[發明專利]一種可降解棉籽殼的復合酶及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201010524914.X
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN101974493A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 洪楓;唐綠蓉;楊光
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C12N9/00
• 分類號: C12N9/00;C12N9/42;C12N9/26;C12N9/20;C12N9/50;D06M16/00;C12S11/00;C12R1/885;D06M101/06
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬于微生物技術中復合酶的發酵制備及其應用領域，特別涉及一種可降解棉籽殼的復合酶及其制備方法和應用。

背景技術

棉籽殼的化學成分、顏色和形態不同于棉纖維與織物，影響染色的均勻度以及織物的手感和外觀，在進行織物的染色和整理前必須去除。但是棉籽殼的結構致密、成分復雜，是棉織物精練工藝中最難去除的非纖維素雜質。與棉纖維中其它雜質相比，它的降解通常需要更為劇烈的處理條件和更長的時間，因此如何去除棉織物表面的棉籽殼一直是染整工作中的難題。

當前為了應對我國傳統工業轉型和節能減排的低碳經濟要求，紡織工業正在發展棉織物生物酶精練的新型前處理工藝。棉籽殼的去除是實現棉織物酶精練工藝大規模工業化的關鍵。棉纖維共生物和棉籽殼的化學成分復雜，而酶具有高度底物催化專一性，不同種類的酶只能降解不同的雜質組分。應用酶對棉織物進行精練，單一酶制劑難以完成棉籽殼的降解，難以達到理想的去除率和精練效果，因此需要篩選找到最適于降解某一組分的酶，再將這些酶進行復配，同時確保在同一條件下復合酶體系中不同的酶能發揮各自的功效，才能利用多種酶制劑的協同復合作用促進棉籽殼的降解和去除。研究表明纖維素酶和木聚糖酶對棉織物中的棉籽殼有一定的降解作用。通過研究可知棉籽殼由外表皮層、外色素層、無色層、柵欄層和內色素層組成；外表皮層均勻地分布著角質(類脂物)，此外纖維素、半纖維素、木質素(芳環類、多酚類)和果膠也是外表皮層的主要成分；柵欄層主要以果膠、半纖維素和木質素為主；內色素層和外色素層在結構和化學成分上相同，主要以帶有酚羥基類化合物的木質素為主?；瘜W組分上主要包含纖維素(約37％)、果膠和木聚糖等半纖維素(約25％)、木質素(約29％)，此外還含有灰分(約3％)、少量蛋白質以及脂類等化學物質。在棉籽殼的三大化學組分中，木聚糖等半纖維素通常與木質素之間存在化學鍵，構成了木質素——碳水化合物復合體(LCC)，木聚糖酶可以去除棉籽殼中的木聚糖，從而破壞LCC結構，有助于溶出木質素，而少量的纖維素酶也有助于降解棉籽殼中的纖維素，最終起到軟化棉籽殼，利于在水洗中去除棉籽殼。

目前的關鍵問題是，雖然許多學者和機構采用了將單一純酶復配以提高棉籽殼的降解，譬如將纖維素酶和木聚糖酶復配，或將木聚糖酶與果膠酶復配，但是仍舊但不到理想的棉籽殼去除和精練效果。這是因為棉籽殼是一種含有包括纖維素、半纖維素、木質素、果膠、角質、蛋白質以及灰分等復雜成分的復合物，酶的高度底物催化專一特性使得不同種類的酶只能降解各自不同的雜質組分。即使采用了酶的復配技術，由于不同生物來源的酶的特性不同，催化條件差異很大，再加上各種酶的配比很難掌握，因此達不到最佳協同處理效果。不同酶的活力及使用效果與使用條件有相當大的關系。不同酶的最適反應pH值和溫度以及穩定pH值和溫度等都各有不同，在同一條件下，發揮復合酶中各種酶的活力，確保在同一條件下復合酶體系中不同的酶能發揮各自的功效，是該工藝的一個技術難點。

自然界中某些微生物自身就能獨立完成包括棉籽殼在內的復雜木質纖維素類物質的降解，因此篩選找到最適于降解棉籽殼的微生物，并通過發酵調控獲得最佳的復合酶系以用于棉籽殼的降解是一條很好的途徑。該技術能確保在同一催化反應條件下復合酶體系中不同的酶能充分和穩定地發揮各自的功效，利用各酶的協同復合作用來高效催化水解棉籽殼。里氏木霉能同時合成多種降解木質纖維素酶類，因此本發明提出誘導該菌發酵產酶并對該酶系中各種酶活進行調控以利于棉籽殼的降解。

采用高效生物催化劑群為主體的酶處理工藝替代傳統的化學處理工藝，可以顯著降低水耗、能耗，廢水量顯著減少并且容易處理；節省染料并獲得更穩定的染色效果；織物的柔軟度更好、強度更高；操作更加安全和簡便；由于用量少，在使用成本上也具有競爭力，因而成為紡織工業清潔生產技術的未來發展方向。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可降解棉籽殼的復合酶及其制備方法和應用，本方法制得的復合酶具有較高的酶活、更適合棉籽殼降解的復合酶體系，而且安全環保，操作簡單，可控性強，相比常規的堿處理反應條件溫和，對環境友好，具有良好的應用前景。

本發明的一種可降解棉籽殼的復合酶，其組分主要包括：纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶，以及少部分脂肪酶、蛋白酶等；所述的復合酶由以下方法制得，包括：