紅麻韌皮纖維生物酶脫膠改性研究.pdf

1、為解決長期以來紅麻韌皮纖維脫膠改性的環(huán)境污染和化學(xué)殘留的難題，本文依據(jù)紅麻韌皮纖維共生物特性，提出了生物酶脫膠改性技術(shù)，篩選馴化出脫膠菌種，應(yīng)用篩選出菌種分泌的果膠酶進(jìn)行了系統(tǒng)的脫膠實(shí)驗(yàn)，并用半纖維素酶和纖維素酶復(fù)配對脫膠后的纖維在同一反應(yīng)裝置中進(jìn)行了改性。分析了果膠酶和半纖維素酶的作用機(jī)制，并采用甲殼素生物膜法對脫膠改性廢水進(jìn)行了處理。同時(shí)，應(yīng)用紅麻生物酶脫膠改性的實(shí)驗(yàn)室成果進(jìn)行了中試生產(chǎn)研究。本文各章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章闡

2、述了國內(nèi)外麻類韌皮纖維生物脫膠和改性及廢水處理的研究現(xiàn)狀。 第二章篩選馴化了適于紅麻脫膠的菌種，并對菌種進(jìn)行表征。根據(jù)菌落和菌體形態(tài)初步認(rèn)定所篩選的菌種是Aspergillus Niger屬，即黑曲霉屬。再經(jīng)DNA序列測定和該菌種在18SRNA編碼區(qū)的基因表達(dá)，該菌種被進(jìn)一步鑒定為Aspergillus Niger屬。提取了該菌種分泌的果膠酶，并采用DNS法和粘度下降法測定了果膠外切酶和果膠內(nèi)切酶對果膠的活力分別為565 u/

3、mL和414 u/mL，而對纖維素的活力分別為99 u/mL和261 u/mL，因而該菌種分泌的酶是一種既適合脫膠又不損傷纖維的酶。接著對該菌體生長與產(chǎn)酶關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明此關(guān)系為同步合成型，其最佳產(chǎn)酶時(shí)間為菌體生長的第52—56h，溫度為38—40℃。 第三章進(jìn)行了紅麻生物酶脫膠改性試驗(yàn)及纖維檢測。經(jīng)單因子試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定了較優(yōu)脫膠工藝參數(shù)：溫度36℃，pH值8，浴比1：25，時(shí)間60h，酶液用量3 mL/10g麻皮

4、。按上述生物酶脫膠工藝參數(shù)處理后，紅麻纖維殘膠率和失重率分別為16.1％和23％，纖維分離度和柔軟度較好。為了提高纖維可紡性，又在同一反應(yīng)裝置中采用纖維素酶和半纖維素酶復(fù)合改性法對紅麻纖維進(jìn)行了改性處理，進(jìn)一步去除了纖維中殘留的半纖維素和部分木質(zhì)素等雜質(zhì)。經(jīng)試驗(yàn)改性處理的較優(yōu)工藝參數(shù)為：溫度40℃，pH值5.5，時(shí)間18h，用量比例為纖維素酶10g：半纖維素酶30g(每千克麻皮)。對脫膠改性后的纖維進(jìn)行了檢測分析，生物酶法脫膠改性所得纖

5、維殘膠率、失重率均較低，分別為12.1％和26％，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長及柔軟度等性能指標(biāo)優(yōu)于天然法，同時(shí)，通過纖維橫截面圖像、纖維縱向電子顯微掃描圖像和紅外光譜圖譜對比看出，生物酶法處理所得纖維表面光滑，分離度好且纖維損傷小，有利于纖維的精深加工。 第四章闡述了紅麻生物酶脫膠改性機(jī)理，分析了紅麻生物酶脫膠改性過程和果膠酶及半纖維素酶的作用位置及大分子鏈斷裂情況。果膠酶脫膠是一個連續(xù)作用過程，包含：將不可溶性果膠轉(zhuǎn)化為可溶性果膠，

6、將可溶性果膠脫甲基成為果膠酸及水解各半乳糖醛酸單體間的1，4—苷鍵，使大分子降解等三個階段。在此過程中，發(fā)揮主要作用的是果膠分解酶MPG和果膠酸分解酶PG，二者又分別存在內(nèi)切酶和外切酶兩種形式，即Endo—MPG/PG，Exo—MPG/PG。內(nèi)切酶從中間任意位置切斷果膠大分子，而外切酶由末端開始逐漸降解果膠大分子，且Endo—MPG和Exo—MPG優(yōu)先作用于果膠，而Endo—PG和Exo—PG優(yōu)先作用于果膠酸。在半纖維素酶改性過程中，發(fā)

7、揮主要作用的是內(nèi)切1，4—β—D—木聚糖酶和外切1，4—β—D—木聚糖酶。內(nèi)切1，4—β—D—木聚糖酶隨機(jī)切斷分子鏈骨架，產(chǎn)生木寡糖，降低其聚合度，隨后外切1，4—β—D—木聚糖酶將木寡糖和木二糖分解為木糖。酶解后脫膠改性液中，主要有半乳糖醛酸、半乳糖醛酸甲酯、半乳糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖及少量的鼠李糖和甘露糖等小分子產(chǎn)物。 第五章研究了紅麻生物酶脫膠改性廢水處理。利用氣相色譜分析了紅麻脫膠改性液中的成分，確定了各單糖的含量

8、及比例，以甲殼素作為載體進(jìn)行生物膜的固定化，采用甲殼素生物膜法對其脫膠改性廢水進(jìn)行處理，通過試驗(yàn)確定了較優(yōu)的處理工藝參數(shù)：時(shí)間為18h，pH值為7，初始COD為450，溫度為27℃。其處理后水質(zhì)中的COD為208、BOD5為61、PH值為6.9、固形物含量為73、色度為10，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)要求。 第六章對生物酶脫膠改性技術(shù)進(jìn)行了中試生產(chǎn)研究，包括黑曲霉產(chǎn)果膠酶的中試放大工藝和紅麻生物酶脫膠改性