目前，在天然纤维原料生物转化研究中，全世界范围内虽然已经取得很大进展，但尚未完全进入工业化生产，其中主要原因有两个方面，一是纤维原料预处理的成本较高，二是纤维素酶酶解成本较高．这两个问题都直接与纤维素原料的预处理有关．因此，当前纤维原料预处理的全新理念是组合采用物理、化学和生物的方法，实现纤维原料中纤维素、半纤维素和木质素的分离和单独利用，提高纤维素酶类的酶解效率，达到天然纤维原料生物量全利用的目标．

我国竹类资源十分丰富，种类多、面积广，全国竹林面积在720万hm2，其中毛竹面积约300万hm2，是我国最大的笋用林资源，也是一种重要的林业纤维原料[4]．本文以竹笋壳原纤维为对比，对酸处理竹笋壳纤维的酸性纤维素酶酶解工艺进行了优化．

1材料和方法

1．1原料

竹笋壳纤维：将新鲜春笋壳烘干、粉碎过80目即可，经测定竹笋壳纤维中总纤维含量达77．91%．

1．2酶来源

由绿色木霉(Trich0dermaviride)发酵制得酸性纤维素酶粗酶液，测得其酶活力为950FPU／mL．

1．3稀酸预处理

竹笋壳纤维稀酸预处理条件为：纤维颗粒度80目，稀硫酸浓度3，用量为纤维样品的100倍(v／w)，温度70℃，时间10h．竹笋壳纤维在此条件下经稀酸处理后，半纤维素糖化液总糖度及其水解率分别达到1.48mg木糖／mL和84．01%．酸处理竹笋壳纤维经烘干后测得其纤维素、木质素含量分别为58．62％和30．54．

1．4测定方法

纤维素的测定：GB2677．10--81．

木质素的测定：GB2677．8—81．

总糖度的测定：3，5一二硝基水杨酸法，以相当于葡萄糖的量来表示．

酸处理竹笋壳纤维素水解率的计算：

纤维素水解率=（还原糖含量×0.9×稀释倍数）/（纤维素量×（1-含水量））×100％

2结果与分析

2．1纤维素酶酶解条件的单因素实验
2．1．1pH值对

分别称取竹笋壳原纤维和酸处理竹笋壳纤维2g，加纤维素酶液30mL，将pH依次调至3．5、4．0、4．5、5．0和5．5，在45℃水浴中酶解12h，结果见图1．由图1可看出，酸性纤维素酶的最适反应pH值为4．0，此时酸处理竹笋壳纤维和竹笋壳原纤维的酶水解率均达到最大，分别为23．12%和9．75%，但前者是后者的2．37倍．这说明竹笋壳纤维经稀酸处理分离出半纤维素后，竹笋壳纤维的天然结构受到了较大破坏，大大提高了其纤维素酶水解率．

2．1．2温度对纤维素酶酶解的影响

分别称取竹笋壳原纤维和酸处理竹笋壳纤维2g，加酶液30mL，调pH至4．0，依次在35℃、40℃、45℃、50℃和55℃水浴中恒温酶解12h由图2表明，酸处理竹笋壳纤维的最适酶解温度为40℃，而竹笋壳原纤维的酶解最适温度则为45℃，造成两者酸性纤维素酶最适作用温度不同的原因可能是由于竹笋壳原纤维的天然结构未遭破坏，酶解反应所需的活化能较之酸处理竹笋壳纤维的要高．

2．1．3酶用量对纤维素酶酶解的影响

分别称取竹笋壳原纤维和酸处理竹笋壳纤维2g，加酶液15mL、20mL、25mL、30mL和35mL，调pH至4．5，酸处理竹笋壳纤维和竹笋壳原纤维的酶解温度分别控制在40℃和45℃，所有样品均酶解12h，结果见图3．从图3可知，酸处理竹笋壳纤维和竹笋壳原纤维的纤维素酶饱和用量也不同，分别为25mL和30mL．这可能是，一方面竹笋壳原纤维经稀酸处理后，其天然纤维结构受到较大程度的破坏，纤维素酶对纤维素链的进攻效率增加，另一方面原纤维具有较大的吸附能力，在其表面可以吸附部分纤维素酶分子，因而导致其酶的表观饱和用量较之酸处理纤维的要高，而且酶解时间也会延长．

2．1．4酶解时间对纤维素酶酶解的影响

分别称取竹笋壳原纤维和酸处理竹笋壳纤维2g，按2．1．1"-'2．1．3中确定的酶解工艺参数依次酶解4～15h

2．2正交实验优化纤维素酶酶解工艺

通过酸处理竹笋纤维素糖化工艺的单因素试验，确定了反应pH值(A)、反应温度(B)和纤维素酶用量(C)、酶解时间(D)对纤维素糖化工艺的影响较大．因此，以纤维素酶水解液的总糖度为评价指标，选用(3)正交试验设计表，按表l所设因素水平进行实验，结果见表2．由表2中极差分析可知，各因素对酸处理竹笋纤维酶解工艺的影响程度由大到小依次为：反应pH值>纤维素酶用量>反应时间>反应温度．因此，较优的酶解工艺条件(A1B1C3D1)为：pH为4．5，纤维素酶用量28mL(液固比为14：l，v／w)，温度40℃，反应10h．在此条件下进行重复实验，所得酶水解液的总糖度为2．39mg葡萄糖／mL，酸处理竹笋壳纤维酶解率达到29.03%。

3结论

(1)单因素试验表明，以酸处理竹笋壳纤维为底物时，酶用量、酶解温度、酶解pH值和酶解时间对绿色木霉酸性纤维素酶的酶解率均有较大影响，且其酶解率均高于竹笋壳原纤维的酶解率．
(2)正交试验设计得到了酸处理竹笋壳纤维较优的酶解工艺条件(A1B1C3)为：pH为4．5，纤维素酶用量28mL(液固比为14：l，v／w)，温度40℃，反应10h．在该条件下，酸处理竹笋壳纤维的酶解率达到29．03%．

(3)由于稀酸处理竹笋壳纤维仅除去了大部分结合在纤维素分子无定形区域上的半纤维素分子，而缠绕在纤维素分子结晶区域上的木质素分子未受影响，纤维素酶对这部分结构的攻击效率仍然不高．因此，将利用天然高分子研究方面的技术成果进一步将酸处理竹笋壳纤维中木质分离出来，得到比较纯净的纤维素组分，以期提高其酶解率和经济性，从而实现天然竹笋壳纤维生物量全利用的研究目标．