一种纸浆漂白复合酶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纸浆漂白复合酶及其制备方法，以耐高温碱性木聚糖酶为主要原料，科学复配嗜热芽孢杆菌培养物、漆酶及其介质、葡聚糖酶、EDTA、保护剂、激活剂、甘露糖酶、脂肪酶、单宁酶、果胶酶、白度稳定剂、非离子表面活性剂、抗氧化剂等，在完全保留纸浆纤维素的同时，最大限度地溶出木质素并将其降解，制备了一种酶系全、漂白效果好、易保存、储存稳定性好的纸浆漂白复合酶酶，对阔叶木、针叶木和芦苇黄浆可显著提高纸浆产量和质量，白度分别提高8.18％、8.13％和8.23％；返黄值分别降低38.35％、35.82％和31.76％；可节约常规化学用品量50-60％；最终达到降低成本和保护环境的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸用复合酶，具体涉及。
技术介绍
在工业生产中，制浆过程是在碱性的条件下，用高温蒸煮的方法除去木质素，为使 溶解制浆纤维素纯度达到98%，这就需要大量的氢氧化钠处理纸浆，造成了严重的环境污 染，为此许多学者转而尝试生物处理制浆，而用于制浆漂白的木聚糖酶应是耐热和耐碱的。 冯建良等（Kimura et al. 2000)用木聚糖酶预处理麦草与常规化学法制浆进行了比较试 验，木聚糖酶预处理提高了原料的脱木素程度，还可以降低制浆的卡伯值。木聚糖酶在辅 助漂白方面有较广泛而深入的研究，且取得了很大成果。研究发现，无论是针叶木浆、阔叶 木浆或是竹浆、草浆，木聚糖酶均可以降解纸浆中残余的木质素，提高了白度（AL BALAA et al, 2006 ;Meek and Lipman, 1922)。用于纸楽漂白的木聚糖酶必须具有耐高温特点，Khasin 等得到了一个来源于碱性菌株Bacillus sterarothermophilus T26木聚糖酶，该木聚糖酶 在pH 9. 0及65°C时对纸浆有最好的漂白效果（Khasin et al，1993)，很多木聚糖酶不具备 这样的特点，限制了商业化应用。全世界每年产生的废纸数量是惊人的，废纸回收后再利用 工作就变得尤为重要了，可以使在资源重复利用的同时也保护了环境。1991年，由韩国学者 首次报道了应用木聚糖酶能将油墨从新闻废纸浆中脱除。此后，人们开始研究利用木聚糖 酶进行废纸脱墨，以减轻或消除化学脱墨带来的环境污染（曹军卫等，2004)。 目前，以无元素氯和全无氯漂白工艺为代表的纸浆绿色清洁漂白已经成为世界各 国造纸业纸浆漂白发展的必然趋势，木聚糖酶酶法助漂新工艺已在欧洲和北美洲的30余 家大型纸厂得到应用，成为生物技术在造纸工业应用最成功的一例。其中加拿大有约10% 的硫酸盐法纸浆厂采用了该项新工艺。丹麦诺维信公司和美国山道斯化学公司等多家酶制 剂厂商，纷纷推出了专门用于制浆处理的木聚糖酶和纤维素酶新产品，但到目前为止，工业 上应用于纸浆漂白的木聚糖酶大多是中性偏酸的，最适反应温度大多在50°C左右，众所周 知，纸浆蒸煮和漂白基本都是在高温和强碱的条件下进行的，使得现有的低温酸性木聚糖 酶产品在此领域的应用受到极大的限制。 但是，由于木聚糖酶处理工艺是通过降解除去纸浆表面再沉积的半纤维素等方式 来帮助化学漂剂漂白的，木聚糖酶只能起到助漂的作用，不能真正替代化学漂剂。因此，生 物预漂白并不能完全替代化学漂白，能减少污染却不能最终消除污染，要从根本上消除有 氯漂白液的污染，需最终实现生物漂白，即完全采用生物手段除去纸浆中残留的木质素，因 为木质素的存在是纸浆返黄的根本原因，化学漂白可直接作用木质素而破坏纸浆中的发色 基团。木素酶可直接作用于木质素，对木质素进行降解，主要为白腐菌分泌的木素过氧化物 酶、锰过氧化物酶、漆酶和纤维二糖脱氢酶等，近几年研究的热点主要集中在漆酶的生物漂 白上，漆酶是一种多铜氧化酶，也称多酚氧化酶，主要氧化含酚的木质素结构单位，但天然 木材木质素只有少于20%的含酚结构单位，另通常真菌漆酶分子量较大（约为70000Da)难 以穿入木头中作用木质素分子，要想充分发挥其酶活性，必须添加漆酶介质，通常为紫尿 酸（VA)和1-羟基苯并三氮唑（HBT)，视不同漂白工艺而选用，并且漆酶的产量较小、稳定性 较差。 中国专利CN 102978986A公开了一种生物酶法制备纸浆的方法，所述生物酶制备 液中生物酶组分的质量百分比含量为：纤维素酶20%，半纤维素酶10%，木素降解酶10%， 淀粉酶20 %，脂肪酶5 %，果胶酶和漆酶20 % ;其中的纤维素酶会降解纸浆中的有效成分纤 维素，不易控制，严重影响成纸的物理机械性能，同时，上述生物酶适用于制浆工艺，而非漂 白工艺，并且，单一使用漆酶，其酶活力很难发挥，不能很好作用于木质素，纸浆返黄可能性 增大。中国专利CN 103555701A公开了一种纸浆漂白用复合酶液的生产方法，其特征是将 各组份酶经称量、复配罐混合配制、防腐、检验、包装后存放于5°C库房中，所述各组份酶为 碱性果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶和木质素酶；上述复合酶液酶种类和特性单一、木质素 酶活力低且没有公开木质素酶的具体种类，工业化难于实现，还是不能从根本上彻底消除 木质素，漂白效果仍不理想，并且不易保存、储存稳定性差，商品化应用受限。 综上，制备一种酶系全、漂白效果好、易保存、储存稳定性好的纸浆漂白酶具有广 阔的市场前景和巨大的市场潜在价值。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是克服现有纸浆漂白酶的缺陷，以耐高温碱性木聚糖酶 为主要原料，科学复配嗜热芽孢杆菌培养物、漆酶及其介质、葡聚糖酶、m)TA、保护剂、激活 剂、甘露糖酶、脂肪酶、单宁酶、果胶酶、白度稳定剂、非离子表面活性剂、抗氧化剂等，制备 一种酶系全、漂白效果好、易保存、储存稳定性好的纸浆漂白酶，在完全保留纸浆纤维素的 同时，最大限度地溶出木质素并将其降解，从根本上降低纸浆中木质素含量，增强脱木素效 果，同时适度复配白度稳定剂，可弥补生物漂白的不足，力争达到永久漂白，防止纸浆返黄， 提高成纸的产量和质量，以推进生物漂白在造纸工业的应用进程，最终达到降低成本和保 护环境的目的。 为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案： -种纸浆漂白复合酶，由以下重量份数的原料制备： 碱性木聚糖酶20-40份，嗜热芽孢杆菌培养物10-30份，漆酶10-20份，葡聚糖酶 5-8份，1-羟基苯并三氮唑3-8份，EDTA 3-8份，保护剂4-7份，激活剂4-7份，甘露糖酶4-6 份，脂肪酶3-5份，单宁酶3-5份，果胶酶3-5份，白度稳定剂2-5份，非离子表面活性剂2-4 份，抗氧化剂1 _3份。 所述碱性木聚糖酶和嗜热芽孢杆菌培养物是由产耐高温碱性木聚糖酶的嗜热芽 孢杆菌（Bacillus thermophilus) 701 (保藏编号为CCTCC Μ 2013537)为出发菌株，并通过 优化培养基组成和发酵工艺而制备； 所述碱性木聚糖酶耐高温、耐碱性强、作用条件宽泛、不具有纤维素酶活性，更加 适合纸浆的生物漂白和化学助漂； 所述耐高温碱性木聚糖酶的酶学性质如下： (1)温度：该酶温度适应范围较宽，适用温度范围为40-75°C，最适反应温度65°C， 在75 °C酶活完全稳定； (2)pH:该酶适用反应pH值范围为5. 0-11.0,在pH值为11.0时酶活完全稳定，最 适反应pH值为10. Ο ; (3)酶活性：发酵液碱性木聚糖酶酶比活力较高，为350-420IU/ml ; (4)热稳定性：该酶在70°C条件下保存lh后仍能保持80%以上酶活，75°C条件下 保存lh后保持70%以上酶活； (5)存储稳定性：该酶在室温下保存12个月后酶活损失小于3. 0%。 优选地，所述耐高温碱性木聚糖酶的制备方法如下：将保存完好的嗜热芽孢杆 菌CCTCC Μ 2013537的斜面菌种经活化和逐级扩大培养（包括一、二、三级种子培养以及 一级种子罐培养）得到种子液，以6 %接种量接入发酵罐，培养温度37-45°C，搅拌速度 200-700rpm，通风量（V/V)l:l-3,培养时间25-30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纸浆漂白复合酶，由以下重量份数的原料制备：碱性木聚糖酶20‑40份，嗜热芽孢杆菌培养物10‑30份，漆酶10‑20份，葡聚糖酶5‑8份，1‑羟基苯并三氮唑3‑8份，EDTA 3‑8份，保护剂4‑7份，激活剂4‑7份，甘露糖酶4‑6份，脂肪酶3‑5份，单宁酶3‑5份，果胶酶3‑5份，白度稳定剂2‑5份，非离子表面活性剂2‑4份，抗氧化剂1‑3份；所述碱性木聚糖酶和嗜热芽孢杆菌培养物均由产耐高温碱性木聚糖酶的嗜热芽孢杆菌CCTCC M 2013537为出发菌株，并通过优化培养基组成和发酵工艺而制备；所述激活剂是由如下质量组份的无机盐均匀混合而成：硫酸钠10‑15份，氯化锌6‑8份，氯化镁5‑8份，氯化钙3‑5份；所述保护剂由以下重量份数的原料组成：海藻糖20‑40份，灵芝多糖12‑18份，NaCl 10‑15份，(NH4)2SO45‑9份，半胱氨酸3‑5份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪兵，马乐凡，朱永明，胡永明，朱思铭，刘德凤，
申请(专利权)人：湖南新鸿鹰生物工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43