Ферментативная гидролизуемость и механическая прочность целлюлозных волокон

Установлена корреляция между механической прочностью и биоповреждаемостью волокон генетически разных линий хлопчатника. Выявлено, чем меньше механическая прочность, тем выше ферментативная гидролизуемость волокон хлопчатника. Сгруппированы следующие характерные признаки гидролиза, определяющие прочности целлюлозных волокон по накоплению продукта гидролиза — глюкозы в реакционной смеси. Итак, а) стойкие — (Л — 36, Л — 501, Л — 525, Л — 602); б) средне-стойкие — (Л — 12, Л — 12–1, Л — 654), в) нестойкие — (Л — 468, Л — 469, Л-532).

Ключевые слова: хлопчатник, гидролиз, волокна, сырье, сорт, скорость, температура, прочность, процесс

The Installed correlation between mechanical toughness and bio damageability of the filaments of the genetic miscellaneous cotton plant line. It Is Revealed that than mechanical toughness less, that above enzymatic hydrolyzability filaments of the cotton plant. Will Grouped following typical signs of hydrolysis, defining toughness of the cellulose filaments on accumulation of the product of hydrolysis — a glucoses in reactionary mixture. The Ithaca, but) steadfast — (L — 36, L — 501, L — 525, L — 602) b) fair steadfast — (L — 12, L — 12–1, L — 654), in) unendurable — (L — 468, L — 469, L-532).

Keywords: cotton plant, hydrolysis, filament, raw material, sort, velocity, the temperature, toughness, process

Хлопковое волокно является весьма сложной системой, химический состав и физико-химические свойства которой изменяются с возрастом. Рост и развитие волокна, его физико-химические свойства зависят от сорта хлопчатника, а также ряда других факторов. В состав хлопкового волокна входят самые различные, чрезвычайно сложные химические соединения, соотношение которых изменяется с возрастом волокна. Основной составной частью хлопкового волокна является целлюлоза, которая образуется в день цветения хлопчатника. По мере роста и развития волокна растет количественное содержание целлюлозы. Этот рост различную скорость в различные периоды вегетации и продолжается до момента полного раскрытия коробочек. В практическом использовании хлопкового волокна, как текстильного сырья, достаточно изучить его внешние морфологические признаки и технологические качества. Однако, прочность изготовленного материала, его носкость, устойчивость к действию температуры и механическим воздействиям, а также эффективность ферментативного гидролиза зависят, прежде всего, от его тонкой структуры [1].

На рис.3 представлены результаты кинетики, по влиянию концентрации субстрата на скорость гидролиза целлюлозных волокон в координатах Лайнунвера-Берка. Из представленных данных видно, что при гидролизе хлопковых волокон с низкой механической прочностью значение V_макс. высока (рис. 1, кривая 1) и субстрат гидролизуется с высокой скоростью. С увеличением механической прочности волокна скорость гидролиза уменьшается.

Рис. 1. Влияние концентрации субстрата на скорость гидролиза в координатах Лайнунвера-Берка

Так, например, при гидролизе хлопковых волокон линии Л-532, Л-22 и Л-36 максимальная скорость гидролиза V_м составляла 3,33; 1,66 и 0,9 мг/мл час, соответственно (рис 3, кривые 1, 2 и 3). Значение Км увеличивается с повышением механической прочности волокон генетически разных линий хлопчатника и составляет 35,50 и 48 мг/мл для волокон линий Л-532, Л-22 и Л-36, соответственно.

− полидисперстность целлюлозы: наличие в составе субстрата посторонних примесей и др. Исследование таких систем является сложным, поскольку имеется много трудно поддающихся учету факторов, оказывающих влияние при исследовании кинетики ферментативных реакции [2].

Известно, что прочность волокна зависит не только от сортов хлопчатника, но и от накопления и формирования в нем целлюлозы. Чем выше прочность, тем больше их упорядоченность и кристалличность. Менее прочные волокна хлопчатника содержат больше аморфных участков целлюлозы. Проведенные исследования показали, что, хлопковые волокна с высокой упорядоченностью и высокой прочностью подвергается ферментативному гидролизу в меньшей степени. Как видно из таблицы 1 чем ниже прочность волокна, тем выше гидролизуемость целлюлозных волокон. Так, например хлопковые волокна с прочностью 5,2 г. с. (Л — 36), гидролизуются с меньшей скоростью чем хлопковые волокна имеющие прочность 3,2 г. с. (Л — 532). За счет их ферментативного гидролиза реакционной среде содержание глюкозы и ВС (восстанавливающих сахаров) составляет 1,054 и 4,9 г/л., против 3,069 и 9,2 г/л, соответственно. Сравнительный анализ полученных данных позволили выявить обратную корреляцию между прочностью и гидролизуемостью волокон имеющих разные параметры по прочности. Хотя в отдельных случаях наблюдается несоответствие, так например, если механическая прочность волокон относительно высокая, они с высокой скоростью подвергаются к ферментативному гидролизу.

Таблица 1

Взаимосвязь между механико-физическими свойствами иферментативной гидролизуемости волокон различных линий хлопчатника

Из данных таблицы 1 видно, что у линий Л — 627 и Ф — 108 прочность волокна одинаковая (4,4 г. с.), но гидролизуемость (по выходу глюкозы) различны. Волокно линии Ф — 108 имеет линейную плотность 6020 текс и относительную разрывную нагрузку 26,5 г. с. текс, накопление продукта гидролиза — глюкозы равно 2,401 г/л. Тогда как для Л — 627 с более высокой линейной плотностью 7640 текс и относительной разрывной нагрузкой 33,8 г. с. текс, биоразложение менее выражено и выход глюкозы в конце процесса составляет всего 1,94 г/л. У линий Л — 653 и Л — 26 по результатам гидролиза можно наблюдать аналогичную закономерность.

Рис. 2. Корреляция между прочностью и биогидролизуемостью волокон хлопчатника

Исходя из полученных данных можно заключить, что технологические свойства волокна могут существенно влиять на процесс деструкции волокна. Следует отметить, что при этом прочность волокна имеет большое значение и играет основную роль в процессе ферментативного гидролиза.

Литература:

1. Муратов Г. А. Ферментативная конверция хлопковой целлюлозы. Т.: Мехридарё, 2007. — 208 с.
2. Рахимов М. М. Некоторые актуальные вопросы современной биотехнологии // Вестник ТашГУ. — 1997. № 1. — С. 38–48.
3. Клесов А. А., Сыницин А. П. Ферментативный гидролиз целлюлозы. Влияние физико-химических и структурных факторов субстрата на эффективности ферментативного гидролиза // Биоорганическая химия. — 1981. № 12. — С. 1801–1812.