造紙業中酶制劑的運用與進展研究論文

　　酶是自然界動植物、部分有機體內產生的一類大型蛋白質，具有專一、高效和多樣性的特點，可降解部分特定的高分子，作為生物催化劑加快反應速度。20年來，酶制劑在制漿造紙工業中的應用有了很大的發展，尤其在生物制漿中減少蒸煮化學品的用量、生物漂白過程中減少漂劑的用量、生物酶促打漿節能減排技術、酶法廢紙脫墨性能的改善、紙漿的酶法改性、制漿造紙廢液生物處理、利用生物酶改進紙漿的濾水性、紙漿中樹脂控制、用生物手段控制腐漿等諸多方面。

1酶制劑在制漿造紙工業中的應用

　　1.1酶在生物制漿方面的應用

　　生物制漿主要包括化學法制漿和機械法制漿。生物化學法制漿是指通過生物方法對木片進行預處理，以減輕木片成漿的蒸解度，減少蒸煮化學藥品的用量，降低堿回收強度、減少漂白化學藥品用量，以及降低漂白廢液的污染負荷等。當今，生物化學制漿的研究已發展到中試和工業化規模，而且預處理方法從菌的預處理轉向采用酶進行預處理，這是因為菌不如其產生的酶穩定和對環境的適應性好。經過酶制劑處理的植物纖維原料，再經過化學法處理和蒸煮后，纖維的質量有一定的改善和提高。白延坤等〔3〕研究光葉褚白皮機械生物法制漿的結果表明，和對照漿相比，纖維素的脫除率略高，果膠脫除率略低、木素脫除率較高、戊聚糖得到保留更多，而且成漿周期明顯縮短。陳嘉川等首先用聚木糖酶預處理麥草，在相同的工藝條件下對常規化學法制漿和酶法化學制漿進行比較實驗得出:聚木糖酶的預處理明顯提高麥草的脫木素程度，紙漿的卡伯值降低兩個單位，蒸煮的用堿量減少，紙漿得率有所提高。與常規的化學法制麥草漿相比，酶制劑處理的化學麥草漿的物理強度和光學性能都有明顯改善。因此，聚木糖酶預處理可以改善原料的制漿性能、減少能耗。

　　當今，生物法機械漿是國內外制漿造紙科研人員研究的重點和熱點。生物法機械漿是在磨漿前用微生物菌如白腐菌對木片進行預處理，或者用酶制劑對木片進行預處理，以降低樹脂的含量，節約磨漿能耗，減輕環境污染，改善紙漿的成紙強度。現己表明，對預處理后的木片進行磨漿可節省10%一30%的動力，而且紙漿的強度有所提高。在機械磨漿前用真菌或酶處理楊木片，與未經生物預處理的機械法制漿相比，電能節約20%一40%，耐破指數由o.92kPam飛上升到2.05kpa.m飛，撕裂指數由2.03IllN耐g上升到4.53mN耐g、抗張指數由29.5N耐g上升為52.8N而g〔6一7〕。經過生物酶預處理的火炬松木片機械漿和未經處理的相比，除了抗張指數略微降低外，其他成紙的物理指標與楊木相似。實驗研究還表明，預處理的最適宜條件是木片處理時要有充足的菌或酶、處理時間和適合的處理條件。上述的生物制漿法雖然針對木材原料進行研究，但對其他造紙原料的生物法機械漿制備也同樣有效。

　　1.2生物酶制劑在生物漂白技術方面的應用

　　生物漂白是利用微生物菌或酶制劑與紙漿中的某些成分作用，然后進行脫木素或使其有利于脫木素，從而改善紙漿可漂性，提高紙漿白度的過程。生物漂白可節省化學漂劑，改善紙漿性能，減少漂白污染。

　　目前，用于紙漿漂白的酶制劑主要有兩大類:半纖維素酶和木素降解酶。半纖維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、過氧化物酶和錳過氧化物酶。20世紀80年代，制漿造紙工作者對聚木糖酶輔助漂白進行了廣泛而深入的研究，并取得大量的研究成果:無論是闊葉木漿、針葉木漿、竹漿、草漿，還是硫酸鹽漿、其他化學漿和化學機械漿，無論是與傳統的有氯漂白，還是與先進的無氯漂白相結合，聚木糖酶的助漂作用都能促進漿中殘余木素的降解，進一步提高木素的脫除程度、漂后紙漿的白度和穩定性，同時減少后續漂白段漂劑的用量，從而減輕紙漿漂白對環境的污染。

　　對于聚木糖酶漂白機理探索和研究，國內外制漿造紙工作者進行了大量的探索和實驗，目前尚未得到明確的理論。但普遍認為的助漂理論有以下幾點:第一，聚木糖酶破壞了聚木糖的連接鍵，使LCC鍵斷裂，漂白化學試劑到達紙漿纖維的可及度提高，利于木素的脫除;第二，蒸煮后期蒸煮堿液濃度降低引起聚木糖的二次沉淀，這些聚木糖阻礙了漂白化學試劑對紙漿中殘余木素的作用，而聚木糖酶能使這些聚木糖水解或部分水解，使漂白化學試劑更易脫去殘余木素，紙漿的漂白得以實現;第三，聚木糖酶還會降解紙漿中的一少部分半纖維素，使纖維細胞壁變得疏松，木素更容易脫除;第四，聚木糖酶能去除蒸煮中產生的己烯糖醛酸聚木糖衍生物[8]，進一步改善紙漿的漂白性能。

　　用于生物漂白的聚木糖酶，要求有很強的耐堿耐高溫性，可利用蛋白質工程和基因工程方法和手段獲取耐堿耐熱性能優良的聚木糖酶，這是目前制漿造紙酶制劑研究的熱點，相信將來重組酶會更有效地應用于漂白工藝中去。漆酶能氧化非酚型的木素模型化合物〔9]，因而吸引了眾多專家學者研究其對紙漿的助漂白作用。漆酶介體系統(laccase一mediator一system，LMS)在一定條件下對紙漿進行適當時間的處理，能使紙漿卡伯值大幅下降。錳過氧化物酶漂白需要在添加劑存在的`情況下才能實現助漂性能，雖然其助漂效果良好，但因為酶添加劑的價格昂貴，較難實現商業化。表1是多種酶在紙漿漂白中的應用情況。

　　1.3酶制劑在酶促打漿和節能減排方面的應用

　　酶促打漿的概念是用高活性的纖維素酶以及半纖維素酶在打漿前對紙漿進行預處理，目的使纖維表面松弛和活化，進而促進纖維的吸水潤脹，提高細纖維化和微細纖維化的程度。在后面的磨漿機械作用下，纖維被切斷或分絲帚化，單根纖維的比表面積和多根纖維分子之間的鍵合力增強，抄成的紙張各項物理指標有所提高匯‘創，同時打漿能耗降低。

　　酶促打漿，是把酶制劑以溶液的形式添加到漿料中去，組成漿料和酶的非均相體系。在酶制劑處理初期，纖維表面的半纖維素部分被酶分解，纖維表面吸水潤脹的程度明顯提高，同時纖維表面的滲透性增強，因而酶分子更容易滲透并擴散到纖維的內部，微細纖維間的半纖維素被酶制劑降解，它們相互間的作用力減弱。然后，生物酶開始進攻纖維素的P層，51層的結構有所松弛，細小纖維間產生相對滑動，由于半纖維素酶制劑能破壞木素一碳水化合物復合體(LCC)之間的連接鍵，生物酶制劑進入次生壁的通道被打開，纖維素酶作用于纖維表面產生一定的剝離反應，把51層和P層去除，把S:層更好地裸露出來但使其不受損傷，并加快了細纖維化，保持紙漿強度性能良好的情況下，改善打漿性能，節約打漿能耗。