[发明专利]可降解棉籽壳的复合酶及其以果胶诱导的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微生物技术中复合酶的发酵制备及其应用领域，特别涉及一种可降解棉籽壳的复合酶及其以果胶诱导的制备方法和应用。

背景技术

棉籽壳的化学成分、颜色和形态不同于棉纤维与织物，影响染色的均匀度以及织物的手感和外观，在进行织物的染色和整理前必须去除。但是棉籽壳的结构致密、成分复杂，是棉织物精练工艺中最难去除的非纤维素杂质。与棉纤维中其它杂质相比，它的降解通常需要更为剧烈的处理条件和更长的时间，因此如何去除棉织物表面的棉籽壳一直是染整工作中的难题。

当前为了应对我国传统工业转型和节能减排的低碳经济要求，纺织工业正在发展棉织物生物酶精练的新型前处理工艺。棉籽壳的去除是实现棉织物酶精练工艺大规模工业化的关键。棉纤维共生物和棉籽壳的化学成分复杂，而酶具有高度底物催化专一性，不同种类的酶只能降解不同的杂质组分。应用酶对棉织物进行精练，单一酶制剂难以完成棉籽壳的降解，难以达到理想的去除率和精练效果，因此需要筛选找到最适于降解某一组分的酶，再将这些酶进行复配，同时确保在同一条件下复合酶体系中不同的酶能发挥各自的功效，才能利用多种酶制剂的协同复合作用促进棉籽壳的降解和去除。研究表明纤维素酶和木聚糖酶对棉织物中的棉籽壳有一定的降解作用。通过研究可知棉籽壳由外表皮层、外色素层、无色层、栅栏层和内色素层组成；外表皮层均匀地分布着角质(类脂物)，此外纤维素、半纤维素、木质素(芳环类、多酚类)和果胶也是外表皮层的主要成分；栅栏层主要以果胶、半纤维素和木质素为主；内色素层和外色素层在结构和化学成分上相同，主要以带有酚羟基类化合物的木质素为主。化学组分上主要包含纤维素(约37％)、果胶和木聚糖等半纤维素(约25％)、木质素(约29％)，此外还含有灰分(约3％)、少量蛋白质以及脂类等化学物质。在棉籽壳的三大化学组分中，木聚糖等半纤维素通常与木质素之间存在化学键，构成了木质素——碳水化合物复合体(LCC)，木聚糖酶可以去除棉籽壳中的木聚糖，从而破坏LCC结构，有助于溶出木质素，而少量的纤维素酶也有助于降解棉籽壳中的纤维素，最终起到软化棉籽壳，利于在水洗中去除棉籽壳。

目前的关键问题是，虽然许多学者和机构采用了将单一纯酶复配以提高棉籽壳的降解，譬如将纤维素酶和木聚糖酶复配，或将木聚糖酶与果胶酶复配，但是仍旧但不到理想的棉籽壳去除和精练效果。这是因为棉籽壳是一种含有包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶、角质、蛋白质以及灰分等复杂成分的复合物，酶的高度底物催化专一特性使得不同种类的酶只能降解各自不同的杂质组分。即使采用了酶的复配技术，由于不同生物来源的酶的特性不同，催化条件差异很大，再加上各种酶的配比很难掌握，因此达不到最佳协同处理效果。不同酶的活力及使用效果与使用条件有相当大的关系。不同酶的最适反应pH值和温度以及稳定pH值和温度等都各有不同，在同一条件下，发挥复合酶中各种酶的活力，确保在同一条件下复合酶体系中不同的酶能发挥各自的功效，是该工艺的一个技术难点。

自然界中某些微生物自身就能独立完成包括棉籽壳在内的复杂木质纤维素类物质的降解，因此筛选找到最适于降解棉籽壳的微生物，并通过发酵调控获得最佳的复合酶系以用于棉籽壳的降解是一条很好的途径。该技术能确保在同一催化反应条件下复合酶体系中不同的酶能充分和稳定地发挥各自的功效，利用各酶的协同复合作用来高效催化水解棉籽壳。里氏木霉能同时合成多种降解木质纤维素酶类，因此本发明提出诱导该菌发酵产酶并对该酶系中各种酶活进行调控以利于棉籽壳的降解。

采用高效生物催化剂群为主体的酶处理工艺替代传统的化学处理工艺，可以显著降低水耗、能耗，废水量显著减少并且容易处理；节省染料并获得更稳定的染色效果；织物的柔软度更好、强度更高；操作更加安全和简便；由于用量少，在使用成本上也具有竞争力，因而成为纺织工业清洁生产技术的未来发展方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可降解棉籽壳的复合酶及其以果胶诱导的制备方法和应用，本方法制得的复合酶具有较高的酶活、更适合棉籽壳降解的复合酶体系，而且安全环保，操作简单，可控性强，相比常规的碱处理反应条件温和，对环境友好，具有良好的应用前景。

本发明的一种可降解棉籽壳的复合酶，其组分主要包括：纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶，以及少部分脂肪酶、蛋白酶等；所述的复合酶由以下方法制得，包括：