一種利用沼液和造紙黑液製備木質素酶的方法與流程
2023-06-27 02:30:26
本發明公開了一種利用沼液和造紙黑液製備木質素酶的方法，屬於木質素酶製備技術領域。
背景技術：
木質素酶是具有催化木質素氧化降解能力的一類酶的總稱，這類酶催化氧化還原反應，系統名為氧化還原酶，俗名為脫氫酶，其包括四個組份：漆酶即系統名為本二酚氧化還原酶，作用與鄰醌醇和對醌醇，氨基苯酚和本二胺的氧化反應；木質素過氧化物酶即系統名為木質素過氧化氫氧化還原酶，催化木質素的氧化反應；錳過氧化物酶即系統名為二價錳過氧化氫氧化還原酶，催化二價錳氧化成三價錳的反應，是木質素氧化降解；二芳基丙烷過氧化物酶又稱木質素酶I即系統名為二芳基丙烷：氧，過氧化氫 氧化還原酶，催化許多相關典型化合物碳—碳鍵的斷裂和苯甲醇氧化生成醛或酮。
木質素酶不僅對木質素，而且對許多種類的有機物尤其是人工合成的有機汙染物都有很強的降解能力，而且具有高譜、高效、低耗、高適用性等特點。這種特殊的降解機制在飼料工業、化學工業、煤炭化學和環境保護方面展現了巨大的應用前景，已經引起了學術界和工業界的廣泛關注。
目前木質素酶的生產大多採用合成培養基，進行液態深層發酵生產，必須添加昂貴的誘導物藜蘆醇，並且發酵周期長，生產成本高，酶活低，難於進行大規模的生產。最近的幾十年，學者逐漸開始用固態發酵技術生產木質素酶，它可模仿天然微生物的生長過程，生產人們需要的產品，但產量很低，實現工業化困難。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對目前傳統方法在製備木質素酶的過程中，大多數採用合成培養基進行液態深層發酵生產，且必須添加昂貴的誘導物，不僅發酵周期長、生產成本高，而且酶活性低，產量較少，難以大規模生產的現狀，提供了一種利用沼液中豐富可降解木質素菌種，依附於自製的玉米秸稈中進行培養發酵，再通過造紙黑液中豐富的木質素，對其進行誘導篩選有益菌種，通過厭氧有氧兩種發酵，最後通過濃縮噴霧乾燥，從而得到利用沼液和造紙黑液製備木質素酶的方法。該方法操作工藝簡便，利用造紙黑液為原料，不僅降低了生產成本，減少了環境汙染，而且在無需添加昂貴誘導物的情況下製得的木質素酶酶活性高達550U/mL，產量較多，可進行大規模生產應用。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）取番薯去皮，將其切成邊長為0.3～0.6cm的方塊放入蒸鍋中，向蒸鍋中加入去皮後番薯質量60～65％的質量分數為0.9％的氯化鈉溶液，攪拌均勻，再進行加熱直至蒸鍋內的液體沸騰，保持溫度20～30min，自然冷卻至室溫，進行減壓過濾，收集過濾液，得番薯營養液；
（2）按重量份數計，取40～50份上述所得的番薯營養液、20～25份蛋白腖、15～20份酵母浸膏、8～12份羧甲基纖維素鈉、3～6份氯化鈣、1～4份七水硫酸鐵及1～2份硫酸二氫鉀，攪拌均勻，在120℃下滅菌25～30min，得浸漬營養液；
（3）取玉米秸稈放入90℃的乾燥箱中乾燥10～15min，取出並浸泡於上述所得的浸漬營養液中，在30～35℃下浸泡過夜，按固液比1:3，再將浸泡後的秸稈取出放入經減壓過濾後的沼液中浸泡1～2h，再將混合物移入發酵池內，密封發酵池，使用二氧化碳將發酵池內的空氣排出；
（4）待上述空氣排出後，控制發酵池內的溫度為35～40℃，以130r/min攪拌發酵10～12天，在發酵過程中向發酵池內加入造紙黑液，起始加入量為發酵池容積的1～3％，每隔9～10h，添加一次造紙黑液，每添加一次，造紙黑液的添加量比上一次添加量增加0.5～0.8％；
（5）待上述發酵結束後，以10m3/h的速率向發酵池內通入無菌風，通入時間40～50min，在通風結束後，收集發酵液，將發酵物放入擠壓機中進行擠壓直至無液體流出，收集擠壓液，將其與發酵液混合放入離心機中，在3000～5000r/min下分離10～15min，收集上清液；
（6）把上述所得的上清液放入濃縮罐中濃縮，濃縮至原體積的30～40％，將所得的濃縮液放入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥，入口溫度為110～120℃，出口溫度為60～70℃，收集乾燥物，即可得到木質素酶。
本發明的應用方法是：在造紙行業進行生物製漿的過程中，向其中加入漿料質量5～10％的本發明製得的木質素酶，充分攪拌均勻，即可。不僅可以有效降低生產成本，使得紙漿具有更好的抗張強度和平滑度，而且可以提高紙漿得率，檢測後發現，添加了本發明製得的木質素酶的紙漿得率比未添加本發明製得的木質素酶的紙漿得率高45％以上，可以大規模推廣應用。
本發明的有益效果是：
（1）本發明方法獨特新穎，不僅未添加昂貴的誘導物，而且以造紙黑液為原料，在降低了成本的同時減少了環境汙染，屬於環保生產工藝；
（2）本發明操作簡單易行，可以顯著提高木質素酶的活力，使得木質素酶酶活性從500U/mL增加到550U/mL，且產量較多，可進行大規模生產應用。
具體實施方式
首先取番薯去皮，將其切成邊長為0.3～0.6cm的方塊放入蒸鍋中，向蒸鍋中加入去皮後番薯質量60～65％的質量分數為0.9％的氯化鈉溶液，攪拌均勻，再進行加熱直至蒸鍋內的液體沸騰，保持溫度20～30min，自然冷卻至室溫，進行減壓過濾，收集過濾液，得番薯營養液；然後按重量份數計，取40～50份上述所得的番薯營養液、20～25份蛋白腖、15～20份酵母浸膏、8～12份羧甲基纖維素鈉、3～6份氯化鈣、1～4份七水硫酸鐵及1～2份硫酸二氫鉀，攪拌均勻，在120℃下滅菌25～30min，得浸漬營養液；之後取玉米秸稈放入90℃的乾燥箱中乾燥10～15min，取出並浸泡於上述所得的浸漬營養液中，在30～35℃下浸泡過夜，按固液比1:3，再將浸泡後的秸稈取出放入經減壓過濾後的沼液中浸泡1～2h，再將混合物移入發酵池內，密封發酵池，使用二氧化碳將發酵池內的空氣排出；待上述空氣排出後，控制發酵池內的溫度為35～40℃，以130r/min攪拌發酵10～12天，在發酵過程中向發酵池內加入造紙黑液，起始加入量為發酵池容積的1～3％，每隔9～10h，添加一次造紙黑液，每添加一次，造紙黑液的添加量比上一次添加量增加0.5～0.8％；待上述發酵結束後，以10m3/h的速率向發酵池內通入無菌風，通入時間40～50min，在通風結束後，收集發酵液，將發酵物放入擠壓機中進行擠壓直至無液體流出，收集擠壓液，將其與發酵液混合放入離心機中，在3000～5000r/min下分離10～15min，收集上清液；最後把上述所得的上清液放入濃縮罐中濃縮，濃縮至原體積的30～40％，將所得的濃縮液放入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥，入口溫度為110～120℃，出口溫度為60～70℃，收集乾燥物，即可得到木質素酶。
實例1
首先取番薯去皮，將其切成邊長為0.3 cm的方塊放入蒸鍋中，向蒸鍋中加入去皮後番薯質量60％的質量分數為0.9％的氯化鈉溶液，攪拌均勻，再進行加熱直至蒸鍋內的液體沸騰，保持溫度20min，自然冷卻至室溫，進行減壓過濾，收集過濾液，得番薯營養液；然後按重量份數計，取40份上述所得的番薯營養液、20份蛋白腖、15份酵母浸膏、8份羧甲基纖維素鈉、3份氯化鈣、1份七水硫酸鐵及1份硫酸二氫鉀，攪拌均勻，在120℃下滅菌25min，得浸漬營養液；之後取玉米秸稈放入90℃的乾燥箱中乾燥10min，取出並浸泡於上述所得的浸漬營養液中，在30℃下浸泡過夜，按固液比1:3，再將浸泡後的秸稈取出放入經減壓過濾後的沼液中浸泡1h，再將混合物移入發酵池內，密封發酵池，使用二氧化碳將發酵池內的空氣排出；待上述空氣排出後，控制發酵池內的溫度為35℃，以130r/min攪拌發酵10天，在發酵過程中向發酵池內加入造紙黑液，起始加入量為發酵池容積的1％，每隔9h，添加一次造紙黑液，每添加一次，造紙黑液的添加量比上一次添加量增加0.5％；待上述發酵結束後，以10m3/h的速率向發酵池內通入無菌風，通入時間40min，在通風結束後，收集發酵液，將發酵物放入擠壓機中進行擠壓直至無液體流出，收集擠壓液，將其與發酵液混合放入離心機中，在3000r/min下分離10min，收集上清液；最後把上述所得的上清液放入濃縮罐中濃縮，濃縮至原體積的30％，將所得的濃縮液放入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥，入口溫度為110℃，出口溫度為60℃，收集乾燥物，即可得到木質素酶。
本實例操作簡單易行，在造紙行業進行生物製漿的過程中，向其中加入漿料質量5％的本發明製得的木質素酶，充分攪拌均勻，即可。不僅可以有效降低生產成本，使得紙漿具有更好的抗張強度和平滑度，而且可以提高紙漿得率，檢測後發現，添加了本發明製得的木質素酶的紙漿得率比未添加本發明製得的木質素酶的紙漿得率高45％，可以大規模推廣應用。
實例2
首先取番薯去皮，將其切成邊長為0.45cm的方塊放入蒸鍋中，向蒸鍋中加入去皮後番薯質量63％的質量分數為0.9％的氯化鈉溶液，攪拌均勻，再進行加熱直至蒸鍋內的液體沸騰，保持溫度25min，自然冷卻至室溫，進行減壓過濾，收集過濾液，得番薯營養液；然後按重量份數計，取45份上述所得的番薯營養液、23份蛋白腖、18份酵母浸膏、10份羧甲基纖維素鈉、5份氯化鈣、3份七水硫酸鐵及1.5份硫酸二氫鉀，攪拌均勻，在120℃下滅菌28min，得浸漬營養液；之後取玉米秸稈放入90℃的乾燥箱中乾燥13min，取出並浸泡於上述所得的浸漬營養液中，在33℃下浸泡過夜，按固液比1:3，再將浸泡後的秸稈取出放入經減壓過濾後的沼液中浸泡1.5h，再將混合物移入發酵池內，密封發酵池，使用二氧化碳將發酵池內的空氣排出；待上述空氣排出後，控制發酵池內的溫度為38℃，以130r/min攪拌發酵11天，在發酵過程中向發酵池內加入造紙黑液，起始加入量為發酵池容積的2％，每隔9.5h，添加一次造紙黑液，每添加一次，造紙黑液的添加量比上一次添加量增加0.65％；待上述發酵結束後，以10m3/h的速率向發酵池內通入無菌風，通入時間45min，在通風結束後，收集發酵液，將發酵物放入擠壓機中進行擠壓直至無液體流出，收集擠壓液，將其與發酵液混合放入離心機中，在4000r/min下分離13min，收集上清液；最後把上述所得的上清液放入濃縮罐中濃縮，濃縮至原體積的35％，將所得的濃縮液放入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥，入口溫度為115℃，出口溫度為65℃，收集乾燥物，即可得到木質素酶。
本實例操作簡單易行，在造紙行業進行生物製漿的過程中，向其中加入漿料質量8％的本發明製得的木質素酶，充分攪拌均勻，即可。不僅可以有效降低生產成本，使得紙漿具有更好的抗張強度和平滑度，而且可以提高紙漿得率，檢測後發現，添加了本發明製得的木質素酶的紙漿得率比未添加本發明製得的木質素酶的紙漿得率高47％，可以大規模推廣應用。
實例3
首先取番薯去皮，將其切成邊長為0.6cm的方塊放入蒸鍋中，向蒸鍋中加入去皮後番薯質量65％的質量分數為0.9％的氯化鈉溶液，攪拌均勻，再進行加熱直至蒸鍋內的液體沸騰，保持溫度30min，自然冷卻至室溫，進行減壓過濾，收集過濾液，得番薯營養液；然後按重量份數計，取50份上述所得的番薯營養液、25份蛋白腖、20份酵母浸膏、12份羧甲基纖維素鈉、6份氯化鈣、4份七水硫酸鐵及2份硫酸二氫鉀，攪拌均勻，在120℃下滅菌30min，得浸漬營養液；之後取玉米秸稈放入90℃的乾燥箱中乾燥15min，取出並浸泡於上述所得的浸漬營養液中，在35℃下浸泡過夜，按固液比1:3，再將浸泡後的秸稈取出放入經減壓過濾後的沼液中浸泡2h，再將混合物移入發酵池內，密封發酵池，使用二氧化碳將發酵池內的空氣排出；待上述空氣排出後，控制發酵池內的溫度為40℃，以130r/min攪拌發酵12天，在發酵過程中向發酵池內加入造紙黑液，起始加入量為發酵池容積的3％，每隔10h，添加一次造紙黑液，每添加一次，造紙黑液的添加量比上一次添加量增加0.8％；待上述發酵結束後，以10m3/h的速率向發酵池內通入無菌風，通入時間50min，在通風結束後，收集發酵液，將發酵物放入擠壓機中進行擠壓直至無液體流出，收集擠壓液，將其與發酵液混合放入離心機中，在5000r/min下分離15min，收集上清液；最後把上述所得的上清液放入濃縮罐中濃縮，濃縮至原體積的40％，將所得的濃縮液放入噴霧乾燥機中進行噴霧乾燥，入口溫度為120℃，出口溫度為70℃，收集乾燥物，即可得到木質素酶。
本實例操作簡單易行，在造紙行業進行生物製漿的過程中，向其中加入漿料質量10％的本發明製得的木質素酶，充分攪拌均勻，即可。不僅可以有效降低生產成本，使得紙漿具有更好的抗張強度和平滑度，而且可以提高紙漿得率，檢測後發現，添加了本發明製得的木質素酶的紙漿得率比未添加本發明製得的木質素酶的紙漿得率高50％，可以大規模推廣應用。