Ферментативное обессмоливание целлюлозы и механической массы (стр. 2 )

a) начало реакции	б) 8 мин реакции
Рисунок 1 - Действие липазы Resinase A2X на смолу, выделенную из хвойной сульфитной целлюлозы

Судя по составу смолы, действие липазы в случае с сульфитной целлюлозой связано с гидролизом жиров. При сульфатной варке жиры разрушаются в значительно большей степени и наблюдаемые изменения смолы под действием липазы связаны с частичной деструкцией наиболее устойчивых в условиях щелочной варки этерифицированных компонентов смолы: стериновых эфиров и восков. Было отмечено, что после обработки липазой, при внешне незначительной степени деструкции, смола сульфатной целлюлозы легко распадалась на отдельные фрагменты, что свидетельствовало о снижении ее липкости. Полученные результаты создают предпосылки для дальнейшего изучения использования липазы для обессмоливания технической целлюлозы.

2. Использование липазы для обессмоливания волокнистых полуфабрикатов высокого выхода

Было проверено действие липазы Resinase A2X на хвойную ХММ Сокольского ЦБК и осиновую ХТММ Сясьского ЦБК. Обработку механических масс липазой проводили в условиях: рН 7.0, температура 60єС, концентрация массы  8%,  время обработки  2 ч.

Обработка липазой хвойной ХММ не привела к снижению суммарного содержания экстрактивных веществ, что может быть объяснено невысоким содержанием жиров в древесине ели и пихты (табл.1), а также тем, что продукты гидролитического действия липазы при выделении растворителем остаются в составе экстрактивных веществ.

Предварительная обработка липазой осиновой ХТММ с последующей отбелкой Н2О2 обеспечивает уменьшение содержания  смолы в  беленой массе на 14…35 % и может быть рекомендована для снижения смоляных затруднений при  производстве лиственной ХТММ.

Таблица 1 – Эффективность обессмоливания механических масс липазой

Вид механической массы	Расход липазы, кг/т	Показатели  массы после отбелки Н2О2
Экстрактивные вещества, %	Белизна, %
Хвойная Исходная ХММ ХММ, обработанная липазой ХММ, обработанная липазой Лиственная Исходная ХТММ ХТММ, обработанная липазой ХТММ, обработанная липазой	- 0,3 0,6 - 0,3 0,6	0,86 0,87 0,88 0,88 0,76 0,57	65,4 65,0 64,3 73,9 74,1 73,5

Часть смолы в процессе получения волокнистых полуфабрикатов переходит в раствор и присутствует в эмульгированном состоянии. Ранее было установлено, что обработка нейтрально-сульфитным щелоком (НСЩ) приводит к увеличению выхода небеленой сульфатной целлюлозы за счет сорбции гемицеллюлоз и лигнина. Однако при этом наблюдались затруднения при промывке массы, что было связано с осаждением компонентов смолы на волокна целлюлозы. Осаждение смолы НСЩ на небеленую сульфитную целлюлозу оказалось значительно ниже, чем на сульфатную целлюлозу, что указывает на их  различную сорбционную способность (рис.2).

	Проведенные экспери-менты показали, что пос-ле предварительной об-работки НСЩ липазой содержание переосаж-денных компонентов смолы в сульфатной цел-люлозе уменьшилось в 2 раза(рис.2). Это является доказательством того, что именно наличие жиров в составе смолы придает ей высокую липкость и способность к осаждению.
Рисунок 2 – Осаждение смолы НСЩ на целлюлозу

Таким образом, липаза эффективно действует на жиры, содержащиеся в малоизмененной смоле полуфабрикатов высокого выхода и в смоле, находящейся в эмульгированной форме в отработанных щелоках и фильтратах. Однако при обработке липазой фракции мелкого волокна, характеризующегося высоким содержанием внутриклеточной смолы –17,2%, степень обессмоливания составила всего 5%. На основе полученных результатов можно сделать вывод, что важную роль играет не только состав смолы, но и ее доступность для действия липазы.

3. Изучение активности действия  липазы в присутствии целлюлозы

Каталитическую активность липазы определяли титриметрическим мето-дом, основанным на титровании образующейся в процессе гидролиза трибути-рина масляной кислоты щелочью. Условия определения активности: кон-центрация эмульсии трибутирина 1…2%, концентрация препарата липазы в растворе 0,0002%, продолжительность реакции 10 минут, рН 7, температура 30оС. Снижение остаточной активности липазы в фильтрате после взаимодействия с целлюлозой на 82…98% свидетельствует об осаждении липазы на целлюлозных волокнах (табл. 2).

Таблица 2 – Остаточная активность липазы в процессе ферментативной

обработки целлюлозы

Вид целлюлозы	Расход липазы, KLU/г целлюлозы	Остаточная  активность липазы, %
сульфитная хвойная	2,4	18
сульфатная лиственная	2,4	20
48	2

Несомненно, что сорбция фермента на этерифицированных компонентах смолы, расположенных в волокне, является необходимым условием формирования фермент-субстратного комплекса для каталитического действия липазы. Однако при использовании предварительно проэкстрагированной сульфатной лиственной беленой целлюлозы также происходило значительное снижение активности фермента в растворе. Причиной этого являлась неспецифическая сорбция липазы на волокно, сопровождавшаяся конформационными изменениями ее молекулы и блокированием активных центров фермента.

При добавке сульфитной целлюлозы снижение активности липазы незначительное - всего на 6%, в то время как в присутствии сульфатной целлюлозы активность липазы по отношению к трибутирину уменьшалась в 2…3 раза. Это проявилось и при определении активности липазы, иммоби-лизованной на образцах сульфатной небеленой целлюлозы и целлюлозы после  стадий отбелки, которые имели различное содержание  лигнина и смолы. Липаза как фермент, имеющий гидрофобный субстратный центр, подобно эмуль-гированной смоле, на целлюлозе после кислой обработки осаждается в большей степени, чем на целлюлозе после щелочной обработки (рис.3).

Таким образом, сорбция на сульфатном волокне вызывает изменения, приводящие  к  частичной  инактивации  фермента.  Учитывая  развитую

	микрокапиллярную  структуру сульфат-ной целлюлозы, снижение актив-ности липазы мо-жет быть отчасти связано с потерей мобильности сор-бированного фер-мента в результате более глубокого проникновения в волокно.
Рисунок 3 – Активность липазы, иммобилизованной на сульфатной лиственной целлюлозе после варки и различных ступеней отбелки

Результаты проведенных экспериментов показывают, что при взаимо-действии липазы с целлюлозой происходит сорбция фермента на субстрат, а также наблюдается неспецифическая сорбция на волокно, обусловленная наличием гидрофобного субстратного центра у этого фермента. При этом каталитическое действие липазы, имеющей высокую молекулярную массу (более 20 кДа), ограничено той частью этерифицированных компонентов смолы, которые доступны и находятся близко к поверхности волокна.

4.  Влияние компонентов смолы на гидрофобные свойства целлюлозы

Присутствие компонентов смолы придает определенную гидрофобность целлюлозным волокнам. Для оценки гидрофобных свойств целлюлозы нами предложен метод, основанный на сорбции паров гексана. В экспериментах использовали образцы воздушно-сухой целлюлозы.

С увеличением расхода трибутирина, использованного в качестве аналога жиров, гидрофобность небеленой сульфатной целлюлозы пропорционально возрастает (рис.4). В случае добавки олеиновой кислоты это происходит в меньшей степени. При гидролитической деструкции осажденного на волокна трибутирина липазой гидрофобность целлюлозы снижается в 8 раз (рис.5), в то время как при обработке щелочью - всего в 1,4 раза. При сорбции на волокна растительного жира гидрофобность целлюлозы также возрастает, но в меньшей степени, чем при осаждении трибутирина. После деструкции растительного масла липазой гидрофобность целлюлозы уменьшилась почти в 3 раза, но, тем не менее, из-за образовавшейся при гидролизе олеиновой кислоты, сохранилась на достаточно высоком уровне. Таким образом, жиры обладают значительно большей гидрофобностью, чем входящие в их состав жирные кислоты.

Рисунок 4 - Влияние расхода трибутирина (1) и олеиновой кислоты (2) на гидрофоб-ность небеленой сульфатной целлюлозы	Рисунок 5 – Влияние гидролитического распада жиров на гидрофобность небеленой сульфатной целлюлозы

Гидрофобность производственных образцов целлюлозы, отобранных  после варки и всех ступеней отбелки, убывает по ходу отбелки как для хвойной сульфитной, так и для лиственной сульфатной целлюлозы (рис.6).

	Гидрофобность сульфит-ной целлюлозы до отбел-ки и  на первых ступенях отбелки в 8…10 раз превышает таковую для сульфатной лиственной целлюлозы, что объяс-няется более высоким содержанием смолы, в том числе жиров в суль-фитной целлюлозе. Эте-рифицированные стери-ны и воски сульфатной целлюлозы менее гидро-фобны, поэтому сорбция паров гексана ниже. По сравнению с полисаха-ридами более гидрофоб-ным веществом является остаточный лигнин цел-люлозы, однако его вклад невелик.
Рисунок 6 – Гидрофобность небеленой целлюлозы и целлюлозы в процессе отбелки: а)  лиственная сульфатная; б) хвойная сульфитная

При удалении смолы в пробах проэкстрагированной сульфитной целлюлозы гидрофобность оказалась практически на одном уровне вне зависимости от содержания лигнина и стадии отбелки (рис. 6 б).