脫墨紙污泥用作產(chǎn)生酶的真菌培養(yǎng)基

利用回收廢紙生產(chǎn)的廢紙漿已成為當(dāng)前眾多造紙廠家的主要漿料來(lái)源。廢紙漿在脫墨過(guò)程中將產(chǎn)生大量的脫墨紙污泥，這些污泥的處理和處置是亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。研究表明，利用白腐真菌在污泥中的生物轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的污泥減量作用來(lái)處理脫墨紙污泥是可行的，同時(shí)該處理方法還可獲得由真菌產(chǎn)生的酶這一高附加值產(chǎn)品。該高附加值產(chǎn)品在造紙工業(yè)中可用于改善廢紙脫墨生產(chǎn)工藝、纖維制品質(zhì)量以及設(shè)備的機(jī)械清洗效果等。

1 引言

目前，造紙工業(yè)54%的原材料來(lái)自廢紙和紙板。歐洲作為紙張回收領(lǐng)域的全球先行者，其紙張回收率達(dá)72%。再生纖維在全球造紙工業(yè)中作為原生纖維的替代品起著非常重要的作用。紙張回收的最大問(wèn)題之一是需要去除回收紙上油墨。脫墨需要使用脫墨化學(xué)品，有時(shí)還需要使用過(guò)氧化氫、氯氣等進(jìn)行漂白。已經(jīng)有人建議將酶作為常規(guī)脫墨化學(xué)品的環(huán)保替代品。因?yàn)樯锛夹g(shù)有可能提高造紙?jiān)虾图垵{的質(zhì)量并改善其供應(yīng)狀況，降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造新的高價(jià)值產(chǎn)品。在過(guò)去的20年中，大部分研究的目的是尋找白腐真菌的新品種或木質(zhì)素降解酶的低成本生產(chǎn)。此外，研究在不同培養(yǎng)基上產(chǎn)生的酶的催化活性后發(fā)現(xiàn)，脫墨紙污泥是潛在培養(yǎng)基之一。有研究報(bào)道，每生產(chǎn)1 t再生紙約產(chǎn)生300 kg的污泥。因此，使用這種造紙污泥作為培養(yǎng)真菌的培養(yǎng)基，以及同時(shí)進(jìn)行酶的生產(chǎn)，具有許多積極的作用。

2 實(shí)驗(yàn)

在這項(xiàng)研究中，來(lái)自脫墨紙的污泥被用作真菌培養(yǎng)的培養(yǎng)基。污泥在污水處理廠中產(chǎn)生。污泥的pH在10～11之間變化。真菌培養(yǎng)在固體培養(yǎng)基上進(jìn)行，不加任何營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使用的真菌為平菇。培養(yǎng)基的水分為65%。定量的污泥在無(wú)菌條件下稱(chēng)重、接種并在溫度23℃下溫育。

首先是篩選產(chǎn)生的水解酶纖維素酶、木聚糖酶和漆酶。在瓊脂平板上觀察產(chǎn)生的纖維素酶和木聚糖酶（快速篩選測(cè)試），在其中加入羧甲基纖維素（CMC）和來(lái)自于燕麥皮的木聚糖，并在添加培養(yǎng)基ABTS[2，2-氮雜雙（3-乙基苯并咪唑啉-6-磺酸鈉）]的瓊脂板上觀察產(chǎn)生的漆酶。通過(guò)還原糖定量測(cè)定和漆酶活性定量測(cè)定纖維素酶和木聚糖酶活性，通過(guò)分光光度法測(cè)量ABTS變色，而用藜蘆醇分光光度法測(cè)定木質(zhì)素過(guò)氧化物酶活性。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室水平上的酶活性測(cè)試，制備粗酶提取物。通過(guò)Lowry方法測(cè)定粗酶提取物中蛋白質(zhì)的濃度計(jì)算酶活性。通過(guò)用合適的緩沖液（磷酸鹽，檸檬酸鹽，……）以適當(dāng)?shù)念A(yù)定pH多次重復(fù)提取，將酶在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)規(guī)模下從固體培養(yǎng)基提取到液體培養(yǎng)基中。

圖1為用作真菌培養(yǎng)基的造紙廠脫墨紙污泥（DPS）。DPS由短纖維素纖維和無(wú)機(jī)填料如碳酸鈣和瓷土的混合物以及溶解在水中的剩余化學(xué)品構(gòu)成。DPS的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為40%～60%，有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為30%～40%。

圖1 脫墨紙污泥

真菌培養(yǎng)真菌平菇（圖2）以固態(tài)發(fā)酵的形式發(fā)生。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整到65%。將200 g脫墨污泥裝入帶有金屬塞的玻璃瓶中，溫度122℃下高壓滅菌99 min。在培養(yǎng)皿中繁殖的平菇PLAB/GI菌絲體懸浮于300 mL蒸餾水中。冷卻的瓶子每個(gè)接種5 mL平菇懸浮液。未接種的瓶子被用作陰性對(duì)照。將瓶子在溫度23℃下溫育直至觀察并收集菌絲體生長(zhǎng)。

圖2 平菇

3 結(jié)果和討論

分別檢測(cè)在平菇培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的總漆酶、總纖維素酶和總木聚糖酶的活性，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出：木聚糖酶的活性高于纖維素酶和漆酶的活性；木聚糖酶的活性在第16天最高，纖維素酶的活性在第23天達(dá)到最大，而漆酶的最大活性在第30天；3種酶的活性在達(dá)到最大值后都逐漸降低。

圖3 平菇培養(yǎng)期間的酶活性

4 結(jié)束語(yǔ)

脫墨紙污泥已被證明是培養(yǎng)平菇極好的培養(yǎng)基。由平菇在這種類(lèi)型的培養(yǎng)基上產(chǎn)生的酶（纖維素酶，漆酶和木聚糖酶）的活性要大于平菇在其他培養(yǎng)基產(chǎn)生的酶活性。同時(shí)，采用脫墨紙污泥培養(yǎng)真菌產(chǎn)生的酶，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單并成本有效。