纸浆酶改性的研究进展
生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展
生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，基于生物酶的专一性、高效性和环境友好性，生物技术在制浆造纸工业已有一些成熟应用，并取得了良好的经济和环境生态效益。
本文介绍了纤维素酶、半纤维素酶、木素降解酶、果胶酶等生物酶在生物制浆、生物漂白、酶促磨浆/打浆、酶法脱墨、纤维酶法改性、生物法树脂障碍控制、生物法处理制浆废水等制浆造纸各单元中的应用和研究进展。
关键词：生物酶；生物制浆；酶法脱墨；生物漂白引言近年来，生态恶化，能源短缺，人们对环保的要求越来越高，传统的造纸工业由于能源消耗大，污染严重，一直饱受垢病。
生物技术以其节约能源，环境友好等特点受到造纸工作者的关注，目前生物技术已应用到制浆造纸工业的全过程，如备料、制浆、纤维性能改善、树脂障碍控制、漂白、二次纤维的脱墨、废水处理及污泥生物堆肥等。
酶是生物体中活细胞产生的一种具有催化作用的物质，能加快化学反应的速率，并使反应以一定的顺序转换。
因此，酶是一种生物催化剂。
酶的作用与一般催化剂的作用是相同的，但由于酶的化学本质是蛋白质，原来是在生物体内产生，并且在生物体内部使用的，故还有其特点。
首先，酶能在温和的反应条件下发挥作用，酶是一种生物催化剂，主要由蛋白质组成，所以酶不能耐高温、高压及能引起蛋白质凝固、变性的各种环境条件。
一般来说，酶的催化反应条件温和，即在常温、常压，近于中性的环境下进行。
其次，酶催化反应具有高效性，酶的催化效率远比无机催化剂高，一般可比无机催化剂高１０５～１０１３倍，即用少量的酶就可催化大量的底物。
酶的存在降低反应所需的活化能，并能增加底物与酶分子间的碰撞频率，因此才使酶催化反应能高速有效地进行。
此外，酶催化作用具有专一性，酶催化反应时，对底物有严格的选择性，即某一种酶只能催化某一种或某一类物质（底物）进行一定的化学反应，生成相应的产物。
生物体内含有多种酶类，它们各有分工，催化不同的生化反应，才使复杂的代谢过程有规律地进行。
生物酶技术在制浆造纸工业应用的最新进展
生物酶技术在制浆造纸工业应用的最新进展1.漂白过程中的生物酶技术应用漂白对于提高纸张质量至关重要，然而传统漂白过程中使用的化学药剂带来了环境和安全隐患。
而利用生物酶技术进行漂白可以减少或者替代化学药剂的使用。
最新的研究表明，木聚糖酶、半纤维素酶、脂肪酶等可以用于替代或辅助漂白过程中的化学药剂，能够提高漂白效果、降低漂白时间和温度，并且减少毒性物质的排放。
2.酶增强纸浆制备技术生物酶可以改变纸浆物料的结构，提高纸张的强度、光泽和打印性能。
通过使用纤维酶解酶、酸性半纤维素酶和木聚糖酶等生物酶，在纸浆制备过程中可以减少纤维的破坏，改善纸浆的流变性能。
此外，酶增强纸浆制备技术还可以减少纸浆织构中的粘结物质，减少纸张的起皱和伸展性能。
3.生物酶技术在回收纸浆中的应用纸浆的回收对于减少对天然资源的消耗和环境保护具有重要意义。
然而，由于纸张在使用过程中添加了化学药剂、墨水和其他杂质，回收纸浆通常需要经过多个环节的处理，包括去墨、除杂、漂白等。
生物酶技术在回收纸浆中的应用可以有效地去除墨水和其他杂质，提高回收纸浆的质量和可利用率。
最新研究表明，利用特定的酶类可以降低回收纸浆的颜色、颗粒度和纤维破坏程度，提高回收纸浆的漂白效果和纸张质量。
4.生物酶技术在纸张性能改进中的应用生物酶技术还可以改善纸张的性能，如增强纸张的柔韧性、润湿性和抗菌性能等。
最新的研究表明，利用脂肪酶和木聚糖酶等生物酶可以改变纤维表面的化学性质，从而提高纸张的润湿性能和抗菌性能。
另外，利用纤维酶解酶可以改善纸张的柔韧性和抗撕裂性能。
总之，生物酶技术在制浆造纸工业中的应用已经取得了显著的进展。
尽管还存在一些挑战，如酶的稳定性、成本和大规模应用等问题，但是随着技术的不断发展和成熟，相信生物酶技术将会在制浆造纸工业中发挥更重要的作用。
酶在纸浆漂白中的应用
Ｅ ｏ ｌ 一 １ ０ ｃ ｐ ｐＸ ｏ ０ Ｅ ｏ ｕｐ Ｘ ２ ０ ｃ ｐ ｌ ０ Ｅ ｏ ｕｐ Ｘ 一２ ０ ４ ｃ ｐ ｌ ０ ／ Ｅｃ ｐ ［ １ ０ ｏ ｕｐ ＴＸ ０ Ｅ￣ｐ ［ ｕ ｐ ＴＸ一 ２ ０ ０ （ｓ一３ ５
木 聚糖 酶 可用 于纸浆在 氯 气 、 二氧化 氯 、 氧化 过 氢 、 臭 氧等化 学药 品漂 白前 预 处理 。由于木 聚糖 氧、 酶漂 白技 术易 与传 统 的 纸浆 漂 白工 艺 相 容Ｉ ， 处 ４酶 理后 可减 少化学 漂 剂 的用 量 ， 而纸 浆强 度 等 物理 性
维普资讯
第 ３ ２卷 第 １期 ２０ ０ ２年 ３月
Ｉ
业
微
生
物
Ｖ ３ ｏ １ ２Ｎ
Ｉ ｄ ｓｒ ｌ ｉ ｏ ｉｌｇ ｎ ｕ ｔ ｉ ｃ ｂ ｏｏ ｙ ａＭ ｒ
Ｍａ ２ ０ ｆ ０２
酶 在 纸 浆 漂 白中 的应 用
徐 志兵 ， 张群 ， 夏 万 燕
一
些 比较 满 意 的 结 果
。 国 内 陈 嘉川 等＿ 从 土 ３ －
壤 中分离 出耐碱 性 术 聚糖 酶 高产 细 菌 ， 用其 所 产 木 聚糖 酶 处 理 Ｎａ ＡＱ麦 草 浆 ， ＯＨ— 也取 得 了较好 的漂
白效 果 。
Ｎｏ ｏ Ｎｏ ｄ ｓ Ｄｅ ｍａ ｋ ｖ ｒｉ ｋ， ｎ ｒ Ｎｏ Ｄ Ｎｏ ｄ ｓ Ｄｅ ｍａ ｋ ｖ ｒ ｉｋ， ｎ ｒ Ｎｏ ｏ Ｎｏ ｄ ｓ Ｄｅ ａ ｋ ｖ ｒ ｉｋ． ｎ ｍｒ Ｒｏ ｎ ｎ ｙ ｈ ｌ Ｅ ｚ ｍｅ ０Ｙ， ｎ ｄ Ｆｉ ｈｎ Ｒｏｈ Ｅｎ ｙ ｍ ｚ ｍｅ ＯＹ ＦｍＲｏ ｍ ｎ ｙ ｈ Ｅ ｚ ｍｅ ＯＹ ， ｎ ａ Ｆｉ ｌ ｎｄ Ｒｏ ｍ ｈ Ｅ… ＯＹ ． ｎ ａ ｄ Ｆｉ ｌｎ ｊ ｇ ｎ Ｃｏ ｐ ｒ ｔ ｎ． ￣ｎ ｄ ｏ ｅ ｒ ｏ ａｉ Ｃ ａ ａ ｏ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｐ ｒ ｔ ｎ， ａ ｄ ｏ ｅ ｏｌ ａ ｌ Ｃａ ａ ａ ｏ ｏ
生物酶改性技术在制浆造纸中进展研究
２半 纤 维 素 酶 改性 应 用
半纤维素 占植物 干重 的 ３％左右 ， 自然界 中含 ５ 在 量仅 次 于纤维 素 。半 纤维 素 酶在 制浆 造 纸工 业 中的 研究 和应用 已经开始 得 到广泛 的关注， 半纤 维素 酶的 应 用 研究 已经 渗 透到 制浆 造 纸技 术 的许 多方 面 。半 纤 维 素酶 中包括 ：．，。 １１４聚木糖 酶和ｐ木糖 苷酶 ， 两 ３ 一 这
环境 污染 的大 户—造 纸 ， 成为各 国首脑 关注 的热 门 也
话题 。生 物酶改性 技术 最大优 点就是 污染 小 ， 能耗 且 低 、 应温 和等优点 。较 多研究 理论 已经证 明 ， 反 在酶
度的前提下 ， 可以明显地改善纸浆的滤水性能 ， 有利
于 车速 的提 高 。废 纸浆 和 机械浆 多 是用 作 配抄新 闻 纸 的原料 ， 因而这一 特 Ｉ应 用 于新 闻纸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的生产将 具有 生 显 著 的经济 效益 。酶 作用改 善 了纸浆 的滤水性 能 ， 是 近十几 年来研 究 的热点 。研 究人员发 现 ， 墨西 哥和 在 美 国 的一 些 纸厂 中使 用商 品酶 Ｐ 和高分子 聚合物 处
摘 要 生物技术在造纸工业中的应用越来越广泛。文章介绍 了纤维素酶 ， 半纤维素酶， 木素降解酶在制浆造 纸 中的改性应用， 并对 未来应用 于制浆造纸工业的展 望。 关键词 纤维素酶 半纤维素酶 木素降解酶 改性
生物 技术 用 于造 纸 工业 具 有诱 人 的前 景 。造纸 工业用到 的生物 酶种类 主要有纤维 素酶 、 半纤维 素酶 、
展。 利用酶（ 主要是纤维素酶和半纤维素酶） 对纸浆纤
维进行改 性 ， 以在不损 害纤维 强度 的前提 下改善 纸 可
生物技术应用于制浆造纸领域的研究进展
明 ， 用木 聚糖 酶预处 理可 以有 效改 善麦 草碱 法 化机 采 浆 的抗 张强 度和撕 裂 度ｐ ］ 。李新 平等 研 究 了纤 维 素酶
和 木 聚糖 酶预 处 理对 打 浆 能耗 和 成 纸性 能 的影 响 。
１ 生 物 制 浆 、
生物 法 制浆 是 先利 用 微生 物 （ 要是 白腐 菌 ） 主 或 酶， 对植 物纤 维原料 进行 预处 理 ， 然后 再进 行化 学 、 机
后续磨 浆 能耗 降低 。 纸强度 性 能也得 到改 善 与 漂 白过程
械 或化学 机械 法制 浆 。传统 的化 学法 制浆 过程 中 。 化 学 药 品消耗 量大 ， 能耗 高 ， 备投 资大 ， 水具 有极 高 设 废
的化学 耗氧 量 （ Ｏ 和生化 耗 氧量 （ Ｏ ， Ｃ Ｄ） Ｂ Ｄ） 并且 产 生
具 有毒 性和 强致癌 性 的物质 ，给环境 造成 严 重污 染 。
径之一 。人们对环境保护和节能降耗的 日 益关注 ， 促 进 了生物 技术 在制 浆造 纸领域 的应 用 。 目前应 用 于 制浆 造 纸领 域 的生 物 技术 主要 有 生 物 制 浆 、 物 漂 白 、 纸 生 物 法 脱 墨 、 水 生 物处 理 生 废 废 等 。这些 技术 中 。 些 已经在 制浆 造纸 工业 生产 中获 有 得应用 ， 外一 些还 处 于研 究 阶段 。 另 文章对 生物 制浆 、 生 物漂 白 、 物 酶 法脱 墨 、 生 生物 法处 理 造 纸废 水 等 方
生 物 漂 白流 程 一 般 安 排 在 传 统 漂 白流 程 前 面 ．
传 统 的化 学脱 墨 方法 是 使用 化 学 药 品 ，在 一 定 的温 度 和适 当 的机械作 用 下 ， 油 墨从 纤维 上 分离 下 将 来 ， 后再 通 过浮 选和 洗涤 的方 法将 油 墨从 纸浆 中除 然
生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展
生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展发布时间：2021-09-06T15:54:35.520Z 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：陈波[导读] 本文针对生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展进行详细的探究，了解生物技术对于制浆造纸的重要性，进一步从生物制浆、生物漂白、酶促打浆、酶法脱墨以及废水处理等方面分析生物酶在制浆造纸中的具体应用，并对制浆造纸过程中生物酶的改性研究进展展开了分析，以此来推动制浆造纸业的有序发展。
广西广业贵糖糖业集团有限公司身份证号码：4525021973071****4 陈波摘要：本文针对生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展进行详细的探究，了解生物技术对于制浆造纸的重要性，进一步从生物制浆、生物漂白、酶促打浆、酶法脱墨以及废水处理等方面分析生物酶在制浆造纸中的具体应用，并对制浆造纸过程中生物酶的改性研究进展展开了分析，以此来推动制浆造纸业的有序发展。
关键词：生物酶；制浆造纸；应用；研究进展前言：制浆造纸行业可以说是我国国民经济发展中尤为重要的支柱性产业，但同时也是导致森林资源、能源以及化学品等资源消费及环境污染的关键性因素。
但是近几年来，生物技术的逐渐创新与完善，其在制浆造纸行业中的应用已经取得了较为广泛的应用和快速的发展。
一般在制浆造纸过程中所使用的生物酶包括：纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶以及淀粉酶等。
这些酶无论是在制浆、漂白方面，还是在脱墨、数值控制以及改善纤维性方面都发挥着极为重要的作用。
因此，对生物酶在制浆造纸过程中的应用及研究进展进行分析是非常必要的。
1、生物技术对于制浆造纸的重要性制浆造纸工业在生产过程中是以植物纤维作为原料的，例如：木材与非木材。
这些原料中含有丰富的纤维素、半纤维素、树脂以及果胶等有机、无机抽出物以及矿物质等等，所以在进行制浆造纸时往往需要利用物理或者化学手段来去除或者是保留木素等废纤维素，导致生物技术与制浆造纸工艺之间产生千丝万缕的联系。
耐碱性纤维素酶的表达及其对纸浆改性和机制研究
耐碱性纤维素酶的表达及其对纸浆改性和机制研究由于草浆等纸浆存在滤水性差、强度低等缺点,使其应用受到限制, 一般生产过程中需要对其进行改性以改善滤水和强度性能。
与化学法改性相比, 采用纤维素酶（主要是内切酶EG处理对纸浆改性是一种环境友好的技术,且已被证明在改善纸浆滤水性, 提高成纸强度等方面具有良好效果。
由于制浆造纸工艺往往在中、碱性条件下进行, 这就要求使用的酶能够在高pH 条件下维持酶活性，保证其催化作用有效进行。
但市场上已有的商品纤维素酶大多为酸性酶, 在碱性条件下酶活很低。
虽然国内外对碱性纤维素酶的研究正逐渐深入, 但目前仍存在很多问题, 例如, 已有产碱性纤维素酶菌株的产量低、酶系不合理、酶改性机理尚未完全清楚等。
因此, 设法提高碱性纤维素酶产量, 合理优化酶系, 以降低纤维素酶生产成本和提高对纸浆的改性效果, 同时深入研究酶法改性机制等, 对促进酶在造纸工业中的应用, 降低生产成本等具有重要意义。
基于以上背景, 本论文在实验室前期研究基础上, 通过构建耐碱性纤维素酶菌株, 以希望提高纤维素酶产量; 同时通过构建耐碱性纤维素酶与木聚糖酶共表达菌株, 以达到优化改性酶系、提高酶法改性效果的目的;同时从不同角度研究了纸浆酶法改性的机制。
本论文主要研究内容和结果如下:1. 耐碱性纤维素酶的表达及其对纸浆改性效果研究为获得适合纸浆改性用的耐碱性纤维素酶, 在实验室前期研究基础上, 扩增来源于特异腐质霉的三个耐碱性内切纤维素酶H.EGI ,H.EG H ,H.EG V的基因，并在毕赤酵母GS115中成功异源表达；同时在大肠杆菌BL21 中成功异源表达了来源于不同芽孢杆菌的三个内切纤维素酶Y106-EG,z-16-EG 及A30-EG测定纯化后重组耐碱性纤维素酶的性质, 发现这六种内切纤维素酶的最适pH在6.5-7.5左右,最适温度在50C -60 C之间,各酶在pH 6.0-8.0 条件下放置1h能够维持60%^上酶活性,其中Y106-EG z-16-EG和H.EGV在pH 9.0条件下放置 1 h 可以维持60%以上酶活性。
酶在制浆造纸中的应用[精华]
![酶在制浆造纸中的应用[精华]](https://img.taocdn.com/s3/m/b5aea6fd988fcc22bcd126fff705cc1755275ff2.png)
酶在制浆造纸中的应用摘要：综合论述酶在制浆造纸各个工序中的应用，并将之与相应的物理化学处理方法比较，说明酶的特殊优势及其发展前景。
关键词：制浆造纸酶造纸工业是我国和世界经济的重要支柱产业之一，随着国家经济的迅速发展，对纸的需求迅速增加。
同时，随着人们环保意识的提高，对于造纸工业中产生的污染问题也越来越重视。
因此，需要我们发展更高效率、低能耗、低污染的制浆造纸技术。
在众多新兴的技术中，酶在制浆造纸工业中的应用具有很大的优势和潜力，拥有良好的发展前景。
1 酶在制浆过程中的应用1.1酶用于去皮（毛）在制浆造纸工艺中，备料是整个工艺流程的第一步。
高质量的机械浆或化学浆需要完全去皮，因为即使少量的树皮残留也会造成产品颜色变暗。
去皮要消耗大量能量而且导致原材料损失。
树皮以及形成层中果胶含量比较高，还含有半纤维素。
因此，果胶酶显得特别重要。
另外，木聚糖酶可能也有重要作用。
运用能水解果胶的酶预处理后在进行去皮，能耗下降80%。
但酶应用在该工序中最大的问题在于酶对形成层的渗透困难。
（毛[1]）1.2酶法除树脂（王）木片或纸浆中的树脂含有脂肪酸、树脂酸、甾醇、脂肪酸甘油脂、其他脂质和蜡类等，可能造成树脂粘附，导致停机与纸的质量下降等问题。
用不同的酯酶去除树脂非常有效。
不仅可以解决上述问题，还可以提高纸浆和纸的质量、减少化学漂白剂的小号、减低废水负荷以及节省存放木材的空间和投资。
这个方法已经在商业上取得应用。
树脂障碍是由树脂中的非极性成分，即甘油三酯造成的。
在使用以松木为生产原料造纸时，树脂障碍尤为严重。
树脂沉积在筛选机筛板、浓缩机下唇板、管道内壁及浆池表面、毛毯和吸水箱中，也可沉积在浆池、筛板、网前箱、造纸网、伏辊、压榨辊、烘缸、压光辊上。
这些沉积物降低脱水效率及纸页匀度、强度，形成树脂斑点和孔洞，造成产品质量下降，引起纸幅断头，树脂障碍严重的影响了生产。
传统控制树脂障碍的方法是将大批原木放在储木场老化和使用化学方法，用滑石粉、硫酸铝、分散剂或表面活性剂、螯合剂等使树脂或附着在纤维表面或稳定分散在浆水系统中而除去，但大量使用硫酸铝，对设备腐蚀严重，滑石粉用量相对较多，容易磨损设备，造成纸张容易掉粉掉毛，都不能从根本上解决树脂障碍问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
・论文与综述・纸浆酶改性的研究进展李武光,李新平,杜 敏(陕西科技大学造纸工程学院,陕西西安710021)[摘 要] 概述生物酶对纸浆改性研究进展。
介绍了纤维素酶、半纤维素酶、漆酶在降低打浆能耗,改善纸张物理性能,助漂等方面的机理及其研究进展。
[关键词] 酶;纸浆;改性;纤维 近十几年来,人们对生物技术在制浆造纸工业中的应用进行了大量的研究,其研究内容几乎涉及到制浆造纸工业的各个方面。
在这些研究中,有的处于实验室研究阶段,有的进行了中试,有的则已在生产中应用。
利用酶与纸浆纤维作用可以降低打浆能耗,改善成纸的某些性能,改善浆料的脱墨,助漂等。
本文就纸浆的纤维素酶、半纤维素酶、漆酶的酶改性的研究进行了综述。
1 纤维素酶纤维素酶由三类不同催化反应功能的酶组成,根据其催化功能的不同可分为:内切葡萄糖苷酶(endo21,42β2D2glucanase,EC3.2.1.4,来自真菌的简称EG,来自细菌的简称Cen),该类酶能随机地在纤维素分子内部降解β21,4糖苷键;外切葡萄糖苷酶(exo21,42β2D2glucanase,EC3.2.1.91,来自真菌的简称CB H,来自细菌的简称Cex),它能从纤维素分子的还原或非还原端切割糖苷键,生成纤维二糖;纤维二糖酶(32D2gluco sidase,EC3.2.1.21,简称B G),它把纤维二糖降解成单个的葡萄糖分子。
纤维素酶的作用机理:普遍接受的纤维素酶的降解机制是协同作用模型,见图1[1]。
在协同降解过程中,首先由Cx酶在纤维素聚合物的内部起作用,在纤维素的非结晶部位进行切收稿日期:2009-07-02作者简介:李武光(1984-),男,山东德州人,在读硕士研究生,陕西科技大学造纸工程学院,主要研究方向:纤维资源的制浆造纸特性与生物技术的应用。
图1 协同作用模型割,产生新的末端,然后再由C1酶以纤维二糖为单位,从末端进行水解,最后由B G酶将纤维二糖水解为葡萄糖。
Wood在研究木霉(Trichoderma reesei)、青霉(Penicillium f uniculo sumde)的纤维素酶水解纤维素时,发现培养液中的两种外切酶在液化微晶纤维素和棉纤维素时具有协同作用。
Fater2 stam也发现两种外切酶(CB HⅠ和CB HⅡ)具有协同作用。
Kanda等还发现了对可溶性纤维素进攻方式不同的两种内切葡萄糖酶在微晶纤维素的水解过程中也具有协同作用。
通过机理研究发现,纤维素的酶解是一个复杂的多相反应,其作用过程是:纤维素酶首先吸附到纤维表面,在纤维表面发生酶解反应,随着酶解反应进行,将纤维层层剥离[2]。
酶解反应受纤维素的结构、纤维素酶的吸附、产物的抑制效应和纤维素酶去活化等因素影响[3,4]。
1.1 降低打浆能耗,促进打浆酶促打浆是利用高活性的半纤维素酶和较低活性的纤维素酶对打浆前的纸浆进行预处理,使纤维表面得到某种程度的活化和松弛,促进纤维的吸水润胀和细纤维化程度,从而使打浆性能得到改善,起到降低打浆能耗的作用。
Setliff[5]利用Ceriporiop sis subvermispora和—33—P.chrysosporium对杨木和挪威云杉进行了预处理。
结果表明,与未经真菌处理的相比,在盘磨机磨至相同游离度的情况下,杨木可以降低20%的能耗,挪威云杉降低13%的能耗。
Fujita[6]利用IZU2 154对阔叶木和针叶木生物机械浆进行了研究,发现粗磨的山毛榉机械浆经真菌处理7天以后,可使后续磨浆能量消耗降低1/3～1/2,且强度性能得到改善;经过粗磨的云杉机械浆和红松机械浆采用真菌处理10～14天,磨浆能耗约降低1/3,强度性能也有所改善。
1.2 提高纸浆的滤水性能纤维素酶处理浆料时,酶作用于纤维表面,加以优化控制酶处理工艺,除去一些细小的组分,使细屑和纤维表面细小组分水解,这样就在不影响纸浆物理性能的情况下提高纸浆滤水性能。
此外利用纤维素酶和半纤维素酶协同使用会有效地提高纸浆的滤水性能。
J ackson等[7]用干燥过的漂白针叶木纤维和复合纤维素酶反应,通过检测酶作用前后纤维长度分布的变化和纤维形态的变化,证实了细屑水解引起纸浆游离度增加,并提出细屑和细小纤维是因为具有较大的比表面积可及度而易受酶的攻击。
酶解作用发生在纤维表面的细小纤维和微粒上,对整个纤维损伤十分轻微。
管斌[8]在研究中得出杨木SGW 浆酶改性过程中适当地酶处理,在保持浆强度的情况下,浆的滤水性能有较明显改善。
1.3 改善成纸性能纤维素酶处理对纸浆的影响没有统一的结论,纤维素酶对纸浆的影响受浆的种类、酶处理的深度等因素的影响。
Mansfield等用复合纤维素酶处理浆料发现,纸页的平滑度得到改善,纸张的印刷适性得到提高,成纸的抗张强度增加了10%。
纤维素酶处理纸浆,使纸浆的游离度提高,在保持成纸强度的同时降低了打浆能耗。
Stork等人[9]认为纤维素酶对CTM P物理性能的影响与其他浆种有所不同,C TM P经纤维素酶处理后其裂断长有所增加,这是因为酶解导致了细小纤维的水解,而细小纤维的水解会使纤维间的结合力有所增加。
山东轻工业学院的研究人员[10]曾利用来自A PsergillusL22的纤维素酶对针叶木浆的酶促打浆进行研究,实验表明,经酶处理的纸浆具有较高的打浆度,具有降低能耗的潜力。
同时,由于打浆度的增加,纸浆的裂断长有明显的增加,而撕裂指数却有明显下降。
2 半纤维素酶半纤维素酶在制浆造纸工业中的研究和应用已经开始得到广泛的关注,其中以木聚糖酶最为广泛。
木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称,酶系的组成较为复杂,它主要包括作用于主链的内切21,42β2木聚糖酶和β2木糖苷酶,一般而言,前者从主链内部作用于木糖苷链,可随机将木聚糖主链降解成短链的低聚木糖;而后者作用于短链的低聚木糖,从非还原性末端释放出木糖。
木聚糖酶预处理的作用实现对纤维的渗透。
改善纤维的润胀,促进内部细纤维化和剥离,以及降低打浆能耗和改善纤维性质等。
2.1 降低打浆能耗将纤维素酶应用到打浆的过程时,人们发现虽然纤维间的结合力得到增加,但由于纤维素酶对纤维素链的部分降解,导致纸浆黏度降低。
因此,研究者转而研究利用无纤维素酶活性的木聚糖酶,来替代纤维素酶用于打浆工序。
1997年Bhardwaj[11]等研究了几种商业木聚糖酶对打浆和精磨的作用效果。
结果发现,木聚糖酶能够降低针叶木浆25%磨浆能耗,降低竹浆18%的磨浆能耗,降低混合浆(60%的废旧硫酸盐瓦楞纸剪碎料浆,40%的未漂针叶木浆)15%的磨浆能耗,且对纸浆的强度性能无影响。
但是不同的纸浆类型会影响到木聚糖酶辅助磨浆效果,对高卡伯值的纸浆作用效果要好于全漂浆。
Noe[12]提出使用木聚糖酶可使漂白化学浆外部细纤维化,从而减少造纸过程中的能量消耗。
研究表明,利用木聚糖酶(不含纤维素酶)处理浆料,打浆和精磨时能量消耗的更少[13]。
2.2 木聚糖酶助漂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,形成脱木素或有利于脱木素的状况,并改善纸浆的可漂性或提高纸浆白度的过程。
生物漂白的目的主要是节省化学漂剂,改善纸浆的性能以及减少漂白污染。
木聚糖酶辅助漂白机理有4种假设:木聚糖酶能够有效地降解蒸煮过程中再吸附和沉积在纤维表面的木聚糖,使漂剂更好地接近残余木素,从而使木素更容易从纸浆纤维中脱出;木聚糖酶催化作用于—43—纸浆纤维中的木聚糖,使纤维细胞壁润胀而结构变得疏松,从而使木素容易被抽提出来;木聚糖酶降解掉与纸浆中残余木素有连接的半纤维素,破坏了木素碳水化合物(L CC),增大了纤维间的孔隙,从而有利于已溶解木素的脱除;木聚糖酶能够有效地除去在蒸煮过程中产生的衍生物———已烯糖醛酸木聚糖。
Viikari[14]报道用木聚糖酶预处理硫酸盐未漂浆可减少后续漂段25%用氯量。
丹麦的Peders2 en[15]用木聚糖酶处理氧漂后的阔叶木浆,可减少后续漂段35%用氯量,同时白度提高1%～2%ISO,对浆强度无不利影响。
近些年来,国内也进行了广泛的研究,陈嘉川等[16]研究发现木聚糖酶可明显改善麦草浆的滤水性、脆性、物理强度和白度,减少总有效氯用量;洪枫等[17]、葛培锦等[18]、于红等[19]研究表明,木聚糖酶预处理对麦草化机浆白度及可漂性的改善也有一定的作用。
3 木素酶木素降解酶的产生及其调控是一种复杂的现象。
普遍认为白腐菌产生的胞外酶中,对木质纤维特别是木素大分子有直接修饰与降解作用,其中研究最多的是漆酶(Laccase,EC.1.10.3.2)、木素过氧化物酶(Li Ps)和锰过氧化物(MnPs)。
其中以漆酶研究最为广泛。
漆酶是一种含铜的多酚氧化酶(Laccase,p-dinhenxidase),可以催化氧化多酚、氨基苯等物质。
漆酶是一种糖蛋白,肽链一般由500个氨基酸组成,糖基占整个分子的10%～45%。
糖的组成包括阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、氨基己糖和葡萄糖,含糖质量分数在10%～80%[20]。
漆酶的催化氧化,主要表现在底物自由基的生成和漆酶分子中四个铜离子的协同作用。
当漆酶催化氧化酚类(氢醌)化合物时,首先是底物氢醌向漆酶转移一对电子,生成半醌2氧自由中间体,ESR可观察到明显的氧自由基信号。
其次是不均等非酶反应,两分子半醌生成一分子对苯醌和一分子氢醌。
氧自由基中间体还原转变成碳氧自由基中间体,它们可以自身结合或相互偶联,产物中除醌外还有聚合物和C—O、C—C 偶联产物。
在有氧条件下,还原态漆酶被氧化,氧气被还原为水,漆酶催化氧化底物和对氧气的还原是通过四个铜离子协同地传递电子和价态变化来实现的。
漆酶是一种含铜的酶蛋白,它的氧化还原电势较低,只能氧化降解酚型的木素结构单元,而不能氧化降解在植物纤维木素结构中占主要组分的非酚型单元。
3.1 降低打浆能耗漆酶预处理可以改善纸浆特性,降低磨浆能耗,漆酶改性前适宜的纤维素酶和半纤维素酶预处理会提高纤维的通透性,促使纤维表面细纤维化,进一步提高漆酶的预处理效果。
Mansfield[21]对漆酶改善辐射松机械浆的制浆性能发现,经漆酶预处理辐射松木片机械浆的磨浆能耗降低5%～8%,不改变其光学特性,强度也有所增加。
有研究[22]报道,在机械浆生产过程中,用漆酶浸渍木片可以降低磨浆能耗,大约可以节省机械浆生产过程的5%～8%。
J ujop[23]在20～90℃、p H值2～10条件下用漆酶对机械浆进行预处理,结果发现每吨浆打浆能耗从4680MJ降到3060MJ,节省动力约30%,且纸张物性得到改善。
纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平。
在漆酶活性0.5U/ mL、初始氧化还原电势100mV及20℃条件下,对云杉TM P进行预处理,磨浆能耗降为1.27MJ/ kg[24]。