木素过氧化物酶-过氧化氢漂浮协同作用机理研究

木素过氧化物酶-过氧化氢漂浮协同作用机理研究

木素分解酶主要指各种氧化酶，其漂白作用是分解并溶解血浆中的残余木素。在生物降解过程中，氧化酶与还原酶一起发挥，分解机制极其复杂。这是尚未完全理解的。氧化还原酶直接影响血浆剩余木素，与木聚糖酶显著不同，因此具有更大的生物学意义和研究价值。本文采用FTIR、GC/MS、GPC等方法对木素过氧化物酶辅助漂白机理进行了初步研究。1实验1.1木素过氧化物酶活测定实验用原浆为雷林1号硫酸盐桉木浆,白度25.4%SBD,黏度1356mL/g,卡伯值19.9。木素过氧化物酶(LiP表示)由华南理工大学生物与食品工程学院提供,酶活为95IU/L。木素过氧化物酶酶活测定方法如下:3.0mL反应液中含80mmol/L酒石酸钠缓冲溶液(pH值3.5)、5mmol/L藜芦醇、0.3mL酶液和0.4mmol/LH2O2,于30℃反应,检测加入H2O2后反应液在310nm处的光吸收变化。每分钟氧化形成1μmol的藜芦醛的酶量为一个酶活力单位(国际单位)。1.2实验方法1.2.1木素氧化酶的处理处理条件:浆浓10%,温度37℃,时间120min,pH值3.7,酶用量2mL/g绝干浆,H2O2用量0.2%(对酶液用量)。1.2.2h,edta,meso4的用量漂白条件:H2O2用量4%,NaOH用量2%,EDTA用量0.5%,MgSO4用量0.5%,温度70℃,浆浓10%,时间120min。1.2.3木素质凝出液、极缓和体系0.01mol/LNaOH抽提实验在氮气保护、极缓和的条件下进行,使得木素保持原来的结构而溶出。抽提条件如下:温度60℃,浆浓1.0%,时间30h。过滤,滤液置于冰箱中留待分析。1.2.4klason木材制备按Klason木素制备方法进行,制备的Klason木素用于木素过氧化物酶处理。1.3分析1.3.1红外光谱分析AnalectRFX-65傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),波数范围401～4000cm-1。1.3.2ers-gpc抽提滤液直接送GPC进行分析。仪器为Waters-GPC244/ALC。检测:UV254。流动相为0.01mol/LNaNO3/CH3CN,流速0.6mL/min。1.3.3gc-ms分析利用GC-MS分析纸浆酸解产物木素结构单元的变化。GC-MS分析设备型号为HP5972,检索谱库为Wiley库。1.3.3.氧六环-水溶液法将纸浆风干后,磨粉,用苯醇抽提48h,风干。用热水抽提40h,0.2mol/L二氧六环-水溶液抽提回流,开始时通N2以除去空气,温度90℃。过滤得滤液,滤液用NaHCO3中和至pH值为3。用CHCl3萃取,萃取物置于无水Na2SO4中干燥,真空蒸发。1.3.3.2gc-ms测试酸解产物制成TMS衍生物后,供GC-MS分析。1.3.4白测量参照参考文献进行测定。2结果与讨论2.1木素清除木素活性由表1可知,1610cm-1(苯环特征峰)吸收强度在木素过氧化物酶处理后减小,说明在木素过氧化物酶处理中有木素降解溶出。芳环C—O伸展振动(1210cm-1)、O—H伸展振动(3441cm-1)吸收强度增加,说明木素酚羟基增加,这是由于非酚型β-O-4(β-芳基醚键)断裂,形成新的酚型结构单元,产生新的酚羟基的缘故。1460cm-1、2922cm-1吸收强度增加,甲氧基含量增加,说明紫丁香基结构单元增加。综合而言,木素经木素过氧化物酶处理后,酚羟基、甲氧基、紫丁香基含量增加,增强了木素反应活性,为后续漂白中木素与漂剂的反应创造了有利条件。此外,纸浆经木素过氧化物酶处理后,发色基团木素羰基(1712cm-1)吸收峰消失,应该是白度提高的主要原因。2.2木素过氧化物酶处理对木基结构的影响表2和表3中的苯二羧酸结构属愈创木基或紫丁香基木素结构单元的酸解产物。由表2、表3可知,原浆经木素过氧化物酶处理后,愈创木基或紫丁香基木素结构单元增加。再根据红外光谱分析结果,可知纸浆经木素过氧化物酶处理后,木素紫丁香基结构单元增加(表1中1460cm-1、2922cm-1吸收强度增加),说明在木素过氧化物酶处理中,愈创木基结构降解较多。由表3可知,序号1化合物对羟苯基1、4位的羟基和侧链被硅烷化,从而形成了1,4-双(三甲基硅烷基)-苯。纸浆经木素过氧化物酶处理后,对羟苯基结构单元增加。对羟苯基是反应活性较强的木素结构基团。上述GC-MS分析结果表明,木素过氧化物酶处理后,紫丁香基、对羟苯基基团增加,能提高木素反应活性,为后续漂白提供了有利条件。2.3木素过氧化物酶预处理效果木素过氧化物酶处理前后的纸浆,用0.01mol/LNaOH在氮气保护条件下进行抽提实验,以分析纸浆中木素溶出性能,结果见表4。由表4可知,木素过氧化物酶预处理使纸浆中木素溶出性能增强,表现在抽提液中木素含量有所增加,溶出木素分子质量显著增大,多分散性有些下降。纸浆中溶出木素分子质量显著增大,说明木素过氧化物酶处理过程中降解溶出的是小分子质量木素。木素溶出性能的增强是由于木素过氧化物酶处理中,小分子质量木素的溶出以及甲氧基、紫丁香基和对-羟苯基基团的增加的缘故。2.4木素过氧化物酶预处理特点由表5可知,碳水化合物C==OC=Ο伸展振动(1058cm-1),木素二烷基醚C—O—C伸展振动(1161cm-1),木素紫丁香基酚醚键(1319cm-1),木素羰基(1636cm-1)等在酶处理后吸收强度减小,说明木素过氧化物酶预处理使H2O2漂白中发色基团和助色基团更易除去,从而使H2O2漂后浆白度提高,H2O2漂白浆白度39.94%SBD,Lip-H2O2漂白浆白度44.28%SBD,提高了4.34个百分点。木素酚羟基(1377cm-1)吸收强度减小,说明木素过氧化物酶预处理加强了漂剂与木素酚型结构单元的反应。木素紫丁香基酚醚键(1319cm-1)、CHX(X=1～3)(2907cm-1)吸收强度减小,说明木素过氧化物酶预处理加强了漂剂与木素紫丁香基结构单元的反应。表5中O′KI和N·O′KI的数据表明,木素过氧化物酶预处理使H2O2漂后浆结晶度提高,这是由于木素过氧化物酶预处理后使H2O2更多地作用于纸浆纤维无定形区的缘故。3木素降解剂的制备木素过氧化物酶预处理能增加残余木