产PVA降解酶混合菌系的筛选、发酵条件优化及酶学特性研究

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聚乙烯醇(PVA)是一种人工合成的水溶性高分子聚合物。因其具有pH稳定、混溶性及乳化能力强等优良特性,同时对天然纤维和一般的合成纤维具有较好的粘附性、成膜性和耐磨性,是目前涤棉织物经纱上浆中的主要浆料。采用PVA上浆的织物,必须经过退浆处理才能增加其吸水性。传统的退浆方法是使用7090℃的热水对棉织物进行洗脱,洗脱下的PVA随废水排出。由于PVA化学耗氧量大,可生化性较差,给水体造成了严重的污染。而利用酶法退浆,在退浆的同时对高聚合度的PVA进行降解,提高了退浆废水的生物可降解性,从退浆过程中的水耗、能耗及对废水的处理费用看,酶法处理较常规方法有较大的优势;同时酶法退浆条件温和,对棉织物的损伤小,因此对PVA降解酶的研究越来越受到重视。本论文研究了一个能够降解PVA的混合菌系的筛选、该菌系的产酶特性、摇瓶发酵的营养条件和PVA降解酶的性质,对酶进行了初步分离纯化,并应用PVA降解酶进行退浆的小试研究。主要研究结果如下:(1)于宜兴军达纺织厂退浆车间的下水管道的污泥中分离出一个能完全降解1 g/L PVA205的混合菌系。该混合菌系完全降解1g/LPVA205所需的时间大约为2 d,所产的PVA降解酶胞内外都有分布,大约比例为47%比53%。(2)通过平板稀释涂布从该混合菌系中分离出三株可以利用PVA的菌株,两株细菌和一株霉菌,其中一株细菌和霉菌能产生胞外PVA降解酶,但它们产生的胞外酶只能部分降解PVA,把三种菌两两混合培养或三者混合培养并不能彻底降解培养基中的PVA。并对这三株单菌在PVA205培养基上生长的菌落形态和细胞电镜照片进行研究。(3)对混合菌系的发酵摇瓶培养基进行优化,适宜的发酵培养基组成为(g/L):PVA 4,酵母粉3,NaNO3 2,K2HPO4 1.6,KH2PO4 0.2,MgSO4·7H2O 0.4,CaCl2 0.05,FeSO4·7H2O 0.02,NaCl 0.02;pH 7.2。(4)采用了硫酸铵分级沉淀及DEAE纤维素阴离子交换柱对混合菌产生的PVA降解酶进行了分离。发现PVA降解酶主要集中在硫酸铵饱和度为30%-40%之间,用离子交换柱分离时,出现两个峰,第一个峰没有酶活,第二个峰的比酶活与最初发酵上清液相比提高了7倍左右。(5)混合菌系所产的PVA降解酶作用的适宜pH范围为6.08.0,适宜温度范围为3040℃;最适pH为7.0,最适温度为35℃。(6)对酶法退浆工艺研究中发现,酶法退浆必需满足以下几个条件:1.合适的温度,2.足够的酶液,3.足够的氧气, 4.PVA处于溶胀状态。此时上浆棉织物的退浆率是100%。但酶法退浆时,随着酶作用时间延长,退浆废水中PVA的分子量逐渐降低,说明PVA降解酶能切割PVA的分子链。
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