沈书延 申瑞华 吕敏
濮阳龙丰纸业有限公司 河南濮阳457000
摘要：我们使用PFI预处理杨木化机浆以改变纤维性质，并研究纤维的关键性质对纤维素酶水解的影响。随着PFT的增加，纤维原料的原纤维化程度、溶胀度，比表面积和细纤维含量均显着增加。PFI打浆预处理导致纤维表面形态发生显着变化，观察时冲击力越大、纤维表面越粗糙、纤维化学作用越大和越细，效果就越明显。增强的打浆预处理显着提高了杨木化机浆的酶水解效率。随着打浆度从22°SR增加到49°SR，纤维素到葡萄糖的产率提高了49％。通过分析比较了各种纤维性质对酶水解的影响，结果表明原纤化程度和打浆程度具有最重要的影响。
关键词：杨木化机浆；纤维特性；酶水解影响
在能源危机的严峻挑战下，人类希望寻求新的，可再生的和清洁的能源来替代日益枯竭的化石能源。植物纤维是自然界中最丰富的自然可再生资源之一。绿色植物通过光合作用生产的世界年生物量为1.0 x 10英寸。可以提炼植物纤维原料以生产其他材料，化学物质和能源（例如生物柴油），乙醇，生物质等）是有效且理想的替代资源，但该酶受到纤维素分子的晶体结构以及木质素和半纤维素表面复杂涂层的限制。预处理可提高纤维原料的酶水解效率，因为与纤维素接触会降低纤维素酶的可及性，降低酶水解效率，并最终限制纤维素酶水解工艺的应用，这将成为重要的因素。
一、杨木的纤维特性与化学成分
在我国，杨木被广泛用作造纸工业的原材料。杨木在中国分布广泛，种植面积非常大。由于其生长周期短，因此也很容易获得。杨木材料具有许多孔，化学物质易于渗透。杨木是一种硬木，纤维短，实质细胞大，导管很多。在高产制浆过程中，机械作用会破坏管道并将其留在纸浆中。植物纤维资源是可再生的，造纸用植物纤维资源极为丰富。在许多造纸厂的纺织原料中，杨木用途最广泛，非常适合造纸，尤其是高产量纸浆的生产。各种植物纤维原料具有相同的三个主要成分：半纤维素、纤维素和木质素。但是，不同植物纤维成分的比例不相同。杨木的前两个的含量相对较高，但木质素的含量在各种原材料中最低。含量不到六分之一，高达70％总含量的半纤维和纤维素。同时，纺织品原料中其他酯的含量低，木材的颜色浅，不仅节省了制造过程中的化学物质，而且还节省了漂白剂的使用。在一定程度上减少了漂白过程，对环境的污染程度。最重要的是，在相同条件下，杨木的白度很高。使用杨木材料制备高产纸浆根据制浆和加工技术中使用的化学物质，有各种杨木高产制浆。由于碱性的Na2SO3和NaOH的混合溶液，因此当将一块杨木浸入碱性溶液中时，溶液中的离子会作用在纤维上，并在适当的温度下经过一段时间后会很好地工作，这大大增加了木屑纤维的柔韧性。同时，增加羧酸盐的含量和木质素磺酸盐的程度。经过这种处理后，杨木屑会机械地工作以帮助分离纤维。此时，机械作用对纤维的主要作用不是切割纤维，而是将纤维分开。另外，纸浆的白度可以联合Na2SO3和NaOH的作用有效地改善。这可能是因为Na2SO3可以阻止NaOH与木质素的反应，从而减少有色木质素的有色基团的产生。
二、原料与方法
（一）实验原料
从国内某工厂收集的杨木化机浆，22°SR为初始打浆度，主要成分含量：1.35％聚阿拉伯糖、21.81％木质素、43.57％葡聚糖、1.66％灰分、7.05％乙醇提取物、20.31％木聚糖。纤维素酶溶液，97.86 FPU/mL为酶活性，由某生物集团有限公司提供。
（二）实验方法
1.PFI打浆预处理
杨木化机浆根据QB/T 1463-2010标准，PFI打浆预处理对不同级别进行，并以不同的打浆度（26、34、40和49°SR）进行打浆。
2.酶水解
精确称量1.0 g的原料（以绝对干燥质量计）放入100 mL锥形瓶中，添加25 mL pH 4.8的HAc-NaAc缓冲液，并向锥形瓶中添加蒸馏水，直到总水解物体积为50 mL。然后向瓶中添加一定量的酶溶液，以使整个水解系统中的纤维素酶的量为27 IU/g（完全干燥的底物）。用包装纸密封瓶口，将其置于恒温恒温摇床中，使其在50°C和180r/min的转速下反应49小时。定期从三角形烧瓶中取出500μL水解产物，放入离心管中，在水浴中煮沸10分钟，在台式微量离心机中离心5分钟，然后使用生物传感器分析仪检测葡萄糖含量相对于上清液III的葡萄糖产量，是水解溶液中的葡萄糖含量与水解原料中的葡萄糖含量之比。
3.原料组分分析
建国可再生能源实验室（NREL）的相应标准用于确定HYP纤维原料的关键化学成分。高效液相色谱法用于检测糖含量，而紫外分光光度计用于检测酸溶性木质素含量。
4.原纤维化程度
本实验主要研究纤维的外部细纤维原纤化，其特征是根据GB/T22836-2008测得的纤维原纤化率。
5.纤维润胀程度
水分保持值（WRV）用于表征纤维的溶胀程度。将一定量的浆料称量到烧杯中，加水使其均匀分散，然后用布氏漏斗将其过滤到滤饼中。将滤饼放在保湿离心机的样品篮中，离心15分钟，并将离心力设置为（3000±50）g。离心后，称量样品的质量，然后将其放在恒定的烤箱中至少6个小时，并在一定重量后称量质量。根据方程式（1）计算出浆料的水分保持值WRV。
WRV=(MO-M1)/M1ｘ100%
在公式中，m。是离心后样品的质量g。 m1是样品的绝对干燥质，g;
6.纤维表面形貌
将样品放在55°C的真空干燥箱中放置4个小时，将样品附着到样品台上，进行喷金处理，并在真空状态下用扫描电子显微镜观察纤维表面的形貌。
三、结果与讨论
（一）PFI打浆对纤维特性的影响
表1列出了PFI甜菜预处理后的杨木化学机械纸浆纤维原料的纤维性能变化。
表1 PFI打浆预处理对杨木化机浆纤维特性的影响
打浆度/oSR 细化纤维/% 保水值/% 比表面积/m2.g-1 结晶度/% 细小纤维含量/% 纤维长度/mm
22 24.92 145.21 24.23 68.02 1.6 0.785
26 27.40 159.63 27.17 69.25 3.3 0.696
34 33.03 162.75 30.85 67.02 3.9 0.648
40 38.84 178.96 39.57 62.13 4.5 0.618
49 40.44 186.20 98.40 54.48 5.9 0.591
从表1可以看出，随着脉动度的增加、原纤化程度、保水值、比表面积和纤维的细纤维含量显着增加，并且结晶度和纤维长度（重均长度的两倍）增加。可以看它处于下降趋势。将跳动度从22°SR增加到49°SR可使原纤化程度提高62％，增幅相对较大，打浆预处理是获得更高级原纤化的有效方法，这表明保留值从145.21％增加到186.20％，表明机械打浆效果可以促进纤维的吸水和溶胀。随着打浆的增加，纤维的比表面积首先缓慢增加，然后迅速增加。将脉动速率从22°SR增加到40°SR，将比表面积从24.23m2/g增加到39.57m2/g。当打浆度进一步提高到49°SR时，比表面积急剧增加。98.40平方米/克这可能是因为化机浆纤维的表面覆盖有一层木质素-半纤维素涂层。这样可以防止纤维吸附染料，并在打击的早期阶段减慢比表面积的增长。进一步会破坏木质素-半纤维素涂层，露出更多的纤维。纤维的结晶度在打浆的早期阶段略有增加，但是随着打浆的增加，打浆度趋于降低，这类似于桉树化学纸浆研究的结果。细纤维的含量随着冲击程度的增加而显着增加，并且在增加27个单位的冲击程度之后，细纤维的含量增加了269％，并且纤维长度随着冲击程度的增加而减小。这是因为在打浆过程中，纤维在垂直方向上被撕裂或在水平方向上被切断，从而缩短了纤维的长度。
结语：杨木化机浆在达到PFI纤维原纤化、溶胀、比表面积和细纤维含量显着增加，但结晶度和纤维长度略有降低。
参考文献：
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