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酸处理竹笋壳纤维糖化工艺的优化

来源:印染在线 发布时间:2011年08月19日

2.1.1pH值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,结果如图4所示.由图4可知,当酶解10h后,酸处理竹笋壳纤维酶解率达到最大为27.64%,而竹笋壳原纤维的酶解率在12h时才达到最大为16.75%,且比前者低65.01%.

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.

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