紡織清潔生產(chǎn)用過氧化氫酶的工業(yè)化生產(chǎn)條件優(yōu)化.pdf

1、過氧化氫酶(Catalase，簡稱CAT)，存在于所有好氧微生物和動、植物細胞內(nèi)，催化H2O2分解為H2O和O2，在食品消毒、臨床分析、醫(yī)學(xué)診斷以及紡織、造紙、制漿等工業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識的加強，過氧化氫酶開始用于織物漂白工藝中替代水洗和化學(xué)試劑還原法去除H2O2，是一種綠色，清潔、高效的生物催化劑。但是，大多數(shù)商品CAT不能耐受漂白浴液的苛刻條件，因此需要開發(fā)在高溫(>60℃)和堿性(pH>9)條件下穩(wěn)定的酶，而嗜

2、熱子囊菌ThermoascusaurantiacusWSH03-01BC所產(chǎn)的CAT與目前市場上的商品酶相比，其耐熱，耐堿性能更能滿足紡織漂染工藝的要求。 本論文以一株嗜熱子囊菌ThermoascusaurantiacusWSH03-01BC為出發(fā)菌株，研究了發(fā)酵工藝改進和環(huán)境因素對菌體合成CAT的影響，并針對細胞內(nèi)存在的葡萄糖分解代謝物阻遏現(xiàn)象，聯(lián)系其與乙醇代謝的關(guān)系，找到了添加乙醇(75％)促進CAT合成有利的規(guī)律。此外還對

3、該菌株所產(chǎn)CAT粗酶的簡單性能，應(yīng)用進行了研究，并且對活性氧影響細胞生長以及產(chǎn)酶的機理進行了初探。主要研究內(nèi)容如下： 1.由于T.aurantiacusWSH03-01BC子囊菌在發(fā)酵產(chǎn)酶的不同階段對溶氧的要求不同的，分階段控制溶氧水平有利于提高細胞生長和合成CAT水平。發(fā)酵0～48h控制DO濃度為80％(體積分數(shù))，菌體的生長量DCW達到最大值10.53g/L，比對照(10.09g/L)提高了4.4％；在發(fā)酵48h～72h控S

4、UDO水平為50％(v/v)，菌體合成過氧化氫酶達到最大值2837U/ml，比對照(1887U/ml)提高了50.34％。 2.T.aurantiacusWSH03-01BC子囊菌是一種專性嗜熱菌，實驗表明它的最適生長溫度和最適產(chǎn)酶溫度不一致。分階段控制發(fā)酵溫度策略使得菌體的生長充分的前提下進一步促進菌體大量的合成過氧化氫酶。發(fā)酵0h～36h控制發(fā)酵溫度為46℃，在36h～72h將溫度恒定在49℃，生長量達到10.79g/L，最

5、大酶活達到了2875U/mL，單位細胞產(chǎn)酶能力達到278.86U/mg，與單一控制發(fā)酵溫度為46℃時的最大的酶活相比，分別提高了28.9％和29.9％。 3.適量添加乙醇(75％)可以促進菌體合成過氧化氫酶，當添加總量超過2.4％時，細胞的生長及產(chǎn)酶則受到較大的抑制。在發(fā)酵36～48h，恒速流加乙醇比一次性添加等量的乙醇更有效地促進菌體的產(chǎn)酶。在菌體生長的穩(wěn)定期前期恒速流加1.6％乙醇以及混合添加0.4％的H2O2，過氧化氫酶的

6、產(chǎn)量比對照提高50.1％。 4.在前期研究的基礎(chǔ)上，將實驗結(jié)果放大到1m3和5m3罐的中試規(guī)模時，1m3和5m3罐的酶活和生產(chǎn)強度分別達到2224U/mL：9267U/L·h和2300U/mL；13938U/L·h，分別接近和高于7L罐水平，表明所采用的放大方法并由此確定的通氣量和攪拌轉(zhuǎn)速是合理的，并且實際試生產(chǎn)結(jié)果表明利用T.aurantiacusWSH03-01BC進行工業(yè)化產(chǎn)CAT是完全可行的。 5.T.auran

7、tiacusWSH—03-01BC所產(chǎn)CAT粗酶液的特性研究表明，此酶的熱穩(wěn)定性較高，溫度適用范圍是60℃～80℃，pH的適用范圍為9～11，其耐受高溫和強堿性環(huán)境的特性在紡織行業(yè)中將有廣闊的應(yīng)用前景。 6.提高環(huán)境中的溶氧濃度能夠促進T.aurantiacusWSH03-01BC生長，但細胞對高氧濃度引起的O2-脅迫應(yīng)激水平并不高，表現(xiàn)為提高溶氧濃度(50％—80％)時CAT酶活沒有明顯地提高。而在甲萘醌(流加速度3μM·h-