苎麻种质资源纤维结晶度变异及其主要品质性状的关联性研究

从国家苎麻种质长沙苎麻圃中选择有代表性的55个苎麻品种为材料．用X射线衍射法测定苎麻精干麻的结晶度。用面积法计算各个品种的结晶度，分析苎麻纤维结晶度及其与主要纤维品质性状的相关性。研究结果如下：苎麻品种问纤维结晶度有显著性差异。55个苎麻品种纤维结晶度平均值变幅在69％-73％之间，变异系数为0．9769％，纤维结晶度最低是川苎二号。其值为69．03％，最高是印尼麻，其值为72．31％。同一品种的不同季别的苎麻纤维结晶度有一定的差异。二麻结晶度最低，与头麻、三麻之间有显著性差异；同一品种苎麻不同收获期、不同部位纤维结晶度有差异。品种中苎一号、圆叶青和NC01在1／3黑杆时期的纤维结晶度与1／3黑杆前的纤维结晶度有显著性差异，1/3黑杆前收获可显著降低结晶度，但是会降低苎麻的产量：1／2黑杆时期后的结晶度值无显著性差异，结晶度值趋于稳定；苎麻纤维结晶度与断裂强力呈极显著负相关。相关系数为-0．39526＊＊（n=55）；苎麻纤维结晶度与纤维细度呈显著正相关，相关系数为O．31363＊（n=55）。

利用X-射线衍射法测定竹材纤维素结晶度

应用X-射线衍射法对毛竹发育过程中的纤维素结晶度,以及不同造林方式和不同竹种的纤维素结晶度测定分析,结果表明:毛竹材成熟过程中,随竹龄增加纤维素结晶度的变化没有呈现明显的规律性,介于51%～54%之间。纤维素结晶度的比例是从竹青到竹黄逐渐降低,在竹干高度上的变化规律与竹龄有关。竹龄、竹干高度和竹壁径向位置对纤维素结晶度的影响差异不显著。对比两种造林方式的纤维素的结晶度,各个竹龄竹鞭侧芽育苗的纤维素结晶度均小于实生苗的相应值。6种竹材纤维素结晶度以孝顺竹的最大,毛竹的最小,介于43%～52%之间。

XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究

天然纤维素的3个衍射晶面(101、10ī、002)半峰宽较大(均大于1°)、晶相与非晶相重合度较高,使得不同条件下计算的结晶度重复性较差。针对天然纤维素的特殊晶体结构和分峰法测定结晶度的影响因素,采用XRD Rietveld拟合分峰法研究天然纤维素结晶度,讨论峰形函数、扫描范围、无定型峰位置的选择等对结晶度测量的影响。通过无定型峰的半高宽(FWHM)和剩余方差因子(Rwp)评价各种条件下计算结晶度的合理性,最后在优化条件下测试天然纤维素,其结晶度的重现性和精密度良好。

沙柳的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度研究

【目的】研究不同年轮沙柳(Salix psammophila)材的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度,为更合理、有效地利用沙柳资源提供依据。【方法】以取自内蒙古鄂尔多斯沙地的3年生沙柳为研究对象,利用氮气吸附法(NAD)研究不同年轮处沙柳木材的孔隙结构,并用X射线衍射(XRD)测定不同年轮处沙柳木材的微纤丝角和纤维素结晶度。【结果】从髓心到树皮的3个年轮处沙柳木材的比表面积逐渐增大,分别为0.54,0.68和1.81m2/g;孔体积逐渐增大,分别为0.002,0.468和1.560cm3/g,大多数孔隙的直径为2~10nm;而微纤丝角逐渐减小,分别为14.35°,12.17°和10.71°;纤维素结晶度从第1年轮到第3年轮略有增加,分别为48.15%,49.23%和49.58%。【结论】靠近树皮的沙柳材具有较大的比表面积、孔体积、纤维素结晶度和较小的微纤丝角,是制取纤维素材料和生物质能源的较好原材料。

结晶纤维素降解细菌的筛选、分离与鉴定

采用以结晶纤维素(Avicel)为唯一碳源的平板活性筛选法,从60份森林腐殖土、腐木样品中分离得到2株在pH 5.0、37℃条件下高效降解结晶纤维素的细菌菌株GXN152和GXN153。以菌株的总DNA基因为模板,用细菌的16S rRNA基因的通用引物扩增得到菌株GXN152和GXN153的16S rRNA基因序列。测序分析表明菌株GXN152的16S rRNA基因序列和洋葱假单胞菌(Burkholderia cepacia)菌株CNR22的16S rRNA基因序列的同源性最高,具有98%的同源性,生理生化特性检测表明菌株GXN152具有洋葱假单胞菌的鉴别特征,将结晶纤维素降解菌GXN152鉴定为洋葱假单胞菌。菌株GXN153的16S rRNA基因序列和类芽孢杆菌(Paenibacillus favisporus)菌株GMP01的16S rRNA基因序列的同源性最高,具有99%的同源性,生理生化特性检测表明菌株GXN153具有类芽孢杆菌的鉴别特征,将纤维素降解菌GXN153鉴定为类芽孢杆菌。

纳米结晶纤维素改性产物对脲醛树脂浸润性的研究

以结构完整、分散性良好的纳米结晶纤维素(NCC)粉体为研究基体,采用有机官能团硅烷偶联剂GWB-1和GWB-2为改性剂分别对NCC进行改性,以提高NCC对脲醛树脂的浸润性,并对GWB-1、GWB-2的改性效果进行比较。结果表明,GWB-1、GWB-2引入的疏水性基团能够取代NCC的表面羟基,明显改善NCC对脲醛树脂的浸润性;GWB-2引入NCC表面的疏水性基团提供的空间位阻大于GWB-1,能够使NCC产生更好的浸润性。

纳米结晶纤维素改性水性聚氨酯的抗紫外老化性能

将有机硅偶联剂改性后的纳米结晶纤维素(NCC)与水性聚氨酯(WPU)基材混合制成结构均匀的NCC/WPU复合材料,然后采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对NCC/WPU复合材料进行表征并分析复合材料抗紫外光老化性能的改善效果。结果表明,改性NCC的添加导致WPU基材的耐黄变性能和耐磨性显著提高,用质量分数为1.5%的改性NCC制备所得的NCC/WPU复合材料在受到168 h的紫外辐射处理后其黄变程度减轻44.2%,磨损量下降63.6%。

一株降解结晶纤维素细菌的分离、筛选、鉴定及其产纤维素酶特性

从广西5个自然保护区内采集原始森林深层腐殖土壤等样品147份,采用平板活性筛选法分离得到3500多株能降解结晶纤维素的细菌,并从中筛选到一株能在pH5.0、28℃条件下可高效降解结晶纤维素的细菌菌株N9-1-1。N9-1-1产纤维素酶水解微晶纤维素和纸浆的最适pH、最适温度分别为:4.0、40℃和4.5、35℃,但对羧甲基纤维素无水解活性。该菌株所产纤维素酶比较符合纤维素同步糖化共发酵工艺生产乙醇的要求。以菌株N9-1-1的总DNA为模板,对其16S rRNA基因进行PCR扩增和序列分析,结果表明,菌株N9-1-1的16S rRNA基因序列和粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)的同源性最高,为99%。形态特征观察和生理生化检测结果表明,菌株N9-1-1具有粘质沙雷氏菌的鉴别性特征。因此,将N9-1-1鉴定为粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)。

改性纳米结晶纤维素对水性聚氨酯浸润性的研究

利用硅烷偶联剂对纳米结晶纤维素(NCC)进行表面改性以提高其对水性聚氨酯的浸润性,并以改性NCC关于水性聚氨酯的接触角为主要依据,研究了NCC表面改性对浸润性影响规律。实验以硅烷偶联剂SCA-1、SCA-2、SCA-3为改性剂,以水性聚氨酯为有机相。结果表明:1)SCA-1、SCA-2、SCA-3中不同的疏水性基团,能使改性NCC关于水性聚氨酯的浸润能力产生不同程度的提高;2)SCA-3结构中的环氧基团空间位阻效应明显,SCA-3用量8%时可使改性后的NCC对水性聚氨酯浸润性提高37.7%。

纳米结晶纤维素改善脲醛树脂胶黏剂游离甲醛的研究

为了降低脲醛树脂胶黏剂的游离甲醛释放量,以俄罗斯落叶松浆粕为原料,利用酸水解,硅烷偶联剂改性等制备获得表面改性纳米结晶纤维素（M-NCC）,并将M-NCC作为吸附材料用于脲醛树脂基材制备胶合板,研究M-NCC对脲醛树脂胶黏剂游离甲醛的吸附效果和机理。结果表明：透射电镜（TEM）检测可知,制备的NCC颗粒长度约为100~200 nm、直径约为20~30 nm,结晶度为57.3%,相比原始纤维素提高了41.1%;硅烷偶联剂3-（2-氨乙基）-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（MCPS）使NCC的浸润性显著增强,当MCPS用量为8%时M-NCC接枝率达到27.2%,M-NCC对脲醛树脂的接触角为65.7°,下降32.7%;由扫描电镜（SEM）照片可观测到,表面改性显著改善了低浓度NCC颗粒在脲醛树脂基材中的分散状态,当M-NCC质量分数2%时,纳米颗粒的分散性能明显下降;M-NCC可有效吸附脲醛树脂基材中的游离甲醛,当M-NCC质量分数1.5%时可致游离甲醛比对照组（0.51 mg/L）下降50.9%。

不同尺寸纳米结晶纤维素对纸张性能的影响

通过向纸张中添加不同条件制备的纳米结晶纤维素,研究添加纳米结晶纤维素对纸张性能的影响。结果如下:以MCC为原料,62%的硫酸,酸浆比8.5ml/g,反应温度45℃,反应时间100min,制备出的NCC加入到纸浆(40%针叶木浆和60%阔叶木浆)中,对纸张的增强效果最好。与空白纸张对比,纸张的抗张指数提高了34.1%,撕裂指数提高了28.2%,耐折度提高了67.3%。

纳米结晶纤维素的常见制备方法及其改性应用

纳米结晶纤维素作为一种天然、可再生、无污染的高分子材料,其突出的理化性能和可生物降解性等在功能材料领域有着广阔的应用前景。对于纳米结晶纤维素的相关研究主要集中在制备、表面改性和应用方面,本文从上述三个方面综述了纳米结晶纤维素的研究现状,并对其进一步的研究趋势和发展方向进行了展望。

降解结晶纤维素极耐热葡聚糖酶重组菌的构建

极耐热纤维素酶在纤维素生物转化中具有潜在的开发前景,但极耐热酶缺乏对天然纤维素的分解能力。采用基因工程方法,将极耐热内切葡聚糖酶Cel12B基因和同样极端嗜热菌来源的纤维素结合域(CBD)区域融合,构建重组质粒pET-20b-Cel12B-CBD,转化至大肠杆菌JM109(DE3)诱导表达后,融合基因表达产物对结晶纤维素具有一定的分解能力。

结晶纤维素降解酶的研究进展

纤维素的结晶区是纤维素酶降解纤维素效率不高的制约因素。在纤维素生物降解的基础上,从产结晶纤维素酶的微生物,酶的作用机理,酶的基因工程与蛋白工程,以及结晶纤维素酶的研究前景等方面对结晶纤维素的降解作了综合评述。

天然结晶纤维素的生物合成及其去晶化途径

纤维素是高等植物细胞壁的结构骨架和重要组成成分,由细胞质膜上的纤维素合成酶合成.一个纤维素合成酶亚基合成一根纤维素分子链,多个亚基聚集在一起形成末端复合体(TC),可同时合成多根葡聚糖分子糖链,其在氢键和范德华力作用下快速有序堆积,形成结构紧密的天然微纤丝结晶结构.质膜上有序线性排列的超分子TC合成结晶纤维素Ⅰα,而玫瑰花型排列的TC合成结晶纤维素Ⅰβ.结晶微纤丝的密切有效堆积是植物抗降解的天然屏障.高浓度的酸和离子液体可以在微纤丝间有效扩散,破坏晶体分子链的有序堆积、分子间氢键网络,甚至打断晶体内部的糖苷键,完成天然结晶纤维素的去晶化及解聚过程.酶分子的去晶化过程是发生在微纤丝特定表面上的非均相反应过程,可在常温常压下固或液表面上快速完成,但有效可及表面积是其主要限速瓶颈.因此结合物理、化学方法预处理,低成本高效打破限制酶分子有效扩散的屏障,增加酶分子对结晶纤维素特异性结合的效率和有效可及面积,从而实现天然结晶纤维素高效去晶化及绿色快速降解转化.

落叶松和毛白杨制备纳米结晶纤维素的性能对比

本研究以落叶松和毛白杨浆粕为原料,用酸水解法、超声处理分别制备纳米结晶纤维素,并研究原料的α-纤维素含量和聚合度等性质对制备所得纳米结晶纤维素得率、结构、结晶度和热稳定性的影响。实验所选用落叶松浆粕的α-纤维素质量分数为88.93%,平均聚合度达到1048.11,而毛白杨浆粕的α-纤维素质量分数为85.90%,平均聚合度为976.07。结果表明:酸水解处理对浆粕纤维中排列致密的结晶区影响不明显,但是会破坏非结晶区造成结晶度提高,而超声处理会使结晶度下降;由落叶松浆粕制备所得纳米结晶纤维素的得率高、晶面特征吸收峰显著,且热稳定性较好(热降解温度为295.2℃),而由毛白杨浆粕制备所得的纳米结晶纤维素的热降解温度为283.1℃。

高速及高分辨率原子力显微镜用于研究Trichoderma reesei纤维素酶在结晶纤维素上的行为

介绍了原子力显微镜(AFM)和高速原子力显微镜(HP-AFM)在研究生物大分子动态过程中的优势和Trichoderma reesei纤维素降解酶系的情况。详细综述了高速原子力显微镜和高分辨率原子力显微镜(HR-AFM)应用于研究Trichoderma reesei产生的3种主要纤维素酶Cel7A(TrCel7A),Cel6A(TrCel6A)和Cel7B(TrCel7B)在结晶纤维素上行为所获得的结果。可知,结晶纤维素载入催化结构域和糖苷键的水解是Cel7A运动所必须的;增加结晶纤维素的疏水面积、Cel6A和Cel7A的协同作用能提高结晶纤维素水解速率;Cel7B在起初引起结晶纤维素表面的水解之后引起润涨。可以预期HP-AFM将在阐明纤维素酶在结晶纤维素上的作用机制方面发挥巨大作用。

水分引发的木材细胞壁无定形物质对纤维素结晶结构的影响

【目的】聚焦于水分引发的木材细胞壁纤维素结晶结构变化,利用温和的方法不同程度脱除细胞壁无定形物质(半纤维素、木质素),探讨典型的水分状态(绝干状态、近纤维饱和点、饱水状态)对纤维素结晶结构的影响及其与无定形物质的相互作用。【方法】以杨木为实验材料,将20 mm(轴向)×3 mm(径向)×20 mm(弦向)的木片在常温下,以亚氯酸钠和冰醋酸脱除木质素,以氢氧化钠脱除半纤维素,分别制得不同程度脱除木质素、半纤维素以及二者共同脱除的试样,并将其和未处理试样的水分状态分别调至绝干、近纤维饱和点和饱水状态,再利用X射线衍射技术测定各组试样(200)、(1-10)、(110)晶面的衍射峰的位置(2θ),分析晶面间距。【结果】绝干试样(200)晶面衍射峰的位置随无定形物质脱除而改变,其(200)晶面间距随无定形物质脱除率的提高而呈减小的趋势;各试样的(200)晶面间距均随试样内水分含量的增加而减小,且对于脱除木质素或半纤维素的试样,木材在水分达到近纤维饱和点时的晶面间距减少量占至饱水状态时晶面间距减少量的百分比较大;(1-10)和(110)晶面的衍射峰随试样中水分的增加而出现分离的趋势。【结论】在绝干状态下,无定形物质收缩对纤维素结晶结构施加拉力;木材细胞壁物理化学环境的变化会影响无定形物质与水分的相互作用,水分进入无定形物质使其膨胀而释放对结晶结构的拉力,该作用主要由进入细胞壁的水分引起,(200)晶面为主要受力的晶面。

结晶纤维素的降解

随着化石能源的日益消耗及其对环境的污染加重,寻求可再生的清洁能源已成为各国关注的焦点。木质纤维素是地球上最多的有机聚合物,对于解决能源危机具有巨大的潜力,但没有得到有效的利用,纤维素结晶区的存在是阻碍其降解的重大难题。本文介绍了结晶纤维素的结构、解结晶方法及优良的降解菌种;纤维素酶的结构和功能;降解结晶纤维素的机制;纤维素酶的基因工程和酶工程改造。突出应加大对耐热、高效的结晶纤维素降解菌株的挖掘,并深入探究碳水化合物结合结构域的相关作用机理,这对结晶纤维素的高效降解具有重要意义。

产结晶纤维素酶的嗜热菌鉴定及其酶学性质

从云南腾冲热海温泉采集的样品中,分离出一株产结晶纤维素酶的嗜热菌TC-1.该菌株呈杆状,革兰氏阴性,生理生化特征分析和16S rDNA序列同源性比对表明它属于亚栖热菌属Meiothermus.结晶纤维素、木聚糖和葡萄糖可以诱导该菌产生结晶纤维素酶,其中结晶纤维素诱导的酶活力最高.对其产生的结晶纤维素酶进行了初步纯化与酶学性质研究,该酶的最适反应温度为70℃,最适pH为6.0,在50℃～70℃和pH5.5～6.5之间酶活力相对稳定.