纸浆造纸过程中酶的应用

纸浆造纸过程中酶的应用班级：林化09-2姓名：张立波学号：090524207任课教师：邓立红纸浆造纸过程中酶的应用摘要制浆造纸工程作为轻工业行业中的传统行业，有着悠久的历史和成熟的工艺及设备。

但任何一个行业都不是孤立的。

生物工程的快速发展给纸浆造纸行业也带来了新鲜的血液。

本文尽量的总结生物工程，特别是酶工程对纸浆造纸的应用。

关键词：制浆造纸酶工程漂白一.纸浆造纸工程简介我国的造纸术源远流长，是公元105年（东汉和帝元兴元年）蔡伦发明的，迄今已有1900多年的历史。

我国造纸术的发明，奠定了世界造纸工程技术史的基础，推动了人类文明的快速发展。

在我国古代造纸术中有“水碓、春臼、荡帘入料、竹帘捞纸、覆帘压纸、透火焙干”等工序。

这些看似简单的工艺和相关技术却蕴函着深邃的科学道理。

而现代造纸术工艺的核心内涵，在传承和发展了古代造纸工艺精髓的同时，无论是从工艺过程和装备水平都发生了巨大的发展和进步，实现了化学、力学、机械、电子、材料、生物、环境等多学科的交叉融合，集成了现代科学与工程学的综合优势。

造纸术包括制浆与造纸两个过程。

制浆即将木材（或其它纤维原料）离解成纤维性物质的任何生产过程，它基本上是有系统地断裂木材结构内部结合键的一种手段。

这项任务可借机械的、加热的、化学的、或上述综合的方法加以完成。

按分离纤维能耗的逐渐增加和对化学作用依赖程度逐渐减少分，现代制浆工艺大致有：化学、半化学、半机械和机械法制浆。

典型的制浆方法具体分类如下：（1）机械法制浆：木段磨石磨木法、木片RMP、TMP法。

（2）化学机械法制浆：化学磨石磨木法、冷碱法、CTMP法。

（3）半化学法制浆：NSSC法、高得率亚硫酸盐法、高得率硫酸盐法。

（4）化学法制浆：硫酸盐法、烧碱与蒽醌烧碱法、酸性亚硫酸盐与亚硫酸氢盐法。

以上制浆方法虽然不相同，但不管是哪一种制浆工艺，都包括：备料—蒸煮—洗涤—筛选—净化—漂白这几个过程。

造纸术的另一个过程—造纸，即从打浆到成纸的一系列过程，具体包括：打浆、脱水、压榨、烘干、压光、卷曲等工序。

在抄纸配料过程中，为了影响或增强特定的纸页性能，或未其它所需目的服务，常使用大量的化学药品，包括功能性助剂（如施胶剂、矾土、矿物质填料、淀粉、染料等）和控制性助剂（如滤水助剂、消泡剂、助留剂、树脂分散剂、杀菌剂、和腐蚀抑制剂等）。

二.生物工程及酶简介1.生物工程简介所谓生物工程，应用生命科学及工程学的原理，借助生物体作为反应器或用生物的成分作工具以提供产品来为社会服务的生物技术。

包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等。

生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科，90年代诞生了基于系统论的生物工程，即系统生物工程的概念所谓生物工程，一般认为是以生物学（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。

生物工程包括五大工程，即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。

在这五大领域中，前两者作用是将常规菌(或动植物细胞株)作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。

后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件，进行大规模的培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。

2.酶工程简介酶（enzyme），早期是指in yeast 在酵母中的意思，指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂。

大多数由蛋白质组成（少数为RNA）。

能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。

生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖都是酶促反应过程。

酶是细胞赖以生存的基础。

细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。

1．高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；2．专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽；3．多样性：酶的种类很多，大约有4000多种；4．温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。

5．活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等。

6.有些酶的催化性与辅因子有关。

7.易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。

酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。

它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。

酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

三.纸浆造纸工程中酶的应用1.制浆过程中的酶应用经过木素生物降解的原料，结合化学、机械制浆和其他生物酶再进一步分离出纤维原料的过程叫生物制浆。

不同的原料会用到不同的生物酶。

如韧皮纤维会有果胶质，可选用果胶酶分解果胶质，释放出纤维素。

用于分解果胶质的果胶酶主要有果胶解聚酶和果胶酯酶两大类。

而草浆和木浆均含有较多的木素，可以通过木素降解酶与化学制浆、机械制浆相结合的方式来制浆。

生物硫酸盐制浆和生物亚硫酸盐制浆就是将造纸原料先进行生物处理再进行硫酸盐制浆和亚硫酸盐制浆的方法，是生物法与传统的硫酸盐制浆和亚硫酸盐制浆和方法的结合。

生物机械制浆也是如此。

生物制浆的基本生产工艺：木片→酶或菌处理30天→化学或机械制浆。

生物化学浆和生物机械浆与传统的制浆比较，能耗低，环境压力轻，耗碱量大幅下降，据报道可以降40%，制浆得率提高，残碱降低，强度性能好，已有一些工厂开始工业化生产，但由于缺乏提供稳定的商业酶的厂家，使这一有良好发展前景的技术的应用受到限制。

2.漂白过程的酶应用生物漂白就是利用微生物或其产生的酶与纸浆中的某些成分作用，改善和提高纸浆白度的过程。

纸浆生物漂白用酶主要有两类：半纤维素酶和木素降解酶。

半纤维素酶包括聚木糖酶和聚甘露糖酶；木素降解酶主要有木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。

也有直接用白腐菌（white rot fungus）漂白纸浆的。

生物漂白的目的主要是不用或少用化学漂白剂来改善纸浆的性能和减少漂白的污染。

大量的研究结果表明，不管是阔叶木浆还是针叶木浆，是硫酸盐浆还是亚硫酸盐浆，不论是与传统的CED或D/CEDED漂白流程配合，还是与一些含氧漂白剂如臭氧、过氧化氢、过氧酸配合，利用半纤维素酶预处理助漂都能改善纸浆的可漂性，减少后续漂白剂的用量。

另外还可以增加漂白纸浆的产量，降低漂白废水中的AOX的含量。

半纤维素酶对纸浆的辅助漂白应用很成功，但半纤维素酶不能直接降解浆中的残余木素，而微生物（白腐菌）可以直接与浆中的残余木素作用而达到脱木素和漂白纸浆的效果。

木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶能直接氧化和降解纸浆中的残余木素，降低纸浆卡伯值，提高白度而用于纸浆的生物漂白。

纸浆的生物漂白已从实验室发展到工业化生产，芬兰、西班牙及新西兰已有造纸厂使用生物漂白替代化学漂白工艺。

不同的原料有不同的工艺过程：(1)松木生物硫酸盐制浆：松木→酶处理（聚甘露糖酶和聚木糖酶100 ~ 500 nkat/g) →DoED漂白或QPPP漂白；桉木生物亚硫酸盐制浆：桉木→聚木糖酶处理OD1EoD2P漂白；(2)草类纸浆的半纤维素酶漂白：麦草→酶处理（聚木糖酶3~6 IU/g浆，pH值4.5~5.5，50℃100 min，浆质量分数为8% ) →次氯酸盐漂白；芦苇→酶处理（聚木精酶0.2 mL/kg浆，pH值6~7，浆质量分数为10%，50℃90 min) →XAPDTNPA 漂白。

纸浆的漂白工段是造纸工业主要污染源之一，特别是采用氯漂所产生废水含有的有机氯化物具有剧毒、致癌、致突变的作用，因此借鉴国外成功的经验在我国大力发展生物漂白工艺具有广阔的前景。

3.废水处理过程的酶应用自然界中有大量的微生物依靠有机物生存，它们能将有机物转化为对环境无害的无机物和简单的有机物。

制浆造纸污染物主要是有机物，是木质纤维氧化降解产物，可作为微生物的碳源、氮源和潜在能源。

利用微生物降解和转化有机物的能力，人为地创造适合于微生物生存、繁殖的条件和环境，使特定种类的微生物大量繁殖，提高其降解和转化有机物的效率，从而达到适应处理大容量制浆造纸废水的能力，是生物技术处理废水的主要内容。

当然还可利用一些特异性植物如水生植物、陆生植物对废水进行处理，但植物处理的效率相对较低，占地面积大，所以，微生物是废水处理的主要种类。

纸浆造纸废水的生物处理，就是利用环境存在的好氧生物和厌氧生物处理废水的过程，相应地分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

这两种方法废水生物处理的过程中，会用到许多细菌、真菌、藻类、原生物等微生物和许多生物酶类。

生物处理废水的方法还有氧化塘法、表面曝气法、生物转盘法、厌氧消化法等。

4.其他过程中的酶应用（1）废纸脱墨过程中的酶应用废纸的再生利用已成为解决造纸行业原料短缺的重要途径。

废纸再生的关键是必须有效地去除各类印刷在纸上的油墨，用化学方法脱墨白度低、滤水性差、适应性差、化学药品使用量大、环境负荷大。

而生物脱墨可以解决上述的一系列问题，不同的废纸可选用不同生物酶，可以用一种酶，也可以用几种酶。

对废旧新闻纸，可选用纤维素酶脱墨，也可用纤维素酶和聚木糖酶脱墨；其作用机理为剪切纤维素表面的细小纤维，改变纤维分子的侧链结构，剥离表面油墨。

所用的酶有酸性酶、中性酶和碱性酶。

一般的工艺过程为：碎浆→酶脱墨→酶失活→浮选。

酶脱墨的工艺参数为：pH值5.0，酶用量1.0IU/g（绝干浆),50℃×30 min,酶失活100℃×50min，不同的研究人员工艺略有不同。

与化学脱墨法相比，废报纸酶脱墨疏解时间短、耗能少、脱墨浆易于漂白、纸浆白度高。

现在发行的报纸有许多版面是彩色胶印的，特别是广告版面。

这些彩色胶印报纸的油墨中含有大量的颜料填充剂、干燥剂等成分，印刷密度高，用常规的化学法脱墨难以达到理想的脱墨效果和成浆质量，并对环境造成较为严重的污染，而用纤维素酶和淀粉酶的混合酶液对形色印刷废报纸进行脱墨处理，得到理想的脱墨效果。

其脱墨工艺流程为：ONP(彩色胶印废报纸）→碎浆→酶处理（30min 50℃，浆质量分数为6%，pH值为7.5) →浮选。

也有直接用白腐菌直接脱墨的。

对混合办公废纸，特别是非接触印刷的办公废纸，包括静电复印纸和激光打印纸、照相打印纸，常用淀粉作为表面施胶剂或湿部添加剂。