基于纤维素酶、木聚糖酶的竹处理研究初探

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竹纤维作为新型天然纤维被人们所关注。本论文研究纤维素酶、木聚糖酶的性质,制定其作用于竹材的处理方案,并探索预处理方法对增强酶作用效果的影响。测定实验用竹材的主要成分,得出脂蜡质含量为5.76%、水溶物含量为5.04%、果胶含量为0.64%、半纤维素含量为24.03%、木质素含量为16.34%、纤维素含量为48.19%。研究酸性纤维素酶Cellusoft L、Suhong Cellish L、Cellusoft APL,中性纤维素酶X001、818S、B963、纤柔酶8000L,以及实验室自制木聚糖酶的性质得出:酸性纤维素酶最适条件为pH4.8,温度50℃,酶活依次为32IU/ml、38IU/ml、39IU/ml;中性纤维素酶最适条件为pH7,温度50℃,酶活依次为10IU/mg、11IU/mg、8IU/ml、2855IU/ml;木聚糖酶最适温度50℃,pH适应性广,在pH5.5和pH7时酶活较高,依次为139IU/ml、309IU/ml。对纤维素酶筛选得出Suhong Cellish L和纤柔酶8000L对竹作用还原糖产量较高。研究酶处理最适浓度得出纤维素酶在低浓度下酶活添加15IU时还原糖量高;当纤维素酶/木聚糖酶共同作用竹材时,木聚糖酶添加40IU时体系木糖产量比木聚糖酶(120IU)单独作用竹材所产木糖量高,酶共同作用使木聚糖酶的利用率提高了66.7%。研究预处理方法对纤维素酶、木聚糖酶以及酶共同作用处理竹材效果影响得出:高温预处理、超声波发生器预处理、超声波清洗器预处理均能增强酶对竹材的处理效果。在相同条件下,4h~8h内高温预处理效果最明显;超声波预处理在酸性纤维素酶的应用中,在12h~24h内发挥较好的作用。优化高温预处理时间得出:酸性纤维素酶处理时高温15min的竹材体系还原糖量能达到高温90min的体系还原糖产量;中性纤维素酶则高温90min糖产量较高;木聚糖酶单独处理与酶共同作用均为高温90min与60min还原糖产量相近,且比高温15min高。探索超声波发生器预处理减少高温处理时间而达到较好的酶处理效果,得出先高温处理后超声波发生器处理在12h以后测得体系酶解产生的还原糖量比单独高温处理的高。利用高效液相色谱对酶共同作用竹材的酶解液分析得出,与木聚糖酶单独处理竹材木糖产量(酸性条件下为3.35mg/L,中性条件下为9.45mg/L)对比,酶共同作用酸性体系中,木糖为16.55mg/L;酸性体系中,木糖为48.94mg/L。对竹材做FTIR、XRD、TG等表征分析得出:纤维素酶酶解产物中含有纤维素和半纤维素以及木质素、少量聚木糖和果胶质。有机溶剂抽提前后红外谱图中看出有机溶剂抽提不仅去除竹材中脂蜡质,部分半纤维素和木质素也随之抽出。酶共同处理竹不仅去除部分纤维素、半纤维素,部分木质素也会被去除。高温处理后的竹材结晶度增大14.3%,木聚糖酶单独处理、纤维素酶/木聚糖酶共同酶解后竹材结晶度比未处理竹材分别增加10%、7%,经木聚糖酶处理后的竹材热降解温度升高且降解率增大。
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