脱墨纸污泥用作产生酶的真菌培养基

2018-08-04孔话峥

造纸化学品 2018年3期

利用回收废纸生产的废纸浆已成为当前众多造纸厂家的主要浆料来源。废纸浆在脱墨过程中将产生大量的脱墨纸污泥，这些污泥的处理和处置是亟待解决的环境问题。研究表明，利用白腐真菌在污泥中的生物转化所产生的污泥减量作用来处理脱墨纸污泥是可行的，同时该处理方法还可获得由真菌产生的酶这一高附加值产品。该高附加值产品在造纸工业中可用于改善废纸脱墨生产工艺、纤维制品质量以及设备的机械清洗效果等。

1 引言

目前，造纸工业54%的原材料来自废纸和纸板。欧洲作为纸张回收领域的全球先行者，其纸张回收率达72%。再生纤维在全球造纸工业中作为原生纤维的替代品起着非常重要的作用。纸张回收的最大问题之一是需要去除回收纸上油墨。脱墨需要使用脱墨化学品，有时还需要使用过氧化氢、氯气等进行漂白。已经有人建议将酶作为常规脱墨化学品的环保替代品。因为生物技术有可能提高造纸原料和纸浆的质量并改善其供应状况，降低生产成本，创造新的高价值产品。在过去的20年中，大部分研究的目的是寻找白腐真菌的新品种或木质素降解酶的低成本生产。此外，研究在不同培养基上产生的酶的催化活性后发现，脱墨纸污泥是潜在培养基之一。有研究报道，每生产1 t再生纸约产生300 kg的污泥。因此，使用这种造纸污泥作为培养真菌的培养基，以及同时进行酶的生产，具有许多积极的作用。

2 实验

在这项研究中，来自脱墨纸的污泥被用作真菌培养的培养基。污泥在污水处理厂中产生。污泥的pH在10～11之间变化。真菌培养在固体培养基上进行，不加任何营养物质，使用的真菌为平菇。培养基的水分为65%。定量的污泥在无菌条件下称重、接种并在温度23℃下温育。

首先是筛选产生的水解酶纤维素酶、木聚糖酶和漆酶。在琼脂平板上观察产生的纤维素酶和木聚糖酶（快速筛选测试），在其中加入羧甲基纤维素（CMC）和来自于燕麦皮的木聚糖，并在添加培养基ABTS[2，2-氮杂双（3-乙基苯并咪唑啉-6-磺酸钠）]的琼脂板上观察产生的漆酶。通过还原糖定量测定和漆酶活性定量测定纤维素酶和木聚糖酶活性，通过分光光度法测量ABTS变色，而用藜芦醇分光光度法测定木质素过氧化物酶活性。对于在实验室水平上的酶活性测试，制备粗酶提取物。通过Lowry方法测定粗酶提取物中蛋白质的浓度计算酶活性。通过用合适的缓冲液（磷酸盐，柠檬酸盐，……）以适当的预定pH多次重复提取，将酶在实验室和工业规模下从固体培养基提取到液体培养基中。

图1为用作真菌培养基的造纸厂脱墨纸污泥（DPS）。DPS由短纤维素纤维和无机填料如碳酸钙和瓷土的混合物以及溶解在水中的剩余化学品构成。DPS的灰分质量分数一般为40%～60%，有机物质量分数一般为30%～40%。

图1 脱墨纸污泥

真菌培养真菌平菇（图2）以固态发酵的形式发生。水分质量分数调整到65%。将200 g脱墨污泥装入带有金属塞的玻璃瓶中，温度122℃下高压灭菌99 min。在培养皿中繁殖的平菇PLAB/GI菌丝体悬浮于300 mL蒸馏水中。冷却的瓶子每个接种5 mL平菇悬浮液。未接种的瓶子被用作阴性对照。将瓶子在温度23℃下温育直至观察并收集菌丝体生长。