黑曲霉102-zl发酵亚麻粗纱煮练工艺研究

黑曲霉102-zl发酵亚麻粗纱煮练工艺研究

天麻粗线处理是连接亚麻原料纤维和细线生产的重要因素，它影响着亚洲纤维纤维的优良性能。亚麻粗纱煮练的目的主要是去除部分黏结单纤维之间的果胶、木质素等胶杂质,减弱纤维之间的联系,使纤维的分裂度进一步提高,利于亚麻工艺纤维进一步分劈,进而提高亚麻工艺纤维的可纺性。传统亚麻粗纱的煮练采用化学法,即使粗纱在碱及含氯或含氧的助剂作用下经受高温高压或常压的煮练,以达到除杂、分劈的目的,但该法能耗高,用水量大,形成的废水污染较难治理,对环境污染严重。近年来,有学者将酶制剂应用于亚麻粗纱煮练,研究结果表明,含果胶酶、木聚糖酶、纤维素酶、漆酶等组分的混合酶对亚麻粗纱煮练的效果优于单一酶。但混合酶制剂的价格较高,成为制约酶法煮练应用的瓶颈。本文采用黑曲霉发酵生产果胶复合酶,将浸提的粗酶液用于亚麻粗纱煮练,以煮练后粗纱的残胶率和强力为指标,优化酶法煮练的工艺条件,以期降低酶法亚麻粗纱煮练的成本,促进其工业推广。1试验部分1.1黑曲霉spearsivill亚麻粗纱,由齐齐哈尔金亚亚麻纺织有限责任公司提供。黑曲霉(Aspergillusniger)102-ZL,由农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室保存。果胶和木聚糖为Sigma公司产品。1.2仪器YG061型电子单纱强力仪,隔水式电热恒温培养箱,电热鼓风干燥箱,分析电子天平等。1.3方法1.3.1清液ph的变化斜面活化培养基:PDA培养基,200g去皮马铃薯,切成小块,加1000mL水煮沸30min,双层纱布过滤成清液。加水至1000mL,然后加入琼脂20g,葡萄糖20g完全溶解,pH值自然。固体发酵产酶培养基及培养条件:麸皮3g,稻草粉2g,硫酸铵5.5%,料水比1∶2.8,初始pH值5.5,装于250mL三角瓶中,36℃恒温培养72h。1.3.2用粗酶溶液煮熟固体发酵后向培养基中加入蒸馏水,室温浸提3h,8层纱布过滤即得粗酶液。1.3.3酶法：亚麻粗线加工酶法亚麻粗纱煮练工艺流程如下:1.3.4木聚糖酶活力果胶酶活力:底物是质量分数为0.4%的果胶溶液。酶活力定义为在45℃,pH值为4.0条件下,每分钟分解果胶生成1μmol半乳糖醛酸所需的酶量为1个酶活力单位。木聚糖酶活力:底物是质量分数为0.4%的木聚糖溶液。酶活力定义为在45℃,pH值为4.4条件下,每分钟分解木聚糖生成1mg木糖所需的酶量为1个酶活力单位。纤维素酶活力:底物是质量分数为1.0%的CMC-Na溶液。酶活力定义为在pH值为4.0,45℃条件下每小时水解纤维素生成1mg葡萄糖所需的酶量为1个酶活力单位。1.3.5橡胶残渣率的测定参照GB5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》测定残胶率。1.3.6单链强度试验条件测试条件为:温度21℃,相对湿度65%,夹持距离500mm,拉伸速度500mm/min,预加张力10cN。2结果与分析2.1酶浓度对黑曲霉酶活力的影响果胶、半纤维素和木质素为亚麻纤维中胶质的主要组分,高活性的果胶酶对胶质的去除至关重要。复合酶煮练过程中,在果胶质被果胶酶分解的同时,与其连接的半纤维素和木质素也会随之脱落。木聚糖酶本身虽不能氧化降解木质素,但能够促进木质素与纤维的分离,少量纤维素酶的存在则可使亚麻纤维中纤维素大分子某些环节产生裂痕,从而加速果胶酶和木聚糖酶的渗透,并能够使粗纱蓬松、柔软。本文由黑曲霉102-ZL固态发酵生产的酶类主要为果胶酶、木聚糖酶和纤维素酶。在粗提的酶液中,这3种酶的活力分别为150、10和8U/mL。将原酶液及稀释2、5、10倍的酶液分别进行煮练,结果见图1。酶液浓度对煮练的效果影响较大,随着酶液稀释倍数的增加,酶活力降低,残胶率由15.37%升至23.17%。从残胶率、粗纱强力和煮练成本等因素综合考虑,选择酶液稀释2倍进行以下的试验。2.2亚麻粗纱煮练后残胶率及强力的测定将5g亚麻粗纱经硫酸洗、水洗、烘干后,按浴比1∶30加入由黑曲霉102-ZL生产的果胶复合酶粗提液中。分别在30、35、40、45、50℃条件下煮练2h,每个试样作3次平行试验。煮练后的亚麻粗纱经草酸洗、水洗、烘干后测定残胶率及单纱强力,结果如图2所示。由于亚麻是靠束纤维进行纺纱,因而要求煮练后的亚麻粗纱应保留部分胶质,以保证纱线的强力及后续工艺的进行,因此,对粗纱煮练效果的考察应综合残胶率和粗纱强力2方面进行。由图2可见,随着煮练温度的升高,亚麻粗纱的残胶率和强力都随之下降。当温度达到40℃时,残胶率达到最低值16.39%,粗纱强力为1012cN,能够满足纺纱需要。当温度升至50℃时,粗纱残胶率升至17.57%。可见,该果胶复合酶作用的适宜温度为40℃。2.3处理时间对黏结亚麻单纤维的残胶率的影响在40℃条件下改变处理时间,进行亚麻粗纱的酶法煮练,考察时间对煮练效果的影响,结果见图3。由图可见,处理时间越长,黏结亚麻单纤维的胶质去除的越多,残胶率也越低,但在5h时残胶率有所回升,而强力却下降较大。究其原因,可能是由于随着煮练的进行,原来从纤维上脱落的胶质没有被酶分解,而又重新黏在纤维上,因此,适宜的处理时间为4h。2.4网状结构的影响亚麻纤维中的一部分胶质与金属离子络合,呈网状结构分布于纤维组织内。螯合剂可与金属离子发生螯合作用,破坏胶质的网状结构,促进酶对胶质的分解,从而增加胶质的去除率。在优化的温度、处理时间及酶液稀释倍数的基础上,向酶液中加入不同摩尔浓度的螯合剂EDTA,考察EDTA添加量对亚麻粗纱煮练效果的影响,结果如图4所示。由图可见,添加EDTA对酶法亚麻粗纱煮练具有促进作用,随EDTA比变化不大,因此,选择5mmol/L作为EDTA的适宜添加量。2.5残胶率和粗纱强力在上述优化条件的基础上,调节酶液pH值范围为4~6,煮练后亚麻粗纱的残胶率和粗纱强力见图5。由图可见。酶液pH值对煮练粗纱的影响较大,酶液pH值为5~5.5时,有利于果胶复合酶对胶质的作用,煮练后粗纱的残胶率为16.14%~16.35%,强力为1012~1024cN。2.6残胶率和强力的影响因素采用L9(34)正交试验,分别以酶法煮练后亚麻粗纱的残胶率和强力为响应值,探讨煮练温度A、时间B、EDTA添加量C对亚麻粗纱煮练效果的影响。试验结果及分析见表1。从极差R的大小看,不论是残胶率还是强力,因素B(煮练时间)都是对其影响最大的因素,因素A(煮练温度)和C(EDTA添加量)对残胶率的影响相当,而因素C(EDTA添加量)对强力的影响最小。从煮练后亚麻粗纱的残胶率分析,酶法煮练的最佳条件为:煮练温度40℃,时间4h,EDTA添加量6mmol/L,在该条件下煮练后亚麻粗纱的残胶率为15.80%,强力为975cN,残胶率较低,强力能够满足纺纱要求。3工艺流程及用量采用固体发酵方法以黑曲霉102-ZL为菌种生产果胶复合酶,将酶液粗提后用于亚麻粗纱煮练,对酶法煮练条件进行了优化。结果显示,适宜果胶酶浓度为75U/mL,适宜处理温度为40℃,