酶預(yù)處理對(duì)馬尾松纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)及微纖絲制備的影響研究.pdf_第1頁(yè)
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1、纖維素微纖絲(CMF)由于其強(qiáng)度高、重量輕、可再生的特點(diǎn),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(jī)械解離制備CMF所需能耗過(guò)高,并且產(chǎn)品尺寸分布不均勻,因此CMF很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。生物酶預(yù)處理是解決該問(wèn)題的一個(gè)有效方法,先對(duì)纖維原料進(jìn)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(jìn)行機(jī)械解離,可以大幅降低機(jī)械能耗。本課題重點(diǎn)研究酶預(yù)處理對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的影響以及酶預(yù)處理對(duì)機(jī)械解離制備CMF的促進(jìn)作用。通過(guò)

2、控制漂白馬尾松纖維的酶預(yù)處理程度的方式來(lái)改變纖維細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),然后進(jìn)行不同程度的高壓均質(zhì)處理,以此來(lái)探究纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對(duì)于機(jī)械解離的影響,從而揭示酶預(yù)處理促進(jìn)機(jī)械解離制備CMF的機(jī)理。
  在酶水解過(guò)程中,纖維細(xì)胞壁發(fā)生切斷、撕裂、剝皮、潤(rùn)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(dá)到最大,約為3~4次。隨酶用量的增加,細(xì)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(shì)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(xì)胞壁的中孔和大孔進(jìn)入細(xì)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(shì)與大孔總體積的變化趨勢(shì)相同。微纖化主要局限于細(xì)胞壁的表面,沿細(xì)胞壁本身向邊緣蔓延,最終細(xì)胞壁被完全

4、解離,進(jìn)而得到 CMF。酶預(yù)處理破壞纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),提高比表面積,使得微纖化區(qū)域增加,促進(jìn)細(xì)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(jī)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(shì),纖維保水值和熱穩(wěn)定性以及CMF薄膜透光率呈上升趨勢(shì)。高壓均質(zhì)機(jī)的能耗主要取決于物料體積和均質(zhì)次數(shù),固含量對(duì)其影響較小。
  纖維素酶預(yù)處理破壞了纖維細(xì)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(biāo),評(píng)價(jià)酶預(yù)處理對(duì)機(jī)械解離制備CMF的促進(jìn)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

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