一種利用高溫酯酶pcest去除廢紙漿中膠黏物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高溫酯酶PCEST去除廢紙漿中膠黏物的方法，所述的酯酶PCEST的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。具體包括如下步驟：向廢紙漿中加入0.1U～1.0U/g(相對于絕干漿質(zhì)量)的酯酶PCEST，處理時間45～120min，溫度40～80℃，pH5.0～9.0，攪拌速度100～150rpm，最后根據(jù)TAPPIT?277標(biāo)準(zhǔn)法檢測廢紙漿中膠黏物含量。結(jié)果證實(shí)膠黏物去除率達(dá)到52.1％～62.8％，即使在高溫環(huán)境下仍具有較好的去除效果。本發(fā)明利用高溫酯酶PCEST對廢紙漿中的膠黏物進(jìn)行高效降解，操作過程簡便且無需額外機(jī)械設(shè)備，膠黏物去除效果明顯，生產(chǎn)成本低，對環(huán)境無危害。
【專利說明】
一種利用高溫酯酶PCEST去除廢紙漿中膠黏物的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用高溫酯酶去除廢紙漿中膠黏物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，廢紙漿在全球紙漿消費(fèi)總量中占比已超過60%。廢紙作為我國制漿造紙 工業(yè)的一種重要原料，廢紙的再利用不僅可以節(jié)約大量植物纖維原料、降低生產(chǎn)成本，而且 對于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、緩解環(huán)境污染有著深遠(yuǎn)的意義。然而膠黏物的形成和控制問題在實(shí)際 的廢紙回收利用過程中日益凸顯，膠黏物是指廢紙回用過程中各種來源不同且具有永久或 者臨時黏性并可在造紙過程中引起問題和引起產(chǎn)品質(zhì)量下降的所有物質(zhì)。膠黏物主要來源 于廢紙中的熱熔物、壓敏物、施膠劑、涂布膠黏物和油墨殘留物等，這些物質(zhì)主要由聚丙烯 酸酯、聚醋酸乙烯酯等與其他雜質(zhì)混合而成，它們通過酯鍵將膠黏物的基本結(jié)構(gòu)組分連接 在一起。由于膠黏物在漿料體系中呈現(xiàn)負(fù)電性，因而可以吸附各種陽離子物質(zhì)，因此在制漿 造紙過程中就容易造成堵塞網(wǎng)孔、出現(xiàn)紙張空洞、產(chǎn)生陰離子垃圾、引起斷紙以及紙機(jī)停機(jī) 等問題。
[0003] 目前，去除和控制漿料中膠黏物的方法主要采用機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法包括篩 選、凈化、洗滌、浮選以及熱分散等物理方法，主要用來去除廢紙漿中的大膠黏物?；瘜W(xué)法則 通過添加膠黏物控制機(jī)，利用化學(xué)吸附、改性、分散、表面鈍化等方法來去除微細(xì)膠黏物。這 些方法為廢紙造紙企業(yè)常用的膠黏物控制方法，雖然有一定的去除效果，然而存在高耗能、 效率低、易產(chǎn)生大量工業(yè)廢水等問題，而且去除效率還要受設(shè)備性能的優(yōu)劣等諸多因素的 影響。
[0004] 生物酶具有高效、專一、穩(wěn)定的催化性，而且對環(huán)境無污染，因此在制漿造紙領(lǐng)域 的應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注，近年來許多企業(yè)利用生物酶法處理廢紙回收過程中的膠黏 物問題。隨著酶工程技術(shù)的發(fā)展，生物酶的催化效率，底物特異性及穩(wěn)定性可進(jìn)一步被提 高，更適合用于實(shí)際生產(chǎn)。目前用于造紙工業(yè)的生物酶制劑有蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、木 聚糖酶、脂肪酶及酯酶等。其中脂肪酶及酯酶是一類羧酸酯水解酶，具有加快黏性物質(zhì)酯鍵 的斷裂，使其黏附物體積變小及黏附效率減弱的特性，可用于控制和去除廢紙漿中的膠黏 物。酯鍵一旦斷裂，膠黏物的基本組分很難在系統(tǒng)中重新聚合，而且生物酶可以自行降解， 不會污染環(huán)境。萬金泉等[萬金泉等，脫墨紙漿中膠黏物生物酶法處理]利用脂肪酶對脫墨 紙漿中膠黏物進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)不同種類的脂肪酶處理效果不同，但在通常的制漿條件下很 難實(shí)現(xiàn)較好的處理效果。林濤等[林濤等，膠黏物控制酶在廢紙?zhí)幚碇械膽?yīng)用]利用生物酶 optimy Ze525處理廢紙膠黏物，膠黏物去除率達(dá)到29.9%。
[0005] 雖然普通的脂肪酶及酯酶有一定的膠黏物去除效果，但是廢紙漿成分較為復(fù)雜， 含有大量能夠使生物酶失活的化學(xué)物質(zhì)，且高溫等極端環(huán)境易導(dǎo)致生物酶制劑在實(shí)際生產(chǎn) 應(yīng)用的效率受到抑制，因此具有耐受強(qiáng)酸堿、有機(jī)溶劑及高溫處理條件的生物酶更能滿足 造紙工業(yè)的生產(chǎn)需求。極端微生物是一類能夠在火山口、極地、深海沉積物或溫泉等極端環(huán) 境生長的微生物，其所產(chǎn)生酶類在苛刻的催化反應(yīng)條件下仍可以保持良好的催化活性。例 如，來源于嗜熱古細(xì)菌Pyrobaculum calidifontis VA1的酯酶Est在100°C保溫2小時及在 含有80%有機(jī)溶劑條件下保持1小時，其催化活力沒有明顯的減少。這些來源于極端微生物 的酯酶表現(xiàn)出良好的催化性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可作為造紙工業(yè)應(yīng)用的重要候選酶制劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有的廢紙膠黏物去除工藝中高耗能、效率低、易產(chǎn)生大量工業(yè)廢水以及普 通生物酶在高溫環(huán)境中易失活等問題。本發(fā)明提供一種利用高溫酯酶PCEST去除廢紙漿中 膠黏物的方法，本發(fā)明提供的工藝簡單、效果明顯、易于操作。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，技術(shù)方案如下：
[0008] 一種利用高溫酯酶PCEST去除廢紙漿中膠黏物的方法，包括如下步驟：
[0009] (1)高溫酯酶PCEST的制備：
[0010] 將酯酶PCEST菌種接種到種子液體培養(yǎng)基振蕩培養(yǎng)，再將菌種接種到發(fā)酵培養(yǎng)基 振蕩培養(yǎng)，制備得到高溫酯酶PCEST粗酶液，將高溫酯酶PCEST粗酶液純化，用對硝基苯酚比 色法測定高溫酯酶PCEST的酶活。所述的酯酶PCEST的氨基酸序列如SEQ ID NO: 1所示。
[0011] (2)利用高溫酯酶PCEST處理廢紙漿：
[0012]向廢紙漿中加入0.1U~1.0U/g(相對于絕干漿質(zhì)量）的酯酶PCEST，處理時間45~ 120min，溫度40~80°C，pH 5.0~9.0,攪拌速度 100~150rpm。
[0013] (3)通過TAPPIT-277標(biāo)準(zhǔn)法檢測廢紙漿中膠黏物含量：
[0014] 按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩 選，之后將篩出膠黏物進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得膠黏物含 量。
[0015] 優(yōu)選地，所述酯酶PCEST的酶活為100 · 5U/ml。
[0016] 優(yōu)選地，所述酯酶PCEST添加量為0.3~0.8U/g(相對于絕干漿質(zhì)量）。
[0017] 更為優(yōu)選地，所述酯酶PCEST添加量為0.4U/g(相對于絕干漿質(zhì)量）。
[0018] 優(yōu)選地，酯酶PCEST處理溫度為40~60°C，pH5 · 0~7 · 0。
[0019] 更為優(yōu)選地，酯酶PCEST處理溫度為50°C，ρΗ5·0。
[0020] 優(yōu)選地，酯酶PCEST處理時間為45~120min，攪拌速度100~150rpm。
[0021] 更為優(yōu)選地，酯酶PCEST處理時間為60min，攪拌速度120rpm。
[0022]所述廢紙漿的漿濃為4%~6%。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0024] (1)本發(fā)明中的高溫酯酶PCEST制備容易，去除廢紙膠黏物效果明顯。
[0025] (2)本發(fā)明中的高溫酯酶PCEST可以應(yīng)對廢紙回收工藝中的各種高溫以及酸堿環(huán) 境，尤其在高溫條件下仍能保持較好的膠黏物去除效果。
[0026] (3)本發(fā)明利用高溫酯酶PCEST去除廢紙膠黏物的方法可直接在生產(chǎn)線上進(jìn)行，無 須增加任何機(jī)械設(shè)備，操作簡單，成本低。
[0027] 因此，本發(fā)明利用高溫酯酶PCEST控制廢紙漿中膠黏物的方法高效、穩(wěn)妥地解決了 過去在廢紙造紙領(lǐng)域嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的膠黏物問題，具有操作簡單、去除效果顯著、生產(chǎn) 成本低、無污染等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 通過實(shí)施例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的實(shí)施。在所述實(shí)施例中，所述加酶量相對于絕 干漿質(zhì)量計算，實(shí)驗結(jié)果均重復(fù)三次取平均數(shù)。本發(fā)明所使用的酯酶，其蛋白序列號已被蛋 白質(zhì)數(shù)據(jù)庫公布（http://www .rcsb.org/pdb/home/home .do);來源于Pyrobaculum Calidifontis的酯酶(PestE，PDB ID:3ZWQ_A)，其氨基酸序列如SEQ ID N0:1所示，核苷酸 序列如SEQ ID NO :2所示。
[0029] 酯酶PCEST的制備過程:利用全基因合成方法獲取的PCESI1酯酶的編碼基因，并克 隆到表達(dá)載體pET23a-CBD載體上獲得重組表達(dá)載體。利用CaCl 2轉(zhuǎn)化法，將含有PCEST酯酶 編碼基因的表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)入BL21(DE3)菌種中，獲得基因工程菌。將酯酶PCEST的菌種接到含 Amp(100ug/ml)的LB種子培養(yǎng)基中擴(kuò)大培養(yǎng)，當(dāng)0D值達(dá)到0.6~0.8時，將菌液按照1:100的 比例接種到含Amp(100ug/ml)的LB發(fā)酵培養(yǎng)基中，搖至0D值為0.6~0.8時加入IPTG (20mmol/L)誘導(dǎo)劑進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)，18~24h后收菌。將菌液在12000r/min條件下離心10min 后收集管壁細(xì)胞進(jìn)行超聲破碎，之后再以12000r/min條件離心10min后取上清液，即得到粗 酶液。已有研究報道利用纖維素與酯酶進(jìn)行特異性結(jié)合，之后再用3C蛋白酶進(jìn)行酶切從而 得到純酶。1L菌液對應(yīng)lg纖維素，常溫下將粗酶液與纖維素結(jié)合30min，適時攪拌。結(jié)合后高 速離心10min，棄去上清液，將吸附蛋白用PBS緩沖液洗兩次。3C蛋白酶在使用前先離心、棄 去上清，利用PBS緩沖液清洗2次。向吸附蛋白中加入適量PBS，按1L菌液對應(yīng)lml 3C蛋白酶 的比例混勻后酶切4h或過夜。酶切后高速離心，上清液即為純酶。之后利用對硝基苯酚比色 法測定制備的高溫酯酶PCEST的酶活，測得酶活為100.5U/ml。
[0030] 脂肪酶CALB為商品化脂肪酶，測得酶活為150.0 U/ml。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 稱取100g 0CC絕干漿，稀釋漿濃至4%，酯酶PCEST添加量為0. lU/g(相對于絕干漿 質(zhì)量），處理溫度為40°C，pH為7.0，處理時間45min，攪拌轉(zhuǎn)速為lOOrprn，實(shí)施例按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后將篩出的膠黏物 進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏物含量。在不加 酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含量。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 稱取100g 0CC絕干漿，稀釋漿濃至5%，酯酶PCEST添加量為0.4U/g(相對于絕干漿 質(zhì)量），處理溫度為50°C，pH為5.0,處理時間60min，攪拌轉(zhuǎn)速為120rpm，實(shí)施例按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后將篩出的膠黏物 進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏物含量。在不加 酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含量。
[0035] 實(shí)施例3
[0036] 稱取100g 0CC絕干漿，稀釋漿濃至6%，酯酶PCEST添加量為1.0U/g(相對于絕干漿 質(zhì)量），處理溫度為80°C，pH為9.0,處理時間120min，攪拌轉(zhuǎn)速為150rpm，實(shí)施例按照 TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后將篩出 的膠黏物進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏物含 量。在不加酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含量。
[0037] 對比實(shí)施例1
[0038] 加入脂肪酶CALB代替酯酶PCEST處理廢紙漿，其他條件與實(shí)施例1相同，對比實(shí)施 例按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后 將篩出的膠黏物進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏 物含量。在不加酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含 量。
[0039] 對比實(shí)施例2
[0040]加入脂肪酶CALB代替酯酶PCEST處理廢紙漿，其他條件與實(shí)施例2相同，對比實(shí)施 例按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后 將篩出的膠黏物進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏 物含量。在不加酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含 量。
[0041 ]對比實(shí)施例3
[0042]加入脂肪酶CALB代替酯酶PCEST處理廢紙漿，其他條件與實(shí)施例3相同，對比實(shí)施 例按照TAPPIT-277膠黏物測定法利用Pulmac-MasterScreen篩分儀將漿料進(jìn)行篩選，之后 將篩出的膠黏物進(jìn)行染色、壓片，最后用掃描軟件進(jìn)行分析掃描，進(jìn)而測得酶處理后的膠黏 物含量。在不加酶的情況下，用其余相同條件處理廢紙漿，實(shí)驗測定結(jié)果為空白組膠黏物含 量。
[0043] 表 1
[0044]
[0045]
[0046] 由表1可知，在40~50°C條件下，加入高溫酯酶PCEST處理后的廢紙漿中膠黏物含 量明顯減少，膠黏物去除率可達(dá)57.8%~62.8%，要明顯優(yōu)于脂肪酶CALB的去除效果。即使 在80°C高溫條件下，加入酯酶PCEST后的處理效果也較為理想，廢紙漿中的膠黏物去除率達(dá) 到52.1 %，而脂肪酶CALB在此條件下基本失活，難以去除膠黏物?？紤]到廢紙造紙過程中不 同工段的溫度不盡相同，酯酶PCEST在廢紙回收不同工段中去除膠黏物的效果都較為理想。
【主權(quán)項】
1. 一種利用高溫酯酶PCEST去除廢紙漿中膠黏物的方法，其特征在于，所述的酯酶 PCEST的氨基酸序列如SEQ ID N0:1所示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：向廢紙漿中加入0.1U ~l.OU/g(相對于絕干漿質(zhì)量）的酯酶，處理時間45~120min，溫度40~80°C，pH為5.0~ 9 · 0，攬摔速度100~150rpm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯酶PCEST的添加量為0.3~0.8U/g (相對于絕干衆(zhòng)質(zhì)量）。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述酯酶PCEST的添加量為0.4U/g(相對于 絕干衆(zhòng)質(zhì)量）。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述酯酶PCEST的處理溫度為40 ~60°C 〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的酯酶處理廢紙漿的方法，其特征在于，所述酯酶PCEST的處理 溫度為50°C。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述酯酶PCEST的 酶活為 l〇〇.5U/ml。8. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的酯酶處理廢紙漿的方法，其特征在于，所述攪拌速度為 120rpm，處理時間為60min。9. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的酯酶處理廢紙漿的方法，其特征在于，所述酯酶處理廢 紙漿的PH5.0~7.0。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述廢紙漿的漿濃為4%~ 6% 〇
【文檔編號】D21C5/00GK106087509SQ201610730362
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月26日
【發(fā)明人】王永華, 藍(lán)東明, 張澤棟, 楊博, 周鵬飛
【申請人】華南理工大學(xué)