酶调控预处理对MFC膜包装性能的影响

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在纤维素酶预处理制备微纤化纤维素(MFC)过程中,内切纤维素酶主要作用于纤维素的无定形区,在降低MFC制备能耗、提高产品得率、改善产品性能等方面,具有独特优势和实际应用价值,但是存在预处理时间较长、生产效率较低的问题。因此,针对内切纤维素酶吸附进行调控,提高预处理效率,并对其相关影响机制进行深入研究很有必要。本论文以漂白桉木硫酸盐浆为原料,通过添加阳离子聚合物聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)、聚丙烯酰胺(CPAM),基于电荷吸附原理,来提高内切纤维素酶(R酶)预处理效率,改善MFC及其薄膜性能。酶学性质研究得出,与未添加阳离子相比:随着PDADMAC(Ⅰ)的增加,FPA酶活呈现不断上升的趋势,PDADMAC(Ⅱ)、CPAM(Ⅰ)、CPAM(Ⅱ)的添加量分别为0.6mg/g、1.Omg/g、1.2mg/g时,FPA酶活变化分别为增加6.87%、降低15.78%、降低 15.90%;PDADMAC(Ⅰ)、PDADMAC(Ⅱ)、CPAM(Ⅰ)、CPAM(Ⅱ)添加量分别为2.5mg/g、1.2mg/g、2.0mg/g、2.4mg/g时,Cx酶活变化分别为降低21.03%、增加5.26%、降低29.90%、降低21.65%;结果表明对高正电荷的PDADMAC而言,有利于酶活的增加;对CPAM而言,会使酶活力有所下降。MFC及其薄膜性能分析得出:当纸浆浓度10%,处理时间16h,酶用量为6u/g时,与4u/g相比,MFC的比表面积增大2.52%,结晶度增大5.96%,粘度增大14.63%,保水值降低17.85%;MFC薄膜的拉伸强度为29.96MPa,断裂伸长率为2.288%,透氧系数为1.362×10-15 cm3·cm/(cm2·s·Pa),透光率达到71.90%,符合普通包装膜的要求。对PDADMAC而言,与低分子量、高电荷量的PDADMAC(Ⅱ)相比,添加高分子量、低电荷量的阳离子聚合物PDADMAC(Ⅰ)所制MFC的比表面积增大2.75%,结晶度增大2.25%,粘度增加13.44mpa-s,粒径尺寸范围变大;MFC薄膜的拉伸强度增大34.24%,断裂伸长率增大0.897%,透氧系数增加0.146× 10-15cm3·cm/(cm2·s·Pa),阻隔性略微降低,其添加量约为360ppm,高电荷量的PDADMAC对于酶活的提升影响作用较大,提高了酶的预处理效率,使得其调控处理制得的MFC及其薄膜力学性能有所下降。对CPAM而言,与低分子量、低电荷量的CPAM(Ⅱ)相比,添加高分子量、高电荷量的阳离子聚合物CPAM(Ⅰ)所制备的MFC的比表面积增大1.72%、保水值增加2.79%,粘度增加9.78mpa·s;所成薄膜的拉伸强度增加14.49MPa,断裂伸长率增大2.175%,透氧系数减小6.32%,阻隔性能优良,其添加量为250ppm,高分子量的CPAM虽然降低了酶活,但一定程度上有效控制了酶在无定形区的过度水解,从而有利于薄膜力学性能、阻隔性能的提高。因此,添加高分子量的阳离子聚合物所制备出的MFC的比表面积、粘度,MFC薄膜的拉伸强度、断裂伸长率等性能比较好;而且阳离子聚合物的高电荷量有利于MFC结晶度的增大,制备阻隔性能较好的薄膜。
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