全 文 ：第 ws卷 第 w期
u s s w年 z 月
林 业 科 学
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酶活化处理条件及其对松木纤维
胶合性能的影响初探 3
朱家琪 史广兴
k中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 通过测定漆酶处理纤维压制纤维板的内结合强度 o观察到漆酶对云南思茅松木纤维的活化作用及漆酶
处理对木纤维自身胶合的贡献 ∀不同 ³‹值条件下漆酶处理木纤维的内结合强度显著高于水处理纤维压制的板材
强度 ∀失活后的酶液与水等效 o说明对实现木材自身胶合起作用的主要是漆酶本身 ∀初步探索了 ³‹ 值 !酶剂量 !
底物浓度 !活化处理时间等因素对胶合效果的影响 ∀采用试验得到的较好活化条件压制的板材内结合强度可达
t1s °¤以上 ∀
关键词 } 漆酶 o活化 o木质素 o木纤维 o自身胶合
中图分类号 }≥z{t1yx 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsw p stxv p sw
收稿日期 }ussv p sz p uw ∀
基金项目 }科技部基础研究重大项目前期研究专项kust≤≤„ssussl ∀
3 郭文莉先生协助进行漆酶活性测定 o谨此致谢 ∀
Στυδψ οφ ΩοοδpΑχτιϖατιον ωιτη Λαχχασε ανδ τηε Εφφεχτ ον τηε Αυτο Αδηεσιον οφ Πινυσ Φιβερσ
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k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ ΙνδυστρψoΧΑΦ Βειϕινγtsss|tl
Αβστραχτ } ׫¨ ¬±·¨µ±¤¯ ¥²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«kŒ…l ²©¥²¤µ§ °¤§¨ ²© ¤¯¦¦¤¶¨2µ¨¤¦·¨§©¬¥¨µ¶k Πινυσ κεσιψα √¤µq λανγβιανενσισl o
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«¬ª«¨µ·«¤± t1s °¤q
Κεψ ωορδσ} ¤¦¦¤¶¨ o„¦·¬√¤·¬²±o¬ª±¬±o • ²²§©¬¥¨µ¶o„∏·²¤§«¨¶¬²±
用真菌漆酶处理木纤维 z ∗ tu §o有可能赋予纤维细胞壁自身胶合力 ~用白腐菌或褐腐菌处理木片 o只需
较低能量就能将其磨成纤维 o不用另加胶粘剂就能使纤维胶合k‹∏·¨µ°¤±± ετ αλqousst o≤¯ ¤∏¶ ετ αλqot||{l ∀
≤¯ ¤∏¶等kt||z¤l证实了上述结果并将欧洲山毛榉k Φαγυσλονγιπετιολαταl纤维处理时间缩短到 t «∀时间的缩短
一方面排除了长时间处理可能引起的杂菌对处理效果的影响 o进一步证实漆酶本身对木纤维活化所起的作
用 o另一方面对促进这项技术的工业化进程具有积极作用 ∀本文通过初步试验观察到漆酶对云南思茅松
k Πινυσ κεσιψα √¤µqλανγβιανενσισl木纤维的活化作用及漆酶处理对木纤维自身胶合的贡献 ∀
t 材料与方法
111 材料
试材云南思茅松纤维 o由云南景谷林业股份有限公林板部提供 ~漆酶培养液由中国科学院微生物研究所
实验室提供 ∀
112 方法
t1u1t 酶活测定 t酶活单位 ˜指在一定条件下反应体系中 t °¬±催化 t Λ°²¯ 的 „…×≥氧所需要的酶量 ∀
所用仪器为 ≥«¬°¤§¶∏˜∂ p uxst °≤紫外可见分光光度计 o测定波长 wus ±°∀本文中液体漆酶活性用 ˜#°pt
表示 ∀
t1u1u 酶处理 将纤维与水 !酶液按规定比例在容器中混合均匀 o调节至要求的 ³‹值 o通入氧气 o反应规定
时间 o取出沥干 ∀除特别注明 o酶处理条件为 }漆酶剂量 k ¤¯¦¦¤¶¨ §²¶¤ª¨ l }tx ˜#ªpt纤维 o底物浓度
k¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©¶∏¥¶·µ¤·¨l }x h ~处理时间k¤¦·¬√¤·¬²±·¬°¨ l }u «~活化温度k¤¦·¬√¤·¬²±·¨°³¨µ¤·∏µ¨l }kuy ? wl ε ∀
t1u1v 对照样纤维处理 除不加漆酶外 o其它条件和工艺与相应的酶处理相同 ∀
t1u1w 失活酶处理 按照相应的酶处理所要求的漆酶剂量及水量配制处理液 o将处理液煮沸 us °¬±o使酶
失活 ∀经酶活测定证实酶失活后 o采用与相应的酶反应相同的工艺处理纤维 ∀
t1u1x 板坯成型 将处理后的纤维浆倒入成型框 o水分滤出 o同时借助液体的作用在晃动下使板坯平整 ∀
沥干后的纤维板坯先冷压挤水 o然后热压 ∀板的组坯采用单层板坯热压和双层板坯热压两种方式 ∀实验室
试验中 o发现单层板坯存在纤维缠结及手工铺装不均匀等问题 o对板的内结合强度测定结果有一定的影响 ∀
后来采用双层板坯重叠热压的方法 o使两块板坯之间造成一个明显的宏观界面 o观察界面的结合力 o从而减
少纤维之间的缠结和铺装不均匀造成的不良影响 o在图中注明k双 o§²∏¥¯ l¨ ∀
t1u1y 热压 单层板坯采用 w °°厚度规 o双层板坯采用 | °°厚度规 o采用热上冷下工艺 ∀除特别注明 o热
压温度为 tws ε ∀
t1u1z 板材内结合强度k或板坯间结合力l测定 按 Š…Π× tzyxz p t|||/人造板及饰面人造板理化性能试验
方法0 w1{条进行 ∀对于双层板坯压制的板材 o按同样方法测定 o所测得的强度值实际上是两板坯间的结合
强度 ∀
u 结果与讨论
以压成板材的内结合强度k或板坯间结合力l为主要评价方法 o分析酶活化思茅松木纤维效果及漆酶对
木材自身胶合的贡献 ∀
211 漆酶提高松木纤维自身胶合作用的效果
u1t1t 漆酶处理纤维压制板材的内结合强度 漆酶提高松木纤维自身胶合作用的效果见图 t ∀图 t显示在
试验范围内的各个不同 ³‹值条件下 o经漆酶液处理后的纤维与对照k无酶l处理的纤维得到的纤维板相比 o
内结合强度均有显著提高 ∀这一试验结果证明通过漆酶处理确实可以实现木纤维的自身胶合 ∀
图 t 漆酶处理松木纤维压制的板材与对照板强度
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图 u 失活前后酶处理效果对比k双l
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„ }未失活酶液 ¤¦¦¤¶¨ ~
…}失活酶液 Œ±¤¦·¬√¤·¨§ ¤¯¦¦¤¶¨ ~≤ }水 • ¤·¨µq
u1t1u 失活酶液处理纤维制成板材的板坯间结合强度 在所得到的漆酶培养液中存在糖类和其它一些营
养物质及蛋白质 o考虑到这些成分可能也会对胶合产生影响 o将漆酶培养液煮沸 us °¬±o使漆酶失活 ∀采用
相同的纤维处理和压板工艺 o观察培养液中其它成分对处理纤维压制板坯间结合强度的影响 ∀
图 u中 o失活酶处理的板与水处理的对照板坯间结合强度几乎在同一水平 o而未失活的酶处理得到的纤
维板坯间结合强度显著高 o说明纤维胶合力的提高主要是漆酶本身的作用 ∀
wxt 林 业 科 学 ws卷
图 t !u的结果与 ≤¯ ¤∏¶等kt||z¤l的试验结果基本一致 o酶处理纤维板材强度的提高说明了漆酶对纤维
表面的活化作用使得木材自身胶合能力提高 ∀ ≤¯ ¤∏¶等kt||{l对这一作用的解释是 }漆酶是一种多酚氧化
酶 o它使木材自身胶合的原理是由于漆酶催化木材中木素酚羟基的单电子氧化反应 o形成酚氧游离基 o同时
将 ’u 还原生成水 ∀反应如下 }
w °«¨ ) ’‹ n ’u
酶 w °«¨ ) ’# n u ‹u ’
≤¯ ¤∏¶等kt||z¥l用电子自旋共振谱证实了漆酶处理木材后游离基的形成 ∀在上述反应中 o漆酶所起的
是电子传递作用 o漆酶结构的中心铜离子 ≤∏un是电子接受体 o≤∏un得到电子后 o再将电子传递给氧而恢复原
来的状态 }
u≤∏un n u°«¨ ) ’‹ u≤∏n n u‹ n n u°«¨ ) ’#
u≤∏n n tΠu’u n u‹ n u≤∏un n ‹u ’
所生成的中间体游离基发生耦合 o迅速产生高分子量 !无定型的脱氢聚合物 ∀
212 酶处理工艺对板材胶合的影响
漆酶与木素的作用有两种可能的结果 ∀一是使木素最大程度地降解 o这一方面可能的应用前景主要是
纸浆漂白 o造纸废液处理k‹∏·¨µ°¤±± ετ αλqousst o ≤¯ ¤∏¶ ετ αλqot||{l ~另一种是木素的酚羟基被氧化成酚氧
游离基后生成聚合物 o可能应用前景是实现木材自身胶合及开发木素 p不饱和单体共聚的化学 p酶引发体
系k‹∏·¨µ°¤±± ετ αλqousst ol ∀本文考察了漆酶处理松木纤维工艺条件的主要因素 o从而获得酶促反应条件
对木材胶合强度影响的有关信息 ∀
图 v 酶处理时间对板材强度的影响
ƒ¬ªqv ∞©©¨¦·²©¤¦·¬√¤·¬²±·¬°¨ ²± Œ…
u1u1t 酶处理时间与纤维板内结合强度的关系 图 v中 o在相同热压
温度下ktws ε l o处理时间不同的情况下 o内结合强度为 }t « v « u
«~当热压温度不同时ktws ε 和 txx ε l o处理时间为 t «和 u «的结果显
示 o处理时间相同 o热压温度不同时 o热压温度高的纤维板内结合强度
高 ∀
u1u1u 酶剂量和处理液 ³‹ 值与纤维板界面间结合强度的关系 采用
双层板坯层叠压制板材 o观察酶剂量 !处理液 ³‹值对两板坯间结合力的
影响 ∀测定结果见图 w !x ∀
从图 w可见 o酶剂量低于 | ˜#ªpt纤维时 o对纤维自身胶合的作用效
果不明显 ~酶剂量达 tu ˜#ªpt纤维时 o对纤维板坯间结合强度提高有显
著作用 o但是 o超过 tu ˜#ªpt纤维以上 o结合强度似乎不再进一步提高 ∀原因可能是纤维中木素含量或酶可
作用的木素量有一定的限度 ∀图 x显示 o处理液 ³‹值为 v1s ∗ w1s时 o板坯间结合力较强 o而 ³‹值为 x1s ∗
y1s时 o结合力显著下降 o说明 ³‹值对板的强度有较大的影响 ∀
图 w 酶剂量对板材强度的影响k双l
ƒ¬ªqw ∞©©¨¦·²© ¤¯¦¦¤¶¨ §²¶¤ª¨ ²± Œ…k§²∏¥¯¨ °¤·¶l
图 x 处理液 ³‹值对纤维胶合力的影响k双l
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xxt 第 w期 朱家琪等 }酶活化处理条件及其对松木纤维胶合性能的影响初探
213 热压工艺对酶处理纤维胶合力的影响
图 y显示热压温度对板材强度的影响 ∀结果表明 }热压温度高 o内结合强度高 o估计与木素在较高温度
下 o塑化程度高 o有利于纤维间的接触有关 o另外高温可能有利于木素的暴露和游离基耦合 ∀这一设想尚有
待于进一步探究 ∀
214 板的密度对内结合强度的影响
图 z的测定结果除了反映密度越大 o强度越高这一普遍规律外 o还说明酶活化的纤维制板时 o密度越大 o
纤维间的距离越小 o更有利于活化后各组分间发生反应并实现胶合 ∀
图 y 热压温度对酶处理板材强度影响
ƒ¬ªqy ∞©©¨¦·²©³µ¨¶¶¬±ª·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ²± Œ…
图 z 板密度对强度的影响k双l
ƒ¬ªqz ∞©©¨¦·²©·«¨ §¨±¶¬·¼ ²©©¬¥¨µ¥²¤µ§²± Œ…k§²∏¥¯¨ °¤·¶l
v 结论
用漆酶处理思茅松纤维并压制纤维板 o板的内结合强度k或板坯间结合强度l测定结果证明用漆酶处理
后的纤维压成的板材内结合强度可达 t1s °¤以上 o显著高于水处理纤维压制的板材强度 ∀失活后的酶液
与水等效 o说明酶液中的其它营养成分及助剂对实现木材自身胶合的贡献可以忽略 o对实现木材自身胶合起
作用的主要是漆酶本身 ∀
根据实验室试验结果 o认为在本试验条件下 o较好的处理工艺和压板工艺参数为 }酶剂量 }tu ∗ tx ˜#ªpt
纤维 ~底物浓度 }x h ~³‹值 }v1s ∗ w1s ~酶促反应温度 }kuy ? wl ε ~酶处理时间 }u «~热压温度 }tws ε 以上 ∀
采用上述酶处理和压板工艺参数 o压制了 vss °° ≅ vss °° ≅ { °°纤维板 o得到板的密度为 t1txz x ª#¦°pv o
内结合强度测定结果为 t1xvy °¤∀
参 考 文 献
≤ ¤¯∏¶ƒ¨¯¥¼ o¤µ¶≥ ° o‘¬¨ ¶¯¨± … • q∞±«¤±¦¨§¤∏·²¤§«¨¶¬²± ²© º²²§©¬¥¨µ¶∏¶¬±ª³«¨ ±²¯ ²¬¬§¤¶¨¶q ‹²¯½©²µ¶¦«∏±ªot||z¤oxtkvl }u{t p u{y
≤ ¤¯∏¶ƒ¨¯¥¼ o‘¬¨ ¶¯¨± … • q ’¯ ¶¨¨± ° ’ ετ αλqŒ§¨±·¬©¬¦¤·¬²± ¤±§ ∏´¤±·¬©¬¦¤·¬²± ²©µ¤§¬¦¤¯ µ¨¤¦·¬²±¬±·¨µ°¨ §¬¤·¨¶¥¼ ¨¯ ¦¨·µ²±¶³¬±µ¨¶²±¤±¦¨ ¶³¨¦·µ²°¨ ·µ¼ ²© ¤¯¦¦¤¶¨2
¦¤·¤¯¼½¨ §²¬¬§¤·¬²± ²© º²²§©¬¥¨µ¶©µ²° ¥¨ ¦¨«q „³³¯¬¦¤·¬²± ¬¦µ²¥¬²¯ …¬²·¨¦«±²¯ ot||z¥ow{ }wx| p wyw
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