Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 12
1.1. Характеристика льняного волокна, потребляемого в качестве сырья в текстильной промышленности 12
1.1.1. Структура стебля и волокна льна 13
1.1.2. Субмикроскопическая структура льняного волокна 17
1.1.3. Химический состав льняного волокна 20
1.1.3.1. Целлюлоза льна 21
1.1.3.2. Спутники целлюлозы 24
1.1.3.2.1. Гемицеллюлозы и пектиновые вещества 25
1.1.3.2.2. Лигнин 26
1.1.3.2.3. Воскообразные вещества 28
1.1.3.2.4. Белковые вещества 28
1.2. Ферменты целлюлолитического ряда. Основные характеристики и механизм действия 29
1.2.1. Номенклатура целлюлолитических ферментов и их распространение 29
1.2.2. Классификация и особенности укладки каталитических доменов (КД) ферментов целлюлазно-гемицеллюлазных систем 32
1.2.3. Классификация и особенности укладки целлюлозосвязывающих доменов (ЦСД) 33
1.2.4. Линкеры 34
1.2.5. Механизм ферментативной деградации упорядоченных форм целлюлозы 35
1.2.6. Адсорбция целлюлаз на целлюлозе 40
1.2.7. Источники и методы получения целлюлаз. Общие принципы очистки компонентов целлюлолитических комплексов 41
1.3. Биотехнологии в текстильной промышленности 42
2. Методическая часть 56
2.1. Объекты исследования 56
2.1.1. Текстильные материалы 56
2.1.2. Вещества, используемые в работе 56
2.2. Методы исследования 59
2.2.1. Расшлихтовка 59
2.2.2. Щелочная отварка 59
2.2.3. Перекисное беление 59
2.2.4. Ферментная обработка 60
2.2.5. Технология крашения активными бифункциональными красителями 60
2.2.6. Метод планирования пятифакторного эксперимента 61
2.3. Методики определения свойств материалов 63
2.3.1. Определение цветовых характеристик 63
2.3.2. Определение капиллярности ткани 63
2.3.3. Метод определения присутствия свободного хлора в отбеленных тканях и изделиях 63
2.3.4. Определение физико-механических свойств ткани 63
2.3.5. Испытание устойчивости окраски к сухому и мокрому трению 64
2.3.6. Определение массовой доли сс-целлюлозы 64
2.3.7. Определение массовой доли остатка, нерастворимого в серной кислоте 64
2.3.8. Определение вязкости медно-аммиачных растворов целлюлозы... 65
2.3.9. Определение содержания карбоксильных групп 65
2.3.10. Определение йодного числа и содержания альдегидных групп 66
2.3.11. Метод определения активности ферментных препаратов 67
2.3.12. Определение удельной поверхности, доступной молекулам ферментов (ППДМФ) 68
2.3.13. Расчет капиллярных характеристик льняной ткани 69
2.4. Исследование методом растровой электронной микроскопии 71
2.5. Исследование методом ИК-спектроскопии 71
2.6. Исследование методом рентгеноструктурного анализа 71
3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов. 72
3.1. Изучение эффективности использования ферментных препаратов целлюлолитического действия в заключительной отделке льняных тканей 73
3.1.1. Исследование физико-химических свойств льняной ткани после ферментной обработки 76
3.1.2. Исследование прочностных характеристик, жесткости, сминаемости и устойчивости к истиранию льняной ткани 86
3.1.3. Микроскопические исследования изменения структуры льняного волокна в результате ферментной обработки 92
3.1.4 Электронномикроскопические исследования изменения структуры льняного волокна в результате ферментной обработки 94
3.1.5. ИК-спектроскопические исследования 99
3.1.6. Рентгеноструктурный анализ 102
3.2. Разработка технологии заключительной умягчающей отделки с эффектом «полировки» отбеленной и окрашенной льносодержащей ткани с использованием ферментных препаратов целлюлолитического действия 106
3.2.1. Исследование процесса ферментной заключительной отделки неокрашенной льнохлопковой ткани 107
3.2.2. Исследование химических и физико-химических свойств льнохлопковой ткани после ферментной обработки 113
3.2.3. Исследование возможности проведения заключительной отделки ферментными препаратами льносодержащей ткани, окрашенной разными классами красителей 115
3.2.4. Исследование эффекта мягчения, достигаемого обработкой ткани химическим препаратом и биопрепаратом 130
3.3 Апробация разработанной технологии заключительной отделки на льносодержащих тканях различного ассортимента 132
3.3.1 Биополировка льносодержащих тканей типа «Деним» 132
3.3.2 Биополировка льносодержащих пестротканых полотен 134
3.4. Исследование возможности повторного использования рабочего раствора ферментного препарата 135
3.5. Разработка регламентированного режима заключительной отделки льносодержащих тканей биопрепаратами на основе целлюлаз 138
Выводы 141
Список использованной литературы 144
Приложение 158
- Ферменты целлюлолитического ряда. Основные характеристики и механизм действия
- Механизм ферментативной деградации упорядоченных форм целлюлозы
- Метод определения присутствия свободного хлора в отбеленных тканях и изделиях
- Микроскопические исследования изменения структуры льняного волокна в результате ферментной обработки
Введение к работе
В настоящее время наблюдается оживление в льняной отрасли России: главная причина - бурный рост спроса на продукцию изо льна во всем мире. И дело тут не только в моде, хотя лен используют в своих коллекциях известные модельеры. Научными исследованиями установлено, что лен наделен уникальными свойствами. Изделия из него традиционно считались наиболее «удобными» для человека. Лен превосходит хлопок по способности поглощать влагу - гигроскопичности и влагоемкости, он более прочен, обладает более высокой, чем у хлопка, воздухо- и теплопроводностью, а также низкой электризуемостью. Лен задерживает рост и размножение болезнетворных бактерий и плесневых грибов. Поэтому льняное волокно и другие продукты льноводства широко используют во многих отраслях промышленности.
Уже сегодня люди предпочитают носить нательное белье изо льна, а не из хлопка. И если при слове «лен» представляется грубая ткань, которая быстро мнется и с трудом разглаживается, то это уже давно не так. Современные льняные ткани вследствие развития технологии текстильных процессов могут быть лишены всех этих недостатков.
Однако лен - сырье проблемное, его достаточно сложно и выращивать, и перерабатывать, в результате этого, более удобный для механизированной переработки в пряжу и ткани хлопок, преобладает на рынке.
Для повышения конкурентноспособности российских изделий изо льна необходимо решить следующие основные проблемы, это - замена
7 устаревшего оборудования на льнокомбинатах; внедрение новых разработок по ассортименту изделий улучшенного качества и грамотного продвижения российского льна за рубежом.
В XXI веке, для которого характерны мощное развитие техники и ухудшение экологии, благоприятное для человека жизненное пространство неумолимо сужается. Текстильная промышленность является одной из отраслей, значительно загрязняющей окружающую среду, в особенности воду.
С другой стороны, при переработке сурового волокна в готовые изделия природные свойства льняного волокна частично теряются: в процессе химического облагораживания на волокне могут образовываться химические соединения, отрицательно влияющие на организм человека [1,2,3].
Особую важность приобретает вопрос о разработке новых технологий, направленных на улучшение качества изделий, повышение экологической чистоты готовой продукции и экологической безопасности производственного процесса.
Применяя ферментные композиции для облагораживания льносодержащих текстильных материалов, обладающих уникальными медико-биологическими и гигиеническими свойствами, можно значительно повысить их качество, которое будет способствовать увеличению спроса на российские товары изо льна.
Цель исследования состояла в разработке технологии заключительной умягчающей отделки с эффектом «полировки» льносодержащих тканей при использовании ферментных препаратов целлюлолитического действия российского и зарубежного производства, выпускаемых в промышленных масштабах.
Для решения поставленной задачи были выполнены следующие исследования:
Оценена эффективность использования ферментных препаратов отечественного и зарубежного производства в заключительной отделке льняных тканей;
Изучены капиллярные характеристики исходной и обработанных ферментными препаратами тканей. Исследовано изменение состава льняного волокна, физико-химических и физико-механических свойств льняной ткани, после ферментативного воздействия;
Методом математического планирования и анализа эксперимента выявлено влияние технологических параметров на процесс воздействия ферментных препаратов на льносодержащие ткани в технологии заключительной умягчающей отделки и выбраны оптимальные условия;
Изучена взаимосвязь технологических параметров ферментной обработки и качественных показателей льносодержащих тканей;
Исследовано влияние ферментной обработки на колористические и прочностные характеристики окрасок полульняной ткани;
Проведено сравнительное исследование эффекта мягчения достигаемого путем обработки ткани силиконовой эмульсией и биопрепаратами;
Исследована возможность повторного использования рабочего раствора ферментного препарата;
Проведена апробация разработанного технологического режима заключительной умягчающей отделки на льносодержащих тканях различного ассортимента;
Разработан технологический режим заключительной умягчающей отделки с эффектом «полировки» льносодержащих тканей при использовании ферментных препаратов целлюлолитического действия.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Экспериментальные исследования проводились на отбеленной льняной (арт. 05120), отбеленной и окрашенной полульняной тканях. В качестве биопрепаратов использовали отечественные (ф. Арсенал Гольджи) и
9 зарубежные (ф. Novo zymes, Дания) ферменты промышленного производства.
Экспериментальные исследования проводили с применением современных методов физико-химического анализа: спектрофотометрии, ИК-спектроскопии, вискозиметрии, электронной растровой микроскопии, рентгеноструктурного анализа (РСА). Остальные экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик. Все расчеты в работе проведены с использованием ЭВМ.
Научная новизна. Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования ферментных препаратов в качестве катализаторов процессов гидролитического расщепления целлюлозы и сопутствующих ей веществ в технологии заключительной умягчающей отделки с эффектом «полировки» отбеленных и окрашенных льняных и полульняных тканей.
Установлено, что ферментную обработку с целью достижения эффекта мягчения можно проводить как на отбеленной, так и на окрашенной ткани.
Показано различие в эффективности отечественного и зарубежного препаратов целлюлолитического действия на качественные параметры льняной ткани. Отмечено более мягкое воздействие на льняную ткань датского биопрепарата (Celluson. APL), в сравнении с отечественным (Целловиридином Г20х), при одинаковых условиях обработки.
Детально рассмотрено изменение льняных волокон после обработки ферментными препаратами. Установлено, что ферменты, входящие в состав препарата Целловиридина Г20х, разрушают первичную стенку элементарных волокон, а ферменты препарата Cellusoft APL повреждают ее, действуя преимущественно по дефектам (трещины, сдвиги) волокна.
Установлена возможность повторного использования рабочего раствора ферментного препарата.
Практическая значимость. На основании полученных экспериментальных данных разработан технологический режим заключительной умягчающей отделки с эффектом «полировки» льносодержащих тканей при использовании ферментных препаратов целлюлолитического действия российского и зарубежного производства, выпускаемых в промышленных масштабах, что позволит создавать высококачественные изделия из отечественных льняных и полульняных тканей с минимальной экологической нагрузкой на окружающую среду.
Автор защищает:
Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования ферментных препаратов целлюлолитического действия в технологии заключительной умягчающей отделки льняных и полульняных отбеленных и окрашенных тканей;
Выявленное различие в эффективности действия на качественные параметры льняной ткани отечественного и зарубежного препаратов целлюлолитического действия;
Изменение гистологических, физико-химических, физико-механических свойств льняного волокна после обработки ферментными препаратами;
Возможность повторного использования рабочего раствора ферментного препарата.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на научных конференциях: «Коньюктура рынка текстиля и пути создания конкурентноспособной продукции». М. МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2005 г.; I межд. науч.-практ. конф. «Нанотехнологии в индустрии текстиля». М. МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006 г; межд. науч.-практ. конф. Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперерабатывающего комплекса, Вологда; «Высокоэффективные разработки и инновационные проекты в льняном комплексе России» (X Юбилейная) Вологда, 2007 г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в т.ч. 3 статьи в российских научных журналах и 6 тезисов докладов.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы (157 наименований) и приложения.
Диссертация изложена на 166 страницах, содержит 45 рисунков и 29 таблиц.
Ферменты целлюлолитического ряда. Основные характеристики и механизм действия
К целлюлолитическим относят ферменты, расщепляющие 1,4-(3-гликозидную связь между остатками D- глюкозы в молекулах целлюлозы, ее растворимых полимерных производных или целлоолигосахаридах (целлобиозе, целлотриозе и т.д.). Основные целлюлолитические ферменты относятся к классу карбогидраз: ферментов, катализирующих гидролиз О-гликозидной связи. Согласно номенклатуре ферментов Международного биохимического союза, этой группе присвоен шифр КФ 3.2.1. [42]. По современным представлениям целлюлазный комплекс состоит из карбогидраз четырех типов [22,42-44]: 1,4-Р-глюкан-глюканогидролаза (КФ 3.2.1.4), или эндоглюканаза, -наиболее распространенный вид целлюлаз, фермент, способный с почти одинаковой вероятностью гидролизовать любую из множества гликозидных связей в молекуле целлюлозы или ее растворимых производных, включая и самые крайние - вблизи восстанавливающего и невосстанавливающего конца. Однако при достаточно высокой степени полимеризации молекулы субстрата суммарная вероятность действия эндоклюканазы на многочисленые внутренние гликозидные связи будет значительно выше, чем на две крайние связи. Поэтому продуктами действия эндоглюканазы в основном являются фрагменты молекулы целлюлозы произвольной длины. 1,4-3-0-Глюкан-целлобиогидролаза, или экзоцеллобиогидролаза (КФ 3.2.1.91), - второй важнейший представитель целлюлаз.
Этот фермент атакует почти исключительно вторую от невостанавливающего конца молекулы целлюлозы гликозидную связь с образованием целлобиозы. Целлобиогидролаза распространена значительно меньше, чем эндоглюканаза. 1,4-Р-Б-Глюкан-глюкогидролаза (КФЗ.2.1.74), или экзоглюкозидаза, экзоглюкогидролаза - фермент, отщепляющий глюкозу от невосстанавливающего конца целлюлозной молекулы. Целлобиаза или Р-глюкозидаза, Р-глюкозид-глюкогидролаза (КФЗ.2.1.21), распространена даже шире, чем эндоглюканаза, она расщепляет целлобиозу до глюкозы. Целлобиазы практически не действуют на полимерные молекулы целлюлозы и этим отличаются от экзоглюкогидролаз, но могут расщеплять низшие целлоолигосахариды, хотя и с меньшей скоростью, чем целлобиозу. Многие целлобиазы расщепляют помимо целлобиозы другие Р-глюкозиды, в том числе и дисахариды со связью р-1,2-(софороза), (3-1,3-(ламинарибиоза) и р-1,6-(гентиобиоза) [39,42,45-62]. Большинство целлюлолитических ферментов являются модульными, мультидоменными белками, содержащими по меньшей мере три функционально различных структурных элемента: каталитический домен (КД), целлюлозосвязывающий домен (ЦСД) и соединяющий их линкер. Помимо этих основных фрагментов в структурах целлюлаз различного происхождения могут присутствовать и другие элементы, включая второй каталитический домен, олигосахариды, металлы и др. На рисунке 13 представлен пример молекулы фермента, где А - каталитический домен, Б -целлюлозосвязывающий домен, В - олигосахариды, ковалентно связанные с белком, Г - ион металла в активном центре. Целлюлолитические ферменты в современной классификации объеденены в 15 из более чем 80 известных структурных семейств гликозилгидролаз, к ним же отнесены два семейства из многочисленной группы ксиланаз. Ксиланазы в природе почти всегда сопутствуют целлюлазам. Возможной причиной такого разнообразия целлюлаз является полиморфность нативной целлюлозы, содержащей по меньшей мере две структурные модификации: триклинную la и моноклинную 10, что требует совместного действия разных типов ферментов при ее разложении до простых Сахаров [22].
Механизм ферментативной деградации упорядоченных форм целлюлозы
Выше был рассмотрен материал по изучению структуры отдельных ферментов целлюлазно-гемицеллюлазных систем микроорганизмов. Однако кардинального продвижения в понимании механизма ферментативной деградации упорядоченной целлюлозы не наблюдается. На рисунке 16 а, без каких либо изменений представлена схема механизма ферментативного гидролиза целлюлозы, опубликованная в 1984 г [63]. Рядом для сравнения представлена схема (рисунок 16 б), иллюстрирующая механизм, предложенный в 1999 г. [22,58]. 16 а, по представлениям 1984 г., может быть описан так: сначала слабо сорбирующиеся на целлюлозе эндоглюканазы (синие кружки с одним сегментом - активным центром) атакуют внешне неупорядоченные участки целюлозной фибриллы. В образовавшиеся дефекты проникают прочно связывающиеся эндоглюканазы (розовые кружки с двумя сегментами - активным и сорбционным центрами) и целлобиогидролазы (зеленые кружки также с двумя сегментами), которые расклинивают их и обнажают внутренние неупорядоченные области. Образуются короткие микрокристаллиты, которые расщепляются ферментами с концов (показано действие разных типов ферментов с разных концов кристаллита). В результате образуются молекулы целлобиозы («гантельки»), а также небольшое количество глюкозы и трисахарида - целлотриозы [63]. 16 б, по современным представлениям [22,58], показывает, что разложение пучков целлюлозных фибрилл начинается с удаления связующих неупорядоченных молекул слабо сорбирующимися эндоглюканазами III (фиолетовые кружки), лишенными сорбционных доменов. Далее отдельные фибриллы разрушаются прочно сорбирующимися «хвостатыми» эндоглюканазами I и II (зеленые кружки), которые образуют на поверхности кристаллитов разрывы целлюлозных молекул. Эти разрывы расширяются в разные стороны «хвостатыми» целлобиогидролазами I и II (красные и желтые эллипсы).
Как видно из рисунка 16, в гидролизе кристаллической целлюлозы принимают участие эндоглюканазы, отличающиеся наличием дополнительного центра связывания с целлюлозой - сорбционного центра (ЦСД). Слабо сорбирующиеся эндоглюканазы наиболее активно гидролизуют внешние аморфные области, но не затрагивают упорядоченной части целлюлозы [72]. М.Л.Рабинович и его коллеги из Института биохимии им. А.Н.Баха РАН еще в 80-х годах [44,64] предположили, что фрагмент белковой молекулы специфически адсорбируется на поверхности целлюлозы и расклинивает пучки ее фибрилл, тем самым помогая проникать молекулам воды (адсорбционное понижение прочности, или эффект П.А.Ребиндера), в результате целлюлоза набухает, что в значительной мере облегчает работу ферментам гидролазам. Данный эффект присущ только прочно сорбирующимся эндоглюканазам и целлобиогидролазам. Эффективное расщепление полимерных субстратов происходит при совместном действии различных типов целлюлолитических ферментов. Это предположение позднее подтвердилось экспериментально. На рисунке 17 представлен возможный механизм гидролиза гликозидных связей карбогидразами.
Метод определения присутствия свободного хлора в отбеленных тканях и изделиях
Жесткость ткани при изгибе определяли по консольному методу на приборе ПТ-2 в соответствии с ГОСТ 10550-93. Относительная ошибка не более 10%. Устойчивость ткани на разрыв при растяжении определяли по ГОСТ 3813-72 на динамометре при зажимной длине 50 мм. Относительная ошибка не более 5 %. Исследование устойчивости ткани к истиранию проводили в соответствии с ГОСТ 18976-73 на приборе ДИТ-М. Испытание проводили при удельном давлении абразива на ткань, равном 1 кгс/см , при скорости вращения головки прибора 200 об/мин. Устойчивость к истиранию выражали в количестве циклов вращения головки прибора, при котором произошло разрушение ткани. Сминаемость ткани определяли рассчитав коэффициент сминаемости К0 в соответствии с ГОСТ 3814-47. Относительная ошибка не более 8 %. 2.3.5. Испытание устойчивости окраски к сухому и мокрому трению Метод испытания устойчивости окраски к сухому и мокромутрению. Устойчивость окрасок к трению определяли по ГОСТ 9733.27-83. Метод основан на закрашивании неокрашенной сухой или мокрой ткани при трении об сухой испытуемый образец. Испытания проводили на приборе COMPUTEXT STAININGTESTER. Степень закрашивания неокрашенной ткани определяли по шкале серых эталонов [122]. 2.3.6.
Определение массовой доли ос-целлюлозы Массовую долю а-целлюлозы определяли весовым методом по ГОСТ 595-79. Массовую долю а-целлюлозы (X) определяли по формуле: X = (m,-m2)I0(M00/m-(100-W), где m - масса воздушно-сухой целлюлозы, г; mi - масса тигля с высушенной а-целлюлозой, г; шг - масса сухого тигля, г; W - массовая доля воды воздушно-сухой целлюлозы, %. 2.3.7. Определение массовой доли остатка, нерастворимого в серной кислоте Массовую долю нерастворимого в серной кислоте остатка определяли весовым методом по ГОСТ 595-79. Массовую долю остатка (Хос) нерастворимого в серной кислоте вычисляли по формуле: Хос = (m,-m2)100-100/ m-(lOO-W), где m - масса воздушно-сухой целлюлозы, г; irij - масса тигля с высушенным остатком, г; т2 - масса сухого тигля, г; W - массовая доля воды воздушно-сухой целлюлозы, %. 2.3.8. Определение вязкости медно-аммиачных растворов целлюлозы Вязкость медно-аммиачных 0,1%-ых растворов целлюлозы определяли по ГОСТ 8837-83. Определяли вязкость медно-аммиачных 0,1%-ых растворов целлюлозы по разности времени истечения раствора и растворителя: где ti , t2 - время истечения соответственно раствора целлюлозы и растворителя, с. Степень полимеризации (п) вычисляли исходя из формулы [30]: вязкость данного полимера, равная относительной вязкости минус единица; К - константа, характерная для данного растворителя, равная 5-Ю4; С - концентрация полимера в основных молях, равная 0,01 г/моль; М - молекулярная масса целлюлозы; М(с6нпо6)- молекулярная масса глюкозы. 2.3.9.
Определение содержания карбоксильных групп Метод определения [30] содержания карбоксильных групп в целлюлозе основан на том, что при их взаимодействии с ацетатом кальция происходит обменная реакция с выделением свободной уксусной кислоты, которая может быть оттитрована: 2 Целл.СООН + (СН3СООН)2 = (Целл.СОО)2 Са + 2 СН3СООН Титрование проводят 0,01 н. раствором едкого натра. В качестве индикатора можно применять фенолфталеин. Методика определения. Перед определением карбоксильных групп испытуемый волокнистый материал обрабатывали 0,5%-ным раствором соляной кислоты без нагревания в течение 40 минут (для освобождения солеобразно связанных карбоксильных групп целлюлозы). После обработки материал тщательно промывали и высушивали на воздухе. Перед анализом ткань расщепляли на отдельные нити. Точные навески волокнистого материала с известным влагосодержанием весом около 1 г помещали в конические колбы емкостью на 100 - 200 мл с притертыми или резиновыми пробками. Добавляли 50 мл 0,1 м. раствора ацетата кальция и оставляли стоять в течение 12 ч при частом встряхивании. Пипеткой отбирали пробу 25 мл раствора и титровали 0,01 н. раствором едкого натра в присутствии индикатора. Параллельно ставили контрольный опыт с ацетатом кальция в отсутствии целлюлозы. Разность в количествах 0,01 н. раствора едкого натра, пошедшего на титрование в основном и контрольном опытах, соответствовало количеству выделившейся кислоты. Есоон = 45,01. Расчет: 1. Определение количества карбоксильных групп (Хк) граммах соответствующего 1 мл 0,01 н. раствора едкого натра: Хк = Есоон CN3OH /1000, где, Скаон- нормальная концентрация едкого натра. 2. Содержание карбоксильных групп (YK): YK= X-(VK-V0)-V,,/V,,, где, VK - количество раствора едкого натра пошедшего на титрование контрольного опыта; V0 - количество раствора едкого натра пошедшего на титрование основного опыта; VaK. - общее количество раствора ацетата кальция; Va.KT. - количество раствора ацетата кальция взятого на титрование;
Микроскопические исследования изменения структуры льняного волокна в результате ферментной обработки
Эти результаты свидетельствуют о том, что с увеличением концентрации биопрепарата в исследованных пределах усиливается процесс ферментативного разрушения льна, что приводит к увеличению потери массы образцов. Продукты деструкции частично переходят в раствор и дают повышение величины сухого остатка после выпаривания. Результаты, представленные в таблице 9, также показывают, что с увеличением концентрации Cellusoft APL имеют место те же процессы, однако количественные данные по потере массы и величине сухого остатка значительно меньше. Это позволяет полагать, что Cellusoft APL обладает более мягким действием по сравнению с Целловиридином Г20х. Такой вывод подтверждается определением СП целлюлозы после обработки.
При использовании Целловиридина Г20х с увеличением его концентрации в растворе происходит закономерное снижение СП (таблица 8). СП в результате обработки Cellusoft APL (таблица 9) также снижается, вплоть до концентрации биопрепарата 7% от массы ткани. Однако степень снижения СП значительно меньше, чем при использовании Целловиридина Г20х. Исключение составляет лен, обработанный препаратом Cellusoft APL в количестве 9 % от массы ткани, для которого значение СП незначительно отличается (таблица 9) от СП исходного льна.
Можно предположить, что с увеличением концентрации препарата Cellusoft APL происходит реакция трансгликозилирования, в результате которой образуются продукты, СП которых выше, а тип связи не (3-1,4, а может быть (3-1,6 или [3-1,2, как указывалось в работах [22,58]. Вероятно, с последним связано и снижение потери массы и величины сухого остатка.
Обработка биопрепаратами незначительно влияет на а-целлюлозу, но приводит к снижению содержания нерастворимого в концентрированной серной кислоте остатка (лигнина), причем содержание лигнина при использовании Cellusoft APL снижается в большей степени, чем при использовании Целловиридина Г20х.
Определение содержания групп, характеризующих процесс окисления, показало практическую неизменность количества альдегидных групп и возрастание содержания карбоксильных групп в результате ферментативного воздействия.
При использовании водопроводной воды для приготовления растворов биопрепаратов содержание карбоксильных групп возрастает по сравнению со льном, обработанным биопрепаратом на дистиллированной воде. По-видимому, это связано с большим присутствием кислорода и солей металлов в системе и протекающего процесса ферментативного окисления.
Влагосодержание у воздушно-сухих образцов (при прочих равных условиях) после биообработки снижается на 1 - 2% во всех вариантах.
Вода для льняного волокна имеет особое значение [140], некоторое ее количество (около 0,5%) очень прочно связано с целлюлозой и не удаляется даже при длительной сушке при 105-110С. Содержащаяся в волокнах влага существенно влияет не только на механические и физические свойства, но и на характер физико-химических процессов, протекающих под действием света и температуры. Центрами взаимодействия целлюлозы с водой являются гидроксильные группы - ОН элементарных звеньев макромолекул целлюлозы, вокруг которых образуются сначала моно, а затем полимолекулярные слои воды.
Небольшое снижение влагосодержания после биообработки свидетельствует об уменьшении поверхности элементарных льняных волокон, доступной для связывания молекул воды, что может являться свидетельством наличия более упорядоченных областей в них. В работе [140] говорится о более высокой упорядоченности слоев от периферии к каналу волокна. Верхний слой менее плотно упакован, чем внутренний (что связывают с расширением поверхности волокна в процессе роста), и тем самым может сорбировать большее количество влаги. Снижение влагосодержания косвенно подтверждает снятие одного или нескольких слоев первичной оболочки элементарного льняного волокна.
Данные по капиллярности, полученные для исследуемой льняной ткани, (таблицы 8,9) показывают, что в присутствии солей жесткости в водной среде при ферментной обработке она повышается. При обработке ферментами в среде дистиллированной воды, капиллярность не только не повышается, но даже несколько снижается, это наблюдается и для отечественного, и для датского биопрепарата. Можно предположить, что это связано с влиянием веществ, входящих в состав водопроводной жесткой воды, на смачиваемость волокон. По всей видимости, эти вещества к собственно целлюлозе индифферентны. Как показало исследование СП (основной показатель химического изменения целлюлозы), различий по этому показателю нет.
Интерес представляют данные по содержанию нерастворимого в концентрированной серной кислоте остатка, который принято называть «лигнином». В состав исследуемых биопрепаратов не входят «лигниназы», способные его разрушить, и мягкие условия обработки не могут способствовать его гидролизу. Многие исследователи пришли к мнению, что мономером лигнина являются производные кониферилового спирта [32,34], а полимеры, содержащие в своей основе звенья фенольных производных, устойчивы к действию сильных кислот и щелочей [141]. Снижение содержания «лигнина» после биообработки может быть объяснено удалением его в рабочий раствор вследствие разложения ферментами первичной стенки элементарного волокна и остатков срединных пластинок, где он преимущественно локализуется [9].
Для определения «лигнина» в" растворе после биообработки использовали тест с флороглюцином и соляной кислотой, однако его присутствие не удалось обнаружить, видимо, из-за незначительного содержания «лигнина» в растворе. Поэтому был использован другой метод, основанный на способности «лигнина» поглощать в УФ области при 280 нм. Поглощение свежеприготовленного и раствора ферментного препарата оставшегося после обработки льна в течение 4,5 ч анализировали в диапазоне 200-500 нм. Полученные результаты представлены на рисунке 25. При исследовании УФ-спектров раствора Целловиридина Г20х (спектр а) было установлено, что фермент, как и многие другие белки, имеет максимум в области 280 нм. По литературным данным [32,34] лигнин также имеет максимум в этой области. Исследование того же раствора Целловиридина Г20х после обработки льняной ткани (спектр б) показало, что поглощение в области 280 нм значительно возросло. Кроме того, имеющийся максимум поглощения несколько сдвигается, а форма кривой показывает, что имеет место наложение поглощения в областях 260 и 280 нм, давая пик полученной формы. Учитывая, что концентрация Целловиридина Г20х после обработки льна не может увеличиваться, можно считать, что возрастание интенсивности связано с переходом в раствор продуктов реакции из льняного волокна. Учитывая увеличение поглощения в области 280 нм можно полагать, что в этих продуктах имеется и лигнин. Это может объяснять снижение содержания лигнина в волокне в результате ферментативной обработки.
