全 文 ：复合生物酶处理对苘麻木质素去除的影响
李　军1 ,董政娥2 ,管映亭3
(1.上海工程技术大学材料工程学院 , 上海　201600;2.香港理工大学纺织及制衣学系 ,香港;
3.西安工程科技学院纺织与材料学院 , 陕西西安　710048)
　　摘　要:以脱胶煮炼酶 CKD★R为代表的复合生物酶开始被广泛用于苎麻脱胶中 ,亚麻 、黄麻等木质素含量相
对高的麻纤维能否采用 CKD★R进行脱胶 ,木质素去除效果是关键。针对这一问题 , 文章探讨了脱胶煮炼酶 CKD★R
在处理木质素含量相对高的苘麻纤维时木质素的去除情况。实验结果表明 , CKD★R酶对苘麻木质素有一定去除
作用 ,去除率为 11.60%;实验还获得了 CKD★R酶处理苘麻的最佳工艺 , 影响木质素去除的主次要排列次序依次
为:处理温度 、CKD★R酶浓度 、处理时间;CKD★R酶处理过程中 ,木质素的去除率受温度 、时间 、酶用量 3 个因素的协
同作用。
关键词:木质素;苘麻;脱胶;复合生物酶
中图分类号:TS124.39　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1003-1456(2006)11-0022-03
收稿日期:2006-02-26
作者简介:李军(1977-), 男 , 博士 , 上海工程技术大学
材料工程学院 ,主要从事材料性能及其改性的研究。
　　木质素是一种芳香族高分子化合物 ,大部分
韧皮植物的纤维素中都含有木质素 ,在麻纺行业
中 ,麻纤维中木质素含量的多少是评定麻纤维品
质的重要因素 ,麻纤维中木质素含量的多少直接
影响纤维的品质[ 1] 。由于木质素难以降解和去
除 ,麻纤维脱胶中去除木质素通常采用高温磺化
法和低温氯化法 ,分别生成磺化木质素和氯化木
质素 ,最终达到去除木质素的目的 。但是 ,无论哪
种方法 ,对木质素的去除率都达不到60%[ 2] ,而且
能量消耗高 、污染严重[ 3] 。一些木质素含量相对
高的麻纤维 ,如黄麻由于含有较多的木质素 ,纤维
粗而硬 ,用途受到局限 。为在更多领域扮演新的
角色 ,木质素一直是该领域进行加工工艺研究的
动因[ 4] 。木质素本身不能被大多数微生物所分
解 ,在已知能降解木质素的微生物中 ,研究最多的
是白腐菌[ 5] 。白腐菌能够有效地和有选择地降解
植物纤维原料中的木质素[ 3] ,但在降解木质素的
过程中 ,分泌的纤维素酶会损伤麻纤维 ,另一方面
目前已发现的菌种中 ,具有降解选择性 、降解速度
快的还很少[ 3] 。从而 ,以脱胶煮炼酶为主的复合
生物酶被广泛应用于苎麻脱胶。
基于这几方面的原因 ,本文探讨了复合生物
酶———脱胶煮炼酶 CKD★R在分解其它胶质及对木
质素的影响。
1　处理原理
利用生物酶(主要是果胶酶和半纤维素酶)的
作用可分解原麻中的大部分胶质 ,酶处理可以增
加横向膨化 ,使纤维细孔容积增加 ,扩大木质素表
面积 ,有利于漂白过程中氧化剂和胶质接触而不
损伤纤维[ 6] ,从而实现木质素的去除 。
2　实验材料及主要仪器
2.1　实验材料
苘麻:陕西关中地区野生 , 化学成份如表 1
所示 。
表 1　苘麻韧皮的化学成份分析 (%)
项目 脂蜡质
水溶物
果胶
物质
半纤
维素
木质素 灰分
纤维
素
含胶率
含量 0.85 5.22 8.76 16.85 16.40 3.64 51.92 29.60
主要实验试剂:脱胶煮炼酶 CKD★R(上海永光
化工贸易有限公司);硫酸 、醋酸 、结晶乙酸纳 、无
水乙醇 、苯 、乙酸铵 、草酸铵 、氯化钡均为市售。
—22— 　　　　　　 2006 年第 11 期
2.2　主要仪器
HH·S11 -4 电热恒温水浴锅(温度范围
37 ～ 100 ℃,温波 1 ℃);25 型酸度计;SX-4-9
马福炉(测试范围1 000 ℃);EX-200A光电天平;
Y802A型八篮恒温烘箱(适用范围 50 ～ 150 ℃);
光学读数分析天平(适用范围 200 g , 精度
0.1 mg);其它仪器:开启式电炉(600 W)、冷凝管 、
烧杯 、三角烧瓶 、打纤棒 、温度 计 、分 样筛
(120目)、铝盒 、量筒 、容量瓶 、不锈钢锅 、精密扭
力天平 、抽滤瓶 、玻璃砂芯滤器:No3-3 、白瓷坩
埚 、玻璃干燥器 、脂肪提取器 、球型冷凝管等。
3　实验过程
3.1　工艺流程
原麻※水浸※脱胶煮炼酶 CKD★R※打纤※漂
白※风干 。
3.2　优化试验
本次试验主要选择了复合酶 CKD★R对苘麻进
行处理 ,为了探讨酶处理过程中各因素对木质素
去除的影响 ,并得到最优化工艺 ,本文采用正交设
计(L9(34))的方法进行优化试验 ,其中因素及水
平选择见表 2 ,采用直观分析表对本次试验结果
进行分析 ,结果如表 3所示 。
表 2　正交试验因素及水平选择
因子 1 2 3
CKD★R酶(A)(%,owf) 0.6 1 2
温度(B) ℃ 30 45 55
时间(C) h 4 6 8
　　注:用冰醋酸 、NaOH调节 pH 值至 4.6。
3.3　试验结果分析讨论
①从表3可以看出 ,影响苘麻韧皮纤维木质
素去除的主次要排列次序依次为:B 、A 、C ,即在
CKD
★R酶处理苘麻纤维过程中 ,处理时温度的控制
最重要 ,其次 ,是 CKD★R酶的浓度 ,而处理时间对
木质素去除效果的影响是最小的;
②从表 3可以得到 CKD★R酶处理的最佳方案
为 A1 B3C3 ,即方案中的 3#试验为 CKD★R酶处理
的最佳方案;
③CKD★R酶处理过程中木质素含量随因素的
水平变化情况如图 1 ～图 3所示。温度在45 ℃以
前木质素含量变化平缓 ,甚至稍有升高 ,继续升温
木质素含量迅速下降 ,时间越长对木质素去除反
而不利 ,但 CKD★R酶用量增大到一定程度木质素
含量反而又降下来 。
表 3　正交试验结果直观分析表
试验号 A B C 木质素含量(%)
1 1 1 1 12.59
2 1 2 2 13.21
3 1 3 3 11.60
4 2 1 2 14.05
5 2 2 3 12.43
6 2 3 1 12.72
7 3 1 3 14.28
8 3 2 1 13.09
9 3 3 2 13.09
K 1 37.40 40.92 38.40
K 2 39.20 38.73 40.35
K 3 40.46 37.41 38.31
k1 12.46 13.64 12.80
k2 13.06 12.91 13.45
k3 13.48 12.47 12.77
极差 1.02 1.17 0.68
优化方案 A1 B3 C3
图 1　木质素含量随
温度的变化规律
　
图 2　木质素含量随
时间的变化规律
　
图 3　木质素含量随 CKD★R酶
用量的变化规律
　
4　结论
综合以上的分析讨论 ,可以得到如下结论:
①复合生物酶 ———脱胶煮炼酶 CKD★R对苘麻
木质素有一定作用 ,去除率为 11.60%。处理的最
—23—2006年第 11 期 　　　　　　
佳优化方案为 , CKD★R酶 0.6%(owf),温度 55 ℃,
时间 8 h ,pH 值 4.5 ,浴比 1∶20。这可能是因为这
种复合生物酶中含有可以分解木质素的成份 ,另
一种可能是因为复合生物酶在分解对应半生物如
果胶物质 、蜡质 、半纤维素的同时切断了木质素与
其它胶质之间的化学键 ,从而达到去除木质素的
目的;还有一种可能是由于复合生物酶的分解作
用为后续双氧水作用木质素提供了通道;
②在 CKD★R酶处理苘麻纤维过程中 ,影响木
质素去除的主次要排列次序依次为:处理温度 、
CKD
★R酶浓度 、处理时间;
③CKD★R酶处理过程中 ,木质素的去除率受温
度 、时间 、酶用量 3个因素的协同作用 。温度在
45 ℃以前木质素含量变化平缓 ,甚至稍有升高 ,
继续升温木质素含量迅速下降 ,时间越长对木质
素去除反而不利 ,但 CKD★R酶用量增大到一定程
度木质素含量反而下降 。
参考文献:
[ 1] 　郑庆康.木质素的生物降解[ J] .四川纺织科技 , 1998 , (1):
38-39.
[ 2 ] 　高洁,汤烈贵.纤维素科学[M] .北京:科学出版社 ,1996.
[ 3] 　邵松生.黄麻化学处理的研究动态[ J] .麻纺织技术 , 1999 ,
(4):23-26.
Effect of the compound enzymes on delignification
during cheating abutilon fiber
LI Jun
1 ,DONG Zheng-e2 ,GUAN Ying-ting3
(1.School of Materials Engineering , Shanghai University of Engineering Science , Shanghai 201600 , China;
2.Institute of Texti le and Clothing , The Hong Kong Polytechnic University , Hung Hom , Kowloon, Hong Kong , China;
3.School of Texti le &Materials , Xian Institute of S cience &Technology , Xian 710048 , China)
Abstract:The degumming and scouring enzymes named as CKD★R , a kind of compound enzymes , was used in ramie degumming.In this paper , the
delignification effect was studied during cheating abutilon fibers in use of CKD★R.The result showed that the delignification of CKD★R enzyme on abutilon fibers
was effective although the rate of delignifi cation was only 11.60% in the experiment.Optimization process in use of CKD★R enzyme and the ef fect of parameters
on delignification were obtained , the treating temperature was the most important , the second important effect was CKD★Renzyme concentration and the last one
was treat ing time.During treatment of CKD★R enzyme , the rate of delignification was the result of total effection on temperature , time and concent ration.
Key words:lignin;abuti lon;degumming;compound enzymes
文摘编写规则
　　文摘是以提供文章内容梗概为目的 ,不加评论和补充解释 , 简明 、确切地记述文章重要内容的短文。其基本要素包括
研究的目的 、方法 、结果和结论。摘要应具有独立性和自明性 ,并拥有与文献同等量的主要信息 ,即不阅读全文 , 就能获得必
要的信息。
文摘有报道性文摘 、指示性文摘 , 介乎其间的报道 指示性文摘。一般的科技论文都应尽量写成报道性文摘 , 而对综述
性 、资料性或评论性的文章可写成指示性或报道 指示性文摘。通常中文摘要一般为 200 字左右 , 外文摘要在 250 个实词左
右 ,如遇特殊需要字数可以略多。
报道性摘要是指明一次文献的主题范围及内容梗概的简明摘要 ,相当于简介。报道性摘要一般用来反映科技论文的
目的 、方法及主要结果与结论 , 在有限的字数内向读者提供尽可能多的定性或定量的信息 , 充分反映该研究的创新之处。
指示性摘要是指明一次文献的论题及取得的成果的性质和水平的摘要 , 其目的是使读者对该研究的主要内容(即作者
做了什么工作)有一个轮廓性的了解。
文摘的要素
目的:研究 、研制 、调查等的前提 、目的和任务 ,所涉及的主题范围。
方法:所用的原理 、理论 、条件 、对象 、材料 、工艺 、结构 、手段 、装备 、程序等。
结果:实验的 、研究的结果 ,数据 , 被确定的关系 ,观察结果 , 得到的效果 , 性能等。
结论:结果的分析 、研究 、比较 、评价 、应用 , 提出的问题 ,今后的课题 , 假设 ,启发 ,建议 ,预测等。
其它:不属于研究 、研制 、调查的主要目的 , 但就其见识和情报价值而言也是重要的信息。
—24— 　　　　　　 2006 年第 11 期