云芝漆酶的生产及其应用基础研究

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漆酶是一种多功能氧化还原酶,具有重要的工业应用价值。本文对云芝(Coriolus versicolor)漆酶的发酵生产、漆酶的催化特性以及漆酶在牛仔布(服)生物整理方面的应用等进行了深入研究,主要结果如下:在液体深层发酵条件下,对云芝菌产漆酶的主要工艺参数进行了优化。结果表明,木质纤维废弃物木糖渣可用作云芝菌产漆酶的碳源,其适宜浓度为20.00g/L;在云芝菌的发酵进程中,前期主要为营养生长,产酶高峰出现在发酵后期。在培养基中添加10.00g/L葡萄糖可以促进菌种的前期生长,有利于发酵后期漆酶的分泌合成;产酶培养基的C/N对漆酶的产生有重要影响,适宜的C/N为20;培养基中添加0.10mmol/L的Cu2+有利于漆酶的生成;维生素C对漆酶的生产有明显的促进作用,其适宜浓度为1.50mmol/L,该研究结果对于提高漆酶的发酵产率具有重要作用,国内外至今尚未见到相同的研究报道;在3.7L自控式发酵罐中的产酶试验结果表明:通气量和转速是影响漆酶形成的重要因子,其适宜条件分别为0.75vvm和300r/min。发酵144h,漆酶活力可高达4948.40IU/mL,远高于国内外文献报道值。利用云芝菌自絮凝菌丝球在自制的流化床生物反应器中分批发酵产漆酶,确立了适宜的工艺参数为:菌丝球直径3mm、菌丝球与发酵液的比例为15%、通气量0.10vvm。在发酵液中添加100mg/L苯酚可使漆酶酶活力提高2.10倍。利用流化床生物反应器重复分批发酵产漆酶,连续工作20天以上,漆酶平均产率可达2.32×104IU/L·h-1。流化床生物反应器动力消耗少、反应器内流化状态稳定、菌丝球可重复使用、产品易于分离纯化、其发酵进程易于自动化,显示了明显的优越性。对云芝菌产漆酶的固态发酵工艺进行了研究,分别采用木屑、甘蔗渣、玉米芯、稻草、木糖渣和玉米皮等廉价的植物纤维原料固态发酵产漆酶,发现玉米皮的产酶结果最佳。当玉米皮和麸皮的比例为6:4,培养基含水量65%,接种量10%,培养温度30℃,固态发酵10d漆酶活力可达到1.51×105IU/g干曲。由于原料成本低、酶活力高,该研究结果对于减少产酶成本、实现漆酶的大规模工业化应用具有重要意义。对云芝菌漆酶的催化特性进行了研究。结果表明,云芝漆酶的最适温度和最适pH值分别为55℃和4.5,该酶在40℃以下、pH 5~6范围内较为稳定;以2.2’-连氮-双-(3-乙基苯并噻吡咯啉-6-磺酸)(简称ABTS)为底物时,动力学参数Km和Vmax分别为0.013mmol/L和948.0mmol/L·min-1;适量Cu2+对云芝漆酶活性有明显的促进作用,添加1 mmol/L Cu2+时酶活可提高22%;适量Na2SO4能明显提高云芝漆酶的储藏稳定性,当添加4%Na2SO4后于30℃下保存15天时,漆酶的酶活保存率达88.3%(对照组只有72.5%)。对云芝漆酶脱色降解靛蓝染料的研究表明:在不添加介体的情况下,漆酶无法直接作用靛蓝;当以1-羟基苯并三唑(简称HBT)为介体时,在温度50℃,pH 4.5,靛蓝浓度100mg/L,介体HBT用量0.1%,漆酶用量100 IU条件下作用40 min时,靛蓝脱色率达到96.5%。这一结果显示,漆酶在牛仔服的生物整理及染整废水的脱色净化处理中具有良好的应用前景。在常规的牛仔布酶促水洗整理工艺中,酸性纤维素酶除毛效果好、剥色明显,但靛蓝染料对牛仔布的返沾色较重。采用漆酶与酸性纤维素酶协同水洗时,则可以显著减少返沾色:当漆酶用量为5.0g/kg牛仔布、酸性纤维素酶和漆酶协同水洗60 min时,牛仔布的返染程度减少了83%;而当分别添加酸性纤维素酶和漆酶进行协同水洗时,不仅可以进一步缩短水洗时间(只需30 min),而且还可以减少漆酶用量,每千克牛仔布只需添加2.5 g漆酶便可使靛蓝的返染程度减少80%以上。牛仔布水洗整理的工厂放大试验显示:漆酶与酸性纤维素酶协同作用,一方面可使牛仔布的返沾色显著减弱,获得独特的“雪花”效果;另一方面还可使工厂废水中的靛蓝含量显著减少,有利于环境保护。本文在利用固定化云芝菌丝球产漆酶、云芝漆酶的催化特性、利用酸性纤维素酶和漆酶协同生物整理牛仔布以及染整废水的脱色净化处理等方面的研究工作具有明显的特色与创新,相关研究结果不仅具有一定的学术价值,而且具有重要的工业应用价值。
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