專利名稱：一種草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法
一、適用范圍本發(fā)明涉及苧麻、亞麻、羅布麻、紅麻韌皮、龍須草等草本植物纖維在工廠化條件下進(jìn)行脫膠或制漿生產(chǎn)實(shí)用的一種高效菌劑制備方法。
二、國內(nèi)外紅麻脫膠生產(chǎn)工藝與研究現(xiàn)狀草本植物纖維在植物營養(yǎng)體生長發(fā)育過程中形成，單位土地面積的纖維產(chǎn)量比棉(生殖體發(fā)育過程中形成的纖維)和木材高，纖維品質(zhì)比較好，再生速度比較快，因而，被國內(nèi)外認(rèn)為是紡織和造紙工業(yè)最具競爭力的纖維資源。這些纖維包裹于植物的韌皮部或葉片中，伴生有大量果膠、半纖維素、木質(zhì)素等非纖維素物質(zhì)，包理、包被于纖維細(xì)胞壁內(nèi)外或鑲嵌于纖維素分子之間。工廠化脫膠或制漿生產(chǎn)上歷來采用以化學(xué)試劑蒸煮為中心的“化學(xué)試劑蒸煮法”來除去這些非纖維素物質(zhì)以獲得純凈纖維素纖維用做紡織或造紙?jiān)??！盎瘜W(xué)試劑蒸煮法”是將化學(xué)試劑(氫氧化鈉、亞硫酸鹽等)配成一定濃度的溶液，然后把草本植物材料(生苧麻、紅麻韌皮、龍須草等)浸泡其中并加熱蒸煮數(shù)小時，用以除去非纖維素而提取純凈纖維的過程。該方法不僅消耗大量化工原料和能源，而且損傷纖維產(chǎn)量和品質(zhì)、嚴(yán)重污染環(huán)境。
為了解決“化學(xué)試劑蒸煮法”進(jìn)行草本纖維脫膠或制漿方法存在的諸多問題，國內(nèi)外廣泛開展了“微生物酶降解菲纖維素”的方法研究。孫慶祥等在國內(nèi)外率先研究形成了“苧麻細(xì)菌化學(xué)聯(lián)合脫膠技術(shù)”(1985)，并在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中獲得成功。劉正初等(1995)發(fā)明了“苧麻生物脫膠工藝技術(shù)與設(shè)備”(專利號ZL95 1 12564.8)。印度Bhattacharyya SK等(1981)研制成了用于處理黃麻的“真菌培養(yǎng)物”。1993年報道的生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明采用“真菌培養(yǎng)物”處理農(nóng)民脫膠不符合質(zhì)量要求的等外黃麻2-3天，可以使熟麻品質(zhì)提高2-3個等級。Paul D等(1987)研制出“混合細(xì)菌培養(yǎng)物”，做過30克苧麻脫膠實(shí)驗(yàn)。1993年報道用“混合細(xì)菌培養(yǎng)物”處理黃麻2-5天，可以完成脫膠但不損傷纖維。孟加拉Mohiuddin G等(1992)采用酶制劑處理脫膠質(zhì)量不好的黃麻可以使其紡織產(chǎn)品提高1個等級。Shamsul Haque等(1999)采用Aspergillus sp.在29-30℃下處理等外黃麻10-12天，可以使纖維提高2個等級。這些研究結(jié)果表明，采用純培養(yǎng)菌劑或從純培養(yǎng)液中提取酶制劑來降解麻類韌皮中果膠、半纖維素、木質(zhì)素的方法，不僅可以確保纖維產(chǎn)量和品質(zhì)，而且可以降低生產(chǎn)成本、減輕環(huán)境污染。
三、擬解決的關(guān)鍵問題在本所已有發(fā)明專利(專利號ZL95 1 12564.8)，即已經(jīng)獲得苧麻脫膠高效菌株T85-260(國家菌種保藏中心編號CGMCC95)的基礎(chǔ)上，通過基因工程育種手段將該菌株改造成廣譜型草本植物果膠、半纖維素、木質(zhì)素降解菌CXJZ95-198，并研制成菌劑，提供給草本纖維脫膠及制漿企業(yè)用于工廠化條件下生產(chǎn)，以減少工廠制備菌種的困難。四、技術(shù)方案本發(fā)明擬采用的技術(shù)路線為菌(原)種制備→一級培養(yǎng)→二級培養(yǎng)接種→二級培養(yǎng)→真空包裝→三級培養(yǎng)(工廠化條件下活化擴(kuò)增)→生產(chǎn)用活化態(tài)菌懸液(產(chǎn)品)。
(一)菌種改良 采用質(zhì)體DNA分子雜交獲得一個食胡蘿卜歐文氏桿菌突變株(本所編號CXJZ95-198)。該突變菌株的特性之一是在低于4℃環(huán)境下保存30天和在60℃溫水中保存60分鐘，菌體死亡率達(dá)到100％。該突變菌株的特性之二是將菌體接種到草本植物纖維材料上以后，一旦完成其半纖維素的主要骨架成分——甘露聚糖的降解，即分泌出蘭色色素物質(zhì)(起指示劑作用)。
(二)菌(原)種制備 取活化態(tài)典型CXJZ95-198菌落一個，在盛9ml無菌水的試管中分散后，按2％的比例接入改良肉湯培養(yǎng)液，35℃±1℃恒溫條件下振蕩(頻率為120rpm-180rpm)培養(yǎng)6h±1h。改良肉湯培養(yǎng)液的配方魔芋粉(或葡萄糖)5.0g/L，蛋白胨5.0g/L，牛肉膏5.0g/L，氯化鈉5.0g/L，自然pH值。
(三)一級培養(yǎng) 按2％取振蕩培養(yǎng)菌懸液接入豆餅粉培養(yǎng)液，在普通攪拌通氣式發(fā)酵罐中培養(yǎng)6h±0.5h。發(fā)酵罐培養(yǎng)條件是35℃±1℃恒溫，通壓縮空氣0.05dm3-0.50dm3/l.min.，180rpm-280rpm攪拌。小批量生產(chǎn)時，用三角燒瓶在35℃±1℃下振蕩(頻率為120rpm-180rpm)培養(yǎng)來替代發(fā)酵罐培養(yǎng)。豆餅粉培養(yǎng)液配方豆餅粉(或無防腐劑面粉)2.0％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
(四)二級培養(yǎng)接種 采用不銹鋼和面機(jī)將一級培養(yǎng)菌懸液(5％±3％)與固態(tài)培養(yǎng)基(95％±3％)充分混勻。固態(tài)培養(yǎng)基中統(tǒng)糠(谷殼粉，風(fēng)干重)與添加劑(溶液重)的配比為6比4。添加劑配方(對水而言)為豆餅粉1％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
(五)二級培養(yǎng) 將接種后的混合物均勻、分層平鋪于具備通氣裝置的特制容器(同已申請發(fā)明專利的特制容器，申請?zhí)?1 1 45354.0)中，每層物料厚度為3cm-8cm，在35℃±1℃、相對濕度大于85％的環(huán)境下，按0.05dm3-0.50dm3/l.min.的比例通入壓縮空氣進(jìn)行培養(yǎng)5.5h±0.5h。其活菌總量不低于109cfu/g。
(六)包裝 同已申請發(fā)明專利的技術(shù)方案(即采用普通真空包裝機(jī)和真空包裝塑料袋包裝。包裝量為500g菌劑/包。保質(zhì)期為12個月。其活性降低率小于20％。申請?zhí)?1 1 45354.0)。
(七)三級培養(yǎng)(工廠化條件下活化擴(kuò)增) 在工廠化條件下進(jìn)行，培養(yǎng)設(shè)備為300l通氣攪拌式通用發(fā)酵罐。其接種量(二級培養(yǎng)固形物的重量與培養(yǎng)基重量之比，W/W)4％±1％；通氣量0.05dm3-0.50dm3/l.min.；攪拌速率180rpm-280rpm；培養(yǎng)時間6.5h±0.5h。
五、實(shí)施例(一)技術(shù)方案本發(fā)明擬采用的技術(shù)路線為菌(原)種制備→一級培養(yǎng)→二級培養(yǎng)接種→二級培養(yǎng)→真空包裝→三級培養(yǎng)(工廠化條件下活化擴(kuò)增)→生產(chǎn)用活化態(tài)菌懸液(產(chǎn)品)。
1.菌種改良 采用質(zhì)體DNA分子雜交獲得一個食胡蘿卜歐文氏桿菌突變株(本所編號CXJZ95-198)。該突變菌株的特性之一是在低于4℃環(huán)境下保存30天和在60℃溫水中保存60分鐘，菌體死亡率達(dá)到100％。該突變菌株的特性之二是將菌體接種到草本植物纖維材料上以后，一旦完成其半纖維素的主要骨架成分——甘露聚糖的降解，即分泌出蘭色色素物質(zhì)(起指示劑作用)。
2.菌(原)種制備 取活化態(tài)典型CXJZ95-198菌落一個，在盛9ml無菌水的試管中分散后，按2％的比例接入改良肉湯培養(yǎng)液，35℃±1℃恒溫條件下振蕩(頻率為140rpm)培養(yǎng)6h。改良肉湯培養(yǎng)液的配方魔芋粉(或葡萄糖)5.0g/L，蛋白胨5.0g/L，牛肉膏5.0g/L，氯化鈉5.0g/L，自然pH值。
3.一級培養(yǎng) 按2％取振蕩培養(yǎng)菌懸液接入豆餅粉培養(yǎng)液，在普通攪拌通氣式發(fā)酵罐中培養(yǎng)6h。發(fā)酵罐培養(yǎng)條件是35℃±1℃恒溫，通壓縮空氣0.15dm3/l.min，280rpm攪拌。豆餅粉培養(yǎng)液配方豆餅粉(或無防腐劑面粉)2.0％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
4.二級培養(yǎng)接種 采用不銹鋼和面機(jī)將一級培養(yǎng)菌懸液(5％)與固態(tài)培養(yǎng)基(95％)充分混勻。固態(tài)培養(yǎng)基中統(tǒng)糠(谷殼粉，風(fēng)干重)與添加劑(溶液重)的配比為6比4。添加劑配方(對水而言)為豆餅粉1％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
5.二級培養(yǎng) 將接種后的混合物均勻、分層平鋪于具備通氣裝置的特制容器(同已申請發(fā)明專利的特制容器，申請?zhí)?1 1 45354.0)中，每層物料厚度為5cm，在35℃±1℃、相對濕度大于85％的環(huán)境下，按0.15dm3/l.min.的比例通入壓縮空氣進(jìn)行培養(yǎng)5.5h。其活菌總量不低于109cfu/g。
6.包裝 同已申請發(fā)明專利的技術(shù)方案(即采用普通真空包裝機(jī)和真空包裝塑料袋包裝。包裝量為500g菌劑/包。保質(zhì)期為12個月。其活性降低率小于20％。申請?zhí)?1 1 45354.0)。
7.三級培養(yǎng)(工廠化條件下活化擴(kuò)增) 在工廠化條件下進(jìn)行，培養(yǎng)設(shè)備為300l通氣攪拌式通用發(fā)酵罐。其接種量(二級培養(yǎng)固形物的重量與培養(yǎng)基重量之比，W/W)4％；通氣量0.15dm3/l.min.；攪拌速率250rpm；培養(yǎng)時間6.5h。
(二)生產(chǎn)規(guī)模本實(shí)施例生產(chǎn)“草本纖維脫膠或制漿用高效菌劑”的規(guī)模為300包-500包/批。
(三)實(shí)施效果2001年9月-12月，用近3000包“草本纖維脫膠或制漿用高效菌劑”在湖南省湘西自治州花垣縣造紙廠進(jìn)行了工廠化應(yīng)用試驗(yàn)，共用原料龍須草20多噸。試驗(yàn)結(jié)果(已通過湖南省科技廳組織的中試成果鑒定)表明1.利用“草本纖維脫膠或制漿用高效菌劑”降解草本植物非纖維素物質(zhì)(果膠、半纖維素等)形成了一項(xiàng)的高新技術(shù)成果——高效節(jié)能清潔型龍須草生物制漿技術(shù)。該項(xiàng)成果在國內(nèi)外造紙行業(yè)中居領(lǐng)先地位。
2.該項(xiàng)成果的工藝流程包括“龍須草原料→剪切→裝料→接種→發(fā)酵→脫殼→打漿(半漿)→篩漿→洗漿→磨漿→制板→成品漿板”等工序。其主要技術(shù)參數(shù)是①龍須草原料浸泡接種時間＝10min.-15min.；②發(fā)酵的溫度＝35℃±4℃、時間≤8h；③脫殼時浴比≤1∶2.5、NaOH用量＝4％±0.5％、蒸汽壓≤0.015mPa、蒸煮時間≤2h時。
3.該項(xiàng)成果能將不同等級的原料龍須草加工成品質(zhì)指標(biāo)介于針葉木漿與闊葉木漿之間的高檔紙漿，并且適用于工廠化生產(chǎn)。
4.該項(xiàng)成果具有低耗、節(jié)能、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、污染輕等特點(diǎn)。與常規(guī)化學(xué)制漿工藝比較，①工藝輔料減少54.55％；②動力能耗節(jié)省33.80％；③細(xì)漿得率提高5個百分點(diǎn)；④工業(yè)綜合廢水工業(yè)廢水水量為100m3/t，SS、CODcr和BOD5的濃度694mg/l、1181mg/l和317mg/l，可直接進(jìn)入生物氧化處理且易于達(dá)標(biāo)，廢氣、廢渣和廢汽排放量減少41.67％，機(jī)械噪音降低28.57％。
權(quán)利要求
1.一種草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，技術(shù)路線為菌(原)種制備→一級培養(yǎng)→二級培養(yǎng)接種→二級培養(yǎng)→真空包裝→三級培養(yǎng)(工廠化條件下活化擴(kuò)增)→生產(chǎn)用活化態(tài)菌懸液(產(chǎn)品)。
2.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于采用質(zhì)體DNA分子雜交獲得一個食胡蘿卜歐文氏桿菌突變株(本所編號CXJZ95-198)。該突變菌株的特性之一是在低于4℃環(huán)境下保存30天和在60℃溫水中保存60分鐘，菌體死亡率達(dá)到100％。該突變菌株的特性之二是將菌體接種到草本植物纖維材料上以后，一旦完成其半纖維素的主要骨架成分——甘露聚糖的降解，即分泌出蘭色色素物質(zhì)(起指示劑作用)。
3.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于取活化態(tài)典型CXJZ95-198菌落一個，在盛9ml無菌水的試管中分散后，按2％的比例接入改良肉湯培養(yǎng)液，35℃±1℃恒溫條件下振蕩(頻率為120rpm-180rpm)培養(yǎng)6h±1h。改良肉湯培養(yǎng)液的配方魔芋粉(或葡萄糖)5.0g/L，蛋白胨5.0g/L，牛肉膏5.0g/L，氯化鈉5.0g/L，自然pH值。
4.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于按2％取振蕩培養(yǎng)菌懸液接入豆餅粉培養(yǎng)液，在普通攪拌通氣式發(fā)酵罐中培養(yǎng)6h±0.5h。發(fā)酵罐培養(yǎng)條件是35℃±1℃恒溫，通壓縮空氣0.05dm3-0.50dm3/l.min.，180rpm-280rpm攪拌。小批量生產(chǎn)時，用三角燒瓶在35℃±1℃下振蕩(頻率為120rpm-180rpm)培養(yǎng)來替代發(fā)酵罐培養(yǎng)。豆餅粉培養(yǎng)液配方豆餅粉(或無防腐劑面粉)2.0％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
5.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于采用不銹鋼和面機(jī)將一級培養(yǎng)菌懸液(5％±3％)與固態(tài)培養(yǎng)基(95％±3％)充分混勻。固態(tài)培養(yǎng)基中統(tǒng)糠(谷殼粉，風(fēng)干重)與添加劑(溶液重)的配比為6比4。添加劑配方(對水而言)為豆餅粉1％，(NH4)2HPO40.05％，KH2PO40.05％，MgSO4.7H2O0.05％，酵母汁0.05％，自然pH值。
6.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于將接種后的混合物均勻、分層平鋪于具備通氣裝置的特制容器(同已申請發(fā)明專利的特制容器，申請?zhí)?1145354.0)中，每層物料厚度為3cm-8cm，在35℃±1℃、相對濕度大于85％的環(huán)境下，按0.05dm3-0.50dm3/l.min.的比例通入壓縮空氣進(jìn)行培養(yǎng)5.5h±0.5h。其活菌總量不低于109cfu/g。
7.如權(quán)利要求1所述的草本纖維工廠化脫膠或制漿用高效菌劑制備方法，其特征在于工廠化條件下進(jìn)行培養(yǎng)的設(shè)備為300l通氣攪拌式通用發(fā)酵罐。其接種量(二級培養(yǎng)固形物的重量與培養(yǎng)基重量之比，W/W)4％±1％；通氣量0.05dm3-0.50dm3/l.min.；攪拌速率180rpm-280rpm；培養(yǎng)時間6.5h±0.5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及苧麻、亞麻、羅布麻、紅麻韌皮、龍須草等草本植物纖維脫膠或制漿用的一種高效菌劑制備方法。其技術(shù)路線為原種制備→一級培養(yǎng)→二級培養(yǎng)接種→二級培養(yǎng)→真空包裝→三級培養(yǎng)→生產(chǎn)用活化態(tài)菌懸液。采用本工藝流程及其相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)將已有菌株CXJZ95－198制備成高效菌劑，提供給企業(yè)用于生產(chǎn)，以減少工廠制備菌種的困難。該菌劑用于工廠化條件下脫膠與制漿生產(chǎn)具有低耗、節(jié)能、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、污染輕等特點(diǎn)。與常規(guī)化學(xué)脫膠或制漿工藝比較，①工藝輔料減少50％以上；②動力能耗節(jié)省30％以上；③有效纖維制成率提高5個百分點(diǎn)；④工業(yè)綜合廢水的SS、COD
文檔編號D01C1/00GK1450209SQ02108820
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日
發(fā)明者劉正初, 彭源德, 馮湘沅, 鄧碩蘋, 段盛文, 鄭科 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所