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里氏木霉液体深层发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺

2022-06-06 来源:易榕旅网
夭2020年第1期里氏木霉液体深层发酵纤维素酶及其

酶促打浆工艺发明人:胡惠仁,张正健,刘廷志,赵晶专利权人:天津科技大学申请号:200810153644.9授权公告号:CN 101418289 B授权公告日:2011-05-04摘要:本发明公开了 一种里氏木霉液体深层发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺,是采用里氏木霉为

发酵菌株,通过深层液体发酵的方式自制纤维素酶用于酶促打浆的新工艺。该技术工艺是采用所 要处理的纸浆为发酵碳源,通过深层液体发酵的方式,经过发酵培养基和发酵条件优化制得所需 要的纤维素酶,用于该纸浆的酶促打浆。本发明工艺简单、设备投资少、成本低、工艺流程紧凑,采

用所要处理的纸浆为发酵碳源能够显著提高酶液的适应性,纤维素酶的酶活高、用量少, 具有降低打浆能耗的效果,适合应用于我国现有的造纸原料结构状况的制浆原料的打浆工艺。,权利要求书1. 一种纤维素酶的制备方法,其特征在于:所

述纤维素酶使用的生产菌株为里氏木霉#Trichoder- ma reesei),其保藏单位为中国微生物菌种保藏管理 委员会普通微生物中心,地址是北京市朝阳区大屯 路,中国科学院微生物研究所,保藏日期2008年11 月25日,保藏号为CGMCC No.2785。所述纤维素酶的制备方法如下:将里氏木霉试 管斜面菌种接入液体种子发酵罐(1)中进行种子发 酵得到所需要的液体种子,然后按照一定的接种量 将液体种子接入纤维素酶发酵罐(2),并且在一定的 发酵 下发酵,后 心 制得所需纤维素 酶液, 并将其 在纤维素 罐(3)中 以备用。所述发酵 如下:(1) 里氏木霉试管斜面培养基:1%~2%CMC,4% ~8%营养元素液,0.1%~0.5%微量元素液,2%~3%琼 脂,pH=6.0;(2) 里氏木霉菌种的培养:将菌种接于斜面培养基上,在培养箱中于(29±1) % 下 养4~77后使用或4 %下保存备用;40(3) 液体种子发酵培养基:1%~3%葡萄糖,4%~8% 营养元素液,1%~4%鉄皮,0.1%~0.4%微量元素液;(4) 纤维素酶发酵养基:碳源为0.1%~3%速生 ,8%~10%营养元素液,0.2%~0.5%微量 元 素 液 , 1% ~4% , 0.1% ~0.2% 面Tween-80 ;(5) 液体种子发酵条件:温度30~40 % ,pH=5~ 7,搅拌速度 250~300 r/min,通风量 0.2~0.3 m3/h,发 酵时间36~48 h;(6) 纤维素 发酵条件:温度30~40 % ,pH=5~8, 接种量 2%~3%, 250~300 r/min, 通 量0.2~0.3 m3/h,发酵时间 72~96 h。所述营养元素液其 方为:3~10 g柠檬酸钠, 5~20 g磷酸二氢钾,1~10g ,0.5~5 g硫酸镁,0.1~5 g氯化钙, 后定 100 mL。所述微量元素液配方为:1~5 g ,0.1~1 g硫酸猛,0.1~1g 氯化锌,0.5~5 g

,1~10 mL 2mol/L的HC1, 后定 到100 mL;上述所有百分量。2. 要 1 所述的 方法 , 其特征 在 于: 所 述 为。0.权利要求所述的方法,其特征在于:酶液的 制备过程中,种子发酵培养基采用1%葡萄糖、4%营 养元素液、1%H皮#0.1%微量元素液,在温度oo $、

pH=6#搅拌速度250 r/min、通风量0.2 m0/h的条件 下发酵48 h,得到所需要的液体种子;然后按照2%

的接种量,将种子接入纤维素酶发酵罐(2),发酵培 养基采用碳源为0.1%的速生材硫酸盐浆#8%营养

元素液#0.2%微量元素液#1%H皮、0.2%表面活性剂

Tween-80,在温度00 $、pH=6、接种量2%、搅拌速 度000 r/min、通风量0.0 m0/h的条件下发酵96 h。4. 一种采用权利要求1所述方法制得的纤维素

酶用于酶促打浆的方法,其特征在于:纸浆为速生材

硫酸盐浆,按照权利要求1所述的方法制备纤维素

酶并将其储存在纤维素酶存储罐中以备用,将纤维 素酶存储罐(3)中的酶液通过计量泵以7 u/g的酶用

量以FPA酶活为单位,输送到纸浆反应池(4)对纸浆

, 条件为浆 10%、温度50 $、pH=7.8# 1 h,经纤维素酶处理后的纸浆 到机(5) 打浆。技术领域本发明涉及一种纤维素酶酶促打浆工艺,其

涉及一种里 液体 发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺。背景技术打浆是制浆造纸过程的重要环节,对纸幅的物

性 生 。然,打浆一 工。为了得 到所需要的纸浆性,打浆 浆将 量的能

源, 到纸所需 源的18%。

,打浆 浆 的纸浆 方法 将

量入生 。Pratima Bajpai 发表在《TAPPI Journal》2006 年 第 5 卷 11 期第 25一32 页\"Use of enzymes for reduc­

tion in refining energy-laboratory studies\"—文的研究 表明:印度Biocon

的Biorefine L纤维素酶和美国Dyadic国际公司的FiberZyme LBR纤维素酶能利 打浆 ,并纸浆的度性到影响。发表在《中国造纸*2006年第25卷1期

第71—72 “生酶 打浆性能的响” 一文中介绍了 N613、N476、N342、HC、D401 和2020年第1期D501 维

纤维素酶 纤维素酶在打浆性

纸浆度方面的 。述 所用的纤维素酶 为 酶, 并

制纤维素酶用于酶促打浆。于

在 纤维素酶 ,得工 用起来成本 ;

,国内的造纸

短缺,大部分速生木材如马尾松、落叶松和思茅松

的纤维又粗又长,其硫酸盐浆 难打浆,得 浆的市场竞争 力弱,济 差。为,纸业界亟待开发

生厂的具体 ,采用就 制的纤维素酶酶液 -酶促打浆工艺,以达到降低生产成本打浆能耗的

效果。发明内容本发明的目的在于供一种里 液体 -

发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺,用里 液

体 发酵纤维素酶 速生材硫酸盐浆 酶促打

浆,可 打浆 生 本。本发明为实现上述目的,采用的技术方案如下:

一种纤维素酶,其特征在于所用的生菌株

为里氏木霉(Trichoderma reesei), 保藏单位为中国 微生菌种保藏管理委员会普通微生中心,址 北京市朝阳区 屯路,中 科学院微生

所,保藏日期2008年11月25日,保藏号为CGMCCNo.

2785。里氏木霉为好氧菌,生长境粗放,适应性较 ,易于控制,便于管,其代谢安全无毒,不会

响生产人员 境,所纤维素酶的稳定性好,不宜 退化。纤维素酶的制备方法如下:将里 试管斜

面菌种接入液体种子发酵罐中 种子发酵得到所

需要的液体种子;然后按照一定的接种量将液体种 子接入纤维素酶发酵罐,并且在一定的发酵条件下

发酵,最后过离心分离制得所需纤维素酶酶液,并 将其储存在纤维素酶存储罐中以备用。发酵工艺参数如下:(1) 里 试管斜面培养基:1%~2% CMC,

4%~8%营养元素液,0.1%~0.5%微量元素液,2%~

3% 琼脂,pH=6.0;(2) 里

菌种的培养:将菌种接于斜面培养

基上,在培养箱中于(29±1) $条件下培养4~7d后

使用 4 $下保存备用;(0) 液体种子发酵培养基:1%~0%葡萄糖,4%~418%营养元素液,1%~4%)皮,0.1%~0.4%微量元素液;(4) 纤维素酶发酵培养基:碳源为0.1%~3%速

生材硫酸盐浆,8%~10%营养元素液,0.2%~0.5%微 量元素液,1%~4%)皮,0.1%~0.2%表面活性剂

Tween-80 ;(5) 液体种子发酵条件:温度30~40 °C,p3=5~7, 搅拌速度 250~300 r/min,通风量 0.2~0.3 m3/h,发

酵时间36~48 h;(6) 纤维素酶发酵条件:温度30~40 °C ,pH=5~8, 接种量2%~3%,搅拌速度250~300 r/min,通风量

0.2~0.3 m3/h,发酵时间 72~96 h;所述营养元素液的配方为:取3~10 g柠檬酸钠,

5~20g磷酸二氢钾,1~10g硫酸' ,0.5~5 g硫酸镁, 0.1~5 g氯化钙,溶解后定容至100 mL;所述微量元素液配方为:1~5 g硫酸亚铁,0.1~1 g 硫酸m ,0.1~1 g氯化锌,0.5~5 g氯化钻,1~10 mL 2

mol/L的HC1,溶解后定溶到100 mL;上述所有百分

比均以质量计。在本发明的纤维素酶的制备方法中,所用的发

酵碳源为思茅松硫酸盐浆。在本发明的纤维素酶的制备方法 , 酶液的制

备 ,种子发酵培养基 :1% ,4%营养

元素液,1%)皮,0.1%微量元素液,在温度30 °C,pH=

6, 搅拌速度 250 r/min, 通风量 0.2 m3/h 的条件 发酵

48 h, 到所 的液体种子;然后按照2%的接种 量,将种子接入纤维素酶发酵罐,发酵培养基 :碳源为 0.1%的速生材硫酸盐浆,8%营养元素液,0.2%微 量元素液,1%)皮,0.2%表面活性剂Tween-80,在温

度30°C,pH=6;接种量2%,搅拌速度300 r/min\"通风 量0.3m3/h的条件下发酵96 h。本发明的纤维素酶的制备方法所制 的纤维

素酶产品的性能:纤维素酶酶液的酶活分别为FPA酶 活为 900~1 500 u/mL,Cx 酶活为 3 000~4 000 u/mL,Cb

酶活为 10~100 u/mL,Cl 酶活为 500~1 000 u/mL。本发明制 的纤维素酶 酶 浆, 打浆 为:纸浆为速生材硫酸盐浆,按照本发明所

述的方法制备纤维素酶 将 在纤维素酶

罐中以备,将纤维素酶 罐的酶液通过计量 以3~9 u/g的酶用量(以FPA酶活为单位),送

到 浆 浆 。处理条件为:浆浓3%~10%、温度40~60 °C、pH=

6~8)处理时间1~2h,经纤维素酶 后的纸浆 .42到 浆。在本发明的 浆

,所述速生材硫酸盐浆为茅松硫酸盐浆,酶 量7 u/g(以FPA酶活为单位),将浓

10%,温度50 °C,pH=7.8(纸浆本身pH),处理时间1 h。本发明的有

:1.

,生产本;2. 所

的浆为发酵碳源酶液的适应性;3.纤维素酶的酶活高、量、 性强、效果好;4. 浆能耗,对纤维本身的损。具体实施方式1 本发明纤维素酶酶 浆图。以

本发明详细说明。图1纤维素酶酶促打浆工艺流程示意图实施例11, 一种纤维素酶的制备,

的生产为

。 将

面 种接入液体种子发酵罐 1

种子发酵 到所 的液体种子; 后按照 定的接种量将液体种子接入纤维 素酶发酵罐 2, 在 定的发酵条件 发酵, 后

分制所需纤维素酶酶液,并将:存

在纤维素酶

罐3中以备。酶液的 体制备: 将

面 种接入液体种子发酵罐 1 , 种子发酵培养基 1%、4%营养元素液、1%)皮和0.1%微量元素

液,在温度30 °C、pH=5.76、搅拌速度250 r/min、通 风量0.2 m3/h的条件下发酵48 h

到所需要的液体种子; 后按照 2%的接种量将种子接入纤维素

酶发酵罐2;发酵培养基 0.1%

硫酸盐2020年第1期浆、8%营养元素液、0.2%微量元素液、1%,皮和加 pH=7.8(纸浆本身pH值)、处理时间1 h,经纤维酶处

入量为0.2%的表面活性剂Tween-80,在温度00 $、

pH=6、搅拌速度000 r/min、通风量0.2 m0/h的条件下

理以的纸浆输送到 5进行打浆。发酵96 h,然后经过离心分离制得所需纤维素酶酶

液,并将其储存在纤维素酶存储罐0中以备用。所制

实施例2浆 分别 用 浆 和 纤维素酶酶

促打浆浆& 本术领域术人员公知的法制

纤维素酶酶液的酶活分别为:FPA酶活981.67 u/mL,

Cx 酶活 0 080.19 u/mL,Cb 酶活为 27.79 u/mL,Cl 酶

活 571.42 u/mL。酶促打浆工艺:纸浆为思茅松硫酸盐浆,将纤维

备 浆 ,

行酶促打浆。用本发 的纤维素酶对纸浆进行打浆&在 处理条件下,采用

纸浆 理性

纤维素酶进素酶存储罐0中的酶液通过计量泵以7 u/g的酶用 量(以FPA酶活为单位)输送到纸浆反应池4,对纸

打浆浆%

理性,

法, 本发浆样和商品纤维素酶打浆浆样的物表1。浆进行预处理,处理条件为浆浓10%%温度50 $、表!不同浆样的物理性能参数最终打浆度/ °SR空白样自制纤维素酶纤维素酶4545254525节能/%-67.24抗张指数/(N・m・gL1)伸长率/%66.892.7066.152.852.74抗张能量吸收指数/(mJ - g_1)11805.0011704.6111604.50

耐破指数/(kPa • m2 • g_1)撕裂指数/(mN • m2 • g_1)酶促打浆吨浆成本/元12.55-12.011510.1240表 1 中 以 , 本发 的酶处理浆

浆 ,

用 ,

发酵纤维素酶进行速 硫酸盐打浆 的 , 应用于我下的制浆

的打浆工艺。浆 ,彳,并 纸浆的浆酶促打浆,其工艺单、备 %本、工艺

25%, 物理性 纤维酶打浆的

到 &40

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