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

论文摘要

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,KH2PO40.2,MgSO4·7H2O 0.4,CaCl20.05,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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 聚乙烯醇（PVA）在纺织工业中的应用及存在的问题
• 1.1.2 PVA 的微生物降解
• 1.1.3 PVA 降解酶性质及其催化降解PVA 的反应机理的研究
• 1.1.4 PVA 降解酶在纺织棉织物退浆中的应用进展
• 1.1.5 发酵法生产PVA 降解酶研究进展及存在的问题
• 1.2 本论文的主要研究内容
• 第二章 降解聚乙烯醇混合菌系的筛选及产酶特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 培养方法
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PVA 降解菌株的分离和特征
• 2.3.2 三种菌株对PVA 205 的降解分析
• 2.3.3 PVA 分子量对其生物降解性的影响
• 2.3.4 发酵过程中胞内外PVA 含量变化
• 2.3.5 混合菌系产PVA 降解酶的酶活分布
• 2.4 小结
• 第三章 混合菌摇瓶发酵营养条件研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 发酵培养基
• 3.2.3 菌种培养条件
• 3.2.4 菌种保藏
• 3.2.5 粗酶液的制备
• 3.2.6 分析方法
• 3.2.7 试剂
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳源对混合菌摇瓶发酵的影响
• 3.3.2 氮源对混合菌摇瓶发酵的影响
• 4·7H₂O 对菌体生长和产酶的影响'>3.3.3 不同浓度FeSO₄·7H₂O 对菌体生长和产酶的影响
• 4·7H₂O 对菌体生长和产酶的影响'>3.3.4 不同浓度MgSO₄·7H₂O 对菌体生长和产酶的影响
• 3.3.5 中心实验设计及响应面分析
• 3.4 小结
• 第四章 PVA 降解酶的提取及退浆小试
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 菌种
• 4.2.2 发酵培养基
• 4.2.3 培养方法
• 4.2.4 PVA 降解酶粗酶液的制备
• 4.2.5 PVA 降解酶酶活测定方法
• 4.2.6 PVA 降解酶提取方法
• 4.2.6.1 硫酸铵分级沉淀
• 4.2.6.2 离子交换拄
• 4.2.7 蛋白质含量测定
• 4.2.8 PVA 降解酶粗酶液酶学性质研究
• 4.2.8.1 PVA 降解酶适宜pH 的实验方法
• 4.2.8.2 PVA 降解酶适宜温度的实验方法
• 4.2.8.3 PVA 降解酶pH 稳定性的实验方法
• 4.2.8.4 PVA 降解酶温度稳定性的实验方法
• 4.2.9 粗酶液对PVA1799 溶液的降解
• 4.2.10 上浆棉织物的制备
• 4.2.11 棉织物残留PVA 的测定
• 4.2.12 应用热水退浆的实验方法
• 4.2.13 PVA 降解酶退浆方法
• 4.2.14 分子量分布测定
• 4.2.15 COD 的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 硫酸铵沉淀PVA 降解酶
• 4.3.2 层析柱分离PVA 降解酶
• 4.3.3 PVA 降解酶的适宜pH 和温度范围
• 4.3.4 PVA 降解酶的pH 和温度稳定性
• 4.3.5 粗酶液对PVA1799 溶液的降解
• 4.3.6 PVA 降解酶退浆小试研究
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果