用脂肪酶處理輻射松磨木漿的探討

胡志文， 陳建平

（福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350117）

用脂肪酶處理輻射松磨木漿的探討

胡志文， 陳建平

（福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350117）

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，確定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解輻射松磨木漿中樹(shù)脂的最優(yōu)條件：漿濃為5%，反應(yīng)溫度為70℃，pH為6.5，酶用量為15U.g-1，反應(yīng)時(shí)間2h。應(yīng)用索式抽提的方法測(cè)得脂肪酶作用紙漿前后的紙漿抽提物的減少量。

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶；輻射松；磨木漿

多年來(lái)，樹(shù)脂障礙一直是以松木為主要原料的造紙廠(chǎng)比較關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。造成樹(shù)脂障礙的原因是紙漿中游離的樹(shù)脂會(huì)以各種方式沉積在制漿造紙的設(shè)備的表面上，給生產(chǎn)帶來(lái)一定的麻煩。其中，甘油三酸脂（TG）又是造成樹(shù)脂障礙的主要成分[1-2]。目前，處理樹(shù)脂障礙的主要方法有生物法、化學(xué)法以及工藝控制法。由于生物法具有效果好，成本低等特點(diǎn)，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)有成功的案例。由于紙漿中的樹(shù)脂會(huì)被脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，分解出的脂肪酸可以通過(guò)NaOH滴定得出并由此得出樹(shù)脂分解量的多少。文章通過(guò)NaOH滴定法確定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解輻射松磨木漿中樹(shù)脂的最佳條件，并用索式抽提法檢驗(yàn)脂肪酶作用紙漿前后抽提物含量的減少量，以此檢測(cè)脂肪酶水解樹(shù)脂的效果。

1 材料與方法

1.1 材料

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶：由福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物工程研究所提供。該酶的最佳反應(yīng)溫度為70℃，最適作用pH為7.0。

紙漿：輻射松木片磨木漿，取自福建省南平造紙廠(chǎng)的機(jī)漿車(chē)間。

主要試劑：橄欖油、聚乙烯醇（PVA，聚合度1750±50）（均為化學(xué)純）、其他試劑均為分析純。

儀器：XHF-D高速分散器，JJ-2組織搗碎機(jī)，THZ-82恒溫振蕩器，索式抽提器，R206旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 脂肪酶酶活的測(cè)定

采用中和滴定的方法測(cè)定脂肪酶的酶活。酶活的定義：在反應(yīng)條件下，每min催化水解甘油三酸酯產(chǎn)生lμmol游離脂肪酸的酶量定義為一個(gè)脂肪酶國(guó)際單位(u)，對(duì)液體酶的酶活以每ml酶液含有的脂肪酶國(guó)際單位數(shù)(u.ml-1)表示。

1.2.2 紙漿酶處理[3]

在100ml的錐形瓶中加入一定量的紙漿，用酸或堿調(diào)節(jié)紙漿的pH，按實(shí)驗(yàn)要求的相應(yīng)量加入脂肪酶，通過(guò)恒溫振蕩器設(shè)定相應(yīng)的反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后真空抽濾，收集濾液用0.05mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，記錄每次滴定的耗堿量。由于紙漿中的樹(shù)脂被脂肪酶水解成脂肪酸和甘油，通過(guò)測(cè)定脂肪酸的量來(lái)衡量紙漿中樹(shù)脂的量。因此測(cè)定酶水解紙漿前后耗堿量的不同，可知脂肪酶分解紙漿樹(shù)脂的量不同。

進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照實(shí)驗(yàn)要求控制好漿濃、酶用量、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間，其他方法不變。

1.2.3 紙漿的抽提物測(cè)定[4]

將酶處理完的紙漿進(jìn)行真空抽濾，收集濾渣烘干。將烘干的濾渣放入索式抽提器中，用丙酮抽提6h（總共回流不少于24次），抽提后，將平底燒瓶的有機(jī)溶劑用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干，蒸干后放入60℃烘箱中烘干，稱(chēng)重，計(jì)算紙漿抽提物的重量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 酶用量對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂量的影響

如圖1所示，設(shè)計(jì)酶用量的范圍為5～25 U.g-1（絕干漿）。隨著酶用量的增多，消耗NaOH的量也隨著增多，即說(shuō)明酶分解樹(shù)脂生成酸的量也隨之增多。結(jié)合酶用量的實(shí)際效果和酶的生產(chǎn)成本考慮，分別選取10，15，20 U.g-1作為接下來(lái)的正交實(shí)驗(yàn)中酶用量的3個(gè)水平。

圖1 脂肪酶用量對(duì)其降解樹(shù)脂效果的影響

圖2 pH值對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂效果的影響

圖3 溫度對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂效果的影響

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂效果的影響

圖5 漿濃對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂的效果影響

2.1.2 pH對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂量的影響

如圖2所示，設(shè)計(jì)pH的范圍為6,6.5,7.5,8,9，分別測(cè)定脂肪酶在這幾個(gè)pH值水平下的耗堿量。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，該脂肪酶在6.5,7.5,8這3個(gè)水平的耗堿量相對(duì)較高，這也說(shuō)明該脂肪酶在pH偏高時(shí)酶活性有所下降，可能是pH值偏高導(dǎo)致脂肪酶部分失活的原因。因此將6.5,7.5,8作為正交實(shí)驗(yàn)中pH因素的3個(gè)水平。

2.1.3 溫度對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂量的影響

如圖3所示，酶在45～70℃的范圍內(nèi)，耗堿量隨著溫度的升高而增多，當(dāng)溫度達(dá)到70℃的耗堿量達(dá)到最大，這也與該酶的最適溫度吻合。當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)，耗堿量急劇下降，下降的原因可能是酶的活性因高溫而部分失活，從而導(dǎo)致耗堿量降低。故選取55，65，70℃ 3個(gè)水平做正交實(shí)驗(yàn)。

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂量的影響

如圖4所示，反應(yīng)時(shí)間對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂的影響，隨著反應(yīng)時(shí)間的增多，消耗NaOH的量先增多，然后減少，但在2h時(shí)候達(dá)到最高，故選取2h為實(shí)驗(yàn)的最佳反應(yīng)時(shí)間。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.5 漿濃對(duì)脂肪酶降解樹(shù)脂量的影響

如圖5所示，在漿濃為2%-6%的范圍內(nèi)，耗堿量是隨之增多的，5%和6%的耗堿量相同，說(shuō)明耗堿量不是隨著漿濃無(wú)限增加，原因是漿濃過(guò)高時(shí)，有些脂肪酶吸附在紙漿的纖維上，不能與紙漿溶液中樹(shù)脂很好的接觸、反應(yīng)[5]。因此，選取4%，5%，6% 3個(gè)水平做正交實(shí)驗(yàn)。

2.2 脂肪酶處理輻射松紙漿的正交試驗(yàn)

由于各個(gè)因素之間存在交互作用，因此需要將4個(gè)因素綜合考慮，故依據(jù)上述的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果做進(jìn)一步的正交實(shí)驗(yàn)。將影響脂肪酶降解樹(shù)脂的4個(gè)因素（酶用量、pH值、反應(yīng)溫度、漿濃）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以找出該脂肪酶分解樹(shù)脂的最佳條件是酶用量為15 U.g-1，pH值為6.5，反應(yīng)溫度為70℃，漿濃為5%,反應(yīng)時(shí)間2h。

2.3 脂肪酶處理紙漿前后的抽提物量的變化

造紙纖維原料中，除了含有纖維素、半纖維素和木素這些主要化學(xué)成分外，還含有一些能溶于中性有機(jī)溶劑（如丙酮）的成分，這些成分統(tǒng)稱(chēng)為有機(jī)溶劑抽提物，一般又稱(chēng)其為植物中樹(shù)脂的代表[6]。因此文章通過(guò)紙漿抽提物來(lái)驗(yàn)證Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中樹(shù)脂的效果。

將經(jīng)過(guò)最佳條件酶處理的紙漿進(jìn)行過(guò)濾、抽提，將丙酮用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干，抽提物烘干后稱(chēng)重，得到酶處理的紙漿抽提物物重0.0123g，未經(jīng)過(guò)酶處理的紙漿抽提物重0.0160g，抽提物去除率為23.13%。

3 結(jié)論

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中樹(shù)脂的最佳工藝：漿濃5%、反應(yīng)溫度70℃、pH值6.5、酶用量15 U.g-1（絕干漿）、反應(yīng)時(shí)間2h。

在上述酶水紙紙漿的最佳工藝下，Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中的抽提物的去除率為23.13%。

[1]Fischer K，and Messner K，Reducing troublesome pitch in pulp mills by lipolytic enzymes.Tappi J，1992；72（2）；130.

[2]Irie Y，Matsukura Met al.Enzymatic pitch control in papermaking system.TAPPI 1990 Papermakers Conference Proceeding, Atlanta.TAPPI PRESS ,1990:1.

[3]陳建平, 黃儒珠, 吳松剛，等.堿性脂肪酶水解紙漿中的甘油三酸酯的研究[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版 ,1998, 14 (3) : 72- 76.

[4]鄭劍， 周黎敏， 李大方.紙漿中樹(shù)脂含量的測(cè)定[J].中國(guó)造紙，2009,28(9):76-78.

[5]王冶艷.脂肪酶控制樹(shù)脂障礙的研究進(jìn)展［J］.上海造紙，2009，40(3) : 41.

[6]胡惠仁, 徐立新.造紙化學(xué)品[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008,45-46.

TS743+14

A

1007-550X（2015）04-0033-04

10.3969/j.issn.1007-550X.2015.04.001

2015-01-13

胡志文（1989-），男，碩士，研究方向：發(fā)酵工程。