混合菌发酵法生产聚乙烯醇降解酶的条件优化研究

摘要

聚乙烯醇(PVA)是一种人工合成的水溶性高分子聚合物，被广泛应用于纺织工业中的上浆剂。经PVA上浆的棉织物，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70～90℃的热水对棉织物进行洗脱，洗脱下的PVA随废水排出，这就导致纺织厂排出的废水中含有大量的PVA，而PVA化学好氧量大，可生化性较差，造成水体的严重污染。利用酶法退浆，在退浆的同时进行PVA的降解，提高了退浆废水的可生化性，且从退浆过程的水耗、能耗以及废水的处理费用来看，酶法退浆较传统方法有较大的优势；同时酶的处理条件温和，对棉织物的损害较少，因此PVAase的研究越来越受到重视。本论文在课题组研究的基础上，继续对混合菌发酵产PVAase的发酵条件进行研究，考察了金属离子对混合菌生长和产酶的影响、酵母粉的添加策略对产酶的影响和研究了两阶段营养控制对PVAase发酵的影响。主要研究结果如下： (1)通过金属离子的单因素实验，发现Mg2+和Fe3+对混合菌生长和产酶的影响非常显著，酶活比没有添加前分别提高了449.0％和1766.3％；Cu2+和Zn2+对混合菌生长和产酶有明显的抑制作用，酶活比没有添加前分别降低了71.5％和20.1％：Mn2+和Ca2+的影响是微弱的。 (2)Mn2+和Mg2+的单独添加对混合菌产酶的影响不大，当Mn2+和Mg2+与Ca2+组合添加时，对PVAase生产有促进作用，发酵结束时酶活分别达到1.461U·ml-1(添加Fe3+、Mg2+和Ca2+)和1.453U·ml-1(添加Fe3+、Mn2+和Ca2+)，比单独添加Mg2+和Mn2+时酶活分别提高了17.3％和17.1％。Fe3+、Ca2+与Mg2+、Mn2+的组合添加，一方面增加了酶的表观活性，另一方面，能有效地促进PVAase的生物合成，提高发酵液的总酶活。 (3)通过不同初始PVA浓度下混合菌分批发酵生产PVAase的发酵曲线分析得出酵母粉是最有可能的限制性因素。分析比较了一次性补加、分批补加和恒速流加酵母粉对混合菌产PVAase的影响，其中分批补加效果最佳，PVAase酶活达到3.318U·mL-1。 (4)恒速流加葡萄糖和酵母粉可以明显增加混合菌的菌浓，在流速为2.4g·L—1·h-1时，DCW达到27.18g·L-1。初始PVA浓度为1g·L-1，葡萄糖和酵母粉流加结束后添加4g·L-1的PVA，经发酵PVAase酶活达到8.020U·mL-1，是初始酶活1.289U·mL-1的6.22倍，达到了提高菌体浓度和PVAase酶活的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1聚乙烯醇的结构、性能及应用

1.1.2 PVA在纺织工业中应用存在问题

1.1.3 PVA的生物降解

1.1.4 PVA降解酶及其降解PVA的反应机理

1.1.5 PVA降解酶在纺织棉织物退浆中的应用及存在问题

1.2本论文的主要研究内容

第二章金属离子对聚乙烯醇降解酶发酵的影响

2.1引言

2.2材料和方法

2.2.1菌种

2.2.2培养基(g·L-1)

2.2.3试剂

2.2.4培养方法

2.2.5粗酶液的制备

2.2.6 PVA含量测定

2.2.7 PVAase酶活测定方法

2.2.8细胞干重测定方法

2.3结果与讨论

2.3.1 Mg2+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.2 Ca2+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.3 Cu2+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.4 Mn2+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.5 Fe3+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.6 Zn2+对混合菌生长和产酶的影响

2.3.7 Fe3+、Mn2+、Ca2+和Mg2+的正交试验

2.3.8 Fe3+、Mg2+、Ca2+和Mn2+的不同添加方式对混合菌生长和产酶的影响

2.4小结

第三章酵母粉添加方式对聚乙烯醇降解酶发酵的影响

3.1引言

3.2材料和方法

3.2.1菌种

3.2.2培养基

3.2.3试剂

3.2.4分批发酵培养

3.2.5流加培养

3.2.6粗酶液的制备

3.2.7测定方法

3.3结果与讨论

3.3.1初始PVA浓度对PVAase发酵的影响

3.3.2酵母粉补加时间和补加量对PVAase发酵的影响

3.3.3分批补加酵母粉培养生产PVAase的发酵过程

3.3.4恒速流加酵母粉培养生产PVAase的发酵过程

3.3.5酵母粉不同补加方式下PVAase的发酵过程比较

3.4小结

第四章两阶段营养控制对聚乙烯醇降解酶发酵的影响

4.1引言

4.2材料和方法

4.2.1菌种

4.2.2培养基

4.2.3试剂

4.2.4分批发酵培养

4.2.5流加培养

4.2.6粗酶液的制备

4.2.7测定方法

4.3结果与讨论

4.3.1葡萄糖浓度对混合菌生长的影响

4.3.2氮源种类和浓度对混合菌生长的影响

4.3.3葡萄糖为碳源的分批发酵过程

4.3.4葡萄糖和酵母粉混合液恒速流加对混合菌体生长的影响

4.3.5诱导期添加PVA的诱导产酶发酵过程

4.3.6初始培养基中添加PVA的诱导产酶发酵过程

4.4小结

第五章结论

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间取得的学术成果