纺织用碱性耐热过氧化氢酶的工业化生产和应用研究硕士论文来源：bob官方网站    发布时间：2025-08-17 15:43:18

　　过氧化氢酶,简称,,,,存在于所有好氧微生物和动、植物细胞内,能够迅速有效地将,,,,分解为,,,和,,。目前已有过氧化氢酶产品用于织物漂白工艺中替代水洗和化学试剂还原法去除,,,,。同从动植物组织中提取相比,经特定方法筛选得到的微生物合成的过氧化氢酶具有耐热和耐碱等优点。

　　本论文以嗜热子囊菌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,为出发菌株,在实验室前期研究的结果上,以中试生产为目的。考察了以工业级原料的替代,确定了合适的接种量和起始,,,在考察金属元素对发酵产酶的影响时发现,添加适合浓度的和,,,,碳酸钙对产酶有着较大的推动作用,考察了乙醇的添加方式对产酶的影响,将,,发酵罐发酵结果分别放大到,,,,,和,,,发酵罐规模,获得了成功,此外还将生产获得的过氧化氢酶在印染厂漂染车间进行了实际的生产应用,验证了,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,合成的过氧化氢酶去除漂白残余的过氧化氢酶的酶法工艺替代传统热漂工艺的潜力。主要研究内容如下,

　　,,,在不影响菌体产酶水平的前提下,发现可以用玉米淀粉替代英国胶作为发酵培养基中的碳源,以,,,,,,,,,部分替换种子和发酵培养基中的蛋白胨作为氮源,优化后种子培养基中蛋白胨的用量能够大大减少,,,,发酵培养基中的用量能够大大减少,,,。确定适宜的接种量为,,,,起始,,为,,,,摇瓶产酶水平能够达到,,,,,,,,。

　　,,,在摇瓶水平上考察发现向培养基中添加为,,,,,,,,,的,,,,时和,,,,,的,,,,,,产酶可以分别提高,,,和,,,。在,,发酵罐上考察了乙醇添加的方式,从,,,开始将,,的乙醇分六次平均加入可以替代原有匀速流加方式,酶活达到,,,,,,,,。

　　,,,在,,,,,发酵罐和,,,发酵罐上采用两阶段控制搅拌转速和补加乙醇的策略,酶活在,,,,时过氧化氢酶达到了,,,,,,,,,发酵在,,,时过氧化氢酶酶活达到了,,,,,,,,,总提取收率达到,,,。

　　,,,在无锡天时针织有限责任公司的漂染车间进行了实际生产的应用试验,根据结果得出该酶能在,,。,、,,,,的条件下,在,,分钟内将漂白液中剩余的过氧化氢完全去除。表明该酶在实际生产中有着电好的应用前景。

　　关键词,过氧化氢酶,发酵条件优化,工业化生产,工业化应用,纺织清洁生产,漂白

　　早在,,,多年前,人们就开始了对过氧化氢酶的研究。 ,,,,年,,,,,,,首先发现动植物组织可分解过氧化氢,产生氧气。 ,,,,,,,,,,也观察到这种现象,他认为在反应中酶起到关键作用。 ,,,,年,,,,,,,,证明在动植物组织内有着专一分解,,,,的酶存在, ,,,,年,,,,将此酶命名为过氧化氢酶,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,又称触酶,,,,,,,,,,简称,,,, , ,,。 ,,,,年,,,,,,与,,,,,,得到牛肝过氧化氢酶的结晶,,】 。 ,,,,年首次报道了微生物来源的过氧化氢酶,其研究对象是溶壁微球菌,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,后来更名为藤黄微球菌,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,, 以后相继发现了其它细菌、真菌、放线菌产生的过氧化氢酶。研究还发现几乎所有的需氧微生物中都存在过氧化氢酶,但也有少数好氧菌如过氧化醋杆菌似卯幻,舭,矽, ,砂鼢,不存在过氧化氢酶【,,。绝大多数厌氧微生物体内不存在过氧化氢酶,但也有少数厌氧细菌如谢氏丙酸杆菌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,和巨大脱硫弧菌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,体内发现存在过氧化氢酶【 ,,。过氧化氢酶还广泛的分布于动植物组织中,哺乳动物的肝脏、红细胞、植物的叶绿体等也大量的含有此酶【 ,】 ,其中哺乳动物组织中过氧化氢酶的含量差异很大,肝脏中含量最高,结缔组织中含量最低,在上述组织细胞内过氧化氢酶主要与细胞器如线粒体和过氧化物酶体结合的形式存在,而在红细胞中则以可溶的状态存在。

　　过氧化氢酶作为生物体内重要物质,有很重要的生理功能。其中最为主要的就是参与活性氧代谢过程。氧分子对生物体是无毒性的,但氧分子的电子分布发生改变就变成活性氧,包括过氧化氢、超氧自由基、羟自由基、单线态氧等,。

　　过氧化氢和超氧自由基作用可以生成羟自由基,羟自由基对机体的损伤作用最大,但是绝大多数生物体内没有针对羟自由基的有效的直接淬灭剂。而过氧化氢酶是红细胞的衍生物,在活性氧代谢过程中它可催化过氧化氢分解为水和氧气,使过氧化氢不至于与超氧化物自由基反应生成羟自由基,从而保护机体,并对血红蛋白及其它的含巯基蛋白质起到保护作用,使它们不被氧化,对减轻活性氧损伤有一定意义。

　　目前已知的过氧化氢酶分为两大类,绝大多数从不同机体分离出的过氧化氢酶都是含有血红素基的, 由,个具有相同多肽链的亚基组成,每个亚基含有一个血红素辅基作为活性位点,该辅基的形式为铁卟啉,一个分子中含有四个江南大学硕士学位论文 纺织用碱性耐热过氧化氢酶的工业化生产和应用研究

　　铁原子,其作用基团是血红素,跨越,个结构域,有,,,,,,仑氨基酸残基,相对分子量一般在,,,,,,左右。来自哺乳动物以及某些真菌和细菌的过氧化氢酶还含有,个紧密结合的,,,,,分子。还有一类是分别从乳酸菌和嗜热生物组织中分离出的锰过氧化氢酶,,,,,,,,不含有血红素基,通过电子光谱与电子自旋共振,,,,,谱证实,,,,,中含有,个紧邻的锰离子, ,,,,,的活性中心结构、催化机理都与血红素辅基的过氧化氢酶不同。过氧化氢酶可以

　　,,,,世纪,,年代以来,织物和纸张的生产者以及其他工业就慢慢的开始使用过氧化氢代替有毒的氯气来漂白和消毒产品。过氧化氢可用于消除新鲜水果和蔬菜上有害的细菌,如沙门氏菌和大肠杆菌,还可用于消毒奶制品,为食品的纸包装如果汁盒消毒也不必冷藏储存等。在去除生产的全部过程中剩余的过氧化氢的过程中,人们将注意力转向了有很高的催化效率的生化酶一过氧化氢酶, 因此过氧化氢酶在食品、医药、临床等行业都存在广泛的用途,,,,,,,。

　　截止,,,,年, 国际酶制剂市场规模达到了,,亿美元,其中用于纺织工业的酶制剂约占酶制剂市场的,,,,高达,, ,,亿美元,与,,,,年的,, ,,亿美元相比,增长超过,,,,其中丹麦,,,,公司的销售份额超过,,,。虽然主要的纺织用酶制剂是一些蛋白酶和水解酶【 ,,,,但过氧化氢酶等纺织预处理中使用的酶制剂的用量也在逐年升高。在国内尚未见通过微生物生产纺织用商品过氧化氢酶的报道, 因此如何利用微生物工业化生产耐热耐碱的过氧化氢酶,有着非常强的现实和环保意

　　在临床分析中, ,,,对研究自由基代谢失衡,抗衰老和肿瘤发病机理具有一定价值,对某些疾病的诊断,鉴别诊断亦具备极其重大意义,,蛔。 ,,,可消除,,,,,对超氧化物歧化酶起保护作用, 因而具有抗衰老作用,,,。

　　由于,,,,具杀菌、清洁、漂白及消毒的功效,常用于器械消毒。如在隐形眼镜消毒过程中添加,,,可分解消毒液中残留的,,,,。 国内、外均有研究的

　　,,,可使食品保鲜,并作为消除啤酒、饮料中分子氧、活性氧和自由基的抗氧化剂。与葡萄糖氧化酶并用作氧的去除剂,牛乳杀菌及干酪原料乳的杀菌

　　漂白工艺中除残留的,,,,。加入化妆品中可防止皮肤衰老,还可处理半导体废水。

　　目前, 国内对微生物过氧化氢酶的研究大多分布在在不同来源过氧化氢酶的性质的研究及适应工业化生产的新菌株的选育,还没有用于棉、纺织行业的商品微生物产过氧化氢酶出售。 国外研究集中于过氧化氢酶去除染织中残留的过氧化氢的应用‘ ,,,、在活性氧,,,,,的氧化胁迫效应下对动植物组织中过氧化氢酶等抗氧化酶系的影响、在分子水平上过氧化物酶系对机体在抗衰老的反面的作用机理以及运用分子生物学的手段选育新菌株等,,,。 目前,动物肝脏是过氧化氢酶的一个大多数来自, 国内外均已实现这一工艺的工业化生产, 目前国产市售商品过氧化氢酶基本为猪肝过氧化氢酶。几个国际著名的酶制剂公司也分别推出了针对纺织行业使用的商品过氧化氢彰卜 ,,】 , 比如丹麦,,,,,,,,公司所推出的纺织用过氧化氢酶,,,,,,,,,,,,,,系列、 ,,,,,,,,公司推出的

　　,,,,,,,,,,,,,,,,,系列和日本,,,,,,, ,有田酵素,公司生产的,,,,,,,,,过氧化氢酶。 国内外关于过氧化氢酶的制备技术方面的研究现状见表,,,。

　　①国外报道的产过氧化氢酶的细菌有溶壁微球菌、球形红假单 ①已报道黑曲霉、乳酸菌、嗜热脂孢菌,足球菌属、链球菌属、乳杆菌属、 明串珠菌属、大肠杆菌肪芽孢杆菌、嗜热放线菌嗜热链霉及嗜热性细菌,真菌有粗糙脉孢霉、微紫青霉、嗜热链霉菌和黑萄、溶壁微球菌和重组大肠杆蕴生产曲霉, 过氧化氢酶,但产酶水平不高。

　　②日本在过去,,年间有不少于,项专利用霉菌、酵母,细菌 ②台湾申请了重组大肠杆菌生产和重组菌生产过氧化氢酶,包括固态发酵和液态发酵,,其中涉及过氧化氢酶并用于隐形眼睛消毒过过氧化氢酶在纺织工业中的应用。美国、丹麦各有,项用霉菌生程残余过氧化氢的去除。

　　③丹麦,,,,,,,,、 ,,,,,,,,和日本,,,,,,,公司分别推出了要是从猪肝等动物内脏中提取得到针对纺织行业使用的过氧化氢酶。 的,例如江南大学绿康公司生产的猪

　　目前已用于生产过氧化氢酶的菌株及合成水平见表,, ,,江南大学硕士学位论文 纺织用碱性耐热过氧化氢酶的工业化生产和应用研究

　　从人或动植物组织中提取的过氧化氢酶耐热性很差,表,,,, ,,,。 ,羽,且受来源和季节等因素影响较大,容易污染。与之相比,用微生物法发酵制备酶制剂具有生产者来源范围广、容易培养、生产周期短、价格实惠公道、可大规模生产等优点。

　　表,,,不同来源过氧化氢酶最适,,及热稳定性的比较【 ,,,,,, ,,】

　　纺织工业是许多发展中国家的一大工业, 同时也是我国的传统产业和支柱产业,在国内生产总值和外贸出口总值中占有重要比例,至,,,,年出口创汇已达,,,亿美元,是对国民经济有突出贡献的制造业。 中国加入,,,后,虽然有媒体称“纺织行业是唯一保持进攻态势的行业” ,但我国纺织工业总体存在产业集中度不高、工艺技术设备落后和资源利用率低等问题,特别有必要注意一下的是,纺织业是产生污染很严重的工业,尤其是在印染工艺流程中,传统工艺耗费大量的水和化学品,不仅耗费资源, 同时还造成了一定的环境污染并破坏生态平衡。这对实施可持续发展战略是极为不利的。

　　在棉织物整染加工中,经过上浆、退浆、漂白等工序,在染色前要对织物进行热漂, 以去除漂白时残留的过氧化氢。 由于染料一般对过氧化氢非常敏感,过氧化氢的存在会使染料的基团被氧化,,,,, 因此在棉织物染色前必须将过氧化氢除去。通常目前国内外一直采用传统的强碱高温处理工艺对棉织物进行前处理,它存在许多弊病,①工艺复杂,流程长,设备庞大,纤维损伤大,②水耗和能耗大,每吨棉织物前处理耗水近百吨,处理过程中需加温导致能耗和气耗量大,③传统的前处理排放大量强碱性,,,,,,,、色度深、 ,,,高的废水,是印染生产中最大的污染源。

　　因此随世界范围内,水的消耗和废水净化处理慢慢的变昂贵,大多数染色和整理工厂正非常密切地注视着减少水的消耗和废水排放的节约潜力。要从根本上改变纺织工业高消耗、高污染的传统粗放型经济稳步的增长方式,必须大力推动和发展纺织工业清洁生产技术,实现纺织工业污染防治由“末端治理”向“源头预防”的转变。用高效生物催化剂参与的酶处理工艺替代传统的化学处理工艺,可以①明显降低水耗、能耗,废水量显著减少并且容易处理,②节省染料并获得更稳定的染色效果,③织物的柔软度更好、强度更高,④操作更安全和简便,,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,

　　考虑工业化生产适应纺织行业特点的过氧化氢酶不但具有现实意义,而且有着深远的环保意义。

　　不同来源的过氧化氢酶在细胞中的位置不一样。动物红细胞、肝脏, 以及细菌的过氧化氢酶存在于细胞质中,必须将细胞破碎才能提取到过氧化氢酶,因此酶的分离、提纯较为复杂。细菌过氧化氢酶的热、碱稳定性虽然可随来源不同而不同,但因为是胞内酶,实现高产和提取均不方便。 国内用工程菌合成江南大学硕士学位论文 纺织用碱性耐热过氧化氢酶的工业化生产和应用研究

　　的过氧化氢酶,则仅限于性质研究,没有开展生产性的研究【 ,,】 。酵母的,,,主要积累于胞内【嘲,而一些丝状真菌的过氧化氢酶则主要分泌于胞外,胞内也含有一定量的过氧化氢酶【 ,,,,,,。在纺织热漂去除过氧化氢时,温度和,,均较高

　　,,,℃左右, 口,约,,,,要求使用的过氧化氢酶必须有较高的耐热和耐碱特性。

　　嗜热丝状真菌所产,,,酶活较高,且为胞外酶,初步的酶学性质研究之后发现,该菌株生产的过氧化氢酶在高温和碱性环境下均有着较好的表现, 因此选用嗜热丝状真菌来生产,,,在应用和产品提取方面具有较大优势。

　　在实验室的前期研究中【 ,船,】 ,发现,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,合成的过氧化氢酶具有耐热耐碱的特性,在纺织生产中的实际应用潜力很大,但是发酵培养基中使用的碳源英国胶在国内没有工业化的产品, 因此一定要选择合适的工业化碳源进行替代。此外,在种子和发酵培养基中的氮源使用的蛋白胨价格目前为,万元,吨, 占发酵成本一半以上,是制约工业化生产的主要因素。因此在不影响产酶水平的前提下,选择正真适合的原料替代蛋白胨作为氮源是很必要的。此外,迸一步优化发酵条件,提高产酶水平也是要解决的问题。

　　本论文研究内容为国家“ ,,,”项目 “用生物技术进行纺织品的后整理和实现清洁生产” ,课题编号, ,,,,,,,,,,,,,和“用于纺织工业清洁生产的生物催化剂的研究” ,课题编号, ,,,,,,,,,,,,,的一部分, 旨在开发碱性、耐热过氧化氢酶,用于实现纺织品的高档化及清洁化生产。在前期的研究中,通过考察种子培养基装液量、组成,摇床转速对嗜热子囊菌菌体生长与形态的影响,确定了,,,,,,,,,,,,,,,,,,,的培养方法,进而对发酵培养基进行了初步的优化,并初步考察了粗酶的酶学性质,,,, ,,,。

　　本论文的研究思路为, 以过氧化氢酶的工业化生产为目标,考察适合工业化发酵生产的培养基配方,降低发酵成本,在实验室研究基础上,通过考察影响产酶的重要的条件,对发酵过程逐步优化,逐级进行生产性放大试验,对获得的过氧化氢酶进行实际染整应用试验。主要研究内容有为,

　　,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,合成过氧化氢酶的工业化工业化生产试验及在染整中实际应用效果的考察。

　　,第二章适用于嗜熟子囊菌,,,,,, ,,发酵生产,,,的工业化的营养条件研究

　　过氧化氢酶作为一种高效生物催化剂, 已经广泛的应用于食品和乳制品工业、纺织工业、制浆和造纸工业。 由于生产的基本工艺的要求, 由于纺织工业的

　　工艺特点,一般要求所使用的酶制剂具备耐高温和高,,的特性。 目前使用较多的过氧化氢酶大多来自动物脏器以及一些微生物,如溶壁微球菌、球形红假单孢菌、大肠杆菌,,在耐碱和耐高温方面存在一定的缺陷。

　　在前期研究中,通过实验室研究获得了具有生产耐碱和耐高温过氧化氢酶的高产菌株,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,为了适应工业化生产的要求,本章对采用工业级氮源、碳源替代原先有培养基中的试剂级氮源、碳源进行考察, 以达到逐步降低生产所带来的成本的要求。