一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法
2023-05-15 00:04:21 2
專利名稱：：一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法
技術領域：
：本發明涉及造紙廢水的處理
技術領域：
，具體是利用微生物進行厭氧或好氧發酵的工藝處理技術。同時也涉及到提取一種天然高分子化合物一木質素的方法。
背景技術：
：木質素是自然界合成量及存在量僅次於纖維素的天然高分子化合物。木質素與纖維素及半纖維素一起構成植物的主體，是地球上最豐富的可再生有機資源。每年地球上最的植物通過光合作用和生化作用可再生木質素200億噸以上，是人類可以依存的最大量資源。尤其是隨著石油資源日益枯竭，開發利用新的資源-木質素尤為重要。造紙原料所用的秸稈，均含有纖維素、木質素和半纖維素(聚糖類)三部分，造紙僅取用其中的纖維素(約佔40%)，而其中約佔25%的木質素以及半纖維素、木糖、鉀、氮、磷等物，則隨黑液廢棄，造成嚴重的環境汙染。而且，目前國內外是把鹼回收法作為草漿造紙黑液處理的有效方法。從資源衡算角度看，鹼回收工程是把黑液中大量具有高附加值的木質素等多種生物資源一炬化為烏有,間接地換取生產所需的單一蒸煮鹼,從生態工程角度看,這並不是一種最佳的循環經濟技術,仍存在多級生物資源利用不充分的問題。因此，在造紙行業中分離木質素並對之加以應用，不僅可以降低生產成本、回收有用資源，還能減少或消除黑液對環境的汙染，但目前尚無達到此目的有效方法報導。
發明內容本發明採用發酵法從造紙黑液中提純木質素，其目的是除去木質素絮凝沉降時隨著絮體顆粒的增大所夾帶的糖和上清液中所存在的糖，提高木質素的純度，而且隨著糖的消耗降低了液體的粘度，更有利於後期木質素的分離。具體操作方法如下第一步、培養基的製備。斜面培養基，質量組成為葡萄糖lg，酵母膏lg，碳酸鈣1.5g，瓊脂2.0g,水100ml。種子培養基，質量組成為葡萄糖2g，酵母膏lg，蛋白腖2g，水100ml，121。C高壓蒸汽滅菌2030min。發酵培養基:造紙黑液(pH值11.5)，鹽酸調試pH值為5.4，100ml發酵培養基裝入250ml三角瓶中殺菌。121。C高壓蒸汽滅菌2030min。第二步、活化菌種。在無菌的條件下，將實驗室用酒精酵母(5^cc/^畫vs接種於斜面培養基上，3(TC培養35天，然後放入冰箱保存。留做一級種子。第三步、二級種子培養。將一級種子，直接種於二級液體種子培養基，於30'C下，搖床培養24小時。第四步、發酵培養。用250ml三角瓶，每瓶加100ml發酵培養基，而且加0.1%的酶，每瓶接種10%二級種子培養液。其中所述的酶為工業中使用較為普及而常用的強效複合酶和果膠酶，其質量比為1:1。發酵可以使用以下兩種方法中任一種方法1、厭氧發酵於30。C下，恆溫培養，每三天測定殘糖。2、通風好氧發酵於3(TC下，搖床培養，每12小時測定殘糖。發酵液中的殘糖含量不再發生變化時停止發酵，並測定發酵液的酒精得率和發酵液的粘度。第五步、木質素的分離。發酵液經離心分離，沉澱木素殘糖量0.3%以下。本發明採用發酵法提取造紙黑液中的木質素，並在造紙黒液中添加酶製劑來降解造紙黒液中的多糖，使其分解為酒精酵母可以生長利用的單糖，，從而除去發酵液中的糖，提高木質素的純度，而且隨著糖的消耗降低了液體的粘度，更有利於後期木質素的分離。並且，酒精酵母在厭氧發酵時會有酒精產生，使造紙黒液中的多級生物資源得到充分的利用；而酒精酵母進行好氧發酵可以很快的得到比較純的木質素。本發明中所使用的菌種和酶製劑都是工業生產中較為普及而常用的。總之，本發明採用發酵法提取造紙黑液中的木質素有著重要的社會效益、經濟效益和環境效益。本發明附圖1幅，即附圖1為葡萄糖的標準曲線，採用3，5-二硝基水楊酸比色定糖法在530nm時進行比色測定，根據測定的OD值得知樣品的總糖及還原糖含量。其中橫坐標為OD值，縱坐標為葡萄糖濃度g/L。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1.第一步、培養基的製備。斜面培養基葡萄糖lg，酵母膏lg，碳酸鈣1.5g，瓊脂2.0g，種子培養基葡萄糖2g，酵母膏lg,蛋白腖2g，水100ml,12rC高壓蒸汽滅菌2030min。發酵培養基:造紙黑液(PH值11.5),鹽酸調試PH值為5.4，100ml發酵培養基裝入250ml三角瓶中殺菌。121。C高壓蒸汽滅菌2030min。第二步、活化菌種。在無菌的條件下，將實驗室用酒精酵母(&cc/z"國謂c^fle)接種於斜面培養基上，3(TC培養35天，然後放入冰箱保存。留做一級種子。第三步、二級種子培養。將一級種子，直接種於二級液體種子培養基，於3(TC下，搖床培養24小時。第四步、發酵培養。用250ml三角瓶，每瓶加100ml發酵培養基，而且加0.1%的酶(發明中所使用的酶為工業中使用較為普及而常用的強效複合酶和果膠酶，其質量比為1:1)，每瓶接種10%二級種子培養液，於30。C下，恆溫培養，每三天測定殘糖。發酵液中的殘糖含量不再發生變化時停止發酵，並測定發酵液的酒精得率和發酵液的粘度。一、糖的測定1.樣品中還原糖的提取準確稱取10ml樣品，放入100ml燒杯中，加入85%乙醇50ml。混勻，在50。C恆溫水浴中保溫30分鐘，過濾，濾渣再用85%乙醇提取二次。將濾液合併，蒸去乙醇，加少量水，移入100ml容量瓶中，用水稀2.樣品中總糖的水解及提取準確稱取10ml樣品，放入100ml燒杯中，加入10ml6N鹽酸和15ml蒸餾水。混勻，在沸水浴中加熱半小時左右，使總糖水解完全。冷卻後加入酚酞指示劑，以10%氫氧化鈉中和至溶液呈微紅色。過濾並定容至100ml，再精確吸取上述溶液10ml，放入100ml容量瓶中，稀釋到刻度，備用。採用3，5-二硝基水楊酸比色定糖法在530nm時進行比色測定，根據測定的OD值，利用圖l得知樣品的總糖及還原糖含量。表1原液中總糖和還原糖的含量tableseeoriginaldocumentpage6三、粘度的測定使物體在流體中落下，越是粘度高的流體，物體在其中落下越慢，因此從落下速度可比較流體粘度的大小。假設直徑為d的小球在粘度為T！的相同物質的流體中以一定速度1)運動，在滿足速度很小、球是剛性球等條件時，而且在考慮了管壁等因素的影響，最終可得到[d2(P。-p)gt]/(l81)}[1-2.104(d/D)+2.09(d/D)3]Tl—液體粘度，Pa.SPo—小球的密度，Kg/m3p—流體的密度，Kg/m3d—小球的直徑，mD—圓管的直徑，mt一小球在液體中的運動時間，s1—時間t內小球落下的距離，m所以，只要測定一定距離的落下時間和試料密度就可以求粘度了。表4原液與厭氧發酵液的粘度tableseeoriginaldocumentpage7第五步、木質素的分離。發酵液經離心分離，沉澱木質素殘糖量0.3%以下。實施例2.第一步、培養基的製備。斜面培養基葡萄糖lg，酵母膏lg，碳酸鈣1.5g，瓊脂2.0g，種子培養基葡萄糖2g，酵母膏lg，蛋白腖2g，水100ml，121。C高壓蒸汽滅菌2030min。發酵培養基:造紙黑液(PH值11.5)鹽酸調試PH值為5.4，100ml發酵培養基裝入250ml三角瓶中殺菌。121。C高壓蒸汽滅菌2030min。第二步、活化菌種。在無菌的條件下，將實驗室用酒精酵母(&ccWom函cg簡、/ag)接種於斜面培養基上，3(TC培養35天，然後放入冰箱保存。留做一級種子。第三步、二級種子培養。將一級種子，直接種於二級液體種子培養基，於3(TC下，搖床培養24小時。第四步、發酵培養。用250ml三角瓶，每瓶加100ml發酵培養基，而且加O.lg的酶(發明中所使用的酶為工業中使用較為普及而常用的強效複合酶和果膠酶)，每瓶接種10%二級種子培養液，於3(TC下，搖床培養，每12小時測定殘糖。發酵液中的殘糖含量不再發生變化時停止發酵，並測定發酵液的粘度。一、糖的測定1、樣品中還原糖的提取準確稱取10ml樣品，放入100ml燒杯中，加入85。/。乙醇50ml。混勻，在5(TC恆溫水浴中保溫30分鐘，過濾，濾渣再用85%乙醇提取二次。將濾液合併，蒸去乙醇，加少量水，移入100ml容量瓶中，用水稀釋到刻度，備用。2、樣品屮總糖的水解及提取準確稱取10ml樣品，放入100ml燒杯中，加入10ml6N鹽酸和15ml蒸餾水。混勻，在沸水浴中加熱半小時左右，使總糖水解完全。冷卻後加入酚酞指示劑，以10%氫氧化鈉中和至溶液呈微紅色。過濾並定容至100ml，再精確吸取上述溶液10ml，放入100ml容量瓶中，稀釋到刻度，備用。採用3，5-二硝基水楊酸比色定糖法在530nm時進行比色測定，根據測定的OD值，利用葡萄糖標準曲線得知樣品的總糖及還原糖含量。表5好氧發酵的發酵液中的殘糖的含量(兩天)tableseeoriginaldocumentpage8二、粘度的測定用實例1測粘度同樣方法測取黑液原液與好氧發酵液的粘度，結果如表6:表6原液與好氧發酵液的粘度tableseeoriginaldocumentpage8第五步、木質素的分離。發酵液經離心分離，沉澱木質素殘糖量0.3%以下。權利要求1.一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法，按以下步驟進行操作第一步、培養基的製備斜面培養基質量組成為葡萄糖1g，酵母膏1g，碳酸鈣1.5g，瓊脂2.0g，加水100ml；種子培養基質量組成為葡萄糖2g，酵母膏1g，蛋白腖2g，水100ml，121℃高壓蒸汽滅菌20～30min；發酵培養基造紙黑液加鹽酸調試pH值為5.4，100ml發酵培養基裝入250ml三角瓶中121℃高壓蒸汽滅菌20～30min；第二步、活化菌種在無菌的條件下，將酒精酵母(Saccharomycescererisiae)接種於斜面培養基上，30℃培養3～5天，然後放入冰箱保存，留做一級種子；第三步、二級種子培養將一級種子，直接種於二級液體種子培養基，於30℃下，搖床培養24小時；第四步、發酵培養用250ml三角瓶，每瓶加100ml發酵培養基，而且加其質量0.1％的酶，每瓶接種其質量10％二級種子培養液；採用厭氧發酵方法於30℃下恆溫培養，每2～3天測定殘糖，發酵液中的殘糖含量不再發生變化時為止；第五步、木質素的分離；發酵液經離心分離，沉澱木質素殘糖量0.3％以下。2.根據權利要求1所述一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法，其特徵在於所述第四步的發酵培養中採用的是通風好氧發酵，其發酵條件為於30°C下搖床培養，每12小時測定殘糖，發酵液中的殘糖含量不再發生變化時為止。3.根據權利要求1所述一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法，其特徵在於所述在發酵液發酵過程中添加酶製劑為強效複合酶和果膠酶，其質量比為l:1。全文摘要一種發酵法從造紙黑液中提純木質素的方法，以酒精酵母為菌種通過活化菌種後經一級、二級種子培養和發酵法，並且在發酵過程中添加酶製劑來降解造紙黑液中的多糖，使其分解為酒精酵母可以生長利用的單糖，從而除去發酵液中的糖，提高木質素的純度；而且隨著糖的消耗降低了液體的粘度，更有利於後期木質素的分離。本發明中所使用的菌種和酶製劑都是工業生產中較為普及而常用的。總之，本發明採用發酵法提取造紙黑液中的木質素有著重要的社會效益、經濟效益和環境效益。文檔編號C12R1/865GK101250568SQ20081001103公開日2008年8月27日申請日期2008年4月14日優先權日2008年4月14日發明者楊瑞豐,趙長新申請人:大連工業大學