溶物质，硫酸铵通过Mw3500Da的透析袋透析除去。 c.冷冻干燥：将透析后溶液用0.45μm滤膜过滤；-20℃预冻后冻干机冷冻干燥，最后得胞外粗酶。 2.胞外酶对聚乙烯表面疏水性的改性过程为： 将聚乙烯薄膜裁成合适大小(如1.5cm×1.0cm)，用1％SDS溶液浸泡20～30min，然后用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥。向装有聚乙烯小片的50mL锥形瓶中，加入10mL灭菌的100mM磷酸盐缓冲液(pH7.0)和适量上述生产的胞外酶；同样条件，未加酶的作对照实验。37℃、125r/min震荡下反应。一段时间后取样，用1％SDS溶液浸泡样品20～30min，用蒸馏水彻底冲洗，自然干燥后以红外显微成像和接触角表征改性效果。 本专利技术方法的优点在于具有优良改性效果的同时，不需要使用特殊的仪器、操作简单、对环境无污染；且采用自制粗酶代替商品化纯酶，使得成本较低。 附图说明 图1为聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性前后的红外显微成像结果。其中，a为聚乙烯薄膜经酶改性前后的ATR-FTIR光谱图，在1746和1053cm-1处有新吸收峰出现，右上角图为对1770～1775cm-1部分的放大；b和c分别为未改性和酶改性聚乙烯薄膜在1746cm-1处的显微红外图像，图像的尺寸均为100×100μm2，两图的颜色标尺设为一致，红色区域代表吸光度最高，蓝色代表吸光度最低，从高到低的顺序为红>黄>绿>青>蓝，未改性聚乙烯表面无羰基吸收峰，粗酶改性后聚乙烯表面出现了羰基峰。 图2为聚乙烯薄膜经芽孢杆菌YP1胞外粗酶改性前后的接触角(WCA)结果。未改性聚乙烯的WCA为98.1±2.2°，酶改性后聚乙烯的WCA为78.8±4.8°，*表示两独立样本t检验p<0.001，表明酶处理前后聚乙烯薄膜的WCA有显著性差本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于胞外酶的生产过程和聚乙烯表面疏水性的改性方法。
【技术特征摘要】
1.一种利用芽孢杆菌胞外酶表面改性聚乙烯的方法，其特征在于胞外酶的
生产过程和聚乙烯表面疏水性的改性方法。
2.根据权利要求1所述，其特征在于胞外酶的生产过程：在选定的培养基
中接种芽孢杆菌YP1种子液，在适宜的产酶条件下发酵，然后通过一定的方法
分离浓缩得到胞外粗酶。
3.根据权利要求2所述的胞外酶的生产过程，其特征是：本发明采用的菌
株为芽孢杆菌YP1(CGMCC6318，Bacillus sp.YP1)，所用种子培养基为普通肉
汤培养基(牛肉膏3g，蛋白胨10g，氯化钠5g，加去离子水至1L，pH7.4±
0.2)。
4.根据权利要求2所述的胞外酶的生产过程，其特征是：本发明采用200mL
培养基/500mL锥形瓶体系；发酵产酶培养基组成为(g/L)：葡萄糖20，KH2PO40.7，K2HPO40.7，MgSO4·7H2O0.7，NaNO32.0，NaCl0.005，FeSO4·7...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，汪祥燕，杨宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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