一种碱性果胶酶生产方法及在造纸制浆中的应用技术

本发明专利技术公开了一种碱性果胶酶生产方法，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备，其特征是所述的菌株选育通过自然采集菌样分离筛选、细胞水平下菌种诱变获得，即耐热枯草芽胞杆菌（Ｈｅａｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔＢａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）、实验室编号为ＭＡＰＬＥ６１，保藏号：ＣＣＴＣＣ?ＮＯ：Ｍ２０１０００４，用于造纸制浆时，即将原料在浸酸处理后，用碱性果胶酶液浸泡，本发明专利技术用于造纸制浆时，制备的化学浆具有良好的强度性能和可漂白性能，经过简单的氧化氯漂白后，浆白度可达到８０％－９０％，断裂长可达到６０００ｍ～７０００ｍ，同时节约了２０﹪～４０﹪的用碱量，生产成本降低２０﹪左右。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种果胶酶及造纸制浆工艺，具体地说是一种碱性果胶酶生产方法及在造纸制浆中的应用。
技术介绍
现代造纸工艺已有几百年的历史，但造纸工艺的进步却非常缓慢。传统的化学制浆工艺，如烧碱法、硫酸盐法等，该类工艺都具有高温、高压、高能耗、得率低、损伤纤维强度等缺点，不仅生产成本高，还具有一定的安全隐患，在生产过程中还会产生大量黑液，具有粘度高、有机物含量低、硅含量高、热值低等特点，导致难以进行有效回收，造成了严重的环境污染。生物制浆技术被认为是解决此类问题的有效途径之一。国内外大量的研究表明，原料经过生物处理后，可以降低蒸煮时的化学物质消耗，因而降低了黑液的污染负荷。现有的生物处理工艺主要有两类：一类是采用微生物直接处理原料，一类是采用木质素酶、木聚糖酶、半纤维素酶等处理原料。采用微生物直接处理原料的，如公开号为CN1683711A，专利技术名称为一种造纸生物制浆工艺；公开号为CN1420229A，专利技术名称为一种造纸草浆制浆工艺；公开号为CN101225614A，专利技术名称为一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法；公开号为CN1188830A，专利技术名称为生物脱木素－机械制浆技术等专利申请都是采用微生物直接处理原料，它们的主要缺点有：⑴生物处理周期长，一般需几天时间；⑵微生物处理前，一般应对原料进行灭菌处理，增加了生产成本，同时有可能降低原料质量；⑶生物处理过程难以有效控制，常常出现处理后的原料质量均匀性差，碳水化合物降解严重等问题，导致制浆得率降低；⑷生物处理后原料质量均匀性差，还直接影响制浆质量，从而影响最终的产品质量；⑸采用上述方法生产出的纸浆与普通化学浆相比，纸浆的物理性能及漂白性能都较差，不能用来生产高白度、高强度的纸张，只能用来生产低档次的纸张。采用木质素酶、木聚糖酶、半纤维素酶等酶处理原料的，如公开号为CN1616758A，专利技术名称为生物制浆工艺；公开号为CN1421570A，专利技术名称为草类原料酶法制浆的方法等专利，该工艺的主要缺点是：酶液的成本高，在工业化生产中不占有成本优势；同时，木质素酶、木聚糖酶、半纤维素酶对相应成分的破坏难以控制，可能过多去除木质素、木聚糖、半纤维素，影响纸浆得率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碱性果胶酶生产方法及在造纸制浆中的应用，其使用成本低、环保且过程可控。本专利技术是利用细菌经液体深层发酵生产的碱性果胶酶，其酶活力测定是用DNS显色，分光光度计比色法测得。其测定条件为：以1﹪的果胶为底物在pH9.6、60℃水浴反应10分钟，加DNS沸水浴显色，550nm比色。酶活力单位定义为：在测定条件下，每小时水解果胶产生1mg还原糖（以半乳糖醛酸计）所需的酶量定义为一个酶活力单位。-->本专利技术是采用如下技术方案实现其专利技术目的的，一种碱性果胶酶生产方法，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备。本专利技术所述的菌株选育是按照本领域已知的方法，在土壤中通过自然采集菌样，从近百株菌株中经摇瓶筛选得到二株出发菌株，并在细胞水平下采用亚硝基胍和紫外线辐射诱变得到近万株菌株，经过摇瓶筛选得到一株实验室编号为MAPLE61的菌株，即耐热枯草芽胞杆菌（Heat-resistant Bacillus subtilis），其生物学特性为：菌体呈杆状，菌体两端较平整，单个细胞(0.7—0.75)*(2.5—2.9)微米，无荚膜，周生鞭毛，菌落乳白色，革兰氏染色阳性，需氧菌，液体培养生长期菌体多数呈链状排例且以三连体或四连体居多；形成芽胞，芽孢形态椭圆到杆状，（0.6—0.8）*（1.0—1.4）微米，位于菌体中央或稍偏。该菌种已于2010年1月11日提交中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号为：CCTCC NO：M 2010004，并于2010年1月15日提交了保藏存活证明。本专利技术所述的菌种培养为CCTCC NO：M 2010004菌种在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g-10g，酵母膏5g-10g，蛋白胨10g-15g，葡萄糖5g-10g，氯化钠5g-10g，碳酸钠0.3-0.5g, 琼脂粉20g，调pH值6.9－7.1，0.1MPa灭菌20分钟－30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，33℃－35℃，培养18小时－24小时，备用。本专利技术所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 2010004菌种在规定的培养条件下可产生高活力的果胶酶，这种培养条件是：以质量计，培养基配方(﹪)麦麸6－8、玉米粉0.5－1、玉米浆（氮含量40％）1－2、氯化钠0.5－0.8、碳酸钠0.2-0.3、纤维质粉1－2、水85.0－91.0，其中所述各组分之和为100﹪，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟－35分钟，培养条件：33℃－35℃，转速260 r/分钟 -280r/分钟，培养18小时-22小时。本专利技术所述的酶液制备为由茄瓶斜面到种子罐到发酵罐，二级发酵，以质量计，其培养基配方为（﹪）麦麸6－8、玉米粉0.5－1、玉米浆（氮含量40％）1－2、氯化钠0.5－0.8、碳酸钠0.2-0.3、纤维质粉1－2、水85.0－91.0，其中所述各组分之和为100﹪，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟－35分钟，装罐总体积不超过70％；培养条件：温度（℃）：33－38，搅拌转速（r/分钟）：180－220，通气量（v/v）：1：0.25－0.55，罐压0.06 MPa－0.08MPa，培养周期：种子罐为7小时-8小时，发酵罐为12小时-16小时。本专利技术为利于菌体的生长和酶液的产生，种子罐的培养条件：温度（℃）：36℃－38℃，搅拌转速（r/分钟）：220，通气量（v/v） 0时－5时，1：0.40－0.46、5时以后1：0.50－0.56；发酵罐的培养条件：温度（℃）：0小时－4小时，36－38，4小时以后33－35，搅拌转速（r/min）：0小时－4小时，180，4小时－6小时，200，6小时以后220，通气量（v/v）：0小时－4小时，1：0.25－0.27，4小时－6小时，1：0.33－0.36，6小时以后1：0.5－0.55。本专利技术为制备标准果胶酶液，在酶液制备后，将发酵醪液经过板框过滤、硅藻土除菌，经防腐处理得到酶活力保持率（15℃ 三个月）为95﹪以上的标准果胶酶液。一种上述碱性果胶酶在造纸制浆中的应用，它是在造纸原料经预处理、浸酸处理后进行酶处理，即将原料用碱性果胶酶液浸泡，酶处理条件为：活力20u/ml ～120u/ml，温度50℃～60℃，pH值8.0～9.0，浸酶时间50分钟～150分钟，碱性果胶酶液与原料绝干-->质量比为1:6～8；酶处理后在蒸煮锅中蒸煮，蒸煮条件为：NaOH浓度 6﹪～12﹪，温度为120℃～150℃，时间为30分钟～120分钟，碱液与原料绝干质量比为1:6～10。本专利技术为降低成本，在造纸原料经预处理、浸酸处理后，酶处理前用制浆废液预浸10分钟～30分钟，废液中的残碱浓度为2 g/L～10g/L（以NaOH计）。本专利技术所述的造纸原料为麦草、稻草、玉米秸秆、芦苇、棉花、竹子、苎麻、亚麻、红麻、剑麻、蔗渣、龙须草、枸树皮中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性果胶酶生产方法，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备，其特征是所述的菌株选育通过自然采集菌样分离筛选、细胞水平下菌种诱变获得，即耐热枯草芽胞杆菌（Ｈｅａｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、实验室编号为ＭＡＰＬＥ６１，保藏号：ＣＣＴＣＣ　ＮＯ：Ｍ　２０１０００４，其生物学特性为：菌体呈杆状，菌体两端较平整，单个细胞（０．７－０．７５）＊（２．５－２．９）微米，无荚膜，周生鞭毛，菌落乳白色，革兰氏染色阳性，需氧菌，液体培养生长期菌体多数呈链状排例且以三连体或四连体居多；形成芽胞，芽孢形态椭圆到杆状，（０．６－０．８）＊（１．０－１．４）微米，位于菌体中央或稍偏。

【技术特征摘要】
1.一种碱性果胶酶生产方法，它包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备，其特征是所述的菌株选育通过自然采集菌样分离筛选、细胞水平下菌种诱变获得，即耐热枯草芽胞杆菌（Heat-resistant Bacillus subtilis）、实验室编号为MAPLE61，保藏号：CCTCC NO：M 2010004，其生物学特性为：菌体呈杆状，菌体两端较平整，单个细胞(0.7—0.75)*(2.5—2.9)微米，无荚膜，周生鞭毛，菌落乳白色，革兰氏染色阳性，需氧菌，液体培养生长期菌体多数呈链状排例且以三连体或四连体居多；形成芽胞，芽孢形态椭圆到杆状，（0.6—0.8）*（1.0—1.4）微米，位于菌体中央或稍偏。2.根据权利要求1所述一种碱性果胶酶生产方法，其特征是所述的菌种培养为CCTCC NO：M 2010004菌种在如下配制的斜面上生长良好，斜面培养基配方为：1000mL蒸馏水中，加入牛肉膏5g-10g，酵母膏5g-10g，蛋白胨10g-15g，葡萄糖5g-10g，氯化钠5g-10g，碳酸钠0.3g-0.5g，琼脂粉20g，调pH值6.9－7.1，0.1MPa灭菌20分钟－30分钟，制成试管斜面，接种该菌种，33℃－35℃，培养18小时－24小时，备用。3.根据权利要求1所述一种碱性果胶酶生产方法，其特征是所述的摇瓶发酵为CCTCC NO：M 209147菌种在规定的培养条件下可产生高活力的果胶酶，这种培养条件是：以质量计，培养基配方(﹪)麦麸6－8、玉米粉0.5－1、玉米浆（氮含量40％）1－2、氯化钠0.5－0.8、碳酸钠0.2-0.3、纤维质粉1－2、水85.0－91.0，其中所述各组分之和为100﹪，灭菌前，调pH值为8.0-8.5，0.1MPa灭菌25分钟－35分钟，培养条件：33℃－35℃，转速260 r/分钟 -280r/分钟，培养18小时-22小时。4.根据权利要求1所述一种碱性果胶酶生产方法，其特征是所述的酶液制备为由茄瓶斜面到种子罐到发酵罐，二级发酵，以质量计，其培养基配方为（﹪）麦麸6－8、玉米粉0.5－1、玉米浆（氮含量40％）1－2、氯化钠0.5－0.8、碳酸钠0.2-0.3、纤维质粉1－2、水85.0－91.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠兴，杨忠义，郝志军，焦志民，
申请(专利权)人：沅江浣溪沙酶技术有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]