酶預(yù)處理對馬尾松纖維細胞壁結(jié)構(gòu)及微纖絲制備的影響研究.pdf

1、纖維素微纖絲（CMF）由于其強度高、重量輕、可再生的特點，以及其表現(xiàn)出的良好的生物相容性、可降解性和阻隔性能而備受關(guān)注。由于機械解離制備CMF所需能耗過高，并且產(chǎn)品尺寸分布不均勻，因此CMF很難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。生物酶預(yù)處理是解決該問題的一個有效方法，先對纖維原料進行預(yù)處理，降低微纖絲之間的結(jié)合力，使其易于微纖化，然后再進行機械解離，可以大幅降低機械能耗。本課題重點研究酶預(yù)處理對細胞壁結(jié)構(gòu)的影響以及酶預(yù)處理對機械解離制備CMF的促進作用。通過

2、控制漂白馬尾松纖維的酶預(yù)處理程度的方式來改變纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)，然后進行不同程度的高壓均質(zhì)處理，以此來探究纖維細胞壁結(jié)構(gòu)對于機械解離的影響，從而揭示酶預(yù)處理促進機械解離制備CMF的機理。
　　在酶水解過程中，纖維細胞壁發(fā)生切斷、撕裂、剝皮、潤脹和侵蝕。漂白馬尾松纖維表面存在大量紋孔呈線性排列，撕裂作用主要發(fā)生在紋孔所在區(qū)域。斷頭率和扭結(jié)纖維含量的變化反映了纖維被切斷的程度。漂白馬尾松纖維經(jīng)5.0FPU/g纖維素酶降解2h后，纖維被切

3、斷次數(shù)達到最大，約為3~4次。隨酶用量的增加，細胞壁比表面積呈現(xiàn)先減小后增加再減小再增加的“W型”變化，纖維素結(jié)晶度的變化趨勢恰好與之相反，呈現(xiàn)先增加后減小再增加再減小的“M型”變化；纖維素酶經(jīng)細胞壁的中孔和大孔進入細胞壁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，隨著酶用量的增加，中孔總體積先增加然后保持穩(wěn)定，大孔總體積先增加后減少，微孔總體積稍有減小，總孔體積的變化趨勢與大孔總體積的變化趨勢相同。微纖化主要局限于細胞壁的表面，沿細胞壁本身向邊緣蔓延，最終細胞壁被完全

4、解離，進而得到 CMF。酶預(yù)處理破壞纖維細胞壁結(jié)構(gòu)，提高比表面積，使得微纖化區(qū)域增加，促進細胞壁的解離。
　　高壓均質(zhì)處理程度越高，纖維的微纖化程度越高，相應(yīng)的機械能耗也越高。隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，纖維粒徑、纖維素平均聚合度呈下降趨勢，纖維保水值和熱穩(wěn)定性以及CMF薄膜透光率呈上升趨勢。高壓均質(zhì)機的能耗主要取決于物料體積和均質(zhì)次數(shù)，固含量對其影響較小。
　　纖維素酶預(yù)處理破壞了纖維細胞壁的基本結(jié)構(gòu)，形成具有較大比表面積的纖維碎

5、片和片段，增加了微纖化發(fā)生的區(qū)域。分別以CMF直徑分布、能量消耗、纖維素平均聚合度和CMF薄膜透光率為指標，評價酶預(yù)處理對機械解離制備CMF的促進作用。結(jié)果表明，漂白馬尾松纖維在100MPa壓力下均質(zhì)處理30次后得到的MFC的聚合度為354，直徑主要分布在20~50nm；漂白馬尾松纖維在50℃下經(jīng)10.0FPU/g纖維素酶水解2h，在100MPa壓力下均質(zhì)處理30次后得到的MFC的聚合度為229，直徑主要分布在10~40nm。相同均質(zhì)條