用于生產(chǎn)原纖化纖維素材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生產(chǎn)原纖化纖維素材料的方法。在本發(fā)明中，通過使用低能量需求的機械混合器例如犁鏵式混合器以提高原纖化來酶法生產(chǎn)原纖化纖維素。選擇酶工藝條件以使得纖維素的降解盡可能低，同時獲得高產(chǎn)率的納米原纖維。生產(chǎn)為最終產(chǎn)品的糖還可以進一步被利用。
【專利說明】
用于生產(chǎn)原纖化纖維素材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及根據(jù)權(quán)利要求1前序的用于生產(chǎn)原纖化纖維素材料的方法，W及根據(jù) 權(quán)利要求11的原纖化纖維素。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維素是衍生于D-葡萄糖單元的多聚糖，其通過(6(1^4)-糖巧鍵縮合。它可W包 括幾百至幾萬個葡萄糖單元。纖維素是直鏈聚合物，其分子采用延長的桿狀構(gòu)造，輔助W葡 萄糖殘基的赤道構(gòu)象(equatorial conformation)。纖維素也是地球上最常見的有機化合 物，其是綠色植物的初生細胞壁的結(jié)構(gòu)成分。
[0003] 納米纖維素也被稱為納米原纖化纖維素(NFC)或微原纖化纖維素(MFC),其是由納 米級纖維素纖維組成的材料。納米纖維素纖維非常薄，具有5-20nm的寬度。縱向尺寸可W變 化很大，可W為十幾納米至幾微米。納米纖維素可由任何纖維素材料制備而成，但是通常使 用紙漿。
[0004] 在納米纖維素生產(chǎn)領(lǐng)域有許多研究和開發(fā)項目正在進行。通常，從木質(zhì)材料生產(chǎn) 納米纖維素纖維需要機械處理，如高能耗的研磨或高壓均質(zhì)化。諸如強酸性水解、氧化、化 學(xué)官能化和酶處理，或其結(jié)合的預(yù)處理也已被研究。
[0005] 化學(xué)氧化和酶解的問題是運些通常引起無用的纖維素聚合物降解，導(dǎo)致纖維素 DP (聚合度）的降低，從而產(chǎn)生不良質(zhì)量的原纖維，另一方面，造成了可溶性糖的釋放。雖然生 產(chǎn)方法相當(dāng)昂貴并且難W控制，但是納米纖維素的特性(例如機械、成膜和粘度特性)使得 其成為令許多應(yīng)用領(lǐng)域(例如紙、復(fù)合材料、食品、醫(yī)學(xué)和化妝品工業(yè)，僅提及幾種)關(guān)注的 材料。
[0006] 納米纖維素也可通過使用細菌來生產(chǎn)。細菌納米纖維素通過生物合成的方法制 備，并且其在研究領(lǐng)域吸引了很多人的興趣。例如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可發(fā)現(xiàn)應(yīng)用前景。然而， 實施運些方法既耗時又昂貴。
[0007] FI 122776B1描述了一種W工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)相對純凈的納米纖維素的方法及其納米 纖維素產(chǎn)品。該發(fā)明提供了一種用于納米纖維素生產(chǎn)的溶液，所述納米纖維素生產(chǎn)的能耗 為相比于現(xiàn)有技術(shù)能耗的1/3。在該出版物的實施例中，描述了一種包括兩個研磨步驟W及 一些額外的步驟(例如沉淀)的方法。然而進料漿液的稠度相當(dāng)?shù)?3%)，并且方法本身與該 發(fā)明的方法大為不同。
[000引 WO 2011/004284A1描述了在改進的和高能效的方法中由木漿生產(chǎn)微原纖化纖維 素的方法。在該出版物的實施例中，將松木硫酸鹽漿用作原料，采用富含內(nèi)切葡聚糖酶的酶 制劑進行酶處理。從結(jié)果可W得出結(jié)論，包括組合同時進行機械和酶處理的方法比順序進 行運些步驟的方法更高效。然而，在相應(yīng)的美國專利8,747,612中描述的方法需要添加至少 一種改性化學(xué)品，更準確地說是氧化化學(xué)品（例如過氧化氨），運會導(dǎo)致在纖維和化學(xué)品之 間發(fā)生反應(yīng)。
[0009]然而，仍然需要高能效的的方法，通過該方法實現(xiàn)控制的和最小化纖維素的降解， 并因此獲得更好的最終產(chǎn)品產(chǎn)率和所需的原纖維尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)原纖化纖維的改進方法。特別是，本發(fā)明的目 的是提供一種具有較好的終產(chǎn)物產(chǎn)率、質(zhì)量和較高的終產(chǎn)品干物質(zhì)含量的高能效的生產(chǎn)方 法。
[0011] 通過本發(fā)明，如在下文所描述的和權(quán)利要求所要求的，實現(xiàn)了運些和其他目的W 及相比于已知方法的優(yōu)點。
[0012] 本發(fā)明是基于某些纖維素酶能夠使纖維素結(jié)構(gòu)松散W及原纖化纖維素結(jié)構(gòu)的能 力和定制酶混合物的使用，其可W促進原纖化活性而不是纖維素的水解。根據(jù)本發(fā)明，通過 使用酶混合物來生產(chǎn)所需的原纖化纖維素，所述酶混合物主要包括纖維素二糖水解酶，某 些內(nèi)切葡聚糖酶，還可W包括其他酶活性，例如e-葡糖巧酶或半纖維素酶。
[0013] 運些酶優(yōu)選W最小化纖維素降解但是加速原纖化纖維素生產(chǎn)的比例使用。通過選 擇具有不同熱穩(wěn)定性的酶W及通過處理溫度控制它們的活性有利于運種作用。使纖維素纖 維松散優(yōu)選地通過同時進行酶處理和機械處理來實現(xiàn)。
[0014] 更具體地，本發(fā)明的方法的特征為權(quán)利要求1的特征部分所陳述的那樣。
[0015] 進一步地，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的原纖化纖維素的特征為權(quán)利要求11中所陳述的那 樣。
[0016] 通過本發(fā)明的方式可W獲得相當(dāng)多的益處。例如，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)原 纖化纖維素，在高固體含量下獲得較高產(chǎn)率的高能效方法。而且，本發(fā)明的方法可W W比現(xiàn) 有技術(shù)中描述的更少的酶添加進行。任選地，在該方法中產(chǎn)生的次級產(chǎn)品（單糖)也可W被 進一步利用，從而使總體的方法更加有利W及有工業(yè)吸引力。
[0017] 相比于現(xiàn)有方案，本發(fā)明的另一個益處是對纖維素纖維的酶處理是溫和的。可根 據(jù)不同的終端應(yīng)用的需求，通過控制工藝條件，即溫度、處理時間和混合，來調(diào)節(jié)原纖化程 度和多分散性指數(shù)(polydispersity index)方面的產(chǎn)品質(zhì)量。
[0018] 相比于現(xiàn)存方法生產(chǎn)的97-99%含濕量的納米纖維素，另一個進一步的益處是處 理后的產(chǎn)品具有更低的含濕量(60-80%)。因此，該材料可W應(yīng)用于不能耐受大量的與原纖 化纖維素相關(guān)的水份的工藝中。
[0019] 接下來，本發(fā)明將通過參考附圖和詳細的描述進行更加詳細的說明。
【附圖說明】
[0020] 圖1是顯示了在處理期間還原糖釋放的圖表。采用引起紙漿更多產(chǎn)量損失的較低 的酶劑量來內(nèi)切葡聚糖酶處理產(chǎn)生了更多的還原糖。
[0021] 圖2和3展示了來自兩種處理的顯微鏡圖像。纖維素二糖水解酶原纖化纖維表面和 纖維末端，產(chǎn)生了細長的纖維片，但是內(nèi)切葡聚糖酶具有更優(yōu)的剪切效果并產(chǎn)生標準的短 纖維片。圖2顯示了用Ecopulp Energy(纖維素二糖水解酶)處理4h(2a)和20h(2b)后的材 料，圖3顯示了用Novozym 476(內(nèi)切葡聚糖酶)處理化(3a)和20h(3b)后的材料。
[0022] 圖4是顯示了在處理期間還原糖釋放的圖表。開始較低的溫度能夠使主活性(纖維 素二糖水解酶)和副活性（內(nèi)切葡聚糖酶)協(xié)同作用，導(dǎo)致形成新鏈末端W用于CBH攻擊。當(dāng) 溫度提高時，由于停止協(xié)同纖維素水解，只有纖維素二糖水解酶能夠起作用，因此導(dǎo)致糖產(chǎn) 量穩(wěn)定（level-off)。除了在開始時，溫度保持在50°C下0、10或60min外，在70°C進行處理。
[0023] 圖5顯示了在不同溫度曲線下處理的材料的顯微鏡圖像。在70°C的處理保持了纖 維的長尺寸，只有少量原纖化發(fā)生。當(dāng)在處理的開始，溫度在50°C保持IOmin時，處理更多的 原纖化發(fā)生了，并且處理后幾乎沒有完整的纖維。溫度在50°C保持化進一步提高了原纖化 的程度。圖5a顯示了用Ecopulp Energy在70°C處理化的材料，圖5b顯示了用Ecopulp Elnergy在50°C處理IOminW及在70°C處理4h SOmin的材料，圖5c顯示了用Ecopulp Ene;rgy 在50°C處理60min和在70°C處理4h的材料。
[0024] 圖6和圖7分別是顯示由下文描述的方法所生產(chǎn)的納米原纖化纖維素的尺寸的SEM 圖像和AFM圖像。
[00劇本發(fā)明優(yōu)選的實施例的詳細描述
[0026] 本發(fā)明設(shè)及W改進和高能效的方式生產(chǎn)原纖化纖維素的方法，所述方法包括用酶 使起始的纖維素材料原纖化W及用機械增強所述原纖化。
[0027] 術(shù)語"原纖化纖維素"在本發(fā)明中意指包括具有5-20納米的最小化的橫向尺寸，W 及10納米至幾個微米，甚至達到IOOwii的縱向尺寸的所有原纖化纖維素材料。然而，纖維分 布通常也包含較長的纖維，例如約500曲!(如在例如圖化和5c中所示）。因此，習(xí)慣上命名為 "微原纖化纖維素"的材料也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0028] 作為原料紙漿，可W使用未漂白的紙漿或不同來源的原生生物質(zhì)(例如木材、一年 生植物、作物殘巷）。紙漿材料可W是例如漂白的松木紙漿。特別是，使用"漿液"，漿液在本 發(fā)明中意指原料，例如木漿，其包括在水分散體中處理的纖維素纖維。漿液的起始稠度（即 在水分散體中的纖維素物質(zhì)的重量-%)優(yōu)選高于總漿液重量的10%，更優(yōu)選高于總漿液重 量的15%。漿液稠度可W甚至超過30%。原料即紙漿或生物質(zhì)也可W是磨碎的形式。
[00巧]根據(jù)一個實施方式，起始的漿液稠度在10%至60%之間，優(yōu)選15%至40%之間。
[0030] 在現(xiàn)有技術(shù)中，可能在化學(xué)預(yù)處理(例如強酸水解或化學(xué)氧化）的幫助下，原纖化 通常通過研磨或高壓均質(zhì)化來實施。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的選項是結(jié)合低能量的混合使用酶 原纖化，即包括至少一個纖維的酶處理的步驟。適合的機械包括能夠在高稠度下充分混合 而沒有對纖維過高的剪切或切割行為的設(shè)備。運些包括例如混合器、復(fù)合器、擠壓機或捏合 機。該酶原纖化可W通過采用機械處理進一步碎裂纖維來增強，所述機械處理例如可W通 過使用均質(zhì)器、研磨機或流化器來實施。
[0031] 相比于現(xiàn)有技術(shù)使用的同步工藝，所述的機械處理和酶處理的組合產(chǎn)生了非常有 效的生產(chǎn)原纖化纖維素的方法。提高的效率是由于該組合處理的協(xié)同效應(yīng)。在高稠度條件 下與酶處理結(jié)合實施的機械處理將會打開和拆散纖維細胞壁，使酶更容易地接近纖維基 質(zhì)。然后酶會攻擊未覆蓋的纖維表面并進一步瓦解纖維結(jié)構(gòu)。由于組合處理，酶被更徹底地 并且均一地分布到所述漿液中，因此，它們將會找到更適合附著的地方，從而使原纖化更有 效率。高的稠度促進了溫和的纖維-纖維間的摩擦，運提高了處理的原纖化效果。由于酶處 理使纖維松散，所W機械處理可W W更柔軟的方式在更溫和的反應(yīng)條件下實施。
[0032] 本發(fā)明的一個優(yōu)點是原纖化纖維素由酶法，即通過使用低能量需求的機械混合器 溫和地產(chǎn)生的。另一個優(yōu)點是有可能W期望的和可控的方式提高原纖化，而沒有過高的降 解，從而生產(chǎn)可控質(zhì)量的原纖化材料。使用酶從而使纖維素降解與產(chǎn)生原纖化的材料相比 盡可能地低。此外，生產(chǎn)為最終產(chǎn)品的糖也可被利用。研究人員已經(jīng)證明運些糖通過普通的 酵母可W發(fā)酵為例如乙醇。
[0033] 在現(xiàn)有技術(shù)中，纖維素的酶處理采用酶混合物進行，包括W下中的至少=種:纖維 素、半纖維素或它們的降解蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物，包括內(nèi)切葡聚糖酶、纖維素二糖水解酶、甘 露聚糖酶、木聚糖酶和e-葡糖巧酶。然而，本發(fā)明的特征是，所述原纖化通過采用具有主要 為纖維素二糖水解酶(CBH)活性和少量為內(nèi)切葡聚糖酶化G)活性的酶混合物來實施，其中 內(nèi)切葡聚糖酶活性非常低，但是能足W產(chǎn)生用于CBH作用的新的鏈末端。此外，優(yōu)選使用酶 混合物和反應(yīng)條件，其中纖維素二糖水解酶的活性比內(nèi)切葡聚糖酶的活性更具熱穩(wěn)定性。 所述酶混合物可任選地包含促進原纖化的碳水化合物活性酶(例如e-葡糖巧酶、半纖維素 酶、果膠酶或溶解性多聚糖單加氧酶（目化PM0,其能夠氧化從而裂解頑固性多聚糖)或其組 合)。
[0034] 纖維素二糖水解酶(CBH)已被證明持續(xù)地并且單向地沿著起始于還原或非還原鏈 末端的纖維素纖維作用，并釋放纖維二糖作為主要產(chǎn)品。CBH的特征是纖維素的DP(聚合的 程度)僅僅受到輕微的影響。內(nèi)切葡聚糖酶沿著纖維素鏈隨機進攻，產(chǎn)生CBH作用的新的位 點。內(nèi)切葡聚糖酶產(chǎn)生的新鏈末端的長度可通過酶的用量、處理時間和溫度曲線或其組合 來控制。e-葡糖巧酶的作用是將正在產(chǎn)生的細胞(cello)-寡聚物水解為葡萄糖W及避免 CBH的最終產(chǎn)品抑制。
[0035] 本發(fā)明中一個重要的改進是不同熱穩(wěn)定性的酶能夠通過控制處理溫度讓它們選 擇性地失活。因此，糖的產(chǎn)生保持在最小程度并且水解的程度仍然是低的。第二，處理期間 內(nèi)切葡聚糖酶活性的精準控制能夠產(chǎn)生可變級別的原纖化材料，例如依據(jù)纖維素 DP。
[0036] 所述方法的反應(yīng)溫度根據(jù)使用的酶來選擇。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述原纖 化W兩個階段進行:在第一階段選擇能夠使纖維素二糖水解酶和內(nèi)切葡聚糖酶都有活性的 反應(yīng)溫度W及在第二階段中通過提高反應(yīng)溫度使內(nèi)切葡聚糖酶失活。因此，優(yōu)選在第一階 段采用0至50°C的溫度，在第二階段采用60至80°C的溫度。處理后，必要時，通過將材料加熱 至100°C15-30min(例如通過蒸汽)來進行酶活性的失活。或者，也可W通過將pH調(diào)節(jié)至酶的 最適抑之外進行失活。
[0037] 在一個優(yōu)選的實施方式中，溫度在反應(yīng)開始時保持在低(低于或大約50°C)的溫度 下，然后剩余的反應(yīng)時間提高到約7(TC。酶產(chǎn)品通常經(jīng)常包含輕微痕跡的副活性。在此低溫 首先讓酶配合，之后高溫使殘留的副活性失活，使得纖維素二糖水解酶單獨作用于纖維。
[0038] 基于上述溫度和/或抑的控制，在一個實施方式中，反應(yīng)通過在第一階段只具有內(nèi) 切葡聚糖酶活性W及在第二階段只具有纖維素二糖水解酶活性（即在第二階段中添加 CBH 并失活EG)或通過使用包括具有高初始內(nèi)切葡聚糖酶活性的所述酶的酶混合物來實施，所 述內(nèi)切葡聚糖酶活性在第二階段例如通過提高溫度相應(yīng)地失活。
[0039] CBH I和CBH II易于從鏈末端水解纖維素，而內(nèi)切葡聚糖酶攻擊無規(guī)纖維素鏈，并 伴隨著DP降低。因而優(yōu)選使用酶混合物，其具有至少少量的內(nèi)切葡聚糖酶活性，因為纖維素 二糖水解酶能夠利用由內(nèi)切葡聚糖酶提供的鏈末端。足量的內(nèi)切葡聚糖酶取決于討論中的 內(nèi)切葡聚糖酶，因為內(nèi)切葡聚糖酶的特定活性變化很大，它們中的一些即使采用最敏感的 方法例如(例如，CMC粘度法)也很難分析。因此，在制備中，適量的內(nèi)切葡聚糖酶活性甚至可 W作為污染的副活性存在。然而，較高的內(nèi)切葡聚糖酶活性與CBH協(xié)同作用，釋放大量的可 溶性的寡糖，造成產(chǎn)量損失。
[0040] 處理時間可在15分鐘至25小時之間，但是優(yōu)選從1小時至6小時變化。酶在機械處 理之前或期間添加，例如通過噴灑。值得注意的是，與傳統(tǒng)方法相比，通過共同使用酶和低 能量需求的機械混合，較長的處理導(dǎo)致更高能效的方法，例如研磨和高壓均質(zhì)化。
[0041] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，在沒有使用引起纖維過度降解和能量消耗的研磨力的 條件下實施機械攬拌。本發(fā)明的方法中要使用的適合的非研磨且低能量需求的機械混合器 的示例為非精煉混合器，從而施加研磨力，例如準禪式混合器、螺旋式混合器、捏合機、復(fù)合 機或擠壓機?；旌纤俣葢?yīng)當(dāng)保持在相當(dāng)?shù)偷某潭?，?yōu)選大約l(K)rpm。此外，根據(jù)一個進一步 的實施方式，所述原纖化可通過后處理步驟，例如在擠壓機、均質(zhì)機或流化器中的研磨或高 剪切處理來提高。
[0042] 根據(jù)另一實施方式，產(chǎn)品即在上述處理之后的原纖化纖維素材料具有比現(xiàn)有方法 生產(chǎn)的97-99%的濕度含量的納米纖維素更低的濕度含量(60-80%)。因此所述材料可W應(yīng) 用于不能耐受大量的與原纖化纖維素有關(guān)的水份的工藝中。
[0043] 可溶性的寡糖可進一步被水解形成作為次級終產(chǎn)品的單糖，所述單糖可W甚至進 一步在任選的后續(xù)酵母或細菌發(fā)酵中被利用W生產(chǎn)化學(xué)品?？赡艿陌l(fā)酵步驟也純化了最終 產(chǎn)品。
[0044] 為了工業(yè)需要，本發(fā)明可進一步用在例如生產(chǎn)基于糖的化學(xué)品的生產(chǎn)中，優(yōu)選地 同時還利用原纖化纖維素的生產(chǎn)，或者本發(fā)明可進一步用在復(fù)合材料、紙和紙板產(chǎn)品、薄膜 和食品的生產(chǎn)中。所述方法在工業(yè)上是可行的，不需要不合理的設(shè)備投入，并且可完美地配 合未來生物煉制的策略。
[0045] 下文通過非限制性的實施例對本發(fā)明進行闡述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是在上述說明 書中和在實施例中給出的實施方式僅用于說明目的，在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)各種變化 和改進是可能的。
[0046] 實施例1
[0047] 在實驗中比較了纖維素二糖水解酶（8mg/g Ecopulp化ergy，AB化巧mes)和內(nèi)切 葡聚糖酶（5mg/g Novozym 476，Novozymes)酶產(chǎn)品對于漂白軟木硫酸鹽紙漿的效果。酶的 劑量為mg蛋白質(zhì)每g干纖維。在兩個實驗中都添加了 Img/g貝塔葡糖巧酶酶產(chǎn)品（Novozym 188,Novozymes)。在化反應(yīng)器中在25%稠度下用準禪式混合元件(DVT5,LSdige')進行處理。 混合速率是10化pm，溫度是50 °C。
[004引表1顯示了酶處理材料的性質(zhì)。僅機械處理而沒有使用酶的樣品被顯示用于作為 參照。CBH處理降低了結(jié)晶度并且相比EG處理產(chǎn)生了具有更少的纖維和粉末的材料，通過設(shè) 備分析證明更多材料被降解為比纖維小的顆粒和粉末。該表還顯示了施用于體系每克纖維 的內(nèi)切葡聚糖酶活性。使用徑乙基纖維素作為基質(zhì)測定內(nèi)切葡聚糖酶活性化EC活性）。 [0049]表1.酶處理材料的特性
[(K)加 ]
[0051] n.a.=未分析
[0化2] 實施例2
[0053] 在實驗中，采用不同溫度曲線來控制副活性和紙漿的原纖化。使用纖維素二糖水 解酶產(chǎn)品（8mg/g Ecopulp化ergy,AB Enzymes),其包含主要的熱穩(wěn)定性的纖維素二糖水 解酶和作為副活性的少量熱穩(wěn)定性較差的內(nèi)切葡聚糖酶。也加入熱穩(wěn)定性較差的貝塔葡糖 巧酶（Img/g Novozym 188)。在化bad碎漿機中在25%稠度下對漂白軟木硫酸鹽紙漿進行 處理。首先，將溫度調(diào)節(jié)到50°C保持0、10或60min，然后提高到70°CW使熱穩(wěn)定性較差的副 活性失活。
[0054] 盡管上述說明和實施例顯示和描述并指出了如其優(yōu)選實施方式中所應(yīng)用的本發(fā) 明的重要的新的特征，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在產(chǎn)品和方法的細 節(jié)方面的各種省略和替換W及改變可由本領(lǐng)域技術(shù)人員作出。例如，明確表示的是，那些執(zhí) 行基本上相同操作或提供與上述獲得那些基本上相同結(jié)果的那些元素和/或方法步驟的所 有組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。從一種所述的實施方式到另一種的元素替換也完全在預(yù)料和 考慮之內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖并非必須按比例繪制，其在本質(zhì)上僅僅是概念性的。因此， 其旨在僅限制于作為本申請所附的權(quán)利要求書表示的范圍。
[0化5] 實施例3
[0化6] 除了在sigma混合器(Farinogra地,Brabender Gmbh)中進行混合外，按照實施例2 中所描述的對漂白的軟木硫酸鹽紙漿進行酶處理。酶用量是8mg/g化coPulp化ergy，AB Enzymes),紙漿稠度為25%。溫度首先設(shè)置到50°C1小時，然后提高到70°C8小時。處理后，通 過在100°C將所述紙漿煮沸15min使酶活性終止。用蒸饋水對所述紙漿進行徹底洗涂。
[0057] 為了 SEM成像，原纖化纖維素的制備如下進行：納米纖維素樣品用水稀釋至約 0.1 %，體積~100mL。然后用叫化aTurrax將樣品均質(zhì)化。取IOml的稀釋樣品，并進一步稀釋 至201111的總體積（不均質(zhì)化），然后在裝有01化日9〇'日0.45皿酵1^*04700膜的組1119〇的玻璃 漏斗中過濾。過濾后直接將過濾膜插入到100%乙醇中至少2x30分鐘。在烘箱中將帶有NFC 薄膜的膜夾于兩張過濾紙之間在55°C下干燥至少過夜。樣品用LEO DSM 982Gemini FEG-SEM在低電子能量下成像。
[0058] 為了 AFM成像，樣品進行如下制備:原纖化纖維素的稀懸浮液在新裂開的云母上干 燥。用原子力顯微鏡（納米范圍11 Ia多模AFM)捕獲樣品的形貌圖。使用NanoScopeV MultimodeSAFM化 scanner ,Bruker)和ScanAsySt-Air懸臂（Bruker ,f0 = 50-90kHz ,k = 0.4N/m)。在空氣中W掃描速率IHz的ScanAsyst模式記錄所有的圖像。圖像僅僅被展平W移 除在圖像數(shù)據(jù)中可能的傾斜，沒有進行進一步加工。
[0059] 根據(jù)沈M和AFM圖像(圖6和7)可W得出W下結(jié)論：
[0060] SEM:原纖化纖維素材料是非常均一的，很少有較大的纖維團聚體(原纖維團聚寬 度~100-200nm)。單個原纖維的平均橫向?qū)挾仁?0nm。
[0061 ] 基于AFM圖像，單個原纖維的近似尺寸為：寬度15-20nm、高度4-6nm和長度100-400nm。
[006。引用列表-專利文獻
[0063] 1.FI 122776B1
[0064] 2.W0 2011/004284A1(或US 8,747,612B2)
【主權(quán)項】
1. 一種用于生產(chǎn)原纖化纖維素材料的方法，包括用酶原纖化基于纖維素的原料，以及 采用機械混合提高所述原纖化，其特征在于，在原纖化之前，將原料加入到具有10 % -60 % 稠度的漿液中，然后通過使用具有主要的纖維素二糖水解酶活性和低的內(nèi)切葡聚糖酶活性 的酶混合物結(jié)合非研磨機械混合來實施所述原纖化，其中所述內(nèi)切葡聚糖酶活性足以產(chǎn)生 新的鏈末端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過選擇性地控制反應(yīng)溫度在兩個階段中 實施所述原纖化，其中 -在第一階段中，選擇使纖維素二糖水解酶和內(nèi)切葡聚糖酶均有活性的反應(yīng)溫度，和 -在第二階段中，通過提高反應(yīng)溫度失活內(nèi)切葡聚糖酶的活性。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用酶混合物，其中纖維素二糖水解酶 的活性比內(nèi)切葡聚糖酶的活性更耐熱。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述酶混合物還包含促進碳水 化合物活性酶，例如葡糖苷酶、半纖維素酶、果膠酶或溶解性多聚糖單加氧酶或其組合。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過使用低能量需求的混合 器，優(yōu)選施加磨削力的非精煉混合器，例如犁鏵式混合器、螺旋混合器、捏合機、復(fù)合機或擠 壓機來實施所述機械混合。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過在適當(dāng)?shù)某矶葪l件下例 如在擠壓機、均質(zhì)器或流化器中研磨或高剪切處理的條件下的后處理步驟來提高所述原纖 化。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在兩個階段中實施所述原纖 化，其中，在第一階段中，將反應(yīng)溫度保持在0至50°C，在第二階段中，在60至80°C。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在兩個階段中實施所述原纖 化，其中，在第一階段中，將反應(yīng)溫度保持在約50°C，接著是將溫度升高至70°C的第二階段。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在原纖化之前，將原料加入到 具有15%至40%的稠度的漿液中。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述原纖化持續(xù)15分鐘至25 小時，優(yōu)選1小時至6小時。11. 一種原纖化纖維素，其特征在于，其根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項描述的方法來生 產(chǎn)。
【文檔編號】D21C9/00GK105829605SQ201480068851
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】亞科·希爾圖寧, 卡特琳娜·肯帕伊寧, 亞科·佩雷
【申請人】芬蘭國家技術(shù)研究中心股份公司