酶化学联合脱胶法提取麻纤维可纺性能

酶化学联合脱胶法提取麻纤维可纺性能

元材纤维具有柔软性好、吸湿性好、热速、膨胀率高、抗腐蚀性、电离作用小、耐酸性等特点。它是天然纺织的重要原料。在苎麻等麻类纤维中,除了含有纤维外,还有一些胶质存在,如果不除去这些胶质,就会影响苎麻纤维的质量,不能做纺织用原料。因此要把苎麻原麻中25%~30%的胶质脱去,释放出纤维使其呈单纤维分离状态,以达到纺织要求。苎麻胶质的主要成分为果胶、半纤维素和木质素等,用高活性的KDN果胶酶和TZ-888复合酶(主要是木聚糖酶和甘露聚糖酶),从pH值、浴比、酶用量、金属离子、温度、脱胶时间等方面进行单因素试验,然后选取影响显著的浴比、酶用量、温度、时间进行4因素3水平的脱胶试验,得到优化的试验条件。并进一步采用优化后的条件对苎麻进行生物酶-化学脱胶处理,最终确定酶优化脱胶、化学精练和漂洗的工艺条件。1试验部分1.1聚糖酶u/ml手剥干苎麻(残胶率为29.67%),采自湖南农业大学苎麻研究所苎麻试验基地。KDN果胶酶(果胶酶451.8IU/mL,木聚糖酶0.326IU/mL,纤维素酶0.048IU/mL,甘露聚糖酶0.096IU/mL),青岛康地恩生物科技有限公司提供;TZ-888煮漂复合酶(果胶酶182.4IU/g,木聚糖酶5113.3IU/g,纤维素酶10.98IU/g,甘露聚糖酶1.265IU/g),上海纤化生物科技有限公司提供。1.2方法1.2.1木聚糖酶活力及纤维素酶活力单位根据文献测定果胶酶酶活,在pH值为10.5,45℃下1min催化果胶水解生成1μmol半乳糖醛酸的酶量定义为1个活力单位。根据文献测定木聚糖酶酶活,在pH值为7.0,55℃下1min催化木聚糖水解生成1μmol木糖的酶量定义为1个活力单位。根据文献测定纤维素酶酶活,在pH值为4.8,40℃下1min催化羧甲基纤维素钠水解生成1μmol葡萄糖的酶量定义为1个活力单位。根据文献测定甘露糖酶酶活,在pH值为7.5,50℃下1min催化魔芋精粉生成1μmol甘露糖的酶量定义为1个活力单位。1.2.2脱胶率测定按照GB5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》测定残胶率。脱胶率为苎麻脱胶前后残胶率之差。1.2.3不同ph值的缓冲溶液对kn3.2酶活的影响基本条件:苎麻(2g),浴比为1∶12,KDN果胶酶100IU/g(pH值为8.0)或TZ-888复合酶100IU/g(pH值为7.0),50℃,时间为4h。在基本条件下,分别用不同pH值的缓冲溶液(KDN果胶酶脱胶时,采用pH值为6.8、7.4、8.0、8.6、9.2的缓冲溶液;TZ-888复合酶脱胶时,采用pH值为3.5、4.0、4.5、5.0、5.5的缓冲溶液)浸泡苎麻,添加1mmol/L的不同金属离子(Ca2+、K+、Mg2+、Zn2+、Mn2+)溶液,改变浴比(1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶21)、酶用量(100、200、300、400、500IU/g)、温度(30、35、40、45、50、55℃)、时间(2、3、4、5、6h),分别进行脱胶,并测定残胶率。1.2.4正交试验在单因素试验基础上,选取影响比较显著的浴比、酶用量、温度和时间进行正交试验,见表1。1.2.5u3000酸洗后盐、涤纶、聚磷酸钠盐碱法1)采用随机取样的方法将干苎麻剪成10cm左右的原麻,称取5g,扎成把状;2)采用KDN果胶酶进行第1步脱胶;3)采用TZ-888复合酶进行第2步脱胶;4)精练:用80~100℃的热水灭菌洗麻30min,采用浴比为1∶10(30g/LNaOH,20g/LNa2CO3,10g/L三聚磷酸钠溶液),将洗后麻在常压煮练2h,再用水洗涤至中性,可进一步降低残胶。5)漂洗:浴比为1∶10(漂洗液含双氧水为1.8mL/L,Na2CO3质量浓度为15g/L,pH值为10±0.5),温度为80~100℃,时间为1h,用60~80℃热水漂洗后,再用冷水冲洗干净,洗涤至中性。1.2.6总氮的测定根据GB/T11894—1989《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定总氮量。根据GB/T11893—1989《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》测定总磷量。2结果与分析2.1酶脱胶及残胶率测定在基本条件下,分别用不同pH值的缓冲溶液浸泡苎麻进行酶脱胶,然后测定残胶率,结果如图1所示。由图1可知,苎麻采用KDN果胶酶脱胶的最适pH值为8.6,采用TZ-888复合酶脱胶的最适pH值为4.0。2.2酶的脱胶时间苎麻在采用1∶9、1∶12、1∶15、1∶18、1∶21的缓冲溶液浸泡时,采用KDN果胶酶脱胶时的脱胶率分别为12.06%、12.28%、11.66%、11.43%、11.32%,因此采用KDN果胶酶脱胶的最适浴比为1∶12,浴比太小,苎麻没有完全浸泡,酶不能充分分散到反应区域,脱胶不充分;浴比太大,酶浓度太低,在反应区域没有足量的酶催化胶质水解,也不能完全脱除胶质。采用TZ-888复合酶脱胶时的脱胶率分别为7.98%、9.04%、9.42%、10.53%、9.67%,因此采用TZ-888复合酶脱胶的最适浴比为1∶18,TZ-888复合酶脱除胶质较多,胶质浓度过高,影响酶的催化作用,使酶活性受到抑制,浴比适当增大,有利于缓解酶的抑制作用,胶质脱除更多。2.3tz-71%麻脱胶率在添加100、200、300、400、500IU/g的KDN果胶酶脱胶时苎麻的脱胶率分别为9.19%、9.55%、9.91%、10.42%、10.44%;采用100、200、300、400、500IU/g的TZ-888复合酶脱胶时苎麻的脱胶率分别为7.39%、8.08%、8.16%、8.28%、8.29%。可以看出酶用量达到一定值时脱胶率没有太大的变化,从成本考虑,采用KDN果胶酶和TZ-888复合酶脱胶的最适酶用量均为400IU/g。2.4脱胶率的测定在基本条件下,添加1mmol/L的不同金属离子(Ca2+、K+、Mg2+、Zn2+、Mn2+)溶液进行苎麻酶脱胶,然后测定残胶率,结果如图2所示。从图2可以看出:采用KDN果胶酶进行脱胶时,Ca2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+对苎麻脱胶均具有促进作用,其中Mg2+最强,因此选用Mg2+作为KDN果胶酶脱胶时的促进剂;采用TZ-888复合酶进行脱胶时,Ca2+、K+、Zn2+、Mn2+对苎麻脱胶均具有促进作用,其中Ca2+最强,因此选用Ca2+作为TZ-888复合酶脱胶时的促进剂。2.5酶的最适温度采用KDN果胶酶在30、35、40、45、50、55℃脱胶时苎麻的脱胶率分别为7.64%、8.84%、9.31%、10.39%、9.92%、9.67%,因此采用KDN果胶酶脱胶的最适温度为45℃。采用TZ-888复合酶在30、35、40、45、50、55℃脱胶时苎麻的脱胶率分别为7.05%、7.78%、8.62%、8.16%、7.45%、6.78%,因此采用TZ-888复合酶脱胶的最适温度为40℃。酶反应都有最适温度:温度过低,酶催化活性低;温度过高,酶又会失活。2.6tz-71复合酶在基本条件下的脱胶率采用KDN果胶酶在基本条件下脱胶2、3、4、5、6h时,苎麻的脱胶率分别为11.11%、11.27%、11.88%、12.09%、12.20%;采用TZ-888复合酶在基本条件下脱胶2、3、4、5、6h时,苎麻的脱胶率分别为11.22%、11.29%、11.54%、11.60%、11.80%。由此可知KDN果胶酶和TZ-888复合酶在脱胶5h后脱胶率上升趋势均已趋于稳定。2.7不同因素对麻tz-71复合酶脱胶效果的影响,见表1正交试验结果见表2~3。由表2可以看出,苎麻KDN果胶酶脱胶最佳组合为A1B1C3D1,即浴比为1∶12,酶用量为300IU/g,温度为45℃,时间为4h,脱胶效果最好。同时,通过极差R值可以看出,各因素的主次关系为A>D>B>C,其中浴比对脱胶效果的影响最大,温度对脱胶效果的影响最小。由表3可以看出,苎麻TZ-888复合酶脱胶最佳组合为A3B3C2D2,即浴比为1∶18,酶用量为500IU/g,温度为40℃,时间为5h时,脱胶效果最好。同时,通过极差R值可以看出,各因素的主次关系为C>B>A>D,其中温度对脱胶效果影响最大,酶用量对脱胶效果影响最小。2.8复合酶脱胶及去除半纤维素后麻残胶率正交试验得到最优化条件后,对苎麻进行分步脱胶,首先采用KDN果胶酶进行第1步脱胶(浴比为1∶12,pH值为8.6,1mmol/LMg2+,KDN果胶酶300IU/g,45℃,4h脱胶后,用水洗涤至中性),测得脱除胶质后残胶率为18.69%;TZ-888复合酶进行第2步脱胶(采用浴比为1∶18,pH值为4.0,1mmol/LCa2+,TZ-888复合酶500IU/g,40℃,5h脱胶后,用水洗涤至中性),测得脱除半纤维素后苎麻残胶率降为14.14%,但仍达不到纺织要求。酶脱胶后的苎麻再分别进行精练和漂洗后测得残胶率为1.79%,达到了纺织要求。2.9废液调至中性法脱胶液、精练液、漂洗液及其洗涤废水混合后pH值为12.0,混合液调至中性后,经测定液体总氮含量为39.3μg/mL,总磷含量为86.2μg/mL,表明废液达到可以用于农田灌溉的标准。3u3000酸、碱、质、废水的混合在采用KDN果胶酶第1步脱胶(浴比为1∶12,pH值为8.6,1mmol/LMg2+,KDN果胶酶300IU/g,45℃,4h脱胶后,用水洗涤至中性),TZ-888复合酶第2步脱胶(采用浴比为1∶18,pH值为4.0,1mmol/LCa2+,TZ-888复合酶500IU/g,40℃,5h脱胶后,用水洗涤至中性)后,苎麻残胶率为14.14%,仍然