生物酶脱胶工艺在制备桑皮纤维中的应用
- 格式:pdf
- 大小:212.72 KB
- 文档页数:5
第32卷第1期2011年1月纺织学报Journal of Textile Research Vol.32,No.1Jan.,2011文章编号:0253-9721(2011)01-0055-05生物酶脱胶工艺在制备桑皮纤维中的应用金鹏辉,封勤华,蒋耀兴(苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215123)摘要用生物酶(KDN-T01F )对桑皮进行脱胶,分析脱胶过程中的各个影响因素,以残胶率作为衡量脱胶效果的指标。
采用单因子分析法找出脱胶过程中各因素的参数范围,在此基础上,通过正交试验制定生物酶脱胶的最佳工艺条件,即在温度为53ħ、生物脱胶酶溶液质量浓度为14g /L 、溶液的pH 值为9、脱胶时间为12h 和浴比为1ʒ30的条件下,桑皮的脱胶较为理想,残胶率由原来的68.04%降为30.36%。
生物酶脱胶后再辅以化学脱胶,试样的残胶率仅为3.88%。
研究结果表明生物酶化学联合脱胶法对桑皮纤维的提取效果较好。
关键词桑皮纤维;生物酶脱胶;化学脱胶;残胶率中图分类号:TS 102.2文献标志码:ABiological enzyme applied to extraction of mulberry fiberJIN Penghui ,FENG Qinhua ,JIANG Yaoxing(College of Textile and Clothing Engineering ,Soochow University ,Suzhou ,Jiangsu215123,China )Abstract Bio-degumming of mulberry fiber was performed with bioenzyme KDN-T01F ,and the factorsaffecting degumming were investigated ,using the amount of residual gum as the index of the result of degumming.Single-factor analysis was adopted to find out the parameters range during degumming ,and then orthogonal experiment was used to determine the optimal parameters for bio-degumming ,that is ,the temperature is 53ħ,the concentration of bioenzyme solution is 14g /L ,pH =9,liquor ratio is 1ʒ30and treating time is 12h.Under these conditions ,the amount of residual gum reduced from 68.04%to 30.36%.After bio-degumming followed by chemical degumming ,the amount of residual gum is as low as 3.88%.This indicates that bioenzyme-chemical degumming method is good for extraction of mulberry fiber.Key words mulberry fiber ;biological enzyme degumming ;chemical degumming ;amount of residual gum收稿日期:2009-12-02修回日期:2010-06-03作者简介:金鹏辉(1983—),男,硕士生。
主要研究方向为新型纤维和功能性纺织品。
蒋耀兴,通信作者,E-mail :jiangyaoxing@ 。
天然纤维具有来源广、价格廉、可再生、可降解等优点,在日益重视环保的今天,越来越受到国内外的关注[1-2]。
桑皮纤维作为天然原料,既有棉纤维的特性,又有麻纤维的许多优点。
由桑皮纤维制成的成品不仅具有桑蚕丝般的光泽和舒适度,还具有麻制品般的挺括、保暖和透气的特点,是极佳的天然纺织品[3],此外桑皮纤维的混纺效果也较好[4]。
制取桑皮纤维的关键是脱胶,脱胶方法不同会影响桑皮纤维的结构性能[5]。
最环保的方法是物理加工法,但此法效率低,效果欠佳。
目前国内普遍采用化学脱胶法[6],但此法对纤维造成一定程度的损伤,生产中消耗了大量的化学药品、能量和水,且工人劳动强度大,污染环境。
生物酶化学联合脱胶法是首先利用生物酶中所含的微生物对桑皮进行脱胶,破坏桑皮中胶质的大分子结构,从而破坏了胶质复合体的稳定性,使其大分子之间形成较大的空隙,提高了胶质大分子的化学性能,降低其耐酸碱性,然后辅以化学脱胶以进一步脱去桑皮中的胶质[7]。
该方法环保,低耗,对纤维损伤小,但目前尚未大规模的应用,处于推广阶段。
因为其影响因素十分复纺织学报第32卷杂,需要进一步深入研究[8]。
本文先用生物脱胶酶对桑皮纤维脱胶,讨论在不同工艺参数条件下生物脱胶酶对桑皮纤维的作用效果,再辅以化学处理,探讨提取桑皮纤维的优化脱胶工艺。
1试验1.1材料鲁桑:产自江苏省东台市。
对从枝条上剥取下来的桑皮进行预处理,处理工艺为:硫酸溶液质量浓度3g/L,时间2h,温度50ħ,浴比1ʒ20。
桑皮内各组分含量见表1。
表1桑皮内各组分含量Tab.1Component content of mulberry成分含量/%脂腊质 4.24水溶物20.51果胶 5.41半纤维素24.96木质素8.72灰分 4.20纤维素31.96生物脱胶酶KDN-T01F由上海康地恩生物科技有限公司提供。
1.2化学成分定量分析及残胶率测定参照GB/T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》进行成分定量分析。
2生物脱胶酶脱胶2.1单因子分析2.1.1脱胶酶质量浓度对脱胶效果的影响用不同质量浓度的生物脱胶酶(1、5、10、15、20、25g/L)对桑皮进行处理,处理条件为:浴比1ʒ30,pH=9,时间8h,温度50ħ。
测定处理后桑皮的残胶率,试验结果见表2。
表2不同质量浓度脱胶酶溶液条件下试样的残胶率Tab.2Ratio of residual gum of test specimen under different concentrations of enzyme solution 脱胶酶质量浓度/(g·L-1)残胶率/%141.80537.071035.081535.012034.762535.33试验结果表明:在脱胶酶溶液质量浓度从1g/L 增加到10g/L时,桑皮中残胶率显著降低,脱胶效果比较明显;当脱胶酶溶液质量浓度从10g/L增加到25g/L时,桑皮中的残胶率变化不大。
由于脱胶酶对纤维素的性能影响不大,考虑到后续的碱处理工艺,采用脱胶酶的质量浓度应在10 15g/L之间,本文选择脱胶酶的质量浓度为13g/L。
2.1.2脱胶时间对脱胶效果的影响改变桑皮脱胶时间(1、5、10、15、20h),脱胶工艺条件为:脱胶酶溶液质量浓度13g/L,浴比1ʒ30,pH=9,时间8h,温度50ħ。
经过脱胶后桑皮的残胶率见表3。
表3不同脱胶时间下试样的残胶率Tab.3Ratio of residual gum of test specimenunder different time时间/h残胶率/%147.62541.051033.121533.232032.94试验结果显示:在脱胶时间为1 10h时,桑皮的残胶率随脱胶酶作用时间的延长显著降低;进一步延长脱胶时间,试样的残胶率变化不明显,维持在33%左右,所以,在后续的正交试验设计中将选取8、10、12h进行比较。
2.1.3溶液pH值对脱胶效果的影响将桑皮放到不同pH值溶液中进行脱胶,脱胶酶溶液pH值分别选取7、8、9、10、11(pH值为11的缓冲溶液由磷酸氢二钠配制,其余由硼砂与氢氧化钠配制)。
脱胶条件为:脱胶酶溶液质量浓度13g/L,浴比1ʒ30,时间8h,温度50ħ。
经过脱胶后试样的残胶率见表4。
表4脱胶酶溶液pH值不同时试样的残胶率Tab.4Ratio of residual gum of test specimenunder different pH valuepH值残胶率/%745.37841.45933.391036.171130.49在pH值为7 9时,即脱胶酶使用条件范围内,桑皮的残胶率随溶液pH值的增大而明显降低,·65·第1期金鹏辉等:生物酶脱胶工艺在制备桑皮纤维中的应用对桑皮中胶质的降解活力比较强,酶促反应的速度达最大值。
当超出脱胶酶使用条件,即pH值大于9时,桑皮的残胶率反而先上升后再明显下降。
说明溶液pH值超过9时,脱胶酶的分解活力开始降低,对桑皮中胶质的去除能力变弱,这使得桑皮中残胶率出现反弹。
当pH值达到11时,残胶率明显降低。
这是因为桑皮经过强碱性溶液的长时间作用,其胶质溶解到碱性溶液中,故其出现明显的下降。
当把桑皮放在pH=11的无酶溶液中进行脱胶试验,其他脱胶条件相同,桑皮的残胶率为30.96%。
这表明桑皮残胶率较低主要是由于碱液的长时间作用对桑皮纤维造成了一定程度的破坏,而脱胶酶的脱胶效果不明显,因此排除pH值大于9的试验条件。
2.2正交试验设计由单因子试验得出脱胶工艺参数:脱胶酶溶液质量浓度选用10、12、14g/L;脱胶时间选用8、10、12h;温度选用50、53、55ħ;pH值为9;浴比为1ʒ30,具体见表5。
选用正交试验L9(34),结果见表6,残胶率方差分析见表7。
表5脱胶酶处理工艺各因子水平Tab.5Degumming process treatment eachparameters level table水平A酶质量浓度/(g·L-1)B时间/hC温度/ħ110850 2121053 3141255表6脱胶酶处理工艺正交表L9(34)及试验结果Tab.6Orthogonal L9(34)and results ofdegumming process treatment试验号A B C空白残胶率/% 1111133.51 2122232.98 3133332.36 4212330.62 5223132.81 6231231.27 7313231.20 8321330.16 9332130.87残胶率K1j98.85095.33094.94097.190K2j94.70095.95094.47095.450K3j92.23094.50096.37093.140k1j32.95031.77731.64732.397T1=285.78k2j31.56731.98331.49031.817k3j30.74331.50032.12331.047Rj2.2070.4830.633 1.350表7残胶率方差分析Tab.7Variance analysis on ratio of residual gum方差来源离差平方和S自由度f方差v F值F临界值显著性A7.4612 3.731 2.644B0.35320.1770.125C0.65320.3270.231 5.140误差8.4702 4.235总和16.9378通过正交试验发现:因素A的K1A>K2A>K3A;因素B的K2B>K1B>K3B;因素C的K3C>K1C>K2C。