卞輝洋, 李關蓮, 朱玉連, 唐亞男, 戴紅旗

(南京林業(yè)大學江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室，江蘇 南京 210037)

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納米纖維制備過程中酶處理對分散性能的影響

卞輝洋, 李關蓮, 朱玉連, 唐亞男, 戴紅旗

(南京林業(yè)大學江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室，江蘇 南京 210037)

植物纖維原料中少量的纖維素、半纖維素及木質素之間存在著醚鍵、酯鍵和苯基糖苷鍵等化學鍵聯(lián)結，形成木質素碳水化合物復合體(LCCs)，而這種共價鍵聯(lián)接可能使微纖絲難以徹底解離成納米纖維，由此影響到納米纖維的分散及穩(wěn)定性能.試驗以漂白硫酸鹽云杉木漿為原料，經打漿、磨漿及高壓均質處理的常規(guī)制備納米纖維流程，在高壓均質前增加木聚糖酶/漆酶體系處理環(huán)節(jié)，研究探討其對納米纖維分散及穩(wěn)定性能的影響.結果表明，經木聚糖酶和漆酶處理后，紅外吸收光譜分析發(fā)現(xiàn)在811 cm-1處的半乳葡甘聚糖、896 cm-1處異頭碳(C1)伸縮振動、1056 cm-1處苯環(huán)伸展振動(木素)、1161 cm-1處C-O-C不對稱伸展振動、1460 cm-1處-CH2變形振動(木質素苯環(huán)間側鏈)等特征吸收峰強度均明顯減弱或消失，表明存在于微纖絲之間的半纖維素和木質素發(fā)生降解，LC鍵發(fā)生斷裂.同時，經過木聚糖酶和漆酶處理后，SEM顯示纖維結構變得疏松、表面裂紋及孔隙變大；經高壓均質處理后制得的納米纖維，其水相分散及穩(wěn)定性能得到明顯提高.

木聚糖酶; 漆酶; 木質素—碳水化合物; 納米纖維素纖維; 分散及穩(wěn)定性能

纖維素因其綠色天然、豐富可再生被認為是環(huán)境友好型可循環(huán)的理想材料[1]，通過化學、物理、生物或者幾者相結合的手段處理纖維可得到直徑<100 nm，長度在納米到微米范圍內的纖維素聚集體，稱之為納米纖維素(NCs)[2].其中，對纖維直接進行機械處理(磨漿，高壓均質或者微射流)得到的納米纖維素稱為納米微細化纖維(NFC).NFC因其納米尺寸、生物相容性、巨大比表面積和可再生等特點，因此在生物化學、柔性材料、增強材料、食品加工等領域有著廣泛應用前景[3,4].

制備NFC常用的機械處理方法包括盤磨、PFI磨和瓦利打漿方式，對纖維進行壓潰、切斷等作用以破除纖維細胞初生壁，裸露出微纖絲有序緊密結合的纖維次生壁，再進一步進行均質或微射流處理獲得納米纖維素纖維[5-7].Turbak et al[8]經過20次反復高壓均質化處理得到了直徑為25～100 nm的微纖.Saito et al[9]將2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)用于纖維素表面羧基化處理，并使用Waring粉碎機成功制備出直徑3～5 nm、長幾微米的纖維素微纖.但這些方法制備的納米纖維水溶液分散及穩(wěn)定性能較差，易產生懸浮絮聚，由此限制了納米纖維素纖維的廣泛應用.

1309 Long non-coding RNA-8439 up-regulates expression of pluripotency factor nanog in hepatoma carcinoma cells

纖維原料中半纖維素與纖維素之間僅存在氫鍵和范德華力而無化學鍵連接，而半纖維素與木質素之間除了次價結合力外，還存在化學連接.普遍研究認為，在紙漿纖維中的殘余木質素與親水性的多糖構成了木質素-碳水化合物復合體(lignin-carbohydrate complexes)[10-12]，主要有木素與糖醛酸基連接組成的復合體[13]、木素與4-O-甲基-葡萄糖醛酸連接以及木素與纖維素連接組成的復合體[14].Ko?íková et al[15]研究表明，木材和草類原料中木素與碳水化合物之間存在較牢固的化學鍵(簡稱LC鍵)，并指出木材纖維中LC鍵主要是木質素苯丙烷單元的α-C與碳水化合物羥基之間形成的酯鍵和醚鍵.Lawoko et al[16]對木素-碳水化合物復合體的網狀結構做了進一步的研究，從未漂硫酸鹽針葉木漿中取得具有代表性的LCCs.分析發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽漿中至少有90%的殘余木素與碳水化合物以化學鍵連接，其中LCCs結構約92%是木素與木聚糖、聚葡萄糖甘露糖間的連接，極少量的部分為木素與纖維素之間的連接.圖1所示LCCs的主要結構鍵型.

酶因其特定的反應活性和專一性在生物質原料預處理過程中廣泛使用[17].研究發(fā)現(xiàn)，利用高活性的生物酶可以在一定程度上活化和松弛纖維，改善表面結構[18].木聚糖酶能催化水解沉積在纖維表面的木聚糖，使之降解為低聚糖或單糖，LCCs中的木素大分子變?yōu)樾》肿硬⒏嗟乇┞冻鰜韀19