纤维素水解
纤维素水解范文第1篇
关键词：小麦秸秆；糖化发酵；NaOH预处理
中图分类号：TQ353 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4355-04
第二代生物质乙醇是利用不同的原料如木材、农业或者森林废弃物来生产，纤维素乙醇作为一种重要的可再生能源，具有能够支撑全球能源消耗20%～100%的潜力。在纤维素乙醇的生产过程中非常重要的一步就是将半纤维素和纤维素水解为单糖，目前最具发展前景的水解方法为纤维素酶水解。为了使纤维素酶能够与纤维素有效接触，需要在水解之前对木质纤维素材料进行预处理，解除木质素、半纤维素等对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素的结晶结构，增加其比表面积[1]，从而提高纤维素的水解糖化效率。
NaOH溶液的润涨处理是发现最早、应用最广的预处理手段之一，其处理温度和压力都低于其他预处理手段[2]。NaOH预处理打开了交联木质素和木聚糖的酯键，能够部分溶解原料中的木质素、半纤维素，降低纤维素的结晶度，同时增大了木质素材料的比表面积，能够得到较高的酶解糖化率，是一种较为有效的预处理方法[3]。
本试验使用NaOH溶液对小麦秸秆进行预处理，分别研究了NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间等因素对小麦秸秆纤维素酶水解过程的影响，得到了最佳的NaOH预处理条件，之后对经最佳条件预处理后的小麦秸秆进行了同步糖化发酵试验，并在电子显微镜下观察了预处理前后的秸秆结构变化，进一步明确了NaOH预处理的效果。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料 小麦秸秆取自太湖农村，机器收割，不含秸秆根部和麦穗。
1.1.2 酶制剂 纤维素酶购自Sigma公司，为淡黄色液体纤维素酶。
1.1.3 酵母菌 试验所用酵母为酿酒酵母BY4742， 于4 ℃下保存。
1.2 方法
1.2.1 小麦秸秆预处理 小麦秸秆粉碎后过80目筛，烘箱中55 ℃干燥，设置不同质量分数的NaOH、小麦秸秆固体含量及预处理时间，在121 ℃、0.2 MPa的条件下在高压灭菌锅中进行预处理。预处理结束后冷却至室温，加入适量的稀盐酸调节pH至中性，之后使用高速离心机进行离心并清洗3～5次。预处理后的小麦秸秆于105 ℃烘干，保存于干燥皿中备用。
1.2.2 纤维素酶水解 分别取未经预处理以及经NaOH预处理的秸秆各4.0 g，定容至100 mL，根据本课题组前期研究结果[4]，选取纤维素酶投加量为30 FPU/g秸秆，温度40 ℃，柠檬酸盐调节pH为4.8，共水解120 h，每隔24 h取样1次，离心后取上清液进行HPLC分析。
1.2.3 同步糖化发酵 根据本课题组关于同步糖化发酵条件的研究，分别取未经预处理以及最优条件下NaOH预处理后的秸秆各1.6 g，确定固体含量为0.16 g/mL，纤维素酶投加量为35 FPU/g秸秆，酵母菌浓度8 g/L，柠檬酸盐调节pH为4.0，温度设置为38 ℃，同步糖化发酵120 h，每隔24 h取样分析。
1.3 分析方法
1.3.1 小麦秸秆成分分析 小麦秸秆纤维素、半纤维素和木质素含量的测定采用NREL实验室提供的方法[5]。
1.3.2 还原糖及乙醇含量测定 样品中纤维二糖、葡萄糖、木糖、乙醇浓度采用Shimadzu高效液相色谱分析仪检测，检测器为示差折光检测器，色谱柱为Aminex HPX-87P Column。检测条件：柱温65 ℃，检测器温度60 ℃，流动相为超纯水，流速0.8 mL/min，进样量20 μL。
1.3.3 小麦秸秆结构分析 采用电镜扫描观察。样品在室温风干之后平铺于导电胶上，进行离子溅射金处理45 s，用JSM-7401F场发射扫描电子显微镜观察。
1.3.4 计算公式 纤维素水解产生葡萄糖的化学方程式如方程式（1）所示，理论上，100 g纤维素水解可产生111.1 g葡萄糖。葡萄糖发酵产乙醇的化学方程式如方程式（2）所示，理论上，100 g葡萄糖发酵可产生51.1 g乙醇和48.9 g CO2。由此可知，100 g纤维素理论上可产生56.8 g乙醇。
2 结果与分析
2.1 不同NaOH预处理条件对小麦秸秆酶解效果的影响
2.1.1 NaOH对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验首先考察了不同质量分数的NaOH预处理条件下，纤维素酶水解小麦秸秆的效果。分别以0.25%、0.50%、1.00%、2.00%和4.00%的NaOH溶液预处理已粉碎干燥的小麦秸秆，之后进行120 h的水解试验，并每隔24 h取样进行还原糖含量分析。经不同NaOH溶液预处理后小麦秸秆水解产物中还原糖情况如图1所示。预处理过的小麦秸秆经过酶解后，主要产生了纤维二糖、葡萄糖、木糖3种还原糖，由图1可以看出，随预处理NaOH质量分数的增加，酶解液的还原糖含量逐渐升高，其产量均在NaOH质量分数为1.00%时达到最高，其中葡萄糖含量在酶水解48 h时达到最高，为14.13 g/L。之后NaOH质量分数继续增大时，还原糖产量开始下降，可能因为在预处理过程中NaOH溶解半纤维素和木质素的同时也水解了部分纤维素，还原糖进入了液相，在进行固液分离时损失[6-8]。
2.1.2 固体含量对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时的小麦秸秆固体含量分别为0.025、0.050、0.100、0.150和0.200 g/mL，采用在“2.1.1”方法中确定的NaOH预处理最佳质量分数1.00%对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h的酶解试验，每24 h取样测定其还原糖含量。不同固体含量下NaOH预处理产物中还原糖含量如图2所示。由图2可见，预处理过程中在小麦秸秆固体含量提高到0.050 g/mL时，酶解液中的3种还原糖含量均达到最高。其中葡萄糖在纤维素酶水解48 h时其浓度达到最大值14.13 g/L。之后固体含量继续增大时，其还原糖产量下降。分析其原因可能是预处理过程中固体含量对预处理强度产生影响，固体含量过高时，因NaOH溶液的量相对减少，难以与秸秆充分接触，从而影响了预处理效果[9，10]。
2.1.3 预处理时间对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时间分别为15、30、50、60和90 min，采用“2.1.1”方法得到的预处理最佳NaOH质量分数1.00%和“2.1.2”方法得到的最佳固体含量0.050 g/mL对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h酶解，每隔24 h取样测定其还原糖产量。不同预处理时间下3种还原糖的产量如图3所示。
由图3可见，随着预处理时间的增加，小麦秸秆酶解液3种还原糖含量在60 min时达到最大。其中葡萄糖浓度在酶水解24 h后达到最大值15.30 g/L。预处理50 min以上时，NaOH溶液对木质素和半纤维素的溶解基本完成，纤维素充分暴露出来，预处理时间增加到60、90 min时，酶解产生还原糖的浓度变化不大，考虑到增加预处理时间会显著增加能耗，故将60 min确定为最佳预处理时间。
2.2 NaOH预处理对小麦秸秆酶解效果的影响
通过上述试验可以得到NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。将经过预处理的小麦秸秆残渣酶解120 h，其反应进程见图4。
由图4可知，在最佳预处理条件下，酶解24 h时，酶解液总还原糖产量达到最大，为34.65 g/L，其产率为86.61%。而未经预处理的小麦秸秆在酶解刚开始时总还原糖产量便开始下降，最高仅为4.80 g/L，其产率仅为12.01%。最佳预处理条件下的总还原糖产率也明显高于常规的稀碱预处理的总还原糖产率[3]。这是因为NaOH预处理对半纤维素和木质素均有较好的去除效果，解除了木质素和半纤维素对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素大分子之间的结晶结构，增大了小麦秸秆的比表面积，改善了底物与纤维素酶的接触效果，同时也有效减少了木质素对纤维素酶的特异性吸附，使纤维素酶可以充分作用于底物，有效提高了小麦秸秆的酶解效果[11，12]。
2.3 小麦秸秆成分分析
使用NREL实验室的方法分别测定未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最优条件预处理过的小麦秸秆成分，结果如表1所示。由表1可见，小麦秸秆在经过了最优条件预处理后，木质素的含量由25.73%降低至11.75%，同时纤维素的含量由39.31%升高至58.84%。表明NaOH能够提高纤维素在底物中所占比例，同时降低木质素等所占比例[13]，有利于后续酶解进程。
2.4 同步糖化发酵结果
未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最佳条件预处理的小麦秸秆经同步糖化发酵后上清液成分如表2所示。
由表2可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆由于结晶以及木质结构的保护，酶解过程受到抑制，进而影响了酵母菌对还原糖的发酵。而经过最佳NaOH预处理条件处理后，乙醇的产量大幅上升，由处理前的7.98 g/L上升到38.32 g/L，乙醇产率由22.40%上升至71.70%，无法被酵母菌利用的木糖含量也由处理前的0.80 g/L上升到了12.94 g/L。
由此可见，NaOH预处理不仅能够有效去除木质素，而且基本不影响纤维素[14]，纤维素可以进一步水解并发酵产生乙醇，NaOH预处理是一种高效的木质纤维素产乙醇的预处理方法。
2.5 NaOH预处理前后小麦秸秆结构分析
小麦秸秆粉末在NaOH溶液质量分数为1.00%、固体含量0.050 g/mL、121 ℃、0.2 MPa的条件下预处理60 min，恢复至室温干燥后备用。同时准备一份未经预处理的小麦秸秆粉末，干燥后备用。样品平铺在导电胶上，喷金45 s后用扫描电镜观察，其SEM结果如图5所示。
由图5可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆表面光滑，纤维排列比较整齐，没有明显的破损和孔隙，结构致密。经过NaOH预处理后的小麦秸秆的半纤维素、纤维素和木质素的部分结构遭到破坏、分离，纤维和纤维束出现卷曲和折叠，变得柔软疏松，排列凌乱；秸秆表面由预处理前的致密变得疏松，有序排列变得杂乱无章；原来光滑的表面上出现了片状的物质，这可能是溶出的半纤维素和木质素[15]。经过预处理的小麦秸秆的比表面积大大增加，这更有利于纤维素酶的吸附，有利于水解，从而提高了酶水解液中还原糖的得率。
3 结论
1）NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为：NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。
2）经过NaOH预处理的小麦秸秆水解液还原糖得率可提升74.60个百分点。
3）通过SEM观察发现，经过NaOH预处理后，秸秆表面变得粗糙，有利于纤维素酶的吸附及进一步水解。
4）经过最佳条件NaOH预处理的小麦秸秆进行同步糖化发酵其乙醇产率提高了49.30个百分点。
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纤维素水解范文第2篇
关键词：木质纤维素；预处理方法；研究进展
中图分类号：Q31 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2012）07－1306-03
Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose
ZHANG Zhen，ZANG Zhong－sheng，LIU Ping，CHANG Xiu－lian，WEN Shao－hong
（School of Life Sciences，Yantai University，Yantai 264005，Shandong，China）
Abstract： Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced， including the main methods， principles， advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward.
Key words： lignocellulose； pretreatment method； research progress
随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗，开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题。作为一种可再生能源，生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一。利用木质纤维素生产生物乙醇、丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容。我国天然纤维素原料非常丰富（包括农作物秸秆、林业副产品、城市垃圾和工业废弃物等），利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径，对于解决环境污染、食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义。
1 木质纤维素的结构
木质纤维素是指以纤维素、半纤维素和木质素为主要成分的原料，3种成分在植物原料中的含量分别为35％～50％、15％～25％和15％～30％。纤维素是聚合度在1 000～10 000的葡萄糖的线性直链聚合物，由结晶相和非结晶相交错形成，结晶相结构致密，阻碍纤维素的分解。半纤维素结构较纤维素简单，主要是由木糖、阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖、甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物，在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖。木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物，在植物结构中发挥胶粘作用，将纤维素和半纤维素紧密结合在一起，增大茎秆的机械强度，起到木质化作用，阻碍微生物对植物细胞的攻击，同时减小了细胞壁的透水性。纤维素和半纤维素作为可酵解糖类，占原料总重的65％～75％［1］。
2 预处理的目的
木质纤维素的转化利用可分为原料预处理、酶水解和糖发酵3个阶段，主要的技术瓶颈在于预处理技术不够成熟以及纤维素酶活性较低，造成生产成本过高。通过原料的预处理，可以破坏纤维素的结晶结构，降低木质素的聚合度，提高木质纤维素材料的多孔性，增加酶与底物的接触面积，从而提高酶解的效率，达到节约时间和降低成本的目的。好的预处理应满足以下4个条件：①有利于提高糖产量或者促进后续水解反应中单糖的生成；②避免反应体系中单糖的分解；③避免生成有害的副产物；④要有较高的经济效益。
3 木质纤维素的预处理方法
木质纤维素的预处理方法可分为以下几种：物理方法，主要是机械粉碎法、蒸汽爆破、超临界水处理和湿氧化法；化学方法，主要包括碱处理、稀酸处理、浓酸处理、氧化剂处理以及有机溶剂处理；生物方法。或者是将其中的某些方法进行组合使用，以达到较好的处理效果。具有较好经济前景的预处理方法有以下几种。
3．1 物理方法
3．1．1 机械粉碎法 通过机械削切和研磨分别将木质纤维处理成粒径为10～30 mm和0．2～2．0 mm的颗粒，可有效降低木质纤维素的结晶度和消化效率［2］。震动球磨技术能比普通球磨技术更有效地降低木质纤维素的结晶度和消化特性。相对来说，机械粉碎耗时长、耗能高，造成预处理成本太高，无法在工业化生产中广泛使用［3］。
3．1．2 蒸汽爆破 蒸汽爆破是当今应用最为广泛的木质纤维素预处理技术。通过将经高压饱和蒸汽溶解的木质纤维素瞬间降压，达到破坏木质纤维素结构的目的。通常认为，半纤维素被爆破过程中产生的醋酸和其他的有机酸所溶解，从而导致纤维素暴露出来，增大了微纤维与酶的可及性。木质素的含量变化不大，只有小部分被溶解，但是在溶解过程中木质素发生解聚／再聚合反应，从而使木质纤维素的表面结构发生变化。瞬时爆破使样品得以破碎降解，从而增大了反应的可接触面积，这些因素都能够提高纤维素的水解效率。
影响蒸汽爆理效果的因素主要有以下几方面：压力保持时间、温度、颗粒的粒径大小和含水量。高温短时处理（270 ℃、1 min）或者低温长时间处理都能够使半纤维素达到最大程度的溶解。相对于机械粉碎，蒸汽爆破法可以节省大约70％的能量，同时对环境不产生污染。近几年来，通过加入各种催化剂（酸或碱）或者改换不同的蒸汽介质（如氨水），发展出许多新型的爆破技术，有效推动了预处理技术的发展，使蒸汽爆破成为最接近商业化应用的预处理方法。大量不同种类的木质纤维素预处理试验证明了蒸汽爆破技术的可行性，其使用规模也在不断扩大。加拿大的Iogen工厂已经建立了一套利用该技术处理木质纤维素的中试装置。尤其在阔叶树木及农作物秸秆的处理方面，蒸汽爆破法被看作是最具有经济价值的预处理技术［1］。
蒸汽爆破法的局限主要包括半纤维素的分解、木质素的不完全降解以及在处理过程中产生的对于后续酶水解和发酵有害的物质。因此，需要用大量的水冲洗预处理产物以去除这些有害物质。但冲洗的同时带走了可溶性的糖，其中包括一大部分的可溶性半纤维素，降低了总的糖产量。
3．1．3 超临界水处理 超临界水处理是指利用处于超临界状态（T＞374．2 ℃、P＞22．1 MPa）的水处理木质纤维素的方法，通常与亚临界水解技术联合使用。在临界点（T＝374．2 ℃、P＝22．1 MPa）时，水的溶剂化能力突然增强，电离程度增大，可有效打破木质素的包裹作用同时降低纤维素的结晶度，使纤维素可以很容易地溶解在超临界的水溶液中，并且迅速分解成低聚糖，低聚糖进而快速分解成葡萄糖。阳金龙等［4］研究了该技术在玉米秸秆预处理中的应用，将40 mg玉米秸秆和2．5 mL水置于380～400 ℃的密闭容器中反应15～35 s，然后对产物进行分析。结果表明，玉米秸秆在388 ℃的超临界水相中，经21 s的反应时间后，低聚糖转化率和可检测转化率最高，分别为24．1％和43．6％。
相对于传统预处理技术，超临界水处理具有反应时间短、水解效率高、资源和环境成本低等优点，但是作为一项新兴技术，其理论研究相对不足，尚无法解决葡萄糖分解产物较多、副产物成分复杂、发酵糖产量较低等问题。
3．2 化学法
化学法是用碱、酸、有机溶剂等预处理木质素、纤维素的方法，主要目的是破坏细胞壁中半纤维素与木质素之间的共价键，破坏纤维素的结晶结构及纤维素与木质素的连接键，从而提高秸秆的消化率。
3．2．1 酸处理 酸处理是利用稀酸、浓酸和无水有机酸等酸性物质水解秸秆中纤维素的方法。酸处理可大致分为无机酸处理和有机酸处理。
无机酸处理主要作用是使半纤维素变成单糖进入溶液中，增大试剂与纤维素的接触面积，提高可及度。预处理后的原料中木质素含量基本不变，半纤维素含量变少，纤维素的含量和聚合度有一定程度的下降。Silverstein等［5］研究了硫酸、氢氧化钠、过氧化氢和臭氧在不同条件下预处理的效果。结果表明，这几种物质都能够明显降解木质素或者提高单糖得率，而硫酸预处理时半纤维素降解率最高，在121 ℃、0．1 MPa、2％ H2SO4、90 min的条件下，木质素降解率为95．23％，但是对后续的纤维素水解影响最大，葡萄糖的转化率最低，为23．85％。唐锘［6］在研究中发现，稀硫酸预处理方法对秸秆各组分降解率最高，在最适水解条件（0．7％稀硫酸、121 ℃、1 h）下，半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别为46．15％、43．75％和50．00％。
有机酸处理原理与无机酸相似，主要是使原料中半纤维素和木质素溶解，降低二者在原料中的含量，一般在使用时增添无机酸作为催化剂。但是，相对于无机酸，有机酸对容器的腐蚀性小，对后续水解过程的毒性低，具有更大的发展潜力。
3．2．2 碱处理 常见的碱处理试剂有氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸氢钠或者过氧化氢等。秸秆碱化的原理在于氢氧根阴离子能削弱半纤维素、纤维素之间的氢键，打开木质素和半纤维素之间的醚键，皂化木质素和半纤维素之间的酯键。碱处理能够使木质素发生降解以及降低纤维素的结晶度。Silverstein等［5］用2％的NaOH处理棉花秸秆，能够明显去除秸秆中的木质素、提高纤维素的转化率。Wang等［7］研究了百慕大海草在不同浓度的氢氧化钠预处理后结构和物质的变化，结果发现，在NaOH浓度大于或等于1％的情况下，30 min的处理时间可以起到明显的去木质化的作用。在整个处理过程中，纤维素的去除率变化很小（在10％之内），而半纤维素的去除率随着NaOH浓度的增大而增大，而且效果明显。
碱处理是现在人们普遍采用的方法，但是在用碱处理秸秆时除溶解掉一部分木质素外，也使部分半纤维素被分解，损失较大，同时与用酸处理相同，用碱进行预处理也存在着试剂的回收、中和以及洗涤等问题，这些问题都不可避免地会造成环境污染。随着技术的发展，酸或碱处理通过与其他的物理或者化学方法（包括球磨法、蒸汽爆破、微波或者氧化技术）进行组合，将形成一些更有效的预处理方法。
3．3 生物方法
微生物方法预处理被认为是目前最有前途的一种处理手段，它具有对环境无污染、降解率高、用途广、周期短、可再生、成本低等优点，能提高秸秆的综合利用效率，利于可持续发展。微生物法主要利用菌类产生的一些酶来降解木质素和半纤维素，而对纤维素的降解作用较小。目前常用的真菌有白腐菌、褐腐菌等，如黄孢原毛平革菌、彩绒革盖菌等，利用这些真菌产生的木质素分解酶系来对物料进行分解。Kurakake等［8］对城市垃圾中办公室用纸采用两种菌株（Sphingomonas paucimobilis 和 Bacillus circulans）进行混合预处理，然后再用酶水解。研究表明，混合菌株生物预处理技术能够有效提高废弃办公用纸的酶水解率，糖回收率可达94％，预处理效果显著。陈合等［9］采用黄孢原毛平革菌固体发酵去除秸秆中的部分木质素，再添加外源纤维素酶、木聚糖酶降解纤维素和半纤维素。经过25 d发酵降解以及6 d的酶解，使秸杆中的纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到60．4％、33．0％和67．0％。
4 结论
在生物质能源的研发过程中，对木质纤维素原料的预处理非常重要。通过预处理，可以改变木质纤维素的物理和化学结构，有效推动木质纤维素的生物转化。目前由于对预处理基础理论研究的不足而限制了该技术的发展，随着对预处理基础理论研究的不断深入，科研人员有望探索到更为合理有效的纤维素预处理方法。
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纤维素水解范文第3篇
关键词：纤维素酶；Tween 80；pH；表面活性剂；缓冲体系
中图分类号：Q935 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4486-03
纤维素是地球上数量最大的可再生资源，也是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物[1]。纤维素是经β-1，4葡萄糖苷键连接而成的直链高分子，具有很强的结晶性，糖苷键能通过酶的催化作用发生水解。可以通过纤维素酶系来分解纤维素，使之转变为可被利用的D-葡萄糖，再进一步发酵为酒精，对开发新能源具有重要的意义[2]。
纤维素酶酶解反应过程主要受到温度和pH[3，4]等多方面因素的影响，同时表面活性剂可以使高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，使纤维素与纤维素酶有效结合，从而提高纤维素酶的酶解效率[5-7]。试验将表面活性剂、缓冲液和pH对纤维素酶酶活的影响进行了研究，以期得到纤维素酶适宜的酶解条件，更高效地转化和利用纤维素。
1 材料与方法
1.1 材料及仪器
卡那霉素、异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷（IPTG）、羧甲基纤维素钠（CMC）、Tween 80、3，5-二硝基水杨酸（DNS）、苯酚、CuSO4·5H2O、CaCl2·6H2O、ZnSO4·7H2O、葡萄糖均为分析纯；R2工程细菌由重庆理工大学药学与生物实验室提供[8]。
TGL-16M高速台式冷冻离心机（长沙湘仪离心机仪器有限公司）；UV-2450紫外可见光光度计（优尼科仪器有限公司）；C型玻璃仪器气流烘干器（长城科工贸有限公司）；FE20实验室pH计（梅特勒-托利多仪器有限公司）；BS110S 电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；DZF-6051真空干燥箱（上海越众仪器设备有限公司）。
1.2 方法
1.2.1 R2工程细菌纤维素酶的分离纯化 将R2工程细菌在LB培养液中培养48 h后经IPTG诱导，将诱导后的培养液于5 ℃、5 000 r/min离心30 min，收集沉淀，往沉淀中加入10 mL磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液（pH 4.8），超声波破碎（功率300 W，间歇5 s，99次）。取一小滴菌液于载玻片上，草酸铵结晶紫染液染色，显微镜下观察破碎情况，直至无完整细胞。将完全破碎后的菌液装入离心管，5 ℃， 3 000 r/min离心15 min，上清液于-20 ℃保存[9，10]。
1.2.2 纤维素酶的鉴定和酶活的测定 CMC培养基鉴定纤维素酶[11]。DNS法测定纤维素酶活[12]。一个酶活力单位（U）定义为45 ℃、pH 4.8的条件下，每分钟催化CMC水解生成1 μg葡萄糖所需的酶量。
1.2.3 纤维素酶酶活最适缓冲液及pH的确定[12] 用醋酸-醋酸钠缓冲液和磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液配制1%的CMC溶液。在各试管中加入1.5 mL对应的1%的CMC溶液，再加入0.5 mL“1.2.1”中提取的酶液，用2 mL 1%的CMC溶液作对照；40 ℃水浴40 min后立即加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入5 mL去离子水，冷却后测定吸光度。
1.2.4 纤维素酶最适温度的测定 取“1.2.1”中提取的酶液0.5 mL，加入CMC底物1.5 mL，在不同温度（15、30、35、40、45、50、55、60、70 ℃）反应30 min，加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入10 mL去离子水，冷却后测吸光值。
1.2.5 纤维素酶酶活最适Tween 80浓度的确定[13] 取“1.2.1”中提取的酶液0.5 mL，加入CMC底物1.5 mL，再加入0.1 mL不同浓度的Tween 80溶液，45 ℃反应30 min后加入3 mL DNS试剂，沸水浴7 min后加入10 mL去离子水，冷却后测定吸光值。
2 结果与分析
2.1 标准曲线的绘制
根据羧甲基纤维素酶活力测定方法测定溶液中还原糖（葡萄糖）的含量，并以吸光值为纵坐标、葡萄糖含量为横坐标绘制标准曲线（图1）。标准曲线决定系数r2=0.994 8，可以用于纤维素酶活力的测定。
2.2 不同缓冲液及pH对纤维素酶酶活的影响
从图2可以看出，随着pH的升高纤维素酶酶活呈先上升后下降的趋势，合适的pH在4.0～5.5之间，最适pH为4.8，过酸、过碱的环境会影响酶和底物的稳定性，导致纤维素酶活性的降低。醋酸-醋酸钠缓冲液为较适缓冲液。
2.3 温度对纤维素酶酶活的影响
从图3可以看出，R2工程细菌纤维素酶的活性先随着温度的升高逐渐增加，当达到35 ℃时纤维素酶的活力达最大，而后随着温度的升高酶活力下降。故酶活最适温度选择35 ℃。
2.4 不同浓度Tween 80对纤维素酶酶活的影响
从图4可以看出，R2工程细菌纤维素酶酶活在Tween 80浓度为1.6%时达到最大，是对照（无Tween 80和缓冲液体系）的1.47倍。在较低浓度时，随着Tween 80浓度的增加纤维素酶酶活增强。Tween 80可以减弱发酵液的表面张力，纤维素被疏水基团包围，使纤维素高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，从而加强纤维素与纤维素酶的有效结合，提高纤维素酶的酶解效率。当酶活达到最大值后，随着Tween 80浓度的增加，可能使纤维素高分子聚合物被更多的表面活性物质包被，从而减少了纤维素与纤维素酶的接触机会，酶活逐渐降低。
3 小结
试验以DNS法测定了R2工程细菌纤维素酶活力，研究了不同温度、不同浓度表面活性剂Tween 80、不同缓冲液及pH对纤维素酶酶活的影响，结果表明，在35 ℃ Tween80浓度为1.6%、醋酸-醋酸钠缓冲液pH 4.8的条件下纤维素酶酶活最高， 是对照的1.47倍。
表面活性剂能够使大分子聚合物的复杂空间立体结构发生变化，如纤维素是被疏水基团包围，难溶于水，较高的表面活性使纤维素高分子聚合物变成复杂的亲水性化合物，因此，纤维素酶可以方便地吸附底物，从而表现出酶活的增加。但是随着表面活性剂Tween 80浓度的不断增加，会使表面活性剂与纤维素酶之间的电荷积累而相互排斥，也可能因为表面活性剂与纤维素相互吸附降低了酶与底物的吸附从而使酶活下降。
在当今环境污染严重、能源紧缺的情况下，将纤维素酶反应体系扩大应用于工业化生产，把纤维素转化生成葡萄糖或酒精，能够提供重要的工业原料和能源物质，这对开辟新原料、新能源物质具有重要的理论和实践意义。
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纤维素水解范文第4篇
1材料与方法
1.1材料、试剂与仪器2009年初烤烟叶样品17个(川渝中烟工业公司提供)。冰醋酸、柠檬酸、柠檬酸三钠(AR,重庆川东化工有限公司化学试剂厂);葡萄糖、氯化钙、氢氧化钠(AR,重庆北碚化学试剂厂);纤维素酶(BR,活力>15000DU,国药集团化学试剂有限公司);聚乙氧基月桂醚、对羟基苯甲酸酰肼(AR,荷兰Skalar公司)。SkalarSan++流动分析仪(荷兰Skalar公司);AX504分析天平(感量:0.0001g,瑞士MettlerToledo公司);恒温摇床(中国科学院武汉科学仪器厂);循环水真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);G3玻璃砂心漏斗(长春市玻璃仪器厂)。
1.2样品处理和分析准确称取0.25g40目烟粉,置于100mL锥形瓶中,加入25mL5%醋酸溶液,摇床振荡萃取30min,萃取出样品本身含有的水溶性糖[8],用G3漏斗过滤,滤渣用蒸馏水冲洗3次,每次50mL;将滤渣转移到100mL锥形瓶中,加入60mL含有0.25g纤维素酶的柠檬酸/柠檬酸三钠缓冲溶液(pH4.7)[7,11],然后放入37℃恒温摇床水解24h;水解结束后将样品冷却至室温,过滤,用蒸馏水将滤液定容至100mL,利用流动分析仪测定样品液中的葡萄糖,测得葡萄糖含量乘以转换系数0.9(由纤维素水解方程式计算得到)即得纤维素含量。
2结果与讨论
2.1酶解条件的选择
2.1.1缓冲溶液用量对纤维素水解的影响准确称取0.25g烟粉样品5份,按照1.2的方法除水溶性糖,然后分别加入固定纤维素酶量(0.25g纤维素酶)的缓冲溶液40,50,60,70,80mL,在固定温度(37℃)条件下水解24h,纤维素含量的测定结果如图1所示。由图1可知,随着缓冲液体积的增大,纤维素测定量也逐渐升高,当缓冲溶液用量为60mL时,达到最高值,说明此时纤维素水解完全;当缓冲溶液用量大于60mL后,纤维素测定量逐渐降低,这可能是由于缓冲溶液用量过大,导致了酶浓度降低,酶不能与底物充分接触,从而使酶解效果变差。因此,选择缓冲液用量为60mL。
2.1.2酶用量对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL、其他条件不变的情况下,分别考察酶用量为0.05,0.10,0.15,0.20和0.25g时的酶解效果,结果如图2所示。由图2可知,当酶用量为0.20g时,纤维素测定量最高,考虑到生物酶较容易部分失活,为保证纤维素水解完全,所以确定酶用量为0.25g。
2.1.3温度对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL和酶用量为0.25g的情况下,分别考察纤维素在30,35,40,45和50℃下的水解效果,结果如图3所示。由图3可知,当温度<35℃时,纤维素水解不完全,测定量较低;当温度>40℃时,纤维素测定量降低,这可能是因为温度过高导致酶失活,使纤维素水解不完全;较适宜的水解温度为35~40℃,实验选择37℃。
2.1.4时间对纤维素水解的影响在缓冲液用量为60mL、酶用量为0.25g和水解温度为37℃的情况下,分别水解20,22,24,26和28h,结果(图4)表明,24h后,纤维素水解完全,所以确定水解时间为24h。
2.2工作曲线与检测限准确称取2.2009g葡萄糖,用蒸馏水溶解并定容至100mL,摇匀,得标准储备液。移取1,2,3,4,5mL标准储备液,分别用蒸馏水稀释并定容至100mL,摇匀,即得葡萄糖系列标准溶液,浓度分别为0.2,0.4,0.6,0.8和1.0mg/mL,相当于纤维素0.18,0.36,0.54,0.72,0.90mg/mL。用流动分析仪测定标准溶液中的葡萄糖含量,并对电信号响应值Y(峰高,DU),与其浓度X(纤维素含量,mg/mL)进行线性回归分析,得其工作曲线回归方程为:Y=15893.3X+2117.5,r=0.9998。可以看出,纤维素在0.18~0.90mg/mL浓度范围内,工作曲线线性良好,适合于定量分析。通过测定空白试样,测得纤维素的检测限[12]为0.11mg/mL。
2.3精密度和回收率采用本方法对烟草样品的纤维素分别测定6次,测定量分别为125.8,120.7,126.9,127.3,126.2和125.1mg/g,相对标准偏差(RSD)为2.40%,说明本方法的重复性较好。在脱糖烟草样品中加入葡萄糖,测定其回收率,结果如表1所示。纤维素的回收率为96.7%~103.8%,说明本方法的准确性较高。
2.4与经典方法[3]比较分别用本方法和经典方法测定16个烟草样品的纤维素含量,结果如表2所示。通过对两组数据进行配对样品t检验,发现二者无显着性差异,说明该方法适合于烟草中纤维素含量的检测。
纤维素水解范文第5篇
关键词：纤维含量；定量分析；纤维素酶；酶法检测
1 引言
纺织品中纤维成分含量，是评价纺织品质量的主要指标，也是纺织检测机构业务量占比最大的项目之一。目前使用最为广泛的定量分析方法为化学溶解法[1]，其利用不同纤维成分在溶剂中溶解性的差异，通过溶解去除可溶组分同时不损伤其他纤维（即选择性溶解），进行质量比例分析。委托样品中又以天然纺织原料纤维素纤维如棉、麻、粘胶纤维、莫代尔纤维等居多，与之相关的主要有硫酸法[2]、锌酸钠法[3]、甲酸-氯化锌法[4]等3种。
但是目前化学溶解法测试纤维素纤维含量存在一些问题。以硫酸法为例，它所使用的溶剂为浓度为75%的浓硫酸，具强腐蚀性以及接触皮肤脱水碳化危险，清洗过程中必须保证将硫酸完全去除，否则干燥过程中残留微量硫酸浓度变高就会将残留样品碳化，因此清洗过程需要用大量清水进行冲洗，并用氨水进行中和，气味强烈。硫酸使用量很大，会产生大量有毒有害废水排放，废液处理成本较高，还会腐蚀仪器设备。此外75%硫酸溶液溶解能力强专一性差，可溶解蚕丝、腈纶、锦纶、氨纶、维纶等，使得对三组分及以上纺织样品的含量测定困难。鉴于此，发展一种绿色无害、条件温和、过程简单、溶解专一性好的纤维素纤维含量检测方法十分必要。酶是一种高效生物催化剂，具有很高的催化专一性。同时酶促反应多在常温常压、弱酸弱碱或中性条件下进行，反应溶剂多为水，无腐蚀性。酶的这些特点，使得它在纺织纤维成分的定量检测领域有潜在应用。
纤维素酶Cellulase，编号EC3.2.1.4，是由多种水解酶组成的一个复合酶系，主要包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和葡萄糖苷酶，可将纤维素选择性降解成葡萄糖。纤维素酶的降解作用机制，主要有C1―Cx假说、顺序作用假说和协同降解假说，目前普遍认可的是协同作用模型：内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定形区，产生不同长度的寡糖和新链末端；外切葡聚糖酶作用于这些链末端，产生纤维二糖或葡萄糖；葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖[5]。纤维素酶为我国第一大工业酶种，国内年产量在2000吨以上，其用于处理废旧纤维素制品早在上世纪70年代就有报道[6]。目前纤维素酶已广泛应用在纺织品加工领域，如棉麻织物后整理、牛仔布酶洗、织物减量处理、生物抛光等，需要控制降解程度，使得在不损坏纤维强度的前提下，改善纺织品性能。纤维素酶的另一个重要用途就是生物燃料乙醇，利用纤维素酶将生物纤维质如稻草秸秆、玉米秆、木渣等完全降解为葡萄糖后，用于发酵生产[7]。对于纺织品含量检测而言，并不需要将棉、粘胶纤维等完全降解为小分子糖类物质，只需将纤维素成分部分降解为能溶解在水中的寡糖片段，能进行简单分离即可，此工作尚未得到大家关注。
本文利用纤维素酶的专一催化降解特性，首次探讨了其在纤维素纤维含量检测领域的应用前景，并对最佳酶催化条件、酶催化过程及催化专一性等问题进行了系统研究，以期建立一种新型绿色酶法纺织品成分定量分析技术，取代现有危险性有机溶剂浓硫酸的使用。
2 试验部分
2.1 材料
酸性纤维素酶（Primafast 200），由Genencor （Wuxi） Bio-Products Co.， Ltd提供，为复合酶制剂，外观为棕色液体。棉贴衬、粘胶贴衬、腈纶贴衬、涤纶贴衬、羊毛贴衬（满足标准GB/T 7568―2008 《纺织品 色牢度试验 标准贴衬织物》要求）购于杭州天天检科技开发中心。柠檬酸、柠檬酸三钠、醋酸、三水醋酸钠、磷酸氢二钠购于国药集团化学试剂有限公司，分析纯，直接使用。配制缓冲溶液所用的水为超纯水。
2.2 纤维素酶催化试验
缓冲溶液配制：分别配制pH值为4.8，离子强度为25 mM、50mM、75mM、100mM的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液；pH值为4.8，离子强度为50 mM的醋酸-醋酸钠缓冲溶液和柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液。当离子强度为50mM，定容到1000mL时，配比分别为柠檬酸4.83g-柠檬酸三钠7.94g，醋酸2.31mL-三水醋酸钠8.16g，柠檬酸5.33g-磷酸氢二钠7.00g。
典型酶催化试验过程：用天平（瑞士梅特勒公司，ME204）称取1.0g贴衬，放入100mL锥形瓶中，然后加入30mL酶溶液，缓冲液为pH值4.8，离子强度50mM的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液，酶量为0.3mL，将锥形瓶放进温度为50℃，转速为50rpm的恒温水浴振荡器中，振荡反应24h后取出抽滤，并用超纯水清洗1次后将残留物放入105℃鼓风干燥箱中干燥完全后称重，根据质量变化计算质量下降率（weight reduction ratio）。在高温干燥过程中，酶会完全失活，不需担心可能的残留酶对织物质量下降率的影响。为保证数据准确性，每批次做两个平行样，取平均值。
通过单因素试验方案设计，分别考察离子强度、缓冲液体系、酶量、浴比、反应温度等参数对酶催化活性的影响，获得最佳条件。在最佳酶催化条件下，得到贴衬质量下降率-时间曲线；以及不同纤维贴衬在纤维素酶催化反应24h后的质量下降率，考察纤维素酶法检测专一性。
2.3 测试表征
表征棉和粘胶贴衬在催化过程中纤维表面形貌、化学组成和结晶结构的变化，具体测试条件如下：
美国Phenom Pro台式扫描电镜SEM，样品预先用导电双面胶固定在样品台上，在10mA电流下喷金30s提高导电性，加速电压设定为5kV，image电子束流，背散射电子（BSE）探测器成分模式（Full）成像，拍摄不同放大倍数的电镜照片。
美国Nicolet 6700型傅立叶红外光谱仪，内反射元件Ge晶体。测试时，样品表面紧贴Ge晶体表面，压紧，选择表面衰减全反射ATR模式，设置扫描精度为2cm-1，扫描次数为32次。
德国Bruke D2 Phaser X射线衍射仪XRD，X射线源为Cu靶，Kα射线，电压30kV，电流10mA，贴衬样品平铺在有机玻璃样品台上，扫描范围为8 o～60o，步长0.02o，扫描速度10o/min，样品台转速15 rpm。
3 结果与讨论
3.1 最适纤维素酶催化条件
棉贴衬为标准物质，性质稳定，数据重现性好，因此以棉贴衬为研究对象，探讨不同参数对酶催化活性的影响，恒温水浴振荡器转速固定为50rpm，反应时间固定为24h，以期得到最适纤维素酶催化条件。
3.1.1 缓冲液体系
首先依据轻工行业标准QB 2583―2003《纤维素酶制剂》附录A滤纸酶活力测定方法中适合酸性纤维素酶的条件，以及公司提供的产品说明书，选取pH值4.8（最适pH）的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲液，在40℃和50℃下考察离子强度对酶活性的影响，其他条件固定为30mL酶溶液，0.3mL酶量，结果如图1（a）所示。pH值数值的变化不仅影响纤维素酶的活力，还影响酶的稳定性，只有在最适pH值下，酶分子处于最佳的电离状态，因此需要缓冲液具有足够的缓冲容量，以便pH值保持稳定。当离子强度在50mM时，具有最大的酶活力，75mM活力与50mM接近，而离子强度为25mM和100mM时，活性稍差。离子强度为0mM，即仅仅使用超纯水时，酶活性最低，且50℃下的酶活性比40℃低，而在缓冲液体系中，50℃下的酶活性均比40℃高，说明缓冲盐起到了稳定酶结构的作用。
在pH值4.8、离子强度为50mM、反应温度为50℃的情况下，考察缓冲液种类的影响，如图1（b）所示，发现酶活性在不同缓冲液种类中差别不大，超纯水中活性只有缓冲液中一半左右，按如下顺序排列：柠檬酸-柠檬酸三钠>柠檬酸-磷酸氢二钠>醋酸-醋酸钠>超纯水。因此，缓冲液体系确立为pH值4.8，离子强度50mM的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液。
3.1.2 溶液组成
本试验中纤维不溶于水，为典型的非均相催化反应，进一步考察在40℃和50℃下酶量和浴比对酶催化活性的影响。酶溶液总量固定为30mL，酶量影响结果如图2（a）所示。发现50℃下的酶活性均比40℃高，酶量在0.3mL时，贴衬质量下降率最高，这是因为一定量纤维素能和酶分子结合位点数量有限，当这些位点全部被占据后，再增加酶用量，将起不到酶解作用，从经济角度考虑，酶量确定为1.0g贴衬/0.3mL酶量。固定酶量为0.3mL，考察浴比的影响，如图2（b）所示，发现50℃下的酶活性均比40℃高，酶溶液为30mL时，贴衬质量下降率最高。主要有两方面原因，一是酶溶液量少时，会发生产物抑制效应；二是酶溶液量增加时，酶浓度降低，减弱酶向纤维表面的扩散，两方面因素共同作用下，最佳酶溶液添加量确立为1.0g贴衬/0.3mL酶量/30mL酶溶液。
3.1.3 反应温度
最后本文探讨了反应温度的影响，如图3所示，最佳反应温度为50℃。随温度增加，分子运动加速，酶反应还存在活化能，因此在一定温度范围内，反应随温度的升高速度加快。但酶是蛋白质，在一定温度条件下会变性失活，因此当反应温度提高到60℃时，贴衬质量下降率反而从50℃时的25.2%降低到了2.7%。
根据以上试验结果，确定最适纤维素酶催化条件：缓冲液为pH值4.8，离子强度50mM的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲溶液，酶量为0.3mL，酶溶液为30mL，反应温度为50℃。反应24h，棉贴衬的质量下降率在25%左右。在最佳条件下反应24h，粘胶贴衬质量下降率为100%，可完全降解为可溶物。
3.2 酶催化过程研究
在最佳纤维素酶催化条件下，探讨了棉贴衬和粘胶贴衬质量下降率随时间的变化，如图4（a）和（b）所示。棉贴衬质量下降率随着时间延长，呈线性增加趋势，说明此时棉纤维相较酶量一直处于过量状态，酶催化降解速度保持恒定，但催化降解速率较慢，48h后质量下降率才为33.8%。粘胶纤维则不同，4h之后质量下降率就达到了38.6%，16h后为90.7%，24h后已经完成降解为可溶性物质。这主要是由于两者结构不同所致。天然棉纤维中纤维素聚合度在6000～11000之间，结晶度高；而粘胶纤维属再生纤维素纤维，它是以天然纤维素为原料，经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素黄原酸酯，再溶于稀碱液制成粘胶，经湿法纺丝而制成，其纤维素聚合度为500～1000之间，结晶度低。因此纤维素酶对粘胶贴衬表现出了更强的降解能力。
通过SEM、ATR和XRD对降解过程中棉和粘胶贴衬的表面形貌、化学组成和结晶结构变化进行分析。
从图5的SEM图可以发现棉贴衬结构紧密，棉纤维纵向呈扁平的转曲带状，表面略有褶皱；纤维素酶催化24h后，棉贴衬表面断裂纤维增多，纤维表面出现了破碎开孔结构，起到类似剥皮效果；48h后，棉贴衬表面断裂纤维继续增多，纤维表面出现大量的破碎开孔结构，部分纤维已经完全断裂。粘胶贴衬结构紧密，粘胶纤维呈圆形，表面有许多不规则沟槽；8h后粘胶贴衬结构变松散，粘胶纤维分裂为多根细丝；16h后粘胶贴衬已无法看出明显的编织结构，2000x下看，除了多根细丝，还出现了非常多的小碎片。
ATR结果如图6所示，棉贴衬和粘胶贴衬均为典型的纤维素纤维红外谱图，3330cm-1处为O―H基振动峰，2900cm-1处为C―H基振动峰，1650cm-1处是由于水分而引起的吸收峰，在1160cm-1～900cm-1之间的四个峰为―C―O―C―的振动峰，这些峰为纤维素的特征峰[8]。棉贴衬和粘胶贴衬在降解过程中，谱图形状均没有发生变化，说明酶催化降解过程中没有产生新物质或新官能团。贴衬经过酶降解后，O―H峰和―C―O―C―特征峰以及水吸收峰变明显，和SEM结果相对应，说明降解过程中，棉贴衬中纤维素分子组分暴露，同时两种贴衬发生降解，聚合度下降，使得端O―H量增加，吸湿性也增加。
棉贴衬降解过程中纤维素纤维的结晶结构变化结果如图7（a）所示。棉贴衬在2θ为14.90o、16.50o、22.75o、34.26o处出现了4个特征衍射峰，分别对应于纤维素Ι型的（101）、（10ī）、（002）、（040）晶面，说明酶降解过程保持了天然纤维素的Ι型结构[9]。粘胶纤维贴衬因降解后形貌变化较大，因此只测试了未降解样品[图7（b）]，可以发现在2θ在12.25o、19.78o、21.72o处出现了3个特征衍射峰，为纤维素IΙ型结晶结构。通过Bruker EVA软件对结晶度进行半定量分析（表1），可以发现粘胶贴衬的结晶度为31.2%，棉贴衬的结晶度为46.8%，反应24h后结晶度为36.8%，48h后的结晶度为32.5%，说明酶催化降解过程打破了原有的棉天然纤维素结晶结构，使其结晶度降低，但不会改变晶型。
纤维素酶分子由具有催化功能的催化结构域CD、肽连接桥和具有结合纤维素功能的纤维素结合域CBD等三部分组成[10]。结合前人工作基础[5，7，10]，并综合以上试验结果，推测酶催化过程为：由于底物的水不溶性，纤维素酶的吸附作用代替了酶与底物形成复合物的过程，纤维素酶首先特异性地吸附在底物纤维素上，CBD嵌入到纤维素结晶链段区域，使其无定型化，结晶度降低，结晶链段开始溶胀和分散，但不会发生晶型改变以及产生新的官能团；同时各种酶开始协同模式降解，使贴衬质量下降，纤维表面出现了类似剥皮的刻蚀效果；粘胶纤维因有溶解再生的过程，聚合度和结晶度低，因此在24h后可被完全降解完全，棉纤维则随着降解过程的进行，从外向内不断被刻蚀减重。
3.3 专一性分析
混纺织物中不同纤维含量的确定，主要基于“溶解性质”的差异，若在某一溶剂中除目标纤维外其他纤维也会部分溶解，则在计算含量时用不等于1的质量修正值d进行修正，因此对于溶解过程的温度、时间，甚至溶解过程中的手动振荡次数等均有严格要求，容易产生试验偏差。进一步考察了纤维素酶对不同纤维贴衬的催化专一性，结果如表2所示，可以看到，除了对棉和粘胶等纤维素类纤维具有催化降解性能之外，对于羊毛、聚丙烯腈、聚酯等纤维不会产生质量损失，具有优良的催化专一性。将粉碎后的粘胶贴衬和聚酯贴衬按照不同质量配比混匀，进行含量测试，发现测试结果均与投料比吻合。
4 结论与展望
纤维素酶对不同标准贴衬的降解结果表明，纤维素酶有望用于纺织品中粘胶纤维含量的定量检测，但本试验中纤维素酶所需催化降解时间较长，造成检测效率偏低，需对酶及复合酶制剂做进一步筛选。以下问题也有待进一步研究深入：首先是随着纤维素酶活的储存稳定性；其次经过助剂后整理和煮练、印染等过程的面料，其对酶活和降解过程的影响有待探讨；对麻纤维，竹纤维和醋酯纤维的降解能力有待研究；对于其他再生纤维素纤维，如铜氨纤维、莫代尔纤维、天丝纤维等是否具有同样的催化降解效果，还有经过回收处理的再加工纤维，可否利用晶型结构、纤维形貌及纤维素酶催化降解过程差异等进行定性鉴别；基于同样的酶专一性催化降解机理，脂肪酶和蛋白酶是否可用于聚酯类以及蛋白类如羊毛、蚕丝等纤维含量的定量分析。本工作的最终目标是通过纤维素酶、脂肪酶、酰胺酶和蛋白酶等不同酶组合，对纤维素纤维、聚酯纤维、尼龙和蛋白纤维等混纺织物建立一种新型的绿色酶法纺织品成分含量检测技术。
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