朱正鋒，蔡麗麗，齊大鵬

（1.中原工學(xué)院；2.河南省功能性紡織材料重點實驗室，鄭州450007）

復(fù)合生物酶在竹纖維生物脫膠中的應(yīng)用探討

朱正鋒1，2，蔡麗麗1，2，齊大鵬1，2

（1.中原工學(xué)院；2.河南省功能性紡織材料重點實驗室，鄭州450007）

通過單因子實驗、正交設(shè)計實驗及其驗證實驗，優(yōu)化了復(fù)合生物酶的脫膠工藝參數(shù)，優(yōu)化的參數(shù)組合為：酶濃度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃，并認(rèn)為此酶在竹纖維的生物脫膠中有一定作用.

復(fù)合生物酶；生物脫膠；單因子；正交設(shè)計

竹纖維是一種新型纖維，而我國又是世界第一竹資源大國［1］，因此，對竹纖維的開發(fā)利用有廣闊的前景.竹纖維分為天然竹纖維和再生竹纖維.天然竹纖維的制取有物理機(jī)械法、化學(xué)脫膠法和生物脫膠法，從可持續(xù)發(fā)展角度考慮，生物脫膠法具有產(chǎn)品質(zhì)量好、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點［2］.本文就酶法脫膠用于竹纖維膠質(zhì)的脫除進(jìn)行了初步研究.

1 實 驗

1.1 實驗材料

將取材于福建福州的竹材，經(jīng)劈開、熱裂解得到的粗竹纖維；諾維信301L復(fù)合生物酶；NaOH；NaHCO3；蒸餾水.

1.2 實驗方法

用諾維信301L復(fù)合生物酶經(jīng)單因子實驗、正交實驗及驗證實驗對粗竹進(jìn)行處理，處理后測定纖維失重率來說明酶脫膠效果.

1.3 實驗儀器

DZKW－S－8型水浴鍋；燒杯若干；滴管；SE202F型百分之一電子天平；PHS－25型pH計；HS.Z68.5型電熱蒸餾水器；100ml量筒.

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合生物酶的單因子實驗

在參考大量資料［3－5］的前提下，基本確定了影響酶脫膠效果的因子的范圍，并在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了如下實驗.

2.1.1 酶濃度對脫膠效果的影響實驗

酶濃度對脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 酶濃度對脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)

從表1可以看出，在其他參數(shù)相同的情況下，在酶濃度為4g／L及15g／L時，粗竹的失重率最高，而酶濃度越高，脫膠效果越好，不過從3g／L開始，脫膠效果已趨于平穩(wěn)，而從減少酶用量角度考慮，在酶濃度為3g／L、4g／L及6g／L時，粗竹的脫膠效果都比較好，因此，在正交設(shè)計時，選擇酶濃度因子為3g／L、4g／L、6g／L.

2.1.2 酶作用時間對脫膠效果的影響實驗

酶作用時間對脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 酶作用時間對脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)

從表2可以看出，在其他參數(shù)不變的情況下，脫膠時間越長，脫膠效果越好，而從12h開始，失重變化幅度減小.對于企業(yè)來說，時間就是效益，因此，從縮短脫膠周期來看，選擇時間因子為8h、10h、12h.

2.1.3 酶溶液pH值對酶脫膠效果的影響實驗

酶溶液pH值對酶脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)如表3所示.

表3 酶溶液pH值對脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)

從表3可以看出，酶溶液pH值對脫膠效果有較大影響，當(dāng)pH值為7.5時，脫膠效果最好，而在pH值為7.5左右即7.0及8.0時，脫膠效果也較好，而酶的活性受pH值影響，pH值過大或過小都會對脫膠效果有很大的影響，甚至?xí)姑甘Щ?因此，在正交設(shè)計時，選擇pH 值為7.0、7.5、8.0.

2.1.4 酶溶液溫度對酶脫膠效果的影響實驗

酶溶液溫度對酶脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)如表4所示.

表4 酶溶液溫度對酶脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)表

從表4可以看出，作為影響酶活性的另一重要因子，溫度在酶脫膠效果中也有舉足輕重的作用，在溫度為55℃時，脫膠效果最好.因此，選擇溫度因子范圍為50～60℃.

2.1.5 酶溶液浴比對酶脫膠效果的影響實驗

酶溶液浴比對酶脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)如表5所示.

表5 酶溶液浴比對酶脫膠效果的影響實驗數(shù)據(jù)

從表5可以看出，浴比對酶脫膠效果的影響比較小，而浴比也是通過改變脫膠過程中pH值等因子來影響脫膠效果.因此，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，選擇浴比為1∶30作為正交設(shè)計的參數(shù)，而不再對其進(jìn)行優(yōu)化.

2.2 正交設(shè)計實驗

用正交表安排實驗將大大減少實驗次數(shù)，減少實驗量，而且比較簡明［6］.根據(jù)單因子實驗的結(jié)果及分析，本次實驗選擇正交表L9（34），以確定酶處理時間、酶濃度、pH值及溫度等因素的工藝參數(shù).各因素的水平選取如表6所示.

表6 正交試驗因素與水平表

根據(jù)表6，對各因素水平進(jìn)行脫膠實驗，用失重率來說明脫膠效果，其結(jié)果如表7所示.

通過對正交實驗的9個試樣的失重率的分析比較，可以看出：

（1）實驗2的失重率最高，為9.6%，從理論上分析，實驗2所在的組合是最優(yōu)的參數(shù)組合，即A1B2C2D2，但是這并不能說明這個組合就是優(yōu)化組合；

（2）按照極差大小排列出因素的主次順序為：B→A→C→D.B因素即pH值的極差最大，表明pH值對失重率的影響最大，這是由于半纖維素與果膠分解后產(chǎn)生酸類物質(zhì)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，對pH值有影響；A即濃度的極差略小，影響程度不如溫度，但是也非常關(guān)鍵；C因素即時間對失重率的影響程度不大；D因素即溫度對失重率的影響最小，而理論分析溫度為55℃時，脫膠效果最好.因此，我們認(rèn)為最優(yōu)的脫膠溫度為55℃.

表7 各試樣的失重率及其極差分析表

（3）經(jīng)因素水平趨勢分析得出優(yōu)化組合.對圖1所示因素水平趨勢圖分析，可以確定酶濃度為4g／L、pH值為7.5、時間t為10h、溫度T為55℃時，失重率都是最大的.因此本次實驗認(rèn)為，A2B2C2D2組合為實驗范圍內(nèi)的最優(yōu)方案，即優(yōu)化組合為酶濃度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃.2

圖1 各因素水平與失重率關(guān)系圖

.3 正交設(shè)計實驗的驗證性實驗

在此次正交設(shè)計的9組實驗中并未包含分析得到的優(yōu)化組合，因此還需要追加驗證實驗.同時每一項實驗或多或少存在一定的誤差，為驗證實驗的準(zhǔn)確性，在完成正交設(shè)計實驗后，進(jìn)行了3次驗證性實驗，得到的平均失重率為10.2%，優(yōu)于正交設(shè)計實驗結(jié)果，因此本次實驗得到的優(yōu)化組合有效.

3 結(jié) 語

酶處理能有效地去除竹材中的果膠質(zhì)和半纖維素等物質(zhì)，且對竹纖維強度損傷小.經(jīng)單因子實驗、正交設(shè)計實驗，優(yōu)化了301L復(fù)合生物酶處理粗竹工藝，優(yōu)化組合為：酶濃度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃，并認(rèn)為此酶對粗竹脫膠處理有一定作用.但從處理后的粗竹纖維脫膠效果看，酶對粗竹纖維的脫膠效果不是很明顯，主要可能是因為粗竹纖維中含有大量的木質(zhì)素，影響了酶對果膠質(zhì)等的去除效果，因此對其研究還有待深入.

［1］ 吳葉青.竹資源的深加工產(chǎn)品——竹纖維與竹炭制品 ［J］.浙江林業(yè)科技，2002，22（4）：77－79.

［2］ 鄧首哲，郭豫吉，傅佳佳，等.竹纖維生物酶脫膠技術(shù)初探.［J］.中國麻業(yè)科學(xué)，2009，31（1）：41－44

［3］ 杜冰，鄭來久.紅麻韌皮纖維生物酶脫膠研究新發(fā)展 ［J］.科技導(dǎo)報，2006，24（3）：64－66.

［4］ 丁紹敏，劉學(xué)軍，劉澤楨，等.苧麻酶生化脫膠與應(yīng)用技術(shù)研究 ［J］.廣西紡織科技，2006，35（2）：6－10.

［5］ 白延坤，劉秉鉞，何連芳.韌皮纖維生物脫膠制漿的研究及發(fā)展 ［J］.中國造紙學(xué)報，2006，21（3）：88－92.

［6］ 劉文卿.實驗設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005：67－71.

Application of Novozymes 301L Compound Enzyme in the Degumming of Bamboo Fibers

ZHU Zheng－feng1，2，CAI Li－li1，2，QI Da－peng1，2
（1.Zhongyuan University of Technology；2.Henan Key Laboratory of Functional Textiles Material，Zhengzhou 450007，China）

For studying the practicability of compound enzyme in the degumming of bamboo fibers，by a single factor experiment，orthogonal design experiment and its verification experiment，this paper optimized the degumming process parameters，the results are as follows：enzyme concentration 4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃，and considered that this enzyme has a role in biological degumming for bamboo fibers.

compound biological enzyme；biological degumming；single factor；orthogonal design

TS102.2

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2010.05.012

1671－6906（2010）05－0046－03

2010－09－14

朱正鋒（1957－），男，河南三門峽人，教授.