酶預處理對馬尾松纖維細胞壁結構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，以及其表現出的良好的生物相容性、可降解性和阻隔性能而備受關注。由于機械解離制備CMF所需能耗過高，并且產品尺寸分布不均勻，因此CMF很難實現產業(yè)化。生物酶預處理是解決該問題的一個有效方法，先對纖維原料進行預處理，降低微纖絲之間的結合力，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處理對細胞壁結構的影響以及酶預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處理程度的方式來改變纖維細胞壁的結構，然后進行不同程度的高壓均質處理，以此來探究纖維細胞壁結構對于機械解離的影響，從而揭示酶預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5.0FPU/g纖維素酶降解2h后，纖維被切

3、斷次數達到最大，約為3~4次。隨酶用量的增加，細胞壁比表面積呈現先減小后增加再減小再增加的“W型”變化，纖維素結晶度的變化趨勢恰好與之相反，呈現先增加后減小再增加再減小的“M型”變化；纖維素酶經細胞壁的中孔和大孔進入細胞壁結構內部，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。酶預處理破壞纖維細胞壁結構，提高比表面積，使得微纖化區(qū)域增加，促進細胞壁的解離。
　　高壓均質處理程度越高，纖維的微纖化程度越高，相應的機械能耗也越高。隨著均質次數的增加，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。高壓均質機的能耗主要取決于物料體積和均質次數，固含量對其影響較小。
　　纖維素酶預處理破壞了纖維細胞壁的基本結構，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，評價酶預處理對機械解離制備CMF的促進作用。結果表明，漂白馬尾松纖維在100MPa壓力下均質處理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10.0FPU/g纖維素酶水解2h，在100MPa壓力下均質處理30次后得到的MFC的聚合度為229，直徑主要分布在10~40nm。相同均質條