用脂肪酶处理辐射松磨木浆的探讨

胡志文， 陈建平

（福建师范大学生命科学学院， 福建 福州 350117）

用脂肪酶处理辐射松磨木浆的探讨

胡志文， 陈建平

（福建师范大学生命科学学院， 福建 福州 350117）

通过正交实验，确定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解辐射松磨木浆中树脂的最优条件：浆浓为5%，反应温度为70℃，pH为6.5，酶用量为15U.g-1，反应时间2h。应用索式抽提的方法测得脂肪酶作用纸浆前后的纸浆抽提物的减少量。

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶；辐射松；磨木浆

多年来，树脂障碍一直是以松木为主要原料的造纸厂比较关注的一个问题。造成树脂障碍的原因是纸浆中游离的树脂会以各种方式沉积在制浆造纸的设备的表面上，给生产带来一定的麻烦。其中，甘油三酸脂（TG）又是造成树脂障碍的主要成分[1-2]。目前，处理树脂障碍的主要方法有生物法、化学法以及工艺控制法。由于生物法具有效果好，成本低等特点，并且在生产实践中已经有成功的案例。由于纸浆中的树脂会被脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，分解出的脂肪酸可以通过NaOH滴定得出并由此得出树脂分解量的多少。文章通过NaOH滴定法确定Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶水解辐射松磨木浆中树脂的最佳条件，并用索式抽提法检验脂肪酶作用纸浆前后抽提物含量的减少量，以此检测脂肪酶水解树脂的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶：由福建师范大学生命科学学院微生物工程研究所提供。该酶的最佳反应温度为70℃，最适作用pH为7.0。

纸浆：辐射松木片磨木浆，取自福建省南平造纸厂的机浆车间。

主要试剂：橄榄油、聚乙烯醇（PVA，聚合度1750±50）（均为化学纯）、其他试剂均为分析纯。

仪器：XHF-D高速分散器，JJ-2组织捣碎机，THZ-82恒温振荡器，索式抽提器，R206旋转蒸发仪。

1.2 实验方法

1.2.1 脂肪酶酶活的测定

采用中和滴定的方法测定脂肪酶的酶活。酶活的定义：在反应条件下，每min催化水解甘油三酸酯产生lμmol游离脂肪酸的酶量定义为一个脂肪酶国际单位(u)，对液体酶的酶活以每ml酶液含有的脂肪酶国际单位数(u.ml-1)表示。

1.2.2 纸浆酶处理[3]

在100ml的锥形瓶中加入一定量的纸浆，用酸或碱调节纸浆的pH，按实验要求的相应量加入脂肪酶，通过恒温振荡器设定相应的反应温度，反应时间。反应结束后真空抽滤，收集滤液用0.05mol/LNaOH标准溶液滴定，记录每次滴定的耗碱量。由于纸浆中的树脂被脂肪酶水解成脂肪酸和甘油，通过测定脂肪酸的量来衡量纸浆中树脂的量。因此测定酶水解纸浆前后耗碱量的不同，可知脂肪酶分解纸浆树脂的量不同。

进行单因素实验和正交实验时，按照实验要求控制好浆浓、酶用量、pH值、反应温度、反应时间，其他方法不变。

1.2.3 纸浆的抽提物测定[4]

将酶处理完的纸浆进行真空抽滤，收集滤渣烘干。将烘干的滤渣放入索式抽提器中，用丙酮抽提6h（总共回流不少于24次），抽提后，将平底烧瓶的有机溶剂用旋转蒸发仪蒸干，蒸干后放入60℃烘箱中烘干，称重，计算纸浆抽提物的重量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 酶用量对脂肪酶降解树脂量的影响

如图1所示，设计酶用量的范围为5～25 U.g-1（绝干浆）。随着酶用量的增多，消耗NaOH的量也随着增多，即说明酶分解树脂生成酸的量也随之增多。结合酶用量的实际效果和酶的生产成本考虑，分别选取10，15，20 U.g-1作为接下来的正交实验中酶用量的3个水平。

图1 脂肪酶用量对其降解树脂效果的影响

图2 pH值对脂肪酶降解树脂效果的影响

图3 温度对脂肪酶降解树脂效果的影响

图4 反应时间对脂肪酶降解树脂效果的影响

图5 浆浓对脂肪酶降解树脂的效果影响

2.1.2 pH对脂肪酶降解树脂量的影响

如图2所示，设计pH的范围为6,6.5,7.5,8,9，分别测定脂肪酶在这几个pH值水平下的耗碱量。经过实验测定，该脂肪酶在6.5,7.5,8这3个水平的耗碱量相对较高，这也说明该脂肪酶在pH偏高时酶活性有所下降，可能是pH值偏高导致脂肪酶部分失活的原因。因此将6.5,7.5,8作为正交实验中pH因素的3个水平。

2.1.3 温度对脂肪酶降解树脂量的影响

如图3所示，酶在45～70℃的范围内，耗碱量随着温度的升高而增多，当温度达到70℃的耗碱量达到最大，这也与该酶的最适温度吻合。当温度达到80℃时，耗碱量急剧下降，下降的原因可能是酶的活性因高温而部分失活，从而导致耗碱量降低。故选取55，65，70℃ 3个水平做正交实验。

2.1.4 反应时间对脂肪酶降解树脂量的影响

如图4所示，反应时间对脂肪酶降解树脂的影响，随着反应时间的增多，消耗NaOH的量先增多，然后减少，但在2h时候达到最高，故选取2h为实验的最佳反应时间。

表1 正交试验设计及实验结果

2.1.5 浆浓对脂肪酶降解树脂量的影响

如图5所示，在浆浓为2%-6%的范围内，耗碱量是随之增多的，5%和6%的耗碱量相同，说明耗碱量不是随着浆浓无限增加，原因是浆浓过高时，有些脂肪酶吸附在纸浆的纤维上，不能与纸浆溶液中树脂很好的接触、反应[5]。因此，选取4%，5%，6% 3个水平做正交实验。

2.2 脂肪酶处理辐射松纸浆的正交试验

由于各个因素之间存在交互作用，因此需要将4个因素综合考虑，故依据上述的单因素实验结果做进一步的正交实验。将影响脂肪酶降解树脂的4个因素（酶用量、pH值、反应温度、浆浓）进行正交实验设计。实验设计和实验结果见表1。根据表1的实验结果，可以找出该脂肪酶分解树脂的最佳条件是酶用量为15 U.g-1，pH值为6.5，反应温度为70℃，浆浓为5%,反应时间2h。

2.3 脂肪酶处理纸浆前后的抽提物量的变化

造纸纤维原料中，除了含有纤维素、半纤维素和木素这些主要化学成分外，还含有一些能溶于中性有机溶剂（如丙酮）的成分，这些成分统称为有机溶剂抽提物，一般又称其为植物中树脂的代表[6]。因此文章通过纸浆抽提物来验证Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶处理辐射松磨木浆中树脂的效果。

将经过最佳条件酶处理的纸浆进行过滤、抽提，将丙酮用旋转蒸发仪蒸干，抽提物烘干后称重，得到酶处理的纸浆抽提物物重0.0123g，未经过酶处理的纸浆抽提物重0.0160g，抽提物去除率为23.13%。

3 结论

Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶处理辐射松磨木浆中树脂的最佳工艺：浆浓5%、反应温度70℃、pH值6.5、酶用量15 U.g-1（绝干浆）、反应时间2h。

在上述酶水纸纸浆的最佳工艺下，Burkholderia sp.ZYB002脂肪酶处理辐射松磨木浆中的抽提物的去除率为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]陈建平, 黄儒珠, 吴松刚，等.碱性脂肪酶水解纸浆中的甘油三酸酯的研究[J].福建师范大学学报：自然科学版 ,1998, 14 (3) : 72- 76.

[4]郑剑， 周黎敏， 李大方.纸浆中树脂含量的测定[J].中国造纸，2009,28(9):76-78.

[5]王冶艳.脂肪酶控制树脂障碍的研究进展［J］.上海造纸，2009，40(3) : 41.

[6]胡惠仁, 徐立新.造纸化学品[M].北京: 化学工业出版社, 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，硕士，研究方向：发酵工程。