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

1、過(guò)氧化氫酶(Catalase，簡(jiǎn)稱CAT)，存在于所有好氧微生物和動(dòng)、植物細(xì)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，過(guò)氧化氫酶開(kāi)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(kāi)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(chǎng)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(jìn)和環(huán)境因素對(duì)菌體合成CAT的影響，并針對(duì)細(xì)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(jìn)CAT合成有利的規(guī)律。此外還對(duì)

3、該菌株所產(chǎn)CAT粗酶的簡(jiǎn)單性能，應(yīng)用進(jìn)行了研究，并且對(duì)活性氧影響細(xì)胞生長(zhǎng)以及產(chǎn)酶的機(jī)理進(jìn)行了初探。主要研究?jī)?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(duì)溶氧的要求不同的，分階段控制溶氧水平有利于提高細(xì)胞生長(zhǎng)和合成CAT水平。發(fā)酵0～48h控制DO濃度為80％(體積分?jǐn)?shù))，菌體的生長(zhǎng)量DCW達(dá)到最大值10.53g/L，比對(duì)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(guò)氧化氫酶達(dá)到最大值2837U/ml，比對(duì)照(1887U/ml)提高了50.34％。 2.T.aurantiacusWSH03-01BC子囊菌是一種專性嗜熱菌，實(shí)驗(yàn)表明它的最適生長(zhǎng)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(zhǎng)充分的前提下進(jìn)一步促進(jìn)菌體大量的合成過(guò)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(zhǎng)量達(dá)到10.79g/L，最

5、大酶活達(dá)到了2875U/mL，單位細(xì)胞產(chǎn)酶能力達(dá)到278.86U/mg，與單一控制發(fā)酵溫度為46℃時(shí)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(jìn)菌體合成過(guò)氧化氫酶，當(dāng)添加總量超過(guò)2.4％時(shí)，細(xì)胞的生長(zhǎng)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(jìn)菌體的產(chǎn)酶。在菌體生長(zhǎng)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(guò)氧化氫酶的

6、產(chǎn)量比對(duì)照提高50.1％。 4.在前期研究的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果放大到1m3和5m3罐的中試規(guī)模時(shí)，1m3和5m3罐的酶活和生產(chǎn)強(qiáng)度分別達(dá)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(shí)際試生產(chǎn)結(jié)果表明利用T.aurantiacusWSH03-01BC進(jìn)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(qiáng)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(jìn)T.aurantiacusWSH03-01BC生長(zhǎng)，但細(xì)胞對(duì)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(shí)CAT酶活沒(méi)有明顯地提高。而在甲萘醌(流加速度3μM·h-