黑曲霉102-zl發(fā)酵亞麻粗紗煮練工藝研究

黑曲霉102-zl發(fā)酵亞麻粗紗煮練工藝研究

天麻粗線處理是連接亞麻原料纖維和細(xì)線生產(chǎn)的重要因素，它影響著亞洲纖維纖維的優(yōu)良性能。亞麻粗紗煮練的目的主要是去除部分黏結(jié)單纖維之間的果膠、木質(zhì)素等膠雜質(zhì),減弱纖維之間的聯(lián)系,使纖維的分裂度進(jìn)一步提高,利于亞麻工藝?yán)w維進(jìn)一步分劈,進(jìn)而提高亞麻工藝?yán)w維的可紡性。傳統(tǒng)亞麻粗紗的煮練采用化學(xué)法,即使粗紗在堿及含氯或含氧的助劑作用下經(jīng)受高溫高壓或常壓的煮練,以達(dá)到除雜、分劈的目的,但該法能耗高,用水量大,形成的廢水污染較難治理,對環(huán)境污染嚴(yán)重。近年來,有學(xué)者將酶制劑應(yīng)用于亞麻粗紗煮練,研究結(jié)果表明,含果膠酶、木聚糖酶、纖維素酶、漆酶等組分的混合酶對亞麻粗紗煮練的效果優(yōu)于單一酶。但混合酶制劑的價(jià)格較高,成為制約酶法煮練應(yīng)用的瓶頸。本文采用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)果膠復(fù)合酶,將浸提的粗酶液用于亞麻粗紗煮練,以煮練后粗紗的殘膠率和強(qiáng)力為指標(biāo),優(yōu)化酶法煮練的工藝條件,以期降低酶法亞麻粗紗煮練的成本,促進(jìn)其工業(yè)推廣。1試驗(yàn)部分1.1黑曲霉spearsivill亞麻粗紗,由齊齊哈爾金亞亞麻紡織有限責(zé)任公司提供。黑曲霉(Aspergillusniger)102-ZL,由農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存。果膠和木聚糖為Sigma公司產(chǎn)品。1.2儀器YG061型電子單紗強(qiáng)力儀,隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱,電熱鼓風(fēng)干燥箱,分析電子天平等。1.3方法1.3.1清液ph的變化斜面活化培養(yǎng)基:PDA培養(yǎng)基,200g去皮馬鈴薯,切成小塊,加1000mL水煮沸30min,雙層紗布過濾成清液。加水至1000mL,然后加入瓊脂20g,葡萄糖20g完全溶解,pH值自然。固體發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件:麩皮3g,稻草粉2g,硫酸銨5.5%,料水比1∶2.8,初始pH值5.5,裝于250mL三角瓶中,36℃恒溫培養(yǎng)72h。1.3.2用粗酶溶液煮熟固體發(fā)酵后向培養(yǎng)基中加入蒸餾水,室溫浸提3h,8層紗布過濾即得粗酶液。1.3.3酶法：亞麻粗線加工酶法亞麻粗紗煮練工藝流程如下:1.3.4木聚糖酶活力果膠酶活力:底物是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的果膠溶液。酶活力定義為在45℃,pH值為4.0條件下,每分鐘分解果膠生成1μmol半乳糖醛酸所需的酶量為1個(gè)酶活力單位。木聚糖酶活力:底物是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的木聚糖溶液。酶活力定義為在45℃,pH值為4.4條件下,每分鐘分解木聚糖生成1mg木糖所需的酶量為1個(gè)酶活力單位。纖維素酶活力:底物是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的CMC-Na溶液。酶活力定義為在pH值為4.0,45℃條件下每小時(shí)水解纖維素生成1mg葡萄糖所需的酶量為1個(gè)酶活力單位。1.3.5橡膠殘?jiān)实臏y定參照GB5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》測定殘膠率。1.3.6單鏈強(qiáng)度試驗(yàn)條件測試條件為:溫度21℃,相對濕度65%,夾持距離500mm,拉伸速度500mm/min,預(yù)加張力10cN。2結(jié)果與分析2.1酶濃度對黑曲霉酶活力的影響果膠、半纖維素和木質(zhì)素為亞麻纖維中膠質(zhì)的主要組分,高活性的果膠酶對膠質(zhì)的去除至關(guān)重要。復(fù)合酶煮練過程中,在果膠質(zhì)被果膠酶分解的同時(shí),與其連接的半纖維素和木質(zhì)素也會(huì)隨之脫落。木聚糖酶本身雖不能氧化降解木質(zhì)素,但能夠促進(jìn)木質(zhì)素與纖維的分離,少量纖維素酶的存在則可使亞麻纖維中纖維素大分子某些環(huán)節(jié)產(chǎn)生裂痕,從而加速果膠酶和木聚糖酶的滲透,并能夠使粗紗蓬松、柔軟。本文由黑曲霉102-ZL固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的酶類主要為果膠酶、木聚糖酶和纖維素酶。在粗提的酶液中,這3種酶的活力分別為150、10和8U/mL。將原酶液及稀釋2、5、10倍的酶液分別進(jìn)行煮練,結(jié)果見圖1。酶液濃度對煮練的效果影響較大,隨著酶液稀釋倍數(shù)的增加,酶活力降低,殘膠率由15.37%升至23.17%。從殘膠率、粗紗強(qiáng)力和煮練成本等因素綜合考慮,選擇酶液稀釋2倍進(jìn)行以下的試驗(yàn)。2.2亞麻粗紗煮練后殘膠率及強(qiáng)力的測定將5g亞麻粗紗經(jīng)硫酸洗、水洗、烘干后,按浴比1∶30加入由黑曲霉102-ZL生產(chǎn)的果膠復(fù)合酶粗提液中。分別在30、35、40、45、50℃條件下煮練2h,每個(gè)試樣作3次平行試驗(yàn)。煮練后的亞麻粗紗經(jīng)草酸洗、水洗、烘干后測定殘膠率及單紗強(qiáng)力,結(jié)果如圖2所示。由于亞麻是靠束纖維進(jìn)行紡紗,因而要求煮練后的亞麻粗紗應(yīng)保留部分膠質(zhì),以保證紗線的強(qiáng)力及后續(xù)工藝的進(jìn)行,因此,對粗紗煮練效果的考察應(yīng)綜合殘膠率和粗紗強(qiáng)力2方面進(jìn)行。由圖2可見,隨著煮練溫度的升高,亞麻粗紗的殘膠率和強(qiáng)力都隨之下降。當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí),殘膠率達(dá)到最低值16.39%,粗紗強(qiáng)力為1012cN,能夠滿足紡紗需要。當(dāng)溫度升至50℃時(shí),粗紗殘膠率升至17.57%?？梢?該果膠復(fù)合酶作用的適宜溫度為40℃。2.3處理時(shí)間對黏結(jié)亞麻單纖維的殘膠率的影響在40℃條件下改變處理時(shí)間,進(jìn)行亞麻粗紗的酶法煮練,考察時(shí)間對煮練效果的影響,結(jié)果見圖3。由圖可見,處理時(shí)間越長,黏結(jié)亞麻單纖維的膠質(zhì)去除的越多,殘膠率也越低,但在5h時(shí)殘膠率有所回升,而強(qiáng)力卻下降較大。究其原因,可能是由于隨著煮練的進(jìn)行,原來從纖維上脫落的膠質(zhì)沒有被酶分解,而又重新黏在纖維上,因此,適宜的處理時(shí)間為4h。2.4網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的影響亞麻纖維中的一部分膠質(zhì)與金屬離子絡(luò)合,呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布于纖維組織內(nèi)。螯合劑可與金屬離子發(fā)生螯合作用,破壞膠質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),促進(jìn)酶對膠質(zhì)的分解,從而增加膠質(zhì)的去除率。在優(yōu)化的溫度、處理時(shí)間及酶液稀釋倍數(shù)的基礎(chǔ)上,向酶液中加入不同摩爾濃度的螯合劑EDTA,考察EDTA添加量對亞麻粗紗煮練效果的影響,結(jié)果如圖4所示。由圖可見,添加EDTA對酶法亞麻粗紗煮練具有促進(jìn)作用,隨EDTA比變化不大,因此,選擇5mmol/L作為EDTA的適宜添加量。2.5殘膠率和粗紗強(qiáng)力在上述優(yōu)化條件的基礎(chǔ)上,調(diào)節(jié)酶液pH值范圍為4~6,煮練后亞麻粗紗的殘膠率和粗紗強(qiáng)力見圖5。由圖可見。酶液pH值對煮練粗紗的影響較大,酶液pH值為5~5.5時(shí),有利于果膠復(fù)合酶對膠質(zhì)的作用,煮練后粗紗的殘膠率為16.14%~16.35%,強(qiáng)力為1012~1024cN。2.6殘膠率和強(qiáng)力的影響因素采用L9(34)正交試驗(yàn),分別以酶法煮練后亞麻粗紗的殘膠率和強(qiáng)力為響應(yīng)值,探討煮練溫度A、時(shí)間B、EDTA添加量C對亞麻粗紗煮練效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果及分析見表1。從極差R的大小看,不論是殘膠率還是強(qiáng)力,因素B(煮練時(shí)間)都是對其影響最大的因素,因素A(煮練溫度)和C(EDTA添加量)對殘膠率的影響相當(dāng),而因素C(EDTA添加量)對強(qiáng)力的影響最小。從煮練后亞麻粗紗的殘膠率分析,酶法煮練的最佳條件為:煮練溫度40℃,時(shí)間4h,EDTA添加量6mmol/L,在該條件下煮練后亞麻粗紗的殘膠率為15.80%,強(qiáng)力為975cN,殘膠率較低,強(qiáng)力能夠滿足紡紗要求。3工藝流程及用量采用固體發(fā)酵方法以黑曲霉102-ZL為菌種生產(chǎn)果膠復(fù)合酶,將酶液粗提后用于亞麻粗紗煮練,對酶法煮練條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示,適宜果膠酶濃度為75U/mL,適宜處理溫度為40℃,