用脂肪酶處理輻射松磨木漿的探討

胡志文， 陳建平

（福建師范大學生命科學學院， 福建 福州 350117）

用脂肪酶處理輻射松磨木漿的探討

胡志文， 陳建平

（福建師范大學生命科學學院， 福建 福州 350117）

通過正交實驗，確定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解輻射松磨木漿中樹脂的最優條件：漿濃為5%，反應溫度為70℃，pH為6.5，酶用量為15U.g-1，反應時間2h。應用索式抽提的方法測得脂肪酶作用紙漿前后的紙漿抽提物的減少量。

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶；輻射松；磨木漿

多年來，樹脂障礙一直是以松木為主要原料的造紙廠比較關注的一個問題。造成樹脂障礙的原因是紙漿中游離的樹脂會以各種方式沉積在制漿造紙的設備的表面上，給生產帶來一定的麻煩。其中，甘油三酸脂（TG）又是造成樹脂障礙的主要成分[1-2]。目前，處理樹脂障礙的主要方法有生物法、化學法以及工藝控制法。由于生物法具有效果好，成本低等特點，并且在生產實踐中已經有成功的案例。由于紙漿中的樹脂會被脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，分解出的脂肪酸可以通過NaOH滴定得出并由此得出樹脂分解量的多少。文章通過NaOH滴定法確定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解輻射松磨木漿中樹脂的最佳條件，并用索式抽提法檢驗脂肪酶作用紙漿前后抽提物含量的減少量，以此檢測脂肪酶水解樹脂的效果。

1 材料與方法

1.1 材料

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶：由福建師范大學生命科學學院微生物工程研究所提供。該酶的最佳反應溫度為70℃，最適作用pH為7.0。

紙漿：輻射松木片磨木漿，取自福建省南平造紙廠的機漿車間。

主要試劑：橄欖油、聚乙烯醇（PVA，聚合度1750±50）（均為化學純）、其他試劑均為分析純。

儀器：XHF-D高速分散器，JJ-2組織搗碎機，THZ-82恒溫振蕩器，索式抽提器，R206旋轉蒸發儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 脂肪酶酶活的測定

采用中和滴定的方法測定脂肪酶的酶活。酶活的定義：在反應條件下，每min催化水解甘油三酸酯產生lμmol游離脂肪酸的酶量定義為一個脂肪酶國際單位(u)，對液體酶的酶活以每ml酶液含有的脂肪酶國際單位數(u.ml-1)表示。

1.2.2 紙漿酶處理[3]

在100ml的錐形瓶中加入一定量的紙漿，用酸或堿調節紙漿的pH，按實驗要求的相應量加入脂肪酶，通過恒溫振蕩器設定相應的反應溫度，反應時間。反應結束后真空抽濾，收集濾液用0.05mol/LNaOH標準溶液滴定，記錄每次滴定的耗堿量。由于紙漿中的樹脂被脂肪酶水解成脂肪酸和甘油，通過測定脂肪酸的量來衡量紙漿中樹脂的量。因此測定酶水解紙漿前后耗堿量的不同，可知脂肪酶分解紙漿樹脂的量不同。

進行單因素實驗和正交實驗時，按照實驗要求控制好漿濃、酶用量、pH值、反應溫度、反應時間，其他方法不變。

1.2.3 紙漿的抽提物測定[4]

將酶處理完的紙漿進行真空抽濾，收集濾渣烘干。將烘干的濾渣放入索式抽提器中，用丙酮抽提6h（總共回流不少于24次），抽提后，將平底燒瓶的有機溶劑用旋轉蒸發儀蒸干，蒸干后放入60℃烘箱中烘干，稱重，計算紙漿抽提物的重量。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 酶用量對脂肪酶降解樹脂量的影響

如圖1所示，設計酶用量的范圍為5～25 U.g-1（絕干漿）。隨著酶用量的增多，消耗NaOH的量也隨著增多，即說明酶分解樹脂生成酸的量也隨之增多。結合酶用量的實際效果和酶的生產成本考慮，分別選取10，15，20 U.g-1作為接下來的正交實驗中酶用量的3個水平。

圖1 脂肪酶用量對其降解樹脂效果的影響

圖2 pH值對脂肪酶降解樹脂效果的影響

圖3 溫度對脂肪酶降解樹脂效果的影響

圖4 反應時間對脂肪酶降解樹脂效果的影響

圖5 漿濃對脂肪酶降解樹脂的效果影響

2.1.2 pH對脂肪酶降解樹脂量的影響

如圖2所示，設計pH的范圍為6,6.5,7.5,8,9，分別測定脂肪酶在這幾個pH值水平下的耗堿量。經過實驗測定，該脂肪酶在6.5,7.5,8這3個水平的耗堿量相對較高，這也說明該脂肪酶在pH偏高時酶活性有所下降，可能是pH值偏高導致脂肪酶部分失活的原因。因此將6.5,7.5,8作為正交實驗中pH因素的3個水平。

2.1.3 溫度對脂肪酶降解樹脂量的影響

如圖3所示，酶在45～70℃的范圍內，耗堿量隨著溫度的升高而增多，當溫度達到70℃的耗堿量達到最大，這也與該酶的最適溫度吻合。當溫度達到80℃時，耗堿量急劇下降，下降的原因可能是酶的活性因高溫而部分失活，從而導致耗堿量降低。故選取55，65，70℃ 3個水平做正交實驗。

2.1.4 反應時間對脂肪酶降解樹脂量的影響

如圖4所示，反應時間對脂肪酶降解樹脂的影響，隨著反應時間的增多，消耗NaOH的量先增多，然后減少，但在2h時候達到最高，故選取2h為實驗的最佳反應時間。

表1 正交試驗設計及實驗結果

2.1.5 漿濃對脂肪酶降解樹脂量的影響

如圖5所示，在漿濃為2%-6%的范圍內，耗堿量是隨之增多的，5%和6%的耗堿量相同，說明耗堿量不是隨著漿濃無限增加，原因是漿濃過高時，有些脂肪酶吸附在紙漿的纖維上，不能與紙漿溶液中樹脂很好的接觸、反應[5]。因此，選取4%，5%，6% 3個水平做正交實驗。

2.2 脂肪酶處理輻射松紙漿的正交試驗

由于各個因素之間存在交互作用，因此需要將4個因素綜合考慮，故依據上述的單因素實驗結果做進一步的正交實驗。將影響脂肪酶降解樹脂的4個因素（酶用量、pH值、反應溫度、漿濃）進行正交實驗設計。實驗設計和實驗結果見表1。根據表1的實驗結果，可以找出該脂肪酶分解樹脂的最佳條件是酶用量為15 U.g-1，pH值為6.5，反應溫度為70℃，漿濃為5%,反應時間2h。

2.3 脂肪酶處理紙漿前后的抽提物量的變化

造紙纖維原料中，除了含有纖維素、半纖維素和木素這些主要化學成分外，還含有一些能溶于中性有機溶劑（如丙酮）的成分，這些成分統稱為有機溶劑抽提物，一般又稱其為植物中樹脂的代表[6]。因此文章通過紙漿抽提物來驗證Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中樹脂的效果。

將經過最佳條件酶處理的紙漿進行過濾、抽提，將丙酮用旋轉蒸發儀蒸干，抽提物烘干后稱重，得到酶處理的紙漿抽提物物重0.0123g，未經過酶處理的紙漿抽提物重0.0160g，抽提物去除率為23.13%。

3 結論

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中樹脂的最佳工藝：漿濃5%、反應溫度70℃、pH值6.5、酶用量15 U.g-1（絕干漿）、反應時間2h。

在上述酶水紙紙漿的最佳工藝下，Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶處理輻射松磨木漿中的抽提物的去除率為23.13%。

[1]Fischer K，and Messner K，Reducing troublesome pitch in pulp mills by lipolytic enzymes.Tappi J，1992；72（2）；130.

[2]Irie Y，Matsukura Met al.Enzymatic pitch control in papermaking system.TAPPI 1990 Papermakers Conference Proceeding, Atlanta.TAPPI PRESS ,1990:1.

[3]陳建平, 黃儒珠, 吳松剛，等.堿性脂肪酶水解紙漿中的甘油三酸酯的研究[J].福建師范大學學報：自然科學版 ,1998, 14 (3) : 72- 76.

[4]鄭劍， 周黎敏， 李大方.紙漿中樹脂含量的測定[J].中國造紙，2009,28(9):76-78.

[5]王冶艷.脂肪酶控制樹脂障礙的研究進展［J］.上海造紙，2009，40(3) : 41.

[6]胡惠仁, 徐立新.造紙化學品[M].北京: 化學工業出版社, 2008,45-46.

TS743+14

A

1007-550X（2015）04-0033-04

10.3969/j.issn.1007-550X.2015.04.001

2015-01-13

胡志文（1989-），男，碩士，研究方向：發酵工程。