造纸业中酶制剂的运用与进展研究论文

　　酶是自然界动植物、部分有机体内产生的一类大型蛋白质，具有专一、高效和多样性的特点，可降解部分特定的高分子，作为生物催化剂加快反应速度。20年来，酶制剂在制浆造纸工业中的应用有了很大的发展，尤其在生物制浆中减少蒸煮化学品的用量、生物漂白过程中减少漂剂的用量、生物酶促打浆节能减排技术、酶法废纸脱墨性能的改善、纸浆的酶法改性、制浆造纸废液生物处理、利用生物酶改进纸浆的滤水性、纸浆中树脂控制、用生物手段控制腐浆等诸多方面。

1酶制剂在制浆造纸工业中的应用

　　1.1酶在生物制浆方面的应用

　　生物制浆主要包括化学法制浆和机械法制浆。生物化学法制浆是指通过生物方法对木片进行预处理，以减轻木片成浆的蒸解度，减少蒸煮化学药品的用量，降低碱回收强度、减少漂白化学药品用量，以及降低漂白废液的污染负荷等。当今，生物化学制浆的研究已发展到中试和工业化规模，而且预处理方法从菌的预处理转向采用酶进行预处理，这是因为菌不如其产生的酶稳定和对环境的适应性好。经过酶制剂处理的植物纤维原料，再经过化学法处理和蒸煮后，纤维的质量有一定的改善和提高。白延坤等〔3〕研究光叶褚白皮机械生物法制浆的结果表明，和对照浆相比，纤维素的脱除率略高，果胶脱除率略低、木素脱除率较高、戊聚糖得到保留更多，而且成浆周期明显缩短。陈嘉川等首先用聚木糖酶预处理麦草，在相同的工艺条件下对常规化学法制浆和酶法化学制浆进行比较实验得出:聚木糖酶的预处理明显提高麦草的脱木素程度，纸浆的卡伯值降低两个单位，蒸煮的用碱量减少，纸浆得率有所提高。与常规的化学法制麦草浆相比，酶制剂处理的化学麦草浆的物理强度和光学性能都有明显改善。因此，聚木糖酶预处理可以改善原料的制浆性能、减少能耗。

　　当今，生物法机械浆是国内外制浆造纸科研人员研究的重点和热点。生物法机械浆是在磨浆前用微生物菌如白腐菌对木片进行预处理，或者用酶制剂对木片进行预处理，以降低树脂的含量，节约磨浆能耗，减轻环境污染，改善纸浆的成纸强度。现己表明，对预处理后的木片进行磨浆可节省10%一30%的动力，而且纸浆的强度有所提高。在机械磨浆前用真菌或酶处理杨木片，与未经生物预处理的机械法制浆相比，电能节约20%一40%，耐破指数由o.92kPam飞上升到2.05kpa.m飞，撕裂指数由2.03IllN耐g上升到4.53mN耐g、抗张指数由29.5N耐g上升为52.8N而g〔6一7〕。经过生物酶预处理的火炬松木片机械浆和未经处理的相比，除了抗张指数略微降低外，其他成纸的物理指标与杨木相似。实验研究还表明，预处理的最适宜条件是木片处理时要有充足的菌或酶、处理时间和适合的处理条件。上述的生物制浆法虽然针对木材原料进行研究，但对其他造纸原料的生物法机械浆制备也同样有效。

　　1.2生物酶制剂在生物漂白技术方面的应用

　　生物漂白是利用微生物菌或酶制剂与纸浆中的某些成分作用，然后进行脱木素或使其有利于脱木素，从而改善纸浆可漂性，提高纸浆白度的过程。生物漂白可节省化学漂剂，改善纸浆性能，减少漂白污染。

　　目前，用于纸浆漂白的酶制剂主要有两大类:半纤维素酶和木素降解酶。半纤维素酶是指聚木糖酶和聚甘露糖酶;木素降解酶主要包括漆酶、过氧化物酶和锰过氧化物酶。20世纪80年代，制浆造纸工作者对聚木糖酶辅助漂白进行了广泛而深入的研究，并取得大量的研究成果:无论是阔叶木浆、针叶木浆、竹浆、草浆，还是硫酸盐浆、其他化学浆和化学机械浆，无论是与传统的有氯漂白，还是与先进的无氯漂白相结合，聚木糖酶的助漂作用都能促进浆中残余木素的降解，进一步提高木素的脱除程度、漂后纸浆的白度和稳定性，同时减少后续漂白段漂剂的用量，从而减轻纸浆漂白对环境的污染。

　　对于聚木糖酶漂白机理探索和研究，国内外制浆造纸工作者进行了大量的探索和实验，目前尚未得到明确的理论。但普遍认为的助漂理论有以下几点:第一，聚木糖酶破坏了聚木糖的连接键，使LCC键断裂，漂白化学试剂到达纸浆纤维的可及度提高，利于木素的脱除;第二，蒸煮后期蒸煮碱液浓度降低引起聚木糖的二次沉淀，这些聚木糖阻碍了漂白化学试剂对纸浆中残余木素的作用，而聚木糖酶能使这些聚木糖水解或部分水解，使漂白化学试剂更易脱去残余木素，纸浆的漂白得以实现;第三，聚木糖酶还会降解纸浆中的一少部分半纤维素，使纤维细胞壁变得疏松，木素更容易脱除;第四，聚木糖酶能去除蒸煮中产生的己烯糖醛酸聚木糖衍生物[8]，进一步改善纸浆的漂白性能。

　　用于生物漂白的聚木糖酶，要求有很强的耐碱耐高温性，可利用蛋白质工程和基因工程方法和手段获取耐碱耐热性能优良的聚木糖酶，这是目前制浆造纸酶制剂研究的热点，相信将来重组酶会更有效地应用于漂白工艺中去。漆酶能氧化非酚型的木素模型化合物〔9]，因而吸引了众多专家学者研究其对纸浆的助漂白作用。漆酶介体系统(laccase一mediator一system，LMS)在一定条件下对纸浆进行适当时间的处理，能使纸浆卡伯值大幅下降。锰过氧化物酶漂白需要在添加剂存在的`情况下才能实现助漂性能，虽然其助漂效果良好，但因为酶添加剂的价格昂贵，较难实现商业化。表1是多种酶在纸浆漂白中的应用情况。

　　1.3酶制剂在酶促打浆和节能减排方面的应用

　　酶促打浆的概念是用高活性的纤维素酶以及半纤维素酶在打浆前对纸浆进行预处理，目的使纤维表面松弛和活化，进而促进纤维的吸水润胀，提高细纤维化和微细纤维化的程度。在后面的磨浆机械作用下，纤维被切断或分丝帚化，单根纤维的比表面积和多根纤维分子之间的键合力增强，抄成的纸张各项物理指标有所提高汇‘创，同时打浆能耗降低。

　　酶促打浆，是把酶制剂以溶液的形式添加到浆料中去，组成浆料和酶的非均相体系。在酶制剂处理初期，纤维表面的半纤维素部分被酶分解，纤维表面吸水润胀的程度明显提高，同时纤维表面的渗透性增强，因而酶分子更容易渗透并扩散到纤维的内部，微细纤维间的半纤维素被酶制剂降解，它们相互间的作用力减弱。然后，生物酶开始进攻纤维素的P层，51层的结构有所松弛，细小纤维间产生相对滑动，由于半纤维素酶制剂能破坏木素一碳水化合物复合体(LCC)之间的连接键，生物酶制剂进入次生壁的通道被打开，纤维素酶作用于纤维表面产生一定的剥离反应，把51层和P层去除，把S:层更好地裸露出来但使其不受损伤，并加快了细纤维化，保持纸浆强度性能良好的情况下，改善打浆性能，节约打浆能耗。