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木质素的酶法纯化与应用

彭园花  
【摘要】: 中国是一个木材资源相对不足的国家,因此,造纸厂大多采用非木材原料造纸。日产50t的大型造纸厂一般采用碱回收的方法治理黑液,但这对于中小型造纸厂却不是经济可行的。因此,这些中小造纸厂受废水治理难度的困惑,每年向水体排放大量黑液。造成黑液中COD_(cr)和BOD_5高的主要污染物便是木质素,从资源回收利用的角度考虑,采用各种方法回收黑液中的木质素作为工业原材料。 然而,目前限制工业碱木质素使用的问题之一便是没有有效方法得到较纯的木质素,因为木质素通常与碳水化合物相结合,形成木质素—碳水化合物复合体,即LCC结构。其LCC结构中的含糖量为2~8%,其影响了木质素的后续利用。为拓宽木质素的应用范围迫切需要寻求木质素纯化的方法。为此,本文从工业碱木质素出发,主要做了以下工作: (a)用龙成梅已经筛选得到的青霉M3-2进行固体发酵,研究表明,廉价的玉米芯和麸皮可以诱导木聚糖酶的合成。优化后的工艺条件为:麸皮40%,玉米芯56.3%,(NH_4)_2SO_4 2%,NaNO_3 0.5%,尿素0.5%,KH_2PO_4 0.5%,MgSO_4·7H_2O 0.2%,自然pH值,初始含水率为50%,30℃培养6d,木聚糖酶的活力高达7.24×10~5 IU·g~(-1)(干曲),有较好的应用前景。 (b)该菌株所产木聚糖酶的最适反应温度为40℃;最适反应pH值为6;该酶在35℃和40℃下的热稳定性好,其pH值适应性较强,且在中性条件下具有较好的pH值稳定性;金属离子Na~+、Ca~(2+)、Zn~(2+)、Mg~(2+)和K~+对酶有激活作用,Fe~(3+)、Cu~(2+)、Ba~(2+)和Mn~(2+)对酶有抑制作用。 (c)将工业碱木质素采用8%(w/w)的该木聚糖酶在pH值为8、40℃下处理3h。同时采用红外光谱吸收、紫外光谱吸收,差热分析等手段对处理前后的木质素进行LCC结构变化的分析。结果表明木质素经过该木聚糖酶处理以后其LCC结构被破坏,其中的碳水化合物降解为木糖,从而得到较纯的木质素。 (d)用经过木聚糖酶纯化的工业碱木质素进行木质素磺化,即Na_2SO_38mmol·g~(-1)(木质素),HCHO 2mmol·g~(-1)(木质素),pH 8,于60℃反应6h后,木质素的磺化率可达5.32 mmol·g~(-1)。


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