麻細(xì)菌酶法脫膠的研究進(jìn)展

麻細(xì)菌酶法脫膠的研究進(jìn)展

除了含有少量纖維的無定形結(jié)構(gòu)材料（如纖維）、木質(zhì)素和各種膠質(zhì)素。這些骨料通常附著在纖維的表面，并將纖維作為一個整體結(jié)合在一起。例如，原毛含有25%30%的橡膠。在紡織之前，應(yīng)清除纖維，并將其提取并釋放到單獨的纖維分離狀態(tài)。現(xiàn)在，有必要通過堿溶液煮沸和化學(xué)方法對纖維進(jìn)行處理，以解決高成本、高污染的問題。許多國內(nèi)外科技工作者在生物脫膠過程中多年進(jìn)行了研究。（1）酶法脫膠具有脫膠周期長、設(shè)備投資少等特點，但成本高、脫膠效率低、用于工業(yè)生產(chǎn)還有很大差距?，F(xiàn)在，丹麥諾瓦公司有麻脫膠酶（ramiyame）。（2）從80年代開始，一些科學(xué)家選擇了細(xì)菌脫膠試驗，并取得了良好的脫膠效果，但他們在工業(yè)生產(chǎn)上沒有太大的應(yīng)用。由于細(xì)菌生產(chǎn)酶的較差（不產(chǎn)生半纖維素酶，果膠酶的濃度為20.40u/ml），脫膠效率低（脫膠率20%30%），細(xì)菌生產(chǎn)酶的高度差，以及對大多數(shù)大麻紡織廠的依賴。為了在柳桿菌酶脫膠中產(chǎn)生異質(zhì)結(jié)，本研究的目標(biāo)是：（1）選擇優(yōu)良的粘合劑脫膠效果；（2）優(yōu)化脫膠工藝（適用于毛紡織公司）；（3）降低煮膠中的氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以降低環(huán)境保護(hù)。1脫膠菌株的酶活力微生物脫膠實質(zhì)上是利用微生物在生長過程中產(chǎn)生和分泌的胞外酶來降解苧麻的含膠物質(zhì).要有效地降解膠質(zhì),酶應(yīng)滿足種類齊全、活力高的要求.從酶的種類上看,由于苧麻膠質(zhì)含有半纖維素、果膠和木質(zhì)素,因此,所需脫膠菌株要有產(chǎn)生半纖維酶、果膠酶和木質(zhì)酶的潛能.上述3種物質(zhì)均為高分子多聚物,各種聚合物的降解需要多種酶的聯(lián)合催化作用所以,苧麻脫膠酶的組分是十分復(fù)雜的.為保證苧麻纖維不被降解,脫膠菌株不得產(chǎn)生纖維素酶.酶活力的要求:(1)脫膠菌株產(chǎn)生的脫膠酶能分泌到胞外;(2酶對以膠質(zhì)狀態(tài)存在的底物有較高的降解活力.按上述要求,部分嗜堿細(xì)菌能滿足該條件,它分泌的脫膠酶在堿性條件下穩(wěn)定,最佳的酶作用pH值與嗜堿細(xì)菌生長的pH值相一致.2實驗2.1嗜堿細(xì)菌脫膠酶檢測2.1.1苧麻原料采用湖北省咸寧頭等麻,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB5889-86中5.3原麻化學(xué)成分(%)的定量分析方法測得:脂蠟質(zhì)0.51%、水溶物8.23%、果膠物質(zhì)5.47%、半纖維11.98%、木質(zhì)素0.96%.2.1.2嗜堿細(xì)菌脫膠酶從不同土壤中篩選出一些堿性細(xì)菌作為出發(fā)菌株,分別利用果膠培養(yǎng)基和半纖維培養(yǎng)基培養(yǎng)出酶活力較高的菌株,接種到苧麻培養(yǎng)基中,觀察其脫膠能力.實驗表明,有一種菌株脫膠能力較強(qiáng),經(jīng)經(jīng)典方法,以標(biāo)準(zhǔn)菌株嗜堿芽孢桿菌(Bacillusalcalophilus,ATCC2764)為對照,發(fā)現(xiàn)它為芽孢桿菌科的菌株,簡稱芽孢菌.2.2儀器HH-4型恒溫水浴鍋,pH5-25型pH計,TG328A型電光分析天平.2.3殘膠率的測定酶活力:按照文獻(xiàn)中果膠酶、半纖維素酶活力測定方法測定;化學(xué)成分分析及殘膠率:照GB5889-86測定;單纖維強(qiáng)力:用LLY-06型單纖維電子強(qiáng)力儀測量斷裂強(qiáng)力,夾持長度10mm,每一試樣測200根纖維結(jié)果取平均值.3結(jié)果與討論3.1單次給藥、煮練、烘干、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻、干麻的制備2.2.2原麻準(zhǔn)備、菌種培養(yǎng)(斜面菌種經(jīng)活化后,轉(zhuǎn)接到搖瓶中,在35℃條件下培養(yǎng)48h,作為第一次脫膠菌種.細(xì)菌脫膠發(fā)酵液菌種可多次循環(huán)使用)→細(xì)菌脫膠(將原麻稱量后加入到燒杯中,加入總體積3%～20%的菌種液,在40℃條件下,振蕩培養(yǎng),定時取出苧麻,用水沖洗后觀察其脫膠效果)→煮練(按原麻質(zhì)量加入不同量堿和助劑,浴比1∶10)→拷麻(每車12～15kg,一般5～8圈,5～6min)→漂、酸洗(常溫,H2SO41g/L,2～5min)→給油(快速給油劑3%,owf,浴比1∶8,常溫,5min)→脫水(脫水后含水率控制在55%左右)→抖麻→烘干(溫度70～75℃,速度0.167～2.5m/min,壓力為3.92×105Pa)→精干麻.3.2麻可紡性實驗由表1,比較好的工藝條件是:接種量10%、脫膠時間24h、pH10、溫度40℃、殘膠率10.2%為最小,而強(qiáng)力為1.01N/tex也符合苧麻可紡性.3.3原麻質(zhì)量對橡膠脫膠的影響先后用頭麻和二麻進(jìn)行了脫膠試驗,脫膠后苧麻纖維殘膠率在10.2%～14.3%.說明苧麻品種和收割季節(jié)對芽孢菌液脫膠無明顯影響.3.4通氣用量試驗用前面確定的工藝條件,將不同用量的原麻用芽孢菌液作一系列脫膠效果試驗.當(dāng)原麻量較多時,采用空壓機(jī)通氣,通氣量為1∶0.5(0.5L空氣/min),在保證通氣充分條件下,原麻用量不影響效果,如表2.3.5堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)苧麻經(jīng)芽孢菌液脫膠后,雖殘膠率已到10%～13%,但對于紡織纖維來說,殘膠率仍較大,必須進(jìn)一步用化學(xué)堿液脫膠法以降低殘膠率.由表3可見,堿液煮練工藝條件:NaOH5%、Na2SiO32%、Na3PO41%,在1.96×106Pa壓力條件下煮練2h,殘膠率為0.8%,符合精干麻紡織要求.經(jīng)過細(xì)菌脫膠后,化學(xué)后處理條件要緩和得多,堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)減半,效果仍然較好.主要原因是苧麻經(jīng)嗜堿性細(xì)菌酶作用后,膠質(zhì)復(fù)合體的穩(wěn)定性受到很大破壞,當(dāng)部分果膠質(zhì)和半纖維素類大分子被降解后,減少了膠質(zhì)復(fù)合體物質(zhì)之間的粘連作用,使膠質(zhì)大分子之間有較大空隙,活化了這些大分子的化學(xué)反應(yīng)性能,提高了對堿的敏感性,所以堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低很多仍能達(dá)到理想的脫膠效果.3.6細(xì)菌、化學(xué)聯(lián)合脫膠纖維強(qiáng)力經(jīng)細(xì)菌與化學(xué)聯(lián)合脫膠后苧麻強(qiáng)力0.8N/tex與常規(guī)化學(xué)脫膠后苧麻強(qiáng)力0.74N/tex符合要求.細(xì)菌、化學(xué)聯(lián)合脫膠纖維強(qiáng)力高的原因是原麻不經(jīng)過預(yù)酸處理,堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,煮練時間短,對纖維損傷較少,并且生物脫膠的苧麻手感稍柔軟些,棉紡性較好.3.7堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫膠菌液可循環(huán)使用,排放的發(fā)酵液,由于脫膠菌株的降解作用,排放液中BOD由原來的200～300mg/L降到800～250mg/L,COD由原來的700～1200mg/L降到150～700mg/L,明顯降低,pH近中性.煮練廢液中堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)已降低50%以上.4適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)要求的染料生產(chǎn)的方法分脫膠菌株培養(yǎng)快,直接以苧麻膠質(zhì)為