复合生物酶在竹纤维生物脱胶中的应用探讨

朱正锋，蔡丽丽，齐大鹏

（1.中原工学院；2.河南省功能性纺织材料重点实验室，郑州450007）

复合生物酶在竹纤维生物脱胶中的应用探讨

朱正锋1，2，蔡丽丽1，2，齐大鹏1，2

（1.中原工学院；2.河南省功能性纺织材料重点实验室，郑州450007）

通过单因子实验、正交设计实验及其验证实验，优化了复合生物酶的脱胶工艺参数，优化的参数组合为：酶浓度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃，并认为此酶在竹纤维的生物脱胶中有一定作用.

复合生物酶；生物脱胶；单因子；正交设计

竹纤维是一种新型纤维，而我国又是世界第一竹资源大国［1］，因此，对竹纤维的开发利用有广阔的前景.竹纤维分为天然竹纤维和再生竹纤维.天然竹纤维的制取有物理机械法、化学脱胶法和生物脱胶法，从可持续发展角度考虑，生物脱胶法具有产品质量好、环境污染少、经济效益高等优点［2］.本文就酶法脱胶用于竹纤维胶质的脱除进行了初步研究.

1 实 验

1.1 实验材料

将取材于福建福州的竹材，经劈开、热裂解得到的粗竹纤维；诺维信301L复合生物酶；NaOH；NaHCO3；蒸馏水.

1.2 实验方法

用诺维信301L复合生物酶经单因子实验、正交实验及验证实验对粗竹进行处理，处理后测定纤维失重率来说明酶脱胶效果.

1.3 实验仪器

DZKW－S－8型水浴锅；烧杯若干；滴管；SE202F型百分之一电子天平；PHS－25型pH计；HS.Z68.5型电热蒸馏水器；100ml量筒.

2 结果与分析

2.1 复合生物酶的单因子实验

在参考大量资料［3－5］的前提下，基本确定了影响酶脱胶效果的因子的范围，并在此基础之上，进行了如下实验.

2.1.1 酶浓度对脱胶效果的影响实验

酶浓度对脱胶效果的影响实验数据如表1所示.

表1 酶浓度对脱胶效果的影响实验数据

从表1可以看出，在其他参数相同的情况下，在酶浓度为4g／L及15g／L时，粗竹的失重率最高，而酶浓度越高，脱胶效果越好，不过从3g／L开始，脱胶效果已趋于平稳，而从减少酶用量角度考虑，在酶浓度为3g／L、4g／L及6g／L时，粗竹的脱胶效果都比较好，因此，在正交设计时，选择酶浓度因子为3g／L、4g／L、6g／L.

2.1.2 酶作用时间对脱胶效果的影响实验

酶作用时间对脱胶效果的影响实验数据如表2所示.

表2 酶作用时间对脱胶效果的影响实验数据

从表2可以看出，在其他参数不变的情况下，脱胶时间越长，脱胶效果越好，而从12h开始，失重变化幅度减小.对于企业来说，时间就是效益，因此，从缩短脱胶周期来看，选择时间因子为8h、10h、12h.

2.1.3 酶溶液pH值对酶脱胶效果的影响实验

酶溶液pH值对酶脱胶效果的影响实验数据如表3所示.

表3 酶溶液pH值对脱胶效果的影响实验数据

从表3可以看出，酶溶液pH值对脱胶效果有较大影响，当pH值为7.5时，脱胶效果最好，而在pH值为7.5左右即7.0及8.0时，脱胶效果也较好，而酶的活性受pH值影响，pH值过大或过小都会对脱胶效果有很大的影响，甚至会使酶失活.因此，在正交设计时，选择pH 值为7.0、7.5、8.0.

2.1.4 酶溶液温度对酶脱胶效果的影响实验

酶溶液温度对酶脱胶效果的影响实验数据如表4所示.

表4 酶溶液温度对酶脱胶效果的影响实验数据表

从表4可以看出，作为影响酶活性的另一重要因子，温度在酶脱胶效果中也有举足轻重的作用，在温度为55℃时，脱胶效果最好.因此，选择温度因子范围为50～60℃.

2.1.5 酶溶液浴比对酶脱胶效果的影响实验

酶溶液浴比对酶脱胶效果的影响实验数据如表5所示.

表5 酶溶液浴比对酶脱胶效果的影响实验数据

从表5可以看出，浴比对酶脱胶效果的影响比较小，而浴比也是通过改变脱胶过程中pH值等因子来影响脱胶效果.因此，根据数据显示，选择浴比为1∶30作为正交设计的参数，而不再对其进行优化.

2.2 正交设计实验

用正交表安排实验将大大减少实验次数，减少实验量，而且比较简明［6］.根据单因子实验的结果及分析，本次实验选择正交表L9（34），以确定酶处理时间、酶浓度、pH值及温度等因素的工艺参数.各因素的水平选取如表6所示.

表6 正交试验因素与水平表

根据表6，对各因素水平进行脱胶实验，用失重率来说明脱胶效果，其结果如表7所示.

通过对正交实验的9个试样的失重率的分析比较，可以看出：

（1）实验2的失重率最高，为9.6%，从理论上分析，实验2所在的组合是最优的参数组合，即A1B2C2D2，但是这并不能说明这个组合就是优化组合；

（2）按照极差大小排列出因素的主次顺序为：B→A→C→D.B因素即pH值的极差最大，表明pH值对失重率的影响最大，这是由于半纤维素与果胶分解后产生酸类物质，随着反应进行，对pH值有影响；A即浓度的极差略小，影响程度不如温度，但是也非常关键；C因素即时间对失重率的影响程度不大；D因素即温度对失重率的影响最小，而理论分析温度为55℃时，脱胶效果最好.因此，我们认为最优的脱胶温度为55℃.

表7 各试样的失重率及其极差分析表

（3）经因素水平趋势分析得出优化组合.对图1所示因素水平趋势图分析，可以确定酶浓度为4g／L、pH值为7.5、时间t为10h、温度T为55℃时，失重率都是最大的.因此本次实验认为，A2B2C2D2组合为实验范围内的最优方案，即优化组合为酶浓度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃.2

图1 各因素水平与失重率关系图

.3 正交设计实验的验证性实验

在此次正交设计的9组实验中并未包含分析得到的优化组合，因此还需要追加验证实验.同时每一项实验或多或少存在一定的误差，为验证实验的准确性，在完成正交设计实验后，进行了3次验证性实验，得到的平均失重率为10.2%，优于正交设计实验结果，因此本次实验得到的优化组合有效.

3 结 语

酶处理能有效地去除竹材中的果胶质和半纤维素等物质，且对竹纤维强度损伤小.经单因子实验、正交设计实验，优化了301L复合生物酶处理粗竹工艺，优化组合为：酶浓度4g／L，pH＝7.5，t＝10h，T＝55℃，并认为此酶对粗竹脱胶处理有一定作用.但从处理后的粗竹纤维脱胶效果看，酶对粗竹纤维的脱胶效果不是很明显，主要可能是因为粗竹纤维中含有大量的木质素，影响了酶对果胶质等的去除效果，因此对其研究还有待深入.

［1］ 吴叶青.竹资源的深加工产品——竹纤维与竹炭制品 ［J］.浙江林业科技，2002，22（4）：77－79.

［2］ 邓首哲，郭豫吉，傅佳佳，等.竹纤维生物酶脱胶技术初探.［J］.中国麻业科学，2009，31（1）：41－44

［3］ 杜冰，郑来久.红麻韧皮纤维生物酶脱胶研究新发展 ［J］.科技导报，2006，24（3）：64－66.

［4］ 丁绍敏，刘学军，刘泽桢，等.苎麻酶生化脱胶与应用技术研究 ［J］.广西纺织科技，2006，35（2）：6－10.

［5］ 白延坤，刘秉钺，何连芳.韧皮纤维生物脱胶制浆的研究及发展 ［J］.中国造纸学报，2006，21（3）：88－92.

［6］ 刘文卿.实验设计［M］.北京：清华大学出版社，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

朱正锋（1957－），男，河南三门峡人，教授.