交聯(lián)果膠酶聚集體的制備及其對(duì)羅布麻的脫膠效果

李 豐 碩，李 代，薛 永 常

(1.大連工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.遼寧省大連海洋漁業(yè)集團(tuán)公司，遼寧 大連 116113)

0 引 言

羅布麻有“野生纖維之王”之稱，纖維含量極高，化學(xué)抗性好、延伸率低、結(jié)構(gòu)緊密，有良好的醫(yī)療保健作用，日益在紡織行業(yè)得到高度關(guān)注。羅布麻纖維脫膠方法及脫膠深度直接影響其后續(xù)加工。傳統(tǒng)的化學(xué)脫膠處理時(shí)間長(zhǎng)，污染環(huán)境，消耗能源較大；生物脫膠具有脫膠周期短、纖維產(chǎn)量高、品質(zhì)好和環(huán)境污染輕等特點(diǎn)[1]，薛衛(wèi)巍等[2]篩選出一株高效羅布麻脫膠菌種，翟秋梅等[3]將該菌種用于羅布麻生物脫膠，效果明顯。作者采用交聯(lián)酶聚集體技術(shù)[4]對(duì)枯草芽孢桿菌FM208849所產(chǎn)的對(duì)羅布麻脫膠具有特異性作用的果膠酶進(jìn)行固定化，在提高果膠酶在脫膠過(guò)程中的穩(wěn)定性和高效性[5]的基礎(chǔ)上，對(duì)果膠酶CLEAs的制備條件進(jìn)行了初步研究，并對(duì)其在羅布麻皮的脫膠效果進(jìn)行了探討。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

枯草芽孢桿菌(BacillussubtilisFM208849，S－1)，本實(shí)驗(yàn)室分離保存。羅布麻(Apocynum venetumL.)，采自青海柴達(dá)木盆地。牛血清白蛋白，Roche產(chǎn)品；果膠，Sigma公司。

種子培養(yǎng)基[4]：牛肉膏3g／L，蛋白胨10g／L，NaCl 5g／L，pH 7.0，121℃滅菌20min。

發(fā)酵培養(yǎng)基[4]：果膠1g／L，葡萄糖3g／L，牛肉膏15g／L，NaCl 2g／L，121℃滅菌20min。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 交聯(lián)果膠酶聚集體制備條件的確定

游離果膠酶的制取參考文獻(xiàn)[6]，果膠酶活力測(cè)定采用DNS法[7]，蛋白含量測(cè)定采用Bradford法[8]，脫膠殘膠率測(cè)定參考文獻(xiàn)[9]，對(duì)交聯(lián)果膠酶聚集體制備影響因素進(jìn)行研究，通過(guò)測(cè)定果膠酶活力確定其交聯(lián)條件。

1.2.2 交聯(lián)果膠酶聚集體對(duì)羅布麻脫膠應(yīng)用

將制備好的交聯(lián)果膠酶聚集體用pH 9.5的Na2CO3－NaHCO3緩沖溶液配制成10mg／mL懸浮液，取不同的體積分別與制備好的漚麻液(含羅布麻皮1g)在45℃水浴中進(jìn)行脫膠反應(yīng)，脫膠10h后將殘留的羅布麻皮用清水沖洗、烘干，測(cè)定其殘膠率。在交聯(lián)果膠酶聚集體的最佳脫膠時(shí)間的確定中，分別進(jìn)行1、2、3、4、5、6、7、8、9、10h的脫膠反應(yīng)，反應(yīng)完成后測(cè)定羅布麻皮的殘膠率。在考察交聯(lián)果膠酶聚集體的操作穩(wěn)定性時(shí)，每次脫膠完成后，將交聯(lián)果膠酶聚集體離心、洗滌進(jìn)行重復(fù)脫膠實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行10次脫膠檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 交聯(lián)果膠酶聚集體交聯(lián)條件確定

2.1.1 戊二醛體積分?jǐn)?shù)

如圖1所示，當(dāng)戊二醛體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時(shí)相對(duì)酶活回收率達(dá)到最大值。戊二醛含有雙功能基團(tuán)，既是酶的交聯(lián)劑，同時(shí)也是酶蛋白的變性劑，低濃度的戊二醛溶液易于果膠酶聚集體交聯(lián)完全，而高濃度的戊二醛能使蛋白質(zhì)變性。綜合考慮，選擇戊二醛溶液體積分?jǐn)?shù)為4%。

圖1 戊二醛體積分?jǐn)?shù)對(duì)交聯(lián)果膠酶聚集體酶活力的影響Fig.1 Effects of glutaradehyde concentrations on pectinase CLEAs activity

2.1.2 果膠酶聚集體交聯(lián)溫度

交聯(lián)溫度的改變對(duì)CLEAs活力回收率的影響如圖2所示。當(dāng)交聯(lián)溫度較低時(shí)，果膠酶CLEAs的活力回收率較高，30℃達(dá)到最大值；溫度繼續(xù)升高，CLEAs的活力損失較為嚴(yán)重，60℃時(shí)，CLEAs的活力回收率僅為15%左右，因此選擇制備CLEAs交聯(lián)溫度為30℃。

圖2 溫度對(duì)交聯(lián)果膠酶聚集體酶活力的影響Fig.2 Effect of cross－linked temperature on pectinase CLEAs activity

2.1.3 果膠酶聚集體交聯(lián)時(shí)間

將2mL的4%的戊二醛溶液緩慢滴加到制備好的果膠酶聚集體的懸浮液中，定時(shí)取樣，計(jì)算果膠酶CLEAs的活力回收率。圖3所示果膠酶CLEAs的酶活回收率隨著交聯(lián)時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)而增大，當(dāng)交聯(lián)時(shí)間為135min時(shí)，CLEAs的酶活回收率最大，達(dá)到61.5%，隨著時(shí)間的繼續(xù)增加，酶活回收率開始慢慢下降，因而確定交聯(lián)果膠酶聚集體的最佳交聯(lián)時(shí)間為135min。

圖3 交聯(lián)時(shí)間對(duì)果膠酶聚集體酶活力的影響Fig.3 Effects of crosslinking time on pectinase CLEAs activity

2.2 交聯(lián)果膠酶聚集體對(duì)羅布麻的脫膠效果

2.2.1 羅布麻脫膠的交聯(lián)果膠酶聚集體體積質(zhì)量的確定

20mL漚麻液(含羅布麻皮1g)與不同體積的10mg／mL交聯(lián)果膠酶聚集體進(jìn)行脫膠反應(yīng)，脫膠效果如圖4所示。隨著交聯(lián)果膠酶聚集體含量的增加，羅布麻皮的殘膠率顯著下降，當(dāng)CLEAs體積質(zhì)量達(dá)到2.5mg／mL時(shí)，羅布麻皮的殘膠率降至最低僅為4.55%，而當(dāng)CLEAs的用量大于2.5mg／mL時(shí)，羅布麻的殘膠率不再有明顯下降。因而1g羅布麻皮脫膠所需的交聯(lián)果膠酶聚集體為50mg，殘膠率為4.55%。

圖4 交聯(lián)果膠酶聚集體的體積質(zhì)量對(duì)羅布麻脫膠效果的影響Fig.4 Effect of CLEAs content on apocynum degumming

2.2.2 交聯(lián)果膠酶聚集體的最佳脫膠時(shí)間

50mg交聯(lián)果膠酶聚集體與20mL漚麻液在45℃條件下進(jìn)行脫膠反應(yīng)，不同脫膠時(shí)間的羅布麻皮中殘膠率的結(jié)果如圖5所示。在脫膠反應(yīng)進(jìn)行8h后，羅布麻皮中的殘膠率趨于平衡，不再降低，因此，交聯(lián)果膠酶聚集體與漚麻液在45℃下進(jìn)行脫膠反應(yīng)的最佳時(shí)間為8h，羅布麻皮的殘膠率可降至4.61%。

圖5 脫膠時(shí)間對(duì)羅布麻脫膠效果的影響Fig.5 Effect of degumming time for apocynum degumming

2.2.3 交聯(lián)果膠酶聚集體脫膠的操作穩(wěn)定性

對(duì)50mg的交聯(lián)酶聚集體與20mL漚麻液(含羅布麻皮1g)在45℃下進(jìn)行共10次重復(fù)脫膠反應(yīng)，結(jié)果如表1。在經(jīng)過(guò)10次的羅布麻脫膠實(shí)驗(yàn)后，還能保證羅布麻的殘膠率在11.25%以下，說(shuō)明交聯(lián)果膠酶聚集體的操作穩(wěn)定性較好。

表1 交聯(lián)果膠酶聚集體操作穩(wěn)定性Tab.1 Operation stability of CLEAs

3 結(jié) 論

以體積分?jǐn)?shù)為4%的戊二醛作為交聯(lián)劑，30℃水浴中交聯(lián)135min得到的交聯(lián)果膠酶聚集體果膠酶活性最高。利用5mL的10mg／mL的交聯(lián)果膠酶聚集體對(duì)羅布麻皮脫膠8h，可將其殘膠率降至4.61%。將果膠酶CLEAs進(jìn)行10次羅布麻皮脫膠實(shí)驗(yàn)后，殘膠率降至11.25%，說(shuō)明其可重復(fù)利用率較高。

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