WO1994013868A1 - Procede de rouissage enzymatique controle de fibres liberiennes et solution de rouissage enzymatique - Google Patents

Procede de rouissage enzymatique controle de fibres liberiennes et solution de rouissage enzymatique Download PDF

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Louis Hurdequint
Patrick Hurdequint
Paul Ducroo
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Louis Hurdequint
Patrick Hurdequint
Paul Ducroo
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01C—CHEMICAL OR BIOLOGICAL TREATMENT OF NATURAL FILAMENTARY OR FIBROUS MATERIAL TO OBTAIN FILAMENTS OR FIBRES FOR SPINNING; CARBONISING RAGS TO RECOVER ANIMAL FIBRES
    • D01C1/00—Treatment of vegetable material
    • D01C1/04—Bacteriological retting

Definitions

  • the present invention relates to a controlled enzymatic retting process of bast fibers such as, in particular, flax, hemp and jute, making it possible to release the cellulosic fibers, so as to provide a raw material which can be used in spinning avoiding certain additional mechanical, chemical or biological treatments.
  • the present invention also relates to an enzymatic solution making it possible to implement the enzymatic retting process.
  • the cellulose fibers are linked, at the periphery of their natural stem, by cements consisting essentially of pectins and neutral polysaccharides.
  • the retting operation which consists in achieving the release of the cellulosic fibers from the other constituents, is carried out, in the traditional way, in the field, the soil microorganisms slowly propagating around the stem and secreting enzymes which act locally. by degrading the cortex thereof and dividing it into a series of sub-beams made up of a few elementary fibers.
  • an inherent difficulty in retting by the enzymatic route in an unnatural medium stems from the fact that the enzymes used must have the capacity to act on pectins and on neutral polysaccharides in a sufficiently specific manner to eliminate them, while also respecting the cellulosic fiber itself.
  • the object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a retting process for bast fibers which makes it possible to easily control the action on the natural fiber of the various enzymes used, so as to avoid any attack by the latter, which would lead to its weakening.
  • the present invention thus relates to a process for the retting of bast fibers, and in particular flax, using at least one enzyme capable of degrading at least the pectins contained in the natural fiber, characterized in that it consists in acting on the fiber an enzymatic solution containing an endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15) buffered by a buffer solution at a pH between 3 and 6 and preferably close to 4.5.
  • an enzyme capable of degrading at least the pectins contained in the natural fiber characterized in that it consists in acting on the fiber an enzymatic solution containing an endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15) buffered by a buffer solution at a pH between 3 and 6 and preferably close to 4.5.
  • the fiber to be treated is admitted continuously into a retting cell, inside which the enzymatic solution is sprayed onto the fiber.
  • an enzyme solution comprising an endo beta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89) and / or an enzyme solution containing a beta 1-4 xylanase ( EC 3.2.1.8) and this in addition to the action of the enzymatic solution containing the endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15).
  • the present invention also relates to an enzymatic solution intended for the biochemical retting of bast fibers and in particular of flax, characterized in that it comprises an endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15), buffered by a buffer solution at a pH of between 3 and 6 and preferably 4.5.
  • an endo polygalacturonase EC 3.2.1.15
  • the buffer solution consists of a solution containing 3 to 5 grams per liter of citric acid neutralized by a strong base, for example sodium hydroxide.
  • the enzymatic solution comprises an endo beta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89). In another embodiment of the invention, the enzyme solution comprises a beta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.8)
  • the method and the enzymatic solution according to the invention can be used with all the fibrous plants of Liberia such as hemp, jute, ramie, and in particular flax.
  • a method of enzymatic retting according to the invention will be described below, applied to the treatment of flax, but it can therefore, of course, also be used with the other bast fibers, without departing from the scope of the present invention. .
  • the method and the device according to the invention find maximum efficiency when they are used in a continuous treatment method.
  • green flax straw, or pre-screened flax linen are first admitted between superimposed rollers which grind the flax, then then on a conveyor belt where they are subjected to washing by spraying with water, so as to eliminate part of the pectic matter as well as certain elements inhibiting the enzymatic action, such as the polyphenols and the tannins released during the grinding, and finally in an enzymatic retting cell.
  • the flax thus crosses the retting cell on a conveyor belt and travels continuously in front of nozzles which spray on it an enzymatic solution.
  • the action of the enzyme solution can be controlled by adjusting the speed of the conveyor belt in front of the spray nozzles.
  • the enzymatic solution consists of a mixture of an enzyme called endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15), designated in the remainder of this text by "endo PG", with a buffer solution which buffers it at a pH of between approximately 3 and 6 and which is preferably close to 4.5, which corresponds to the zone of greatest activity of the enzyme.
  • endo polygalacturonase EC 3.2.1.15
  • endo PG endo polygalacturonase
  • the process works particularly satisfactorily between temperatures between 40 and 60 ° C.
  • the duration of the enzyme treatment depends on the temperature and the enzyme concentration used, it can vary from two hours to twenty-four hours. For practical and economic reasons, the parameters are chosen so that the durations are between two and five hours.
  • an ammonium oxalate solution the concentration of which is three to five grams per liter, which will be corrected at the desired pH by a solution, will be added to the enzymatic solution.
  • acid and which will play, in addition to its function of complexing agent, a function of buffer solution.
  • complexing agents such as EDTA can be used, but these are only effective in an alkaline medium, and therefore cannot be added to the enzymatic solution.
  • the process according to the invention also makes it possible to perfect the elimination of the neutral polysaccharides associated with pectic materials, by adding to the endo PG, an endo beta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89) and / or a beta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.89)
  • the retting will be controlled by varying the concentration of the enzymatic solution, the number of enzymatic activities involved, as well as, as mentioned above, the duration of treatment.
  • the latter can be adjusted by varying the running speed of the treadmill when practicing continuous retting.
  • the fibers were first washed using hot water at 65 ° C, the hydrotimetric titer of which was close to five.
  • the fibers placed on a conveyor belt were then circulated in a retting cell where they were sprayed with an enzymatic solution at a temperature of 45 ° C for two hours.
  • the enzymatic solution consisted of fresh water having a hydrotimetric titer of five, to which was added one gram per liter of wetting agent (marketed under the registered trademark SYNPERONIC NP12), 5 grams per liter. citric acid, 1.5 grams per liter of ammonium oxalate, the pH of the solution being adjusted to a value of 4, and an enzyme endo PG at the concentration of 2 grams per liter having 10,000 units of enzymatic activity per gram (10,000 u / g) manufactured by the company LYVEN.
  • wetting agent marketed under the registered trademark SYNPERONIC NP12
  • citric acid 1.5 grams per liter of ammonium oxalate
  • pH of the solution being adjusted to a value of 4
  • an enzyme endo PG at the concentration of 2 grams per liter having 10,000 units of enzymatic activity per gram (10,000 u / g) manufactured by the company LYVEN.
  • the enzymatic solution consisted of a 2 gram per liter solution of an enzyme preparation produced by the LYVEN Company, identical to that of the previous test, except for its enzymatic activity which titrated more than 4,500 u / g of endo PG, enriched in endo beta 1-4 galactanase.
  • the enzyme solution consisted of a PG endo, identical to that of the first test, except for its concentration which was 1 gram per liter and the presence of a beta 1- enzyme.
  • 4 xylanase produced from Aspergillus niger at a concentration of 1 gram per liter and having 10,000 units of xylanasic activity per gram.
  • the results of the enzymatic retting were analyzed by subjecting a sample of the treated material to intense mechanical grinding, using a ball mill, then the pectic materials and the neutral polysaccharides which were not eliminated were extracted in sodium hydroxide medium 0 , 2N for four hours at 50 ° C. After separation of the insoluble fraction, by filtration or centrifugation, the pectic content was determined on the filtrate according to the MHDP method described by Thibault JF 1979 (Lebensm.Wiss u-Technol, 12, 247-251) and the content of neutral polysaccharides according to the sulfuric orcinol method described by Tollier MT and Robin JP 1979 (Ann. Technol. Agric. 28, 1 -15). The results have been recorded in the table below and are expressed on the basis of the dry matter of the material before analyzes.
  • an effective wetting agent such as for example a nonionic product of the ethoxylated nonylphenol type, for example that sold by the company ICI under the brand name "SYNPERONIC NP 12"
  • a nonionic product of the ethoxylated nonylphenol type for example that sold by the company ICI under the brand name "SYNPERONIC NP 12”
  • SYNPERONIC NP 12 will promote the penetration of the enzymatic solution. at the heart of the fibers.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de rouissage de fibres libériennes, et notamment du lin, utilisant au moins une enzyme apte à dégrader au moins les pectines contenues dans la fibre naturelle. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir sur la fibre une solution enzymatique contenant une endopolygalacturonase (EC 3.2.1.15) tamponnée par une solution tampon à un pH compris entre 3 et 6. La présente invention concerne également une solution enzymatique destinée au rouissage des fibres libériennes et notamment du lin, caractérisée en ce qu'elle comprend une endopolygalacturonase (EC 3.2.1.15).

Description

PROCEDE DE ROUISSAGE ENZYMATIQUE CONTROLE
DE FIBRES LIBERIENNES ET SOLUTION DE
ROUISSAGE ENZYMATIQUE La présente invention concerne un procédé de rouissage enzymatique contrôlé de fibres libériennes telles que, notamment, le lin, le chanvre et le jute, permettant de réaliser la libération des fibres cellulosiques, de façon à fournir une matière première exploitable en filature évitant certains traitements supplémentaires d'ordre mécanique chimique ou biologique. La présente invention concerne également une solution enzymatique permettant de mettre en oeuvre le procédé de rouissage enzymatique.
On sait en effet que les fibres cellulosiques sont liées, à la périphérie de leur tige naturelle, par des céments constitués essentiellement de pectines et de polysaccharides neutres. L'opération de rouissage, qui consiste à réaliser la libération des fibres cellulosiques des autres constituants, s'effectue, de façon traditionnelle, sur champ, les micro- organismes du sol se propageant lentement autour de la tige et sécrétant des enzymes qui agissent localement en dégradant le cortex de celle-ci et en la divisant en une série de sousfaisceaux constitués de quelques fibres élémentaires.
On comprendra que dans ce type de rouissage, l'action biologique des bactéries est essentiellement fonction des paramètres climatiques qui ne sont pas maîtrisables et qui rendent ce procédé incompatible avec une industrialisation efficace sur le plan technique et économique. On a proposé de pallier les irrégularités provoquées par les variations des paramètres climatiques, en réalisant le rouissage par l'action sur la pectine, d'enzymes telles que la pectinase ou la béta-glucanase. On a proposé également d'utiliser une enzyme polyactive à large spectre.
Cependant, une difficulté inhérente au rouissage par voie enzymatique en milieu non naturel, provient de ce que les enzymes utilisées doivent avoir la capacité d'agir sur les pectines et sur les polysaccharides neutres de façon suffisamment spécifique pour les éliminer, tout en respectant par ailleurs la fibre cellulosique elle-même.
Or, si les enzymes utilisées suivant l'état antérieur de la technique, pour effectuer le rouissage, éliminent la plupart du temps de façon parfaitement reproductible les pectines et les polysaccharides neutres, elles ont également pour effet de dégrader les fibres cellulosiques, ce qui conduit à un affaiblissement, voire même une rupture, de celles-ci.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de rouissage de fibres libériennes permettant de contrôler facilement l'action sur la fibre naturelle des différentes enzymes utilisées, de façon à éviter toute attaque de cette dernière, qui conduirait à son affaiblissement.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de rouissage de fibres libériennes, et notamment du lin, utilisant au moins une enzyme apte à dégrader au moins les pectines contenues dans la fibre naturelle, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir sur la fibre une solution enzymatique contenant une endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15) tamponnée par une solution tampon à un pH compris entre 3 et 6 et préférablement voisin de 4,5.
Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant de l'invention, la fibre à traiter est admise en continu dans une cellule de rouissage, à l'intérieur de laquelle la solution enzymatique est pulvérisée sur la fibre.
Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention on fait agir sur la fibre une solution enzymatique comprenant une endo bêta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89), et/ou une solution enzymatique contenant une bêta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.8) et ce en complément de l'action de la solution enzymatique contenant l'endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15).
La présente invention a également pour objet une solution enzymatique destinée au rouissage biochimique des fibres libériennes et notamment du lin, caractérisée en ce qu'elle comprend une endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15), tamponnée par une solution tampon à un pH compris entre 3 et 6 et préférablement 4,5.
Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, la solution tampon est constituée d'une solution contenant de 3 à 5 grammes par litre d'acide citrique neutralisés par une base forte, par exemple de la soude.
Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention la solution enzymatique comprend une endo bêta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89). Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention la solution enzymatique comprend une bêta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.8)
Le procédé et la solution enzymatique suivant l'invention sont utilisables avec toutes les plantes fibreuses libériennes telles que le chanvre le jute, le ramie, et notamment le lin.
On décrira ci-après un mode de rouissage enzymatique suivant l'invention, appliqué au traitement du lin, mais celui-ci peut donc, bien entendu, être mis en oeuvre également avec les autres fibres libériennes, sans sortir du cadre de la présente invention.
Le procédé et le dispositif suivant l'invention trouvent une efficacité maximale lorsqu'ils sont mis en oeuvre dans une méthode de traitement continue. Préférentiellement la paille de lin vert, ou le lin préteillé en nappe, sont admis tout d'abord entre des rouleaux superposés qui réalisent un broyage du lin, puis ensuite sur un tapis roulant où ils sont soumis à un lavage par projection d'eau, de façon à éliminer une partie des matières pectiques ainsi que certains éléments inhibiteurs de l'action enzymatique, tels que les polyphénols et les tannins libérés lors du broyage, et enfin dans une cellule de rouissage enzymatique.
Suivant l'invention, le lin traverse ainsi la cellule de rouissage sur un tapis roulant et défile, de façon continue, devant des buses qui pulvérisent sur celui-ci une solution enzymatique. L'action de la solution enzymatique peut être contrôlée en réglant la vitesse de défilement du tapis devant les buses de pulvérisation.
La solution enzymatique est constituée d'un mélange d'une enzyme dénommée endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15), désignée dans la suite du présent texte par "endo PG", avec une solution tampon qui la tamponne à un pH se situant entre environ 3 et 6 et qui est préférablement voisin de 4,5, ce qui correspond à la zone de plus grande activité de l'enzyme.
Le procédé fonctionne de façon particulièrement satisfaisante entre des températures comprises entre 40 et 60°C. La durée du traitement enzymatique dépend de la température et de la concentration enzymatique utilisée, elle peut varier de deux heures à vingt-quatre heures. Pour des raisons pratiques et économiques, les paramètres sont choisis pour que les durées se trouvent comprises entre deux et cinq heures.
Bien que toute solution tampon maintenant l'enzyme au pH précité puisse être utilisée, la demanderesse a établi que l'addition à l'eau douce de trois à cinq grammes par litre d'acide citrique neutralisé par une base forte, telle que la soude, constitue une solution tampon particulièrement efficace dans la mise en oeuvre de la présente invention.
On sait par ailleurs qu'une partie non négligeable des matières pectiques du lin se trouve dans celui-ci sous forme d'acides pectiques, souvent neutralisé partiellement, voire même totalement, par des ions calcium, sous forme de pectate de calcium résistant à l'action enzymatique. La demanderesse a établi que l'addition d'un complexant du calcium, tel que l'oxalate d'ammonium, permet d'améliorer le caractère actif de l'endo PG.
Dans une variante de ce mode de mise en oeuvre de l'invention, on ajoutera à la solution enzymatique une solution d'oxalate d'ammonium dont la concentration est de trois à cinq grammes par litre, qui est corrigée, au pH souhaité par un acide, et qui jouera, en plus de sa fonction de complexant, une fonction de solution tampon. D'autres complexants tels que l'EDTA peuvent être utilisés, mais ceux-ci ne sont efficaces qu'en milieu alcalin, et ne peuvent donc être ajoutés à la solution enzymatique.
Le procédé suivant l'invention permet également de parfaire l'élimination des polysaccharides neutres associés aux matières pectiques, en ajoutant à l'endo PG, une endo bêta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89) et/ou une bêta 1-4 xylanase (EC
3.2.1.8). Bien entendu, le traitement enzymatique avec chacune de ces enzymes peut également être effectué indépendamment du traitement de l'endo PG, à savoir avant ou après celui-ci.
Bien entendu, et bien que le traitement par pulvérisation présente des avantages par rapport à celui par trempage, en réduisant par quatre environ, la quantité de solution enzymatique nécessaire ainsi que le volume des eaux résiduaires, on pourra également mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention en procédant par trempage.
Suivant l'invention, on contrôlera le rouissage en faisant varier la concentration de la solution enzymatique, le nombre d'activités enzymatiques mises en jeu, ainsi que, comme mentionné précédemment, la durée du traitement. Cette dernière pourra être ajustée en faisant varier la vitesse de défilement du tapis roulant lorsque l'on pratique un rouissage en continu. On peut ainsi obtenir, en fonction des besoins, des fibres destinées à la filature du lin traditionnel "au mouillé" mais également des fibres destinées à la filature "au sec" du type laine ou coton, voire la libération des fibres élémentaires pour des usages techniques.
Afin d'établir l'efficacité du procédé et de la solution enzymatique suivant l'invention, l'on a, à titre d'exemple, traité en continu des fibres de lin préteillé suivant le procédé décrit ci-après.
On a tout d'abord procédé à un lavage des fibres à l'aide d'eau chaude à 65°C dont le titre hydrotimétrique était voisin de cinq. On a ensuite fait circuler les fibres disposées sur un tapis roulant dans une cellule de rouissage où elles ont été soumises à une pulvérisation d'une solution enzymatique à une température de 45°C pendant deux heures.
Dans une première série d'essais la solution enzymatique était constituée d'eau douce possédant un titre hydrotimétrique de cinq, à laquelle on a ajouté un gramme par litre d'agent mouillant (commercialisé sous la marque déposée SYNPERONIC NP12), 5 grammes par litre d'acide citrique, 1,5 grammes par litre d'oxalate d'ammonium, le pH de la solution étant ajusté à une valeur de 4, et une enzyme endo PG à la concentration de 2 grammes par litre possédant 10.000 unités d'activité enzymatique par gramme (10.000 u/g) fabriquée par la Société LYVEN.
Dans une seconde série d'essais la solution enzymatique était constituée d'une solution à 2 grammes par litre d'une préparation enzymatique produite par la Société LYVEN, identique à celle de l'essai précédent, à l'exception de son activité enzymatique qui titrait plus de 4.500 u/g d'endo PG, enrichie en endo bêta 1-4 galactanase.
Dans une troisième série d'essais la solution enzymatique était constituée d'une endo PG, identique à celle du premier essai, à l'exception de sa concentration qui était de 1 gramme par litre et de la présence d'une enzyme bêta 1-4 xylanase produite à partir d'Aspergillus niger à une concentration de 1 gramme par litre et possédant 10.000 unités d' activité xylanasique par gramme.
Les résultats du rouissage enzymatique ont été analysés en soumettant un échantillon de la matière traitée à un broyage mécanique intense, à l'aide d'un broyeur à billes, puis les matières pectiques et les polysaccharides neutres non éliminés ont été extraits en milieu soude 0,2N pendant quatre heures à 50°C. Après séparation de la fraction insoluble, par filtration ou centrifugation, on a déterminé sur le filtrat, la teneur en matières pectiques selon la méthode au MHDP décrite par Thibault J.F. 1979 (Lebensm.Wiss u-Technol, 12, 247-251) et la teneur en polysaccharides neutres selon la méthode à l'orcinol sulfurique décrite par Tollier M.T. et Robin J.P. 1979 (Ann. Technol. Agric. 28, 1 -15). Les résultats ont été consignés dans le tableau ci-après et sont exprimés sur base de la matière sèche de la matière avant analyses.
Les contrôles physiques de finesse et de ténacité ont été effectués selon les méthodes normalisées dans l'industrie linière.
Afin d'améliorer, de façon sensible, l'aspect des fibres, on utilisera de préférence, tout au long de la mise en oeuvre du rouissage, de l'eau douce, c'est à dire une eau dont le titre hydrotimétrique est de l'ordre de 5.
Par ailleurs, l'utilisation d'un agent mouillant efficace, tel que par exemple un produit non ionique du type nonylphénol éthoxylé, par exemple celui commercialisé par la Société ICI sous la marque "SYNPERONIC NP 12", favorisera la pénétration de la solution enzymatique au coeur des fibres.
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Claims

REVENDICATIONS
1.- Procédé de rouissage de fibres libériennes, et notamment du lin, utilisant au moins une enzyme apte à dégrader au moins les pectines contenues dans la fibre naturelle, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir sur la fibre une solution enzymatique contenant une endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15) tamponnée par une solution tampon à un pH compris entre 3 et 6.
2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on tamponne la solution enzymatique à un pH voisin de 4,5.
3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on fait agir sur la fibre une solution enzymatique comprenant une endo bêta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89).
4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on fait agir sur la fibre une solution enzymatique comprenant une bêta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.8).
5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la fibre à traiter est admise en continu dans une cellule de rouissage, dans laquelle la solution enzymatique est pulvérisée sur celle-ci.
6.- Solution enzymatique destinée au rouissage des fibres libériennes et notamment du lin, caractérisée en ce qu'elle comprend une endo polygalacturonase (EC 3.2.1.15), tamponnée par une solution tampon à un pH compris entre 3 et
6.
7.- Solution enzymatique suivant la revendication 6 caractérisée en ce que la solution tampon est à un pH de 4,5.
8.- Solution enzymatique suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce qu'elle comprend une endo bêta 1-4 galactanase (EC 3.2.1.89).
9.- Solution enzymatique suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce qu'elle comprend une bêta 1-4 xylanase (EC 3.2.1.8).
10.- Solution enzymatique suivant l'une des revendications 6 à 9 caractérisée en ce que la solution tampon est constituée d'une solution contenant de trois à cinq grammes par litre d'acide citrique, neutralisés par une base forte.
11.- Solution enzymatique suivant l'une des revendications 6 à 9 caractérisée en ce que la solution tampon est constituée d'une solution contenant de trois à cinq grammes par litre d'oxalate d'ammonium corrigée, par un acide au pH souhaité.
12.- Solution enzymatique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11 caractérisée en ce que la solution enzymatique est réalisée avec de l'eau dont le titre hydrotimétrique est de l'ordre de 5 à 10.
13.- Solution enzymatique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 12 caractérisée en ce que la solution enzymatique, lorsqu'elle est en présence de la fibre, est à une température comprise entre 40°C et 60°C.
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