李書(shū)磊 張 紅 李一博 袁潔瑩 謝非凡 王寒星 楚 杰 余瑞金

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院 楊凌 712100；2. 臨沂市檢驗(yàn)檢測(cè)中心 臨沂 276699；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 楊凌 712100）

我國(guó)是世界上唯一擁有最完整的泡桐屬（Paulownia）植物種群的國(guó)家，每年泡桐木材產(chǎn)量超過(guò)1 000 萬(wàn)m3；桐木作為重要的工業(yè)用材，廣泛用于室內(nèi)建筑裝修及家具和工業(yè)建筑等行業(yè)，每年約有200 萬(wàn)m3桐木制品出口日本、韓國(guó)等國(guó)家，桐木的生產(chǎn)利用已得到越來(lái)越多國(guó)家的青睞（常德龍等，2018）。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，泡桐易變色的問(wèn)題會(huì)使材色品質(zhì)降低，開(kāi)展桐木漂白研究對(duì)提升桐木附加值及提高桐木品質(zhì)具有重要意義。

漂白預(yù)處理是木材材色改良的有效途徑之一，當(dāng)前木質(zhì)材料漂白主要采用化學(xué)試劑法和物理蒸煮法（曹惠敏等，2020；陸弘毅等，2021）。Shi 等（2018）利用酸和堿水溶液對(duì)木材進(jìn)行熱處理，結(jié)果表明，隨著溫度升高，樣品亮度值降低，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，半纖維素和木質(zhì)素有所降解；Wu 等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧化氫漂白可以保持木質(zhì)細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)；也有學(xué)者應(yīng)用不同條件水熱處理進(jìn)行木材漂白（劉志佳等，2009）。這些傳統(tǒng)漂白預(yù)處理方法為提高木材漂白效果及優(yōu)化木材漂白工藝提供了一定基礎(chǔ)，但目前采用的漂白預(yù)處理試劑多為含氯漂白劑，其使用中會(huì)產(chǎn)生二噁英化合物，從而造成環(huán)境毒性污染（許開(kāi)紹等，2002）。張潤(rùn)青等（2020）采用臭氧對(duì)非木質(zhì)纖維進(jìn)行漂白和改性，該方法雖污染小但存在漂白成本高且工藝復(fù)雜等問(wèn)題。為了進(jìn)一步獲得綠色高效的木質(zhì)原料漂白效果，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在原料脫色機(jī)理方面也相繼開(kāi)展研究。有學(xué)者認(rèn)為，泡桐木材變色是多因素共同作用的結(jié)果，pH 是影響梓醇變色的主要因素，光照和氧氣同時(shí)作用可導(dǎo)致泡桐素和芝麻素變色（常德龍等，2018）；木質(zhì)素內(nèi)的羰基結(jié)構(gòu)有助于增加熱處理過(guò)程中的木材色度值，色度值受C—O 基團(tuán)影響（曹惠敏等，2020）；且顯示與木質(zhì)素的O/C 比相反的趨勢(shì)（Zhanget al.，2018）。這些研究為桐木變色機(jī)理分析奠定了一定基礎(chǔ)，但對(duì)試劑脫色處理相關(guān)機(jī)理探索還有待進(jìn)一步深入，尤其對(duì)綠色低碳預(yù)處理?xiàng)l件下不同脫色方法的研究還較為罕見(jiàn)。

生物酶因綠色、溫和、高效的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有較大發(fā)展前景的漂白方法。生物酶漂白主要通過(guò)降解材料中殘留的木質(zhì)素或增強(qiáng)紙漿的可漂性，減少紙漿漂白過(guò)程中的氯用量，從而減少漂白對(duì)環(huán)境的污染（盧慶華等，2013；馮嚴(yán)嚴(yán)，2014；潘夢(mèng)麗等，2015；李峰等，2018）。當(dāng)前，采用生物酶預(yù)處理體系對(duì)桐木材料進(jìn)行漂白還鮮見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本研究以蘭考泡桐（Paulownia elongata）為研究對(duì)象，探討二代生物復(fù)合酶對(duì)桐木的漂白效果和影響規(guī)律，獲得生物復(fù)合酶漂白桐木的最佳工藝參數(shù)，初步探明生物復(fù)合酶漂白桐木的機(jī)理，以期為桐木脫色和生物學(xué)改良及桐木制漿的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

蘭考泡桐樣品由國(guó)家林業(yè)和草原局泡桐研究中心提供。樣品洗凈、干燥，切成5.0 cm×5.0 cm×0.5 cm小塊，烘干，裝入密封袋并標(biāo)記名稱(chēng)、日期等置于陰涼干燥處。

所用生物復(fù)合酶酶種為CTEC2，來(lái)源Novozymes，酶活147 FPU·mL-1；檸檬酸、碳酸鈣、溴化鉀、氫氧化鈉等，均為分析純。

所用儀器包括水浴鍋、電子天平、真空泵、干燥箱、離心機(jī)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、振蕩器、粉碎機(jī)、高壓滅菌鍋等；葡萄糖、木糖含量使用高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）檢測(cè)。

1.2 預(yù)處理樣品制備

配制5 FPU·mL-1酶溶液，用檸檬酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH。每塊樣品質(zhì)量約15 g，料液比1∶10。木塊經(jīng)絕干處理后置于試管中，加入已配制好的酶溶液搖勻，抽真空。水浴鍋溫度分別設(shè)30、50 和70 ℃。試管放入水浴鍋加熱，每15 min 搖勻1 次，直至分別反應(yīng)60、75、90 和105 min 后取出試管，抽濾。抽濾后用蒸餾水沖洗，置于玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)，烘至絕干后裝入密封袋中。同時(shí)，設(shè)置1 組未經(jīng)預(yù)處理的平行試驗(yàn)。

1.3 顏色測(cè)定

采用杭州彩譜科技有限公司生產(chǎn)的CS-820 可見(jiàn)光分光測(cè)色儀，照明光源為脈沖氙燈，測(cè)量波長(zhǎng)范圍400～700 nm，波長(zhǎng)間隔10 nm，反射測(cè)量D/8 結(jié)構(gòu)，操作溫度15～32 ℃，相對(duì)濕度不超過(guò)80%，反射測(cè)量孔徑為1.5 cm 的中孔徑。每塊樣品由邊緣向中心測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值。

采用CIELab 表色系統(tǒng)，使用分光測(cè)色儀測(cè)量泡桐木材樣品表面預(yù)處理前后的明度L*、紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*。用脫色處理前后參數(shù)差值表示各參數(shù)變化，即ΔL*、Δa*、Δb*和色差ΔE*，計(jì)算公式如下：

式中：下標(biāo)t 表示脫色處理后；下標(biāo)u 表示脫色處理前。

1.4 主要化學(xué)組成測(cè)定

1.4.1 抽提物含量 濾紙折疊包好裝入的原料，置于索氏抽提器內(nèi)，量取200 mL 乙醇倒入索氏抽提器。水浴鍋95 ℃抽提16 h，直至抽提管中液體完全無(wú)色、透明。取出濾紙包置于通風(fēng)櫥中至乙醇揮發(fā)完全，再將其放入烘箱內(nèi)60 ℃烘至絕干后稱(chēng)重，計(jì)算抽提物含量。

1.4.2 纖維素、半纖維素含量 參照美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（national renewable energy laboratory，NREL）方法測(cè)定樣品三大素含量。首先稱(chēng)取0.3 g 預(yù)處理樣品（未處理原料用苯醇進(jìn)行索式抽提，以除去樹(shù)脂、色素等）于100 mL 旋蓋燒口瓶中，加入 3 mL 72% H2SO4，混合均勻后置于30±3 ℃水浴中保溫1 h，每隔10 min 攪拌搖勻1 次；然后向瓶中加入84 mL 蒸餾水（稀釋H2SO4溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)至4%），擰緊瓶蓋置于高壓滅菌鍋內(nèi)，121 ℃下水解1 h。水解完成后，利用已稱(chēng)重的G3 砂芯漏斗進(jìn)行真空抽濾，分離殘?jiān)退庖?，一部分水解液用于測(cè)定酸溶木質(zhì)素含量；另一部分水解液用碳酸鈣中和至中性，采用高效液相色譜（HPLC）HITACHI L-2000 分析其葡萄糖和木糖含量。分析柱為Bio-Rad Aminex HPX-87P，長(zhǎng)×直徑為300 mm×7.8 mm，保護(hù)柱為Cation-H Refill Cartridges，長(zhǎng)×直徑為30 mm×4.6 mm，檢測(cè)器為RID 示差折光檢測(cè)器。進(jìn)樣量20 μL，流動(dòng)相0.005 mmol·L-1H2SO4，流速0.5 mL·min-1，柱溫45 ℃。檢測(cè)結(jié)果為水解液?jiǎn)翁呛?，六碳糖乘?.9、五碳糖乘以0.88 即可換算出樣品纖維素和半纖維素含量。

1.4.3 木質(zhì)素含量 預(yù)熱紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)20 min 后，開(kāi)始稀釋濾液（稀釋后總體積1 mL 左右），搖勻，倒入溶液中，測(cè)定吸光度，顯示吸光度0.7～1.0范圍內(nèi)即為可行。采用該方法測(cè)定并記錄所有收集的濾液，按下式計(jì)算酸溶木質(zhì)素（acid-soluble lignin，ASL）含量：

式中：N為稀釋倍數(shù)；A為紫外吸收值；V為濾液吸收總體積（0.087 L）；15 為吸收系數(shù)（L·g-1cm-1）；W為酸解前樣品絕干質(zhì)量。

水解后殘?jiān)脽嵴麴s水多次洗滌抽濾，直至10%BaCl2檢測(cè)濾液無(wú)白色沉淀生成后，置于事先用3%H2SO4浸泡潤(rùn)洗、干燥并稱(chēng)重的定量濾紙上。恒溫干燥箱內(nèi)105 ℃烘至恒重，稱(chēng)重，總質(zhì)重扣除定量濾紙的質(zhì)量即為酸不溶木質(zhì)素質(zhì)量。

1.4.4 脫色率 采用分光光度法測(cè)定吸附前后溶液的吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程計(jì)算染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按下式計(jì)算脫色率：

式中：c0為處理前桐木溶液吸光度測(cè)定值；c為處理后桐木溶液吸光度測(cè)定值。

1.5 樣品熱重分析

熱重分析（thermo gravimetric analysis，TGA）/微分熱重（derivative thermo gravimetry，DTG）采用TGA/DSC3型熱重同步分析儀進(jìn)行。樣品粉碎，過(guò)80 目篩，隨機(jī)稱(chēng)取2 mg 進(jìn)行分析。熱解溫度800 ℃，升溫速率20 ℃·min-1，同時(shí)加入20 mL·min-1流量氮?dú)狻?/p>

1.6 電鏡掃描

采用TM4000 Plus 臺(tái)式掃描電鏡，電子束能量為15 kV。樣品粉碎，過(guò)80 目篩，使用導(dǎo)電膠粘取少量粉末固定在觀察臺(tái)上進(jìn)行掃描，觀察預(yù)處理后樣品纖維微觀形態(tài)變化。

1.7 X 射線(xiàn)衍射

采用X 射線(xiàn)衍射（D8 ADVANCE A25）測(cè)定樣品纖維素結(jié)晶度，探究不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)樣品結(jié)晶的影響。樣品粉碎，過(guò)200 目篩，稱(chēng)取10 mg 進(jìn)行測(cè)量。操作電壓40 kV，電流40 mA，掃描角度2θ 范圍5°～50°，銅靶。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理前后桐木顏色變化分析

未處理泡桐木材顏色參數(shù)為L(zhǎng)*=60.70、a*=3.73、b*=16.60，預(yù)處理后顏色參數(shù)變化如表1 所示?？梢钥闯?，與未處理相比，生物酶預(yù)處理后的泡桐木材明度L*、紅綠軸色品指數(shù)a*、黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*均有所提高，表明生物酶預(yù)處理可有效提高白度。由溫度分析可知，50 ℃預(yù)處理?xiàng)l件下樣品明度L*最大，紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*隨溫度升高而降低。在pH 變化條件下，紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*隨pH 升高而降低，當(dāng)pH 為7 時(shí)，樣品明度L*最大。隨著預(yù)處理時(shí)間延長(zhǎng)，樣品明度L*越來(lái)越高，紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*越來(lái)越低?？紤]到明度L*是色差的主要影響因素，故在溫度50 ℃、pH 7、預(yù)處理時(shí)間105 min 條件下泡桐木材脫色效果最佳。

表1 預(yù)處理后脫色桐木的顏色參數(shù)Tab. 1 Color parameters of decolorization of paulownia after pretreatment

2.2 預(yù)處理前后桐木主要化學(xué)組分變化分析

由圖1 可知，經(jīng)生物復(fù)合酶預(yù)處理，泡桐木材主要化學(xué)組分均發(fā)生較明顯變化，纖維素相對(duì)含量有所增加，半纖維素、木質(zhì)素和抽提物含量有所降低。在溫度50 ℃、pH 為7 的條件下，主要化學(xué)組分相對(duì)含量變化最大，其中纖維素含量由49.11%增至59.87%，半纖維素含量由18.58%降至7.45%，酸溶木質(zhì)素含量由7.12%降至4.07%，酸不溶木質(zhì)素含量由24.64%降至20.42%，抽提物含量由3.24%降至2.09%。從pH分析可知，pH 為7 時(shí)泡桐木材主要化學(xué)組分相對(duì)含量變化最大，其次是pH 為5，pH 為3 時(shí)泡桐木材主要化學(xué)組分相對(duì)含量變化最小，原因在于pH 降低導(dǎo)致CTEC2 生物酶活性降低，從而引起其作用效果下降（Patelet al.，2019）；半纖維素、木質(zhì)素等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比纖維素更易發(fā)生酸性水解（Pathaniaet al.，2016）。從溫度條件可知， 50 ℃預(yù)處理?xiàng)l件下泡桐木材主要化學(xué)組分相對(duì)含量變化最大，其次是30 ℃，70 ℃時(shí)泡桐木材主要化學(xué)組分相對(duì)含量變化最小，這可能是因?yàn)轭A(yù)處理溫度50 ℃時(shí)CTEC2 生物酶活性最好，作用效率最高（Patelet al.，2019）；而與30 ℃相比，70 ℃對(duì)酶活性影響更大，導(dǎo)致酶活性更低，進(jìn)而降低酶對(duì)組分的作用效果。

圖1 生物復(fù)合酶預(yù)處理桐木主要化學(xué)組分變化情況Fig. 1 Main chemical components of paulownia under the condition of biological complex enzyme pretreatment

2.3 預(yù)處理前后桐木脫色率變化分析

由圖2 可知，在溫度50 ℃、pH 為3 的條件下，桐木脫色率最低，僅21.8%；在溫度30 ℃、pH 為7 的條件下，桐木脫色率達(dá)68.8%。50 ℃預(yù)處理?xiàng)l件下，pH由3 到7，桐木脫色率由21.8%升至49.9%；70 ℃預(yù)處理?xiàng)l件下，桐木脫色率變化幅度很小，基本保持不變。針對(duì)以上結(jié)果，有學(xué)者認(rèn)為桐木變色與抽提物有關(guān)，抽提物中酚類(lèi)物質(zhì)是引起變色的重要原因（常德龍等，2018）；也有學(xué)者認(rèn)為主要是糖或有機(jī)酸在變色中起作用（祖勃蓀等，1998），此外還有花苷類(lèi)（邱乾棟等，2013）；常德龍等（2006）指出，在真菌引起變色的泡桐木材中，半纖維素發(fā)生明顯降解，半纖維素含量發(fā)生變化導(dǎo)致桐木脫色。本研究提出的預(yù)處理前后桐木脫色率變化與前人觀點(diǎn)基本一致。

圖2 溫度和pH 對(duì)桐木脫色率的交互作用Fig. 2 Interaction of temperature and pH value on decolorization rate for paulownia of enzyme pretreatment

2.4 預(yù)處理前后桐木熱重變化分析

不同溫度和pH 預(yù)處理桐木的TGA 和DTG 曲線(xiàn)如圖3、4 所示，所有樣品的TGA 曲線(xiàn)變化趨勢(shì)基本一致，除溫度70 ℃和pH 為7 條件下樣品的熱穩(wěn)定性變化不明顯外，其他樣品熱穩(wěn)定性均有所提升。樣品質(zhì)量損失主要包括50～300 ℃的平穩(wěn)熱解階段、300～400 ℃的主要熱解階段和400～600 ℃的炭化階段。

圖3 不同溫度預(yù)處理桐木的TGA 和DTG 曲線(xiàn)Fig. 3 TGA and DTG curves at different temperatures

由圖3 可知，預(yù)處理后主要熱解階段樣品最大質(zhì)量損失速率均有所降低，最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度有所增加，說(shuō)明預(yù)處理可延長(zhǎng)達(dá)到最大質(zhì)量損失速率的時(shí)間。在主要熱解階段，30 ℃和50 ℃條件下預(yù)處理樣品熱解失重峰溫度升高，熱穩(wěn)定性有所上升；70 ℃條件下預(yù)處理樣品與未處理樣品熱解溫度差別不大；不同溫度預(yù)處理樣品的熱解溫度由大到小依次為30 ℃、50 ℃和70 ℃。這與CTEC2 酶最適溫度有關(guān)，高溫時(shí)酶活性降低，導(dǎo)致其對(duì)木質(zhì)纖維的破壞程度降低（Patelet al.，2019）。綜上所述，桐木熱穩(wěn)定性變化預(yù)處理溫度依次為30 ℃＞50 ℃＞70 ℃。

由圖4 可知，在主要熱解階段，pH 變化導(dǎo)致桐木熱解溫度和速率發(fā)生變化，最大質(zhì)量損失速率有所降低。預(yù)處理樣品最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度有所增加，說(shuō)明pH 不同會(huì)導(dǎo)致桐木主要化學(xué)組分在熱解和成分轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生差異（楚杰等 ，2017）。pH 為3 和5 時(shí)，預(yù)處理桐木的熱解溫度有所升高，熱穩(wěn)定性有所提高；pH 為7 時(shí)，預(yù)處理桐木的熱解溫度變化不大。綜上所述，桐木熱穩(wěn)定性變化的預(yù)處理pH 依次為 3＞5＞7。

圖4 不同pH 預(yù)處理桐木的TGA 和DTG 曲線(xiàn)Fig. 4 TGA and DTG curves at different pH values

2.5 預(yù)處理前后桐木電鏡掃描圖像分析

預(yù)處理前后泡桐木質(zhì)纖維素組分變化示意如圖5所示。未經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素組分中層狀木質(zhì)素與半纖維素呈半包裹狀態(tài)，木質(zhì)素密實(shí)細(xì)胞覆蓋纖維素結(jié)構(gòu)細(xì)胞；經(jīng)生物酶預(yù)處理后， 木質(zhì)素細(xì)胞脫除，暴露出更多規(guī)則成束的纖維素細(xì)胞。

圖5 預(yù)處理前后泡桐木質(zhì)纖維素組分變化示意Fig. 5 Schematic diagram of changes in lignocellulose components before and after pretreatment

未處理樣品表面無(wú)明顯結(jié)構(gòu)破壞，木質(zhì)纖維較完整（圖6A）；溫度30 ℃時(shí)，不同pH 預(yù)處理樣品（圖6B、C 和D）木質(zhì)纖維表層結(jié)構(gòu)遭到破壞，木質(zhì)纖維素開(kāi)始解體，纖維素互相分離，且隨著pH 升高，結(jié)構(gòu)變化明顯；溫度50 ℃時(shí)，不同pH 預(yù)處理樣品（圖6E、F 和G）木質(zhì)纖維素解體更加嚴(yán)重，纖維素分離更加顯著，且隨著pH 升高，結(jié)構(gòu)變化更加明顯；溫度70 ℃時(shí)，不同pH 預(yù)處理樣品圖6H、I、J）木質(zhì)纖維的變化趨勢(shì)與30 ℃和50 ℃預(yù)處理樣品一致，且隨著pH 升高，結(jié)構(gòu)變化更加顯著，但70 ℃預(yù)處理樣品的結(jié)構(gòu)變化不如50 ℃明顯?？梢?jiàn)，復(fù)合生物酶能有效降解桐木的木質(zhì)纖維組分，破壞其木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。

圖6 不同預(yù)處理桐木的SEMFig. 6 SEM images of enzyme pretreatment paulownia

2.6 預(yù)處理前后桐木X 射線(xiàn)衍射分析

預(yù)處理前后桐木X 射線(xiàn)衍射圖譜如圖7 所示，101、002 和040 峰是典型的纖維素Ⅰ的特征，其衍射角分別為16.02°、22°和34.76°。經(jīng)生物酶預(yù)處理后，101 峰衍射強(qiáng)度無(wú)明顯變化；但經(jīng)50 ℃預(yù)處理后，002 峰衍射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說(shuō)明此時(shí)半纖維素、木質(zhì)素等無(wú)定形區(qū)降解效率最高；040 峰尖銳程度明顯增大，且位置有所向右偏移，說(shuō)明經(jīng)50 ℃預(yù)處理后，衍射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，纖維素結(jié)晶度增大，結(jié)晶區(qū)晶胞參數(shù)變小、晶面間距變小。

圖7 預(yù)處理前后桐木X 射線(xiàn)衍射圖譜Fig. 7 The X-ray diffraction spectrogram of paulownia sample before and after pretreatment

纖維素結(jié)晶度是由X 射線(xiàn)衍射測(cè)得的光譜峰高，計(jì)算公式如下：

式中：CI 為纖維素結(jié)晶度；I002為002 晶面的極大衍射強(qiáng)度，2θ 約22°；Iam為非結(jié)晶背景的衍射強(qiáng)度，2θ 約18°。

由表2 可知，未處理桐木樣品纖維素結(jié)晶度為16.91%，這主要是因?yàn)槟举|(zhì)素和半纖維素等部分無(wú)定形物質(zhì)的存在使得結(jié)晶度較低。經(jīng)生物酶預(yù)處理后，桐木樣品結(jié)晶區(qū)表面纖維素分子鏈中的低聚糖被溶出，無(wú)定形區(qū)活性基團(tuán)裸露，半纖維素與生物酶發(fā)生反應(yīng)，部分木聚糖被降解，導(dǎo)致纖維素結(jié)晶度提高（楚杰等，2017）。生物酶降解，結(jié)晶度增加較為明顯的預(yù)處理?xiàng)l件為溫度50 ℃、pH 7，但由于酶的作用使纖維素結(jié)晶區(qū)發(fā)生部分水解，因此結(jié)晶度提升程度不大。

表2 不同預(yù)處理泡桐的纖維素結(jié)晶度①Tab. 2 Crystallinity calculation parameters

利用Scherer 公式（Segalet al.，1959）計(jì)算桐木結(jié)晶區(qū)尺寸，公式如下：

式中：D為結(jié)晶區(qū)長(zhǎng)度或?qū)挾?；d為晶面層間距（nm）；B為衍射峰半寬，計(jì)算中需將其轉(zhuǎn)換為弧度；λ 為入射波波長(zhǎng)（0.154 nm）；θ 為衍射角；K為衍射常數(shù)。

由表3 可知，預(yù)處理后樣品結(jié)晶區(qū)長(zhǎng)度D增大，表明酶預(yù)處理能夠提高桐木結(jié)晶區(qū)尺寸，且在一定范圍內(nèi)隨溫度和pH 上升提高更加明顯，溫度70 ℃、pH為7 時(shí)D達(dá)最大。此外，預(yù)處理后樣品晶面層間距變小，但變化幅度較小，主要是因?yàn)橥┠窘Y(jié)晶區(qū)表面纖維素分子鏈中擁有的部分低聚糖溶解，導(dǎo)致細(xì)胞壁吸附能力變強(qiáng)，加速半纖維素與生物復(fù)合酶的反應(yīng)，從而使d減?。ǔ艿?， 2017）。

表3 不同預(yù)處理桐木結(jié)晶區(qū)大?、賂ab. 3 Calculation parameters of crystallization zone

3 結(jié)論

1） CTEC2 生物酶可使泡桐木材主要化學(xué)組分發(fā)生變化，最佳預(yù)處理?xiàng)l件為溫度50 ℃、pH 7，木材纖維素含量由49.11%增至59.87%，半纖維素含量由18.58%減至7.45%，酸溶木質(zhì)素含量由7.12%減至4.07%，酸不溶木質(zhì)素含量由24.64%減至20.42%，抽提物含量由3.24%減至2.09%。

2） CTEC2 生物酶預(yù)處理泡桐木材時(shí)，溫度50 ℃、pH 7、預(yù)處理時(shí)間105 min 的漂白效果最好，木材明度最大。

3） CTEC2 生物酶預(yù)處理泡桐木材可以提高其熱穩(wěn)定性（處理?xiàng)l件溫度70 ℃、pH 為7 時(shí)變化不明顯）。依據(jù)熱穩(wěn)定性高低排序的預(yù)處理溫度為30 ℃＞50 ℃＞70 ℃、pH 為3＞5＞7。CTEC2 生物酶預(yù)處理泡桐木材最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度在不同溫度和pH 條件下均有所增加，預(yù)處理可延長(zhǎng)達(dá)到最大質(zhì)量損失速率的時(shí)間。

4） CTEC2 生物酶預(yù)處理泡桐木材不僅能夠提高纖維素結(jié)晶度，使其結(jié)晶區(qū)尺寸增大，晶面層間距變小，而且能夠有效破壞木質(zhì)纖維素的致密結(jié)構(gòu)，在相同溫度下，其作用隨預(yù)處理pH 提高而更加明顯。