混合菌发酵法生产聚乙烯醇降解酶的条件优化研究

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,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1.461 U·ml-1（添加Fe3+、Mg2+和Ca2+）和1.453 U·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3.318 U·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2.4 g·L-1·h-1时,DCW达到27.18 g·L-1。初始PVA浓度为1 g·L-1,葡萄糖和酵母粉流加结束后添加4 g·L-1的PVA,经发酵PVAase酶活达到8.020 U·mL-1,是初始酶活1.289 U·mL-1的6.22倍,达到了提高菌体浓度和PVAase酶活的目的。

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
• -1)'>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+对混合菌生长和产酶的影响'>2.3.1 Mg²⁺对混合菌生长和产酶的影响
• 2+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+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+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
• 3+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+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
• 3+、Mn²⁺、Ca²⁺和 Mg²⁺的正交试验'>2.3.7 Fe³⁺、Mn²⁺、Ca²⁺和 Mg²⁺的正交试验
• 3+、Mg²⁺、Ca²⁺和 Mn²⁺的不同添加方式对混合菌生长和产酶的影响'>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