目前，在天然纖維原料生物轉化研究中，全世界范圍內雖然已經取得很大進展，但尚未完全進入工業化生產，其中主要原因有兩個方面，一是纖維原料預處理的成本較高，二是纖維素酶酶解成本較高．這兩個問題都直接與纖維素原料的預處理有關．因此，當前纖維原料預處理的全新理念是組合采用物理、化學和生物的方法，實現纖維原料中纖維素、半纖維素和木質素的分離和單獨利用，提高纖維素酶類的酶解效率，達到天然纖維原料生物量全利用的目標．
我國竹類資源十分豐富，種類多、面積廣，全國竹林面積在720萬hm2，其中毛竹面積約300萬hm2，是我國最大的筍用林資源，也是一種重要的林業纖維原料[4]．本文以竹筍殼原纖維為對比，對酸處理竹筍殼纖維的酸性纖維素酶酶解工藝進行了優化．
1材料和方法
1．1原料
竹筍殼纖維：將新鮮春筍殼烘干、粉碎過80目即可，經測定竹筍殼纖維中總纖維含量達77．91%．
1．2酶來源
由綠色木霉(Trich0dermaviride)發酵制得酸性纖維素酶粗酶液，測得其酶活力為950FPU／mL．
1．3稀酸預處理
竹筍殼纖維稀酸預處理條件為：纖維顆粒度80目，稀硫酸濃度3，用量為纖維樣品的100倍(v／w)，溫度70℃，時間10h．竹筍殼纖維在此條件下經稀酸處理后，半纖維素糖化液總糖度及其水解率分別達到1.48mg木糖／mL和84．01%．酸處理竹筍殼纖維經烘干后測得其纖維素、木質素含量分別為58．62％和30．54．
1．4測定方法
纖維素的測定：GB2677．10--81．
木質素的測定：GB2677．8—81．
總糖度的測定：3，5一二硝基水楊酸法，以相當于葡萄糖的量來表示．
酸處理竹筍殼纖維素水解率的計算：
纖維素水解率=（還原糖含量×0.9×稀釋倍數）/（纖維素量×（1-含水量））×100％
2結果與分析
2．1纖維素酶酶解條件的單因素實驗
2．1．1pH值對
分別稱取竹筍殼原纖維和酸處理竹筍殼纖維2g，加纖維素酶液30mL，將pH依次調至3．5、4．0、4．5、5．0和5．5，在45℃水浴中酶解12h，結果見圖1．由圖1可看出，酸性纖維素酶的最適反應pH值為4．0，此時酸處理竹筍殼纖維和竹筍殼原纖維的酶水解率均達到最大，分別為23．12%和9．75%，但前者是后者的2．37倍．這說明竹筍殼纖維經稀酸處理分離出半纖維素后，竹筍殼纖維的天然結構受到了較大破壞，大大提高了其纖維素酶水解率．
2．1．2溫度對纖維素酶酶解的影響
分別稱取竹筍殼原纖維和酸處理竹筍殼纖維2g，加酶液30mL，調pH至4．0，依次在35℃、40℃、45℃、50℃和55℃水浴中恒溫酶解12h由圖2表明，酸處理竹筍殼纖維的最適酶解溫度為40℃，而竹筍殼原纖維的酶解最適溫度則為45℃，造成兩者酸性纖維素酶最適作用溫度不同的原因可能是由于竹筍殼原纖維的天然結構未遭破壞，酶解反應所需的活化能較之酸處理竹筍殼纖維的要高．
2．1．3酶用量對纖維素酶酶解的影響
分別稱取竹筍殼原纖維和酸處理竹筍殼纖維2g，加酶液15mL、20mL、25mL、30mL和35mL，調pH至4．5，酸處理竹筍殼纖維和竹筍殼原纖維的酶解溫度分別控制在40℃和45℃，所有樣品均酶解12h，結果見圖3．從圖3可知，酸處理竹筍殼纖維和竹筍殼原纖維的纖維素酶飽和用量也不同，分別為25mL和30mL．這可能是，一方面竹筍殼原纖維經稀酸處理后，其天然纖維結構受到較大程度的破壞，纖維素酶對纖維素鏈的進攻效率增加，另一方面原纖維具有較大的吸附能力，在其表面可以吸附部分纖維素酶分子，因而導致其酶的表觀飽和用量較之酸處理纖維的要高，而且酶解時間也會延長．
2．1．4酶解時間對纖維素酶酶解的影響
分別稱取竹筍殼原纖維和酸處理竹筍殼纖維2g，按2．1．1"-'2．1．3中確定的酶解工藝參數依次酶解4～15h
2．2正交實驗優化纖維素酶酶解工藝
通過酸處理竹筍纖維素糖化工藝的單因素試驗，確定了反應pH值(A)、反應溫度(B)和纖維素酶用量(C)、酶解時間(D)對纖維素糖化工藝的影響較大．因此，以纖維素酶水解液的總糖度為評價指標，選用(3)正交試驗設計表，按表l所設因素水平進行實驗，結果見表2．由表2中極差分析可知，各因素對酸處理竹筍纖維酶解工藝的影響程度由大到小依次為：反應pH值>纖維素酶用量>反應時間>反應溫度．因此，較優的酶解工藝條件(A1B1C3D1)為：pH為4．5，纖維素酶用量28mL(液固比為14：l，v／w)，溫度40℃，反應10h．在此條件下進行重復實驗，所得酶水解液的總糖度為2．39mg葡萄糖／mL，酸處理竹筍殼纖維酶解率達到29.03%。
3結論
(1)單因素試驗表明，以酸處理竹筍殼纖維為底物時，酶用量、酶解溫度、酶解pH值和酶解時間對綠色木霉酸性纖維素酶的酶解率均有較大影響，且其酶解率均高于竹筍殼原纖維的酶解率．
(2)正交試驗設計得到了酸處理竹筍殼纖維較優的酶解工藝條件(A1B1C3)為：pH為4．5，纖維素酶用量28mL(液固比為14：l，v／w)，溫度40℃，反應10h．在該條件下，酸處理竹筍殼纖維的酶解率達到29．03%．
(3)由于稀酸處理竹筍殼纖維僅除去了大部分結合在纖維素分子無定形區域上的半纖維素分子，而纏繞在纖維素分子結晶區域上的木質素分子未受影響，纖維素酶對這部分結構的攻擊效率仍然不高．因此，將利用天然高分子研究方面的技術成果進一步將酸處理竹筍殼纖維中木質分離出來，得到比較純凈的纖維素組分，以期提高其酶解率和經濟性，從而實現天然竹筍殼纖維生物量全利用的研究目標．
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