全 文 ：作者简介:张燕兴，女，助理工程师，主要从事造纸助剂研发工作。
* 基金项目:广东省科技计划项目(2009B011200009)
裂褶菌发酵培养产酶条件的优化
及用于废新闻纸脱墨的研究*
张燕兴1 曾亚岚2 许桂红1 赵德清2
(1． 广东省造纸研究所，广东 广州 510300;2． 华南理工大学 轻工与食品学院，广东 广州 510640)
摘 要:利用裂褶菌发酵培养得到的粗酶液对废新闻纸进行脱墨，对裂褶菌发酵培养产纤维素酶和木聚糖酶的条
件进行了优化。结果表明，裂褶菌在以碎纸片为碳源、碳源用量为 20g /L、接种量为 15%(V/V)、培养时间为 7d时，
发酵培养所得粗酶液中纤维素酶和木聚糖酶的酶活较高。该粗酶液用于国产废新闻纸脱墨，效果明显。与对照样
相比，脱墨浆白度提高 3． 0% ISO，有效残余油墨浓度(ERIC)值由 440． 4mg /kg下降为 214． 6mg /kg，油墨脱除效率为
51． 3%。纸页的抗张指数、撕裂指数和耐破指数均有所改善。
关键词:裂褶菌;纤维素酶;木聚糖酶;脱墨
中图分类号:Q55 文献标识码:A 文章编号:1671 － 4571(2011)03-0071-04
近年来，生物技术已与制浆造纸学科紧密结合，
利用生物酶脱墨是其中的一个研究热点。酶法脱墨
是一种经济有效的脱墨方法，可以减少化学脱墨带
来的环境污染问题，降低漂白化学药品的用量以及
改善浆料的滤水性能等。国内外许多研究表
明［1 － 6］，可以用于废纸脱墨的酶制剂主要有纤维素
酶、半纤维素酶(木聚糖酶)、木素降解酶(主要是漆
酶)、脂肪酶、酯酶、淀粉酶、果胶酶等。
裂褶菌(Schizophyllum commune Fr．)又称白参、
树花，隶属于真菌门(Eumycophyta) ，担子菌纲(Ba-
sidiomycetes) ，伞菌目(Agaricales) ，裂褶菌科(Schizo-
phyllaceae) ，裂褶菌属(Schizophyllum)［7］，它是一种
珍贵的食药两用真菌。裂褶菌发酵培养时不仅可产
生具有抗肿瘤活性的裂褶胞外多糖，同时还产生一
些重要的酶。有研究表明，裂褶菌在特定的培养条
件下可产生纤维素酶(纤维二糖脱氢酶)［8 － 10］、木聚
糖酶［11 － 13］、酯酶［14］、锰过氧化物酶［15］等。纤维素
酶和木聚糖酶用于废纸脱墨已实现工业化［6］，裂褶
菌产生的酯酶能够破坏半纤维素和木素之间的酯键
连接［14］，锰过氧化物酶对木素具有降解作用。这些
酶共存于裂褶菌发酵培养所得的粗酶液中，其对废
纸浆的脱墨效果值得探讨。
本文利用裂褶菌发酵培养得到的粗酶液对废新
闻纸进行脱墨，对裂褶菌发酵培养产纤维素酶和木
聚糖酶的条件进行优化，考查裂褶菌对国产废新闻
纸的脱墨效果，旨在为废纸浆生物酶脱墨提供一种
新的思路。
1 实验
1． 1 原料
菌种:裂 褶 菌 (Schizophyllum commune GIM
5． 44) ，购于广东省微生物菌种保藏中心。废纸:国
产废新闻纸。
1． 2 培养基
斜面培养基(g /L) :20%马铃薯汁 1L、葡萄糖
20、KH2PO4 3、MgSO4·7H2O 1． 5、VB1 0． 01、琼脂
20、pH 值 6。
种子培养基(g /L) :马铃薯汁(300g 马铃薯制
得)、葡萄糖 20、蛋白胨 3、MgSO4 · 7H2O 0． 5、
KH2PO4 1． 0、VB1 0． 01。
发酵培养基(g /L) :碳源、蛋白胨 5、(NH4)2SO4
2、VB1 0． 01 、Mandel 营养液 70mL。(Mandel 营养
液:KH2PO4 4． 0g /L、MgSO4·7H2O 0． 3g /L、CaCl2 0．
3g /L、FeSO4·7H2O 5mg /L、MnSO4·7H2O 1． 56mg /
L、ZnSO4 1． 4mg /L、CoCl2 0． 2mg /L、Tween80 2g /L)。
1． 3 仪器
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《造纸科学与技术》 2011 年 第 30 卷 第 3 期
生化培养箱:SPX － 150BS －Ⅱ，上海新苗医疗
器械制造有限公司;台式冷冻离心机:MR23i，Ther-
mo Scientific;分光光度计:UV － 1800，津岛;高温灭
菌锅:CL － 32L，日本 ALP;气浴恒温摇床:HQ45B，
中科院武汉科学仪器厂;电热恒温水浴锅:HH － S，
北京市永光明医疗仪器厂;浮选脱墨槽:ZT13 － 00
型，中通试验装备技术研究所;PTI 纸页成型器:PK
－3A － KWT;纸张拉力仪:WZL － 300，杭州轻通仪
器开发公司;纸张撕裂度测定仪:YQ － Z － 20，四川
省长江造纸仪器厂;电动纸耐破度测定仪:YQ － Z －
23A，杭州轻工业检测仪器厂。
1． 4 实验方法
1． 4． 1 菌种培养方法
斜面种子在培养箱中 27℃培养 4d，然后从试
管斜面中用接种钩将斜面带培养基的斜面切下，粉
碎后转入装液量为 50mL的 250mL种子瓶中，置于
摇床上，27℃、160 r /min 培养 2d。然后将种子液接
种到装有 90mL产酶培养基的 250mL 三角瓶内，pH
值自然，置于摇床上，27℃、160 r /min 进行发酵培
养。发酵液于高速冷冻离心机上离心 10min
(5000r /min，4℃) ，取上清液，即为粗酶液。培养基
的灭菌条件为 121℃，15min。
1． 4． 2 酶活测定
纤维素酶和木聚糖酶的酶活测定分别按 GB /T
23881 － 2009［16］和 GB /T 23874 － 2009［17］进行。
1． 4． 3 粗酶液处理废纸浆及浮选脱墨
粗酶液处理工艺条件为:酶液用量按照纤维素
酶活(CMCase)0． 2U /g(绝干浆)计，浆浓 10%，处理
时间 50min，温度 50℃，pH 值 5． 5，酶处理废纸浆在
PVC密封袋中进行，每隔 10min 揉搓一次浆料。酶
处理后进行浮选脱墨，浮选条件为:浆浓 0． 8%，时
间 10min，起泡剂用量 0． 5%。
浮选后将脱墨浆进行洗涤、抄片，按照标准方法
测试纸张各项性能指标［18］。
2 结果与讨论
2． 1 裂褶菌的产酶曲线
以稻草粉为碳源，对裂褶菌进行液体深层发酵
培养，培养到第 2d 开始测定纤维素酶(包括羧甲基
纤维素酶 CMCase和滤纸酶 FPA)和木聚糖酶(Xyla-
nase)活力随培养时间的变化，三种酶的生长曲线如
图 1 所示。
图 1 裂褶菌的产酶曲线
由图 1 可见，FPA 在第 5 天时出现峰值，CM-
Case和 Xylanase 都是在第 7 天时出现峰值。纤维
素酶活中，CMCase通常表示内切葡萄糖酶的活性;
而滤纸 FPA则表征内切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶、
纤维二糖酶总的活性，它反映了这三种酶组分的协
同作用［19］。当内切葡萄糖酶一定时，FPA /CMCase
的大小可反映出后两种尤其是外切酶的多少。图 1
中，裂褶菌培养到第 5 天的时候，FPA /CMCase 值最
大(0． 457) ，说明此时外切酶最多，此时 FPA也是达
到最大值;裂褶菌培养到第 10 天时，FPA /CMCase
值最小(0． 150) ，说明此时发酵液中含外切葡萄糖
酶较少，以含内切葡萄糖酶为主;培养到第 7 天时，
FPA /CMCase值为 0． 228，居于中间，发酵液中含有
相当的 CMCase 和 FPA，并且 Xylanase 也在此时达
到最大值。可见，发酵培养时间为 7 天时，裂褶菌产
酶活力较好。
2． 2 裂褶菌产酶培养条件的优化
2． 2． 1 碳源对裂褶菌产酶的影响
纤维素酶为诱导酶，培养基中必须含有纤维素
物质，常用的有微晶纤维素、稻草粉、废纸浆、滤纸
粉、报纸粉、蔗渣、麦秆、麸皮、玉米皮粉、棉花等。本
实验考察了以稻草粉、玉米杆、麦麸、棉花、碎纸片为
碳源(10g /L)裂褶菌产酶情况，发酵到第 7 天时
CMCase、FPA 和 Xylanase 活力情况如图 2。可见，
CMCase和 Xylanase都是以碎纸片为碳源时酶活最
高;FPA则以稻草粉为碳源时酶活最高。根据文献
［20］对纤维素酶脱墨的研究结果可知，内切葡萄糖
酶(以 CMCase计)在脱墨过程中起着重要的作用。
可见，以碎纸片为碳源时裂褶菌发酵培养产酶对脱
墨有利。
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Paper Science ＆ Technology 2011 Vol． 30 No． 3
图 2 碳源种类对裂褶菌产酶的影响
2． 2． 2 碳源添加量对裂褶菌产酶的影响
以碎纸片为碳源，通过改变添加量研究了裂褶
菌的产酶情况。碎纸片的添加量分别是 5、10、15、
20、25g /L，裂褶菌产酶情况见图 3。
图 3 碎纸片添加量对裂褶菌产酶的影响
CMCase在碳源用量为 15g /L 时最大，FPA 随着
碎纸片量的增加而增大，Xylanase在碳源用量为 20g /
L时最大。FPA在碳源用量为 15g /L时较小，却在
20g /L时有很明显的增加，而 CMCase 在 20g /L 也有
较高的活力。可见，碎纸片添加量以 20g /L为宜。
2． 2． 3 接种量对裂褶菌产酶的影响
接种量的多少主要影响菌体的生长速度，过高
菌体生长快，菌体很快进入对数生长周期，生成的菌
体量大，同时产生大量的生物热易衰老;过低则生长
慢，不能形成正常的菌体量以维持正常新陈代谢，势
必要延长发酵时间，影响产酶。将斜面菌体制备成
种子液后，分别移取 5%、10%、15%、20%(V /V)种
子液接种到发酵培养基中(20g /L碎纸片为碳源) ，7
天后进行酶活力测定，结果如图 4 所示。可见，随着
接种量的增加，CMCase、FPA 和 Xylanase 均是先增
加后降低，当接种量为 15%时，这三种酶活均达到
了最大值。因此，接种量为 15%时产酶效果最好。
图 4 接种量对裂褶菌产酶的影响
2． 3 裂褶菌发酵粗酶液的脱墨效果
在最佳培养条件下发酵培养裂褶菌，利用其粗
酶液对废新闻纸进行脱墨。浮选后将脱墨浆洗涤、
抄片，测试各项纸张性能指标，结果如表 1。
表 1 酶法脱墨效果
白度
/% ISO
有效残余油墨浓度
ERIC值 /mg·kg －1
抗张指数
/Nm·g － 1
撕裂指数
/mN·m2·g － 1
耐破指数
/kPa·m2·g － 1
对照样 50． 6 440． 4 32． 36 3． 61 1． 87
酶法脱墨 53． 6 214． 6 33． 69 4． 00 1． 95
由表 1 可见，与对照样(只浮选未经粗酶液处
理)相比，酶法脱墨浆白度提高了 3． 0 % ISO，ERIC
值由 440． 4mg /kg 降低到 214． 6mg /kg，脱墨效率达
51． 3%。仅利用白度来作为脱墨效率的评价方法是
不全面的，因为不同的油墨尺寸分布仍然可以具有
相同的白度。有效残余油墨浓度(ERIC)值是判断
脱墨浆质量高低、衡量脱墨剂好坏，甚至衡量脱墨工
艺优劣的重要指标。实验结果显示，与对照样相比，
粗酶液处理后脱墨浆的 ERIC 值下降较多，油墨脱
除效率达 51． 3%。可见该粗酶液对废新闻纸浆有
较好的脱墨效果。从表 1 中还可以看出，纸页的抗
张指数、撕裂指数和耐破指数均略有升高。
3 结 论
(1)裂褶菌发酵培养产纤维素酶和木聚糖酶的
优化条件为:以碎纸片为碳源、碳源用量为 20g /L、
接种量为 15%(V /V)、培养时间为 7d。
(2)裂褶菌发酵粗酶液用于废新闻纸脱墨，与
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《造纸科学与技术》 2011 年 第 30 卷 第 3 期
对照样相比，脱墨浆白度提高 3． 0 % ISO，有效残余
油墨浓度(ERIC)值由 440． 4mg /kg 下降为 214．
6mg /kg，脱墨效率达 51． 3%。纸页的抗张指数、撕
裂指数和耐破指数均有所改善。
参 考 文 献
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Optimization of Enzymes Production by Schizophyllum Commune
Fermentation Culture and the Enzymes Application
in Old Newsprint Deinking
Zhang Yan-xing1 Zeng Ya-lan2 Xu Gui-hong1 Zhao De-qing2
(1． Guandong Paper Industrial Research Institute，Guangzhou 510300，Guangdong，China;
2． School of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China)
Abstract:Crude enzymes liquid produced by Schizophyllum commune fermentation was used in deinking process of
old newsprint． And conditions for cellulase and xylanase prodution by Schizophyllum commune were optimized． Re-
sults showed that Schizophyllum commune would produce relatively high activity of cellulose and xylanase at the con-
ditions of using scrap paper as carbon source，20g /L of carbon dosage，15% inoculation and 7days of fermenta-
tion． Obvious deinking effect was observed when using the crude enzymes liquid to treat old newsprint． Compared
to the control sample，brightness increased 3 % ISO ，ERIC values decreased from 440． 4mg /kg to 214． 6mg /kg
and the deinking efficiency reached 51． 3%。Tensile index，tear index and burst index of the deinking paper were
all enhanced slightly．
Key words:Schizophyllum commune;cellulase;xylanase;deinking
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Paper Science ＆ Technology 2011 Vol． 30 No． 3