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聚乙烯醇(PVA)是一种人工合成的水溶性高分子聚合物。因其具有pH稳定、混溶性及乳化能力强等优良特性,同时对天然纤维和一般的合成纤维具有较好的粘附性、成膜性和耐磨性,是目前涤棉织物经纱上浆中的主要浆料。采用PVA上浆的织物,必须经过退浆处理才能增加其吸水性。传统的退浆方法是使用70~90℃的热水对棉织物进行洗脱,洗脱下的PVA随废水排出。由于PVA化学耗氧量大,可生化性较差,给水体造成了严重的污染。而利用酶法退浆,在退浆的同时对高聚合度的PVA进行降解,提高了退浆废水的生物可降解性,从退浆过程中的水耗、能耗及对废水的处理费用看,酶法处理较常规方法有较大的优势;同时酶法退浆条件温和,对棉织物的损伤小,因此对PVA降解酶的研究越来越受到重视。本论文研究了一个能高效降解PVA的混合体系,对其进行了摇瓶发酵的营养条件及环境条件的研究,并通过对发酵过程中PVA的分布状况和PVA降解酶的分布情况对该混合体系降解PVA的机理进行了初步的推断。主要研究结果如下:
(1)通过碳氮源对发酵影响的研究,认为有机氮源优于无机氮源,而复合氮源并不适合该混合体系,无机氮源的添加对体系的生长及降解能力有所抑制。其他碳源的补充,可以促进菌体的生长,但同时对PVA降解酶的产生有所抑制。
(2)除了对碳氮源进行了考察外,作者对一些环境因素也进行了考察。最终确定了混合体系的发酵培养基(g/L):PVA17999,酵母粉2,K2HPO42,KH2PPO40.25,MgSO4·7H2O0.06,CaCl20.05,FeSO4·7H2O0.02,NaCl0.02;pH7.2。发酵温度为30℃,接种量为1mL。
(3)与优化前相比,混合体系对PVA的降解能力有了显著提高,原先96h对3g/LPVA降解率可达80%,优化后36h对3g/LPVA的降解率可达95%,60h左右对9g/LPVA的降解率大于96%。
(4)从PVA的分布实验可知,在发酵结束时,发酵上清液中PVA的含量很低,但在细胞破碎后说测到的PVA含量为清液中的6倍左右。结合酶活测定结果来看,认为该混合体系所产生的PVA降解酶系主要结合在细胞膜上;PVA与膜上酶紧密结合,常规的离心和微滤无法将其析出;并可能先在细胞膜上PVA降解酶的作用下被降解为小分子聚合物,然后进入细胞被进一步降解利用。
(5)初步研究了PVA降解酶的酶学性质,确定酶反应温度及pH分别为30℃和7.0。
(6)采用热水退浆1h后可去除PVA约76%,而此时酶法的PVA去除率只有54%,但是随着时间的延长,热水退浆基本上没有较大的改变,而酶法处理的效果在6h后基本逐渐达到了热水退浆的效果。
(7)和之前文献相比,该混合体系对PVA的降解能力确实有显著提高。但该混合体系所产PVA降解酶的酶活较低且与细胞膜紧密结合,难以分离提取。另外,关于微生物降解机理方面的研究仍然相对匮乏,特别是此混合体系中含有多种微生物,进一步加大了工作的复杂性和难度。