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)的廢紙漿已成為當前眾多造紙廠家的主要漿料來源。廢紙漿在脫墨過程中將產(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處理脫墨紙污泥是可行的，同時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)備的機械清洗效果等。

1 引言

目前，造紙工業(yè)54%的原材料來自廢紙和紙板。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，有時還需要使用過氧化氫、氯氣等進行漂白。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。因為生物技術(shù)有可能提高造紙原料和紙漿的質(zhì)量并改善其供應(yīng)狀況，降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造新的高價值產(chǎn)品。在過去的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，以及同時進行酶的生產(chǎn)，具有許多積極的作用。

2 實驗

在這項研究中，來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)基上進行，不加任何營養(yǎng)物質(zhì)，使用的真菌為平菇。培養(yǎng)基的水分為65%。定量的污泥在無菌條件下稱重、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（快速篩選測試），在其中加入羧甲基纖維素（CMC）和來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。通過還原糖定量測定和漆酶活性定量測定纖維素酶和木聚糖酶活性，通過分光光度法測量ABTS變色，而用藜蘆醇分光光度法測定木質(zhì)素過氧化物酶活性。對于在實驗室水平上的酶活性測試，制備粗酶提取物。通過Lowry方法測定粗酶提取物中蛋白質(zhì)的濃度計算酶活性。通過用合適的緩沖液（磷酸鹽，檸檬酸鹽，……）以適當?shù)念A(yù)定pH多次重復(fù)提取，將酶在實驗室和工業(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機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)量分數(shù)一般為40%～60%，有機物質(zhì)量分數(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)量分數(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。冷卻的瓶子每個接種5 mL平菇懸浮液。未接種的瓶子被用作陰性對照。將瓶子在溫度23℃下溫育直至觀察并收集菌絲體生長。

圖2 平菇

3 結(jié)果和討論

分別檢測在平菇培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的總漆酶、總纖維素酶和總木聚糖酶的活性，檢測結(jié)果見圖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天達到最大，而漆酶的最大活性在第30天；3種酶的活性在達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

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，采用脫墨紙污泥培養(yǎng)真菌產(chǎn)生的酶，工藝相對簡單并成本有效。