酶在制浆造纸中的应用

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。

在浆料中加入树脂酶，利用酶把甘油三酯水解成水溶性甘油和低粘性的脂肪酸，并用硫酸铝对脂肪酸进行固定处理，从而抑制了树脂的沉积，有效的控制了树脂障碍。

利用生物酶控制树脂障碍，可大幅度提高新鲜木材的比例，减少储木场面积，减少停机清洗次数，改善设备运行状态，为高速纸机正常运行创造条件。

1.3酶法浸渍（毛）
在浸渍过程中，微生物产生的酶降解草木类（如亚麻、大麻等）植物中的链接物质，从纤维束中释放出纤维。

酶法浸渍比传统方法快、易于控制并且难闻气味少。

果胶酶被认为在该过程中起着重要的作用。

木聚糖酶、纤维素酶和半纤维素酶等多糖酶也可以参与该过程。

对于森林资源贫乏的国家，酶法浸渍的研究应用更具有意义。

（毛【1】）
1.4木素的酶降解（崔）
天然的造纸原料有草类、木材、麻类、棉花等，这些原料主要由三部分组成即纤维素、半纤维素和木素。

造纸厂的蒸煮过程就是用化学品溶出、脱出木素的过程。

一般的化学法制浆，不但要用到各种化学药品，而且成本高、能耗大。

而用生物酶降解木素，方法简单，对环境无污染。

用于木素降解的酶，主要有漆酶、木素酶（木素过氧化物酶，锰过氧化物酶）。

漆酶是一类含铜的酶外氧化酶，漆酶可以让木素生物降解。

木素降解酶分为木素过氧化物酶（Liganin peroxidase,Lips,EC,1.11.1.7）和锰过氧化物酶（Manganese--dependent peroxidase,MnPs.EC.1.11.1.7）,它们能催化木素的降解。

造纸原料，特别是木材经过木素生物降解可以去除原料中的大部分木素。

木素降解酶典型的模式有：○1木素过氧化物酶+锰过氧化物酶；○2锰过氧化物酶+漆酶型；○3木素过氧化物酶+漆酶型及其他酶型。

基本机理为：原料的木素经过酶降解成低分子质量木素，增加木素的溶出和被抽提的能力，从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。

但这种降解过程比较费时，需要与化学或机械浆的过程结合才能满足现代化生产的需求。

（崔）
1.5酶在纸浆漂白中的应用（毛）
传统的化学漂白法师采用氯或氯化物对制浆漂白，含氯漂白的废液含有很多有毒的氯化有机物（如三氯甲烷、各种氯代酚、二噁英等等），有致突变、致癌作用，能在生物体内积累，造成生物体系的很多问题，从而对环境和生态造成严重破坏。

含氯漂白车间产生的污染物是相当严重和突出的。

减少或消除污染物的
制浆漂白技术有少氯漂白技术、无元素氯漂白技术（elemental chlorine-free，ECF）和全无氯漂白技术（totally chlorine-free，TCF），如氧脱木素技术、臭氧漂白技术、过氧化氢漂白技术。

这些技术需要改变原制浆造纸的工艺过程，并需要相当的资金投入。

运用酶可以减少氯、氯化物和其他化学漂白剂的用量，大幅度降低废液中有毒氯化有机物的含量，并提高制浆的白度，而且对原工艺过程几乎很少改变，基本上无需或只需很少的投资（毛【1~3】）。

1.6酶在改善纤维性质方面的作用（王）
用木聚糖酶处理漂白后的制浆，然后用电子显微镜检查，结果显示纤维的外部发生细纤维化，纤维柔韧性增加表面纤维内部也有细纤维化。

研究还显示木聚糖酶处理漂白后的制浆，纤维膨胀的保水值有相当增加，打浆性能提高，打浆时间减少，能耗减少。

于此同时纸浆强度性质未变。

用酶处理回收制浆能增加游离度，在条件适宜的情况下，这样处理没有明显的产出减少和纤维张璐强度性质的不良改变。

但这种处理必须很好地掌握酶的浓度和处理时间，因为只需要酶去除纤维表面的某些成分，而过分租用会引起诸如滤水能力下降等负面效果。

被用于这方面研究的酶有木聚糖酶、半纤维素酶、纤维素酶，其中木聚糖酶通过有选择地去除木聚糖还能增加黏度。

1.7酶用于改善纸张的性质（姚）
在造纸过程中，阴离子碎屑会干扰纸机湿部化学，同时使浆料滤水性减慢，降低纸页强度和白度。

当用过氧化氢漂白机械浆时，主要由于聚半乳糖醛酸会产生阴离子碎屑。

在浆料悬浮液中，加入果胶酶可将聚半乳糖醛酸转变为单体，有效地消除了阴离子碎屑所消耗的阳离子，从而可改善浆料滤水性，提高纸页强度和白度。

利用纤维素酶或木聚糖酶来处理废纸浆料，可使角质化的纤维得到复原，从而提高废纸浆料的滤水性能和强度。

Liftase A 40是一种从Triehoderma reesei 中提取出来的纤维素酶和半纤维素酶的混合物，利用这种酶来处理废纸浆料，可提高纸机的车速，改善浆料的滤水性可降低流浆箱内纸浆浓度，使纸页的成型和成纸的物理性能更好，Liftase A 40 已在处理废纸浆料的工厂中应用，取得较好的效果。

2 酶在废水处理中的应用（王）
由于环保要求日益严格，改变现有的漂白技术是必然趋势，因为传统的纸浆漂白废水中含有氯化有机物，具有诱变活性致癌物。

新开发的技术之一是采用生物处理结合含氧漂剂以代替氯基漂剂，即采用微生物和酶预漂白制浆以实现全无
氯漂白纸浆的目的，此外，也可以采用生物处理氯基漂白废水，可降低废水中氯化有机物。

3 酶的特殊优势及发展前景（干）
与传统的生产工艺技术相比，生物技术具有（干【16~17】）：
（1）不用和少用化学药品，简便、安全，如废纸脱墨过程中无需加入烧碱、硅酸钠、双氧水、螯合剂等化学药品。

（2）工艺简单，许多生物技术在造纸工业中应用，不需改动和添置设备，甚至可以简化设备。

（3）降低成本，提高性能，改善生产条件，经生物脱墨的纸浆，滤水性好，泡沫少，有利纸张抄造，而且抗张强度、断裂长均有提高，白度增加。

（4）能耗低，纸浆得率高，用生物制浆，可大幅度降低能耗，提高纸浆得率。

（5）对环境友好，生物酶本身无污染；另外化学品的用量的减少也减轻了企业对废水处理的负荷。

我国是造纸工业大国，传统造纸工业是耗能和环境污染大户，而生物酶在造纸工业方面的深入研究与逐步应用，不但能解决原料短缺、污染严重和能源紧张问题，而且会带来良好的经济效益，对造纸工业的发展和环境保护都具有重要的现实意义，实现造纸工业的清洁生产。

因此，生物酶在造纸工业上的应用技术一定会有广阔的发展前景。