纖維素酶水解植物纖維局部化學變化的初步研究.pdf

1、纖維素是地球上最豐富的多糖資源，以植物纖維為原料開發(fā)可再生的產(chǎn)品已經(jīng)成為全球研究熱點。纖維素微纖絲(CMF)作為一種新型納米纖維素材料，具有優(yōu)異力學性能、透光性以及阻隔性，但目前CMF還不能成功實現(xiàn)商業(yè)化，主要原因是將纖維解離成CMF的機械能耗太高，而酶預處理纖維，有助于CMF的解離，可降低CMF的解離能耗。雖然國內(nèi)外對酶水解纖維已有大量研究，但對酶預處理制備CMF的研究還存在一定的局限性。本課題重點研究纖維素酶水解纖維細胞壁局部化學的

2、變化。采用復合、內(nèi)切和外切纖維素酶水解漂白針葉木纖維，通過纖維細胞壁的分離，分別研究不同壁層的形態(tài)參數(shù)、聚糖組分和纖維素聚合度，加強對酶預處理機理的深入研究，以優(yōu)化酶預處理工藝，并為酶預處理技術在CMF制備中的實際應用提供一定理論基礎，促進CMF制備技術的進一步突破和工業(yè)化應用進程。
　　通過超聲波技術和動態(tài)濾水儀(DDJ)的篩分作用來分離纖維細胞壁。首先使用超聲處理60min，可使纖維發(fā)生明顯的“起皮”、“剝皮”現(xiàn)象，初生壁（P

3、層）和次生壁外層(S1)層被剝開，再利用DDJ的篩分作用可將P層和S1層剝離纖維表面。纖維形態(tài)分析表明，超聲處理不會切斷纖維，經(jīng)DDJ篩分后的纖維長度基本不變，但由于P層和S1層的剝離，纖維寬度比原來減小了0.4μm;聚合度分析和紅外光譜分析也表明，超聲處理并沒有切斷纖維，且處理后的纖維沒有產(chǎn)生新的官能團。
　　建立了高效液相色譜（HPLC）分析單糖的方法。選用了分離工藝較簡單的Sugar Pak-Ⅰ糖分析柱在Waters1525

4、高效液相色譜儀上進行糖的分離，分離條件為:柱溫:90℃;流動相:超純水;流速:0.5mL/min;進樣量:20μL;在此測定條件下，實現(xiàn)了葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖五種標準糖較好的分離;繪制了五種標準糖的標準曲線，五種糖均呈現(xiàn)良好的線性關系，且其重現(xiàn)性良好，各糖變異系數(shù)均小于3％，滿足儀器測定要求。
　　采用光學顯微鏡對酶水解后的纖維進行形態(tài)分析，結果表明，三種纖維素酶均可以切斷纖維，且纖維發(fā)生了多次斷裂;三種酶作用下

5、，漂白針葉木纖維和細胞壁分離樣品中長纖維組分的平均長度逐漸變短，而從纖維表面剝離下來的細小組分的長度變化不明顯。掃描電鏡(SEM)分析表明，內(nèi)切纖維素酶不像復合纖維素酶和外切纖維素酶可以使纖維發(fā)生明顯的“起皮”、“剝皮”現(xiàn)象，它對纖維的主要作用是切斷。
　　纖維形態(tài)參數(shù)分析表明，三種酶作用后，纖維的數(shù)均長度、重均長度均逐漸減小，在復合、內(nèi)切和外切酶酶用量均達到最大時，數(shù)均長度的下降率分別為86.3％、76.62％和86.85％;纖

6、維卷曲率和扭結纖維含量與纖維平均長度變化一致，也呈下降趨勢;平均寬度則先減小后增大;在復合和內(nèi)切酶作用下，細小纖維含量先減小后增大，外切酶作用下，細小纖維含量逐漸增大。細胞壁分離樣品中，長纖維組分的平均長度逐漸減小，平均寬度先減小后增大，細小纖維含量逐漸增大;從纖維表面剝離下來的細小組分的平均長度也呈下降趨勢，但下降幅度較小;在此長度條件下測定的平均寬度和細小纖維含量均偏大，變化幅度較小。
　　對酶水解后的纖維，進行細胞壁分離，再

7、經(jīng)酸完全水解后測定其不同壁層的聚糖組分。高效液相色譜分析表明:漂白針葉木纖維水解后主要含有葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖五種單糖，其中葡萄糖含量占80％以上。在三種酶作用下，漂白針葉木纖維中葡萄糖含量均呈先增大后減小的趨勢，而其余四種糖則先減小后增大。三種酶作用下，細胞壁分離樣品中，長纖維組分中葡萄糖含量高于細小組分，但木糖、甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖低于細小組分，因此，細胞壁外層中含有較多半纖維素，酶對其水解更快。聚合度分析顯示