CN109024037B - 一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素及其方法。该方法为：将桉木浆板经过打浆处理到70‑90°SR后，加入溶胀剂对桉木纤维浆进行润胀预处理，提高酶对纤维的接触，采用3500‑5000rpm转速离心5‑10min，重复2—3次去除润涨剂后，通过纤维素酶和木聚糖酶的复合酶解，酶解温度30‑55℃、时间5‑15h、酶活总浓度10‑50u/mL,得到粗条形纳米纤维素，最后通过离心洗涤，得到条形纳米纤维素样品。本发明制得的条形纤维素长度范围为400‑500nm，宽度范围为30‑40nm。采用润涨预处理和复合酶解，制备方法简单，效率高，工艺绿色环保，对环境无污染。
Description
技术领域
本发明属于纤维素技术领域，具体涉及一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素及其方法。
背景技术
随着人类社会的发展，所有的化石能源与矿物资源逐渐枯竭，且给环境带来巨大破坏和污染，因此，生物质材料衍生产品的制备与应用研究日趋急迫。木材纤维是地球上最丰富的可再生资源，纳米纤维素是其最为重要的衍生产物，根据不同的形貌可以分为纳米纤维丝、纳米颗粒、纳米棒、纳米须等，这些纳米纤维素有广泛的潜在应用前景，包括环境治理、药物传输、太阳能转化、人体组织工程、柔性电子器件与复合材料。
纳米纤维素的制备方法有酸水解法、机械法、TEMPO氧化法、离子液法和组合法等。这些工艺过程有各自的优点，但是也存在一定的缺陷。酸法会产生大量的酸性废水；机械法耗能过高；氧化法与离子液法需要昂贵的反应试剂，并且这些试剂最后难以实现分离。酶解法是近些年来出现的最有前景纳米纤维素制备方法，可以在温和的条件下实现这一过程，并且生物催化酶本身也是一种可再生物质。通过预处理和复合酶酶解，制备出地条形纳米纤维素具有特定的长径比、高强度、高吸附性能、高透光性等。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，包括如下步骤：
（1）打浆处理：取绝干30g桉木绝干浆板，浸泡4小时以上，疏解，撕成小块，平衡水分，加水配成300g浆，用PFI磨打浆；
（2）润涨处理：称取少量步骤（1）所得的桉木纤维浆，并加入溶胀剂,其中浆料绝干量与溶胀剂比例为1:50-1:100，对桉木纤维浆进行润胀预处理，然后采用3500-5000rpm转速离心5-10min，并弃去上清液，再加蒸馏水洗涤沉降的浆料，离心洗涤，洗涤过程重复2-3次，最后将沉降的纤维加入到烧杯中；
（3）复合酶解：将步骤（2）所得的纤维置于恒温振荡器，加入200-400mL总浓度为10u/mL-50u/mL的复合酶溶液，在恒定温度、恒定振荡速率下酶解；
（4）分离：将步骤（3）所得样品进行离心洗涤分离，获得条形纳米纤维素样品。
上述方法中，步骤(1)中，所述桉木纤维浆是以PFI磨浆制得，打浆度70-90°SR。
上述方法中，步骤(2)中，所用桉木纤维绝干量2.0-4.0g；所述溶胀剂为丙三醇，总用量200-400mL。
上述方法中，步骤(2)中，所述润胀预处理的具体步骤为：在反应温度30°-40℃，速率150-180rpm条件下振荡3.5-4.5h，此条件下预处理所得到的桉木纤维浆料溶胀率增加70-90%。
上述方法中，步骤(3)中，所述的复合酶溶液是纤维素酶和木聚糖酶，总酶活浓度在10-50u/mL，其中纤维素酶酶活占总酶活70%-90%。
上述方法中，步骤(3)中，所述酶解的温度是30-55℃，振荡速率为125-155rpm，反应时间5-15h，此条件下得到的条形纳米纤维素长度范围是400-500nm，宽度范围是30-40nm。
上述方法中，步骤(4)中，所述的离心洗涤分离的方法：先用4500-5000rpm转速离心沉降15-20min，取沉淀加入稀酸溶液分散，超声，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复2-4次后，用2500-3500rpm转速离心5-8min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。
本发明相对于现有技术，具有如下优点：
（1）采用复合酶解法，通过控制原料和酶解条件，制备的条形纳米纤维素样品比较均一，纤维素长度范围是400-500nm，宽度范围是30-40nm。
（2）相对于报道地采用单一酶酶解制备纳米纤维素七十甚至一百多小时而言，大幅提高了效率，节约了大量的时间。
（3）制备过程没有使用或产生对环境有害的废酸废碱等污染物，绿色环保，简便易行。
附图说明
图1是本发明复合酶酶解制备条形纳米纤维素工艺流程图。
图2是本发明复合酶酶解制备条形纳米纤维素SEM图。
图3是本发明复合酶酶解制备条形纳米纤维素粒径分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
（1）取绝干量2.0g，打浆度70°SR的桉木纤维浆料放入烧杯，加入200ml丙三醇溶液。
（2）将烧杯置于恒温振荡器，在水温30℃，速率150rpm条件下振荡3.5h；取出润胀后样品，3500转离心5min，弃去上清液，加入蒸馏水洗涤沉降样品，重复2次。
（3）将上述所得样品置于1L烧杯中，加入400mL，总酶活20u/mL的复合酶溶液，其中纤维素酶活：木聚糖酶活=9:1，纤维素酶和木聚糖酶都购自宁夏夏盛实业集团，在水温48℃，125rpm振荡速率条件下反应15h。
（4）将反应后样品先用4500rpm转速离心沉降20min，取沉淀加入稀酸溶液分散，超声，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复4次后，用2500rpm转速离心8min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。将样品稀释后超声分散，通过SEM观察，由图2可以得到较为均匀的条状纳米纤维素，宽度主要在30-40nm，结合图3的马尔文粒径分析仪，发现只有一个峰，说明长度比较均匀，并且主要集中在400-500nm。
实施例2
（1）取绝干量4g，打浆度90°SR的桉木纤维浆料放入烧杯，加入400ml丙三醇溶液。
（2）将烧杯置于恒温振荡器，在水温40℃，速率180rpm条件下振荡4.5h；取出润胀后样品，5000转离心10min，弃去上清液，加入蒸馏水洗涤沉降样品，重复3次。
（3）将所得样品置于1L烧杯中，加入450ml，总酶活浓度30u/mL的复合酶溶液，其中纤维素酶活：木聚糖酶活=4:1，纤维素酶和木聚糖酶都购自宁夏夏盛实业集团，在水温52℃，155rpm振荡速率条件下反应10h。
（4）将反应后样品先用4500rpm转速离心沉降15min，取沉淀加入稀酸溶液分散，超声，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复2次后，用3500rpm转速离心8min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。
实施例3
（1）取绝干量2.8g，打浆度82°SR的桉木纤维浆料放入烧杯，加入300ml的丙三醇溶液。
（2）将烧杯置于恒温振荡器，在水温37℃，速率170rpm条件下振荡4.5h；取出润胀后样品，4000转离心10min，弃去上清液，加入蒸馏水洗涤沉降样品，重复2次。
（3）将所得样品置于1L烧杯中，加入400ml，总酶活浓度50u/ml的复合酶溶液，其中纤维素酶活：木聚糖酶活=6:1，纤维素酶和木聚糖酶都购自宁夏夏盛实业集团，在水温50℃，145rpm振荡速率条件下反应13h。
（4）将反应后样品先用5000rpm转速离心沉降20min，弃去上清液后再加入稀酸溶液分散并洗涤下沉淀，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复5次后，用3200rpm转速离心8min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。
实施例4
（1）取绝干量3g，打浆度75°SR的桉木纤维浆料放入烧杯，加入300ml的丙三醇溶液。
（2）将烧杯置于恒温振荡器，在水温35℃，速率155rpm条件下振荡3.5h；取出润胀后样品，4000转离心10min，弃去上清液，加入蒸馏水洗涤沉降样品，重复2次。
（3）将所得样品置于1L烧杯中，加入370ml，总酶活浓度25u/mL的复合酶溶液，其中纤维素酶活：木聚糖酶活=8:1，纤维素酶和木聚糖酶都购自宁夏夏盛实业集团，在水温48℃，155rpm振荡速率条件下反应5h。
（4）将反应后样品先用4800rpm转速离心沉降15min，弃去上清液后再加入稀酸溶液分散并洗涤下沉淀，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复4次后，用2800rpm转速离心6min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。
Claims (8)
1.一种复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）打浆处理：取绝干30g桉木绝干浆板，浸泡4小时以上，疏解，撕成小块，平衡水分，加水配成300g浆，用PFI磨打浆；
（2）润涨处理：称取少量步骤（1）所得的桉木纤维浆，并加入溶胀剂,其中浆料绝干量与溶胀剂比例为1:50-1:100，对桉木纤维浆进行润胀预处理，然后采用3500-5000rpm转速离心5-10min，并弃去上清液，再加蒸馏水洗涤沉降的浆料，离心洗涤，洗涤过程重复2-3次，最后将沉降的纤维加入到烧杯中；
（3）复合酶解：将步骤（2）所得的纤维置于恒温振荡器，加入200-400mL总浓度为10u/mL-50u/mL的复合酶溶液，在恒定温度、恒定振荡速率下酶解；
（4）分离：将步骤（3）所得样品进行离心洗涤分离，获得条形纳米纤维素样品。
2.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述桉木纤维浆是以PFI磨浆制得，打浆度70-90°SR。
3.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(2)中，所用桉木纤维绝干量2.0-4.0g；所述溶胀剂为丙三醇，总用量200-400mL。
4.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述润胀预处理的具体步骤为：在反应温度30°-40℃，速率150-180rpm条件下振荡3.5-4.5h，此条件下预处理所得到的桉木纤维浆料溶胀率增加70-90%。
5.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的复合酶溶液是纤维素酶和木聚糖酶，总酶活浓度在10-50u/mL，其中纤维素酶酶活占总酶活70%-90%。
6.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述酶解的温度是30-55℃，振荡速率为125-155rpm，反应时间5-15h，此条件下得到的条形纳米纤维素长度范围是400-500nm，宽度范围是30-40nm。
7.根据权利要求1所述复合酶酶解制备条形纳米纤维素的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的离心洗涤分离的方法：先用4500-5000rpm转速离心沉降15-20min，取沉淀加入稀酸溶液分散，超声，之后再次离心沉降；沉降-洗涤过程重复2-4次后，用2500-3500rpm转速离心5-8min，取上清溶液，获得条形纳米纤维素样品。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到条形纳米纤维素。
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