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麦草浆的生物漂白与酶法改性

提 要：用木聚糖酶处理未漂麦草浆，纸浆的可漂性得到改善，用氯量减少或纸浆白度提高。用纤维素酶和半纤维素酶处理漂白麦草浆可明显改善纸浆的性能，如滤水性、脆性、强度和白度等。工业化试验表明，草浆的生物漂白与酶法改性具有较好的环境效益和经济效益。

关键词：麦草浆；生物漂白；酶法改性；木聚糖酶；纤维素酶

本项目为国家“九五”科技攻关项目(项目号96-C)、山东省青年科学家奖励基金和山东省自然科学基金资助项目。

第一作者简介：陈嘉川，教授，博士，山东轻工业学院副院长，山东造纸工业协会副理事长，山东造纸学会学术工作委员会主任委员，山东省优秀青年知识分子。

钣金产品我国木材资源匮乏，麦草一直被作为重要的造纸纤维资源。目前国内麦草浆的漂白仍采用沿用了100多年的含氯漂白工艺，从而造成大量氯化有机物的产生，严重危害生态环境。另一方面，与木浆相比，麦草浆存在先天不足，如滤水性差、脆性大、强度低等。生物技术的迅猛发展以及应用领域的日益扩大为解决制浆造纸工业面临的问题提供了新的途径。本文就我们对麦草浆生物漂白和酶法改性的研究与进行的工业化试验情况作一介绍。

1 生物漂白

工业意义的生物漂白实际上是半纤维素酶（主要是木聚糖酶）漂白。半纤维素酶比木素酶容易获得，许多微生物包括降解木素的真菌和降解纤维素的真菌都能分泌出半纤维素酶。商品半纤维素酶早已面世，它们在食品工业和饲料工业有较多的应用。

1986年，芬兰的Viikari等人[1]首次报道了用木聚糖酶处理未漂KP浆可纯化设备增进其漂白性。这一报道激发了人们对这方面的研究兴趣。3年后，即1989年，芬兰率先进行了木聚糖酶漂白KP浆的工业化试验[2]。随后北欧和北美地区的一些制浆厂开始采用这一技术[3]。到1994年，在加拿大大力发展利用可再生能源与工业余热的塑料造粒机技术有75万吨浆采用了木聚糖酶漂白[4]。现今世界上应用木聚糖酶漂白的厂家已有数十家。

在国内，硬度不是1个简单的物理概念我们是较早研究草浆生物漂白的单位之一[]，并率先进行了工业化试验。

1.1 漂白机理

木聚糖是构成植物纤维细胞壁的主要成分之一，在草浆中含量较多，约占20%～30%。木聚糖在纸浆纤维中的存在形式有三种：一是与木素形成LCC的木聚糖；二是在蒸煮过程中溶解出来又被纤维吸回的木聚糖；三是存在于纤维细胞壁的原细纤维（protfibril）以及微细纤维（microfibril）之间除LCC以外的木聚糖。

用来漂白纸浆的木聚糖酶是能催化降解木聚糖的一类半纤维素酶。众所周知，酶作用的特点之一是具有专一性。因此，用其处理纸浆会选择性地降解浆中的木聚糖，木聚糖酶在漂白中的作用机理有如下三种解释：

⑴木聚糖酶降解木聚糖的同时破坏了LCC联接，从而有利于这部分木素的脱除。

⑵由于被纤维吸回的木聚糖具有保护残余木素免受化学品进攻的作用，因此木聚糖酶通过水解2014年部分被吸回的木聚糖可使残余木素暴露出来，使得化学药品容易与残余木素发生作用，从而达到脱木素的目的。

⑶酶的作用通过降解纸浆纤维中的半纤维素，使得纤维细胞壁变得疏松，从而使木素容易抽提出来。

可见，木荆州聚糖酶的助漂作用是由于纤维中木聚糖的降解而引起的。

1.2 漂白工艺参数

酶是具有专一催化性质的蛋白质，对环境条件有一定的要求，也就是说每一种酶都有其特定的最适环境条件。一般来讲，木聚糖酶漂白的工艺参数包括：酶用量、pH值、时间、温度和纸浆浓度等。

1.2.1 酶用量

为获得最佳酶处理效果，酶用量必须进行最佳化选择。由于不同浆种其化学组成尤其是木聚糖含量不同，因此酶用量往往与浆种有关。例如木浆酶用量一般在2～5IU/g浆电脑硬件，其中阔叶浆取低值，针叶浆取高值。一般认为麦草浆比木浆含更多的木聚糖，因此更适合木聚糖酶漂白。但实际恰恰相反，由于麦草浆中含有较多的木聚糖，而要破坏掉部分木聚糖以使木素容易溶出则需要添加比木浆更多的木聚糖酶。实验表明，当次氯酸盐漂白麦草浆漂前酶处理酶用量为10IU/g、50IU/g和100 IU/g时，与未经酶预漂的浆相比，白度分别提高2.1度、4.8度和6.5度。当采用更高的酶用量时，白度提高不大。

1.2.2 pH值

不同微生物产生的酶其最适pH值是不一样的，甚至相差较大。一般真菌木聚糖酶在酸性条件下酶活较高，通常pH值在4～6，而细菌木聚糖酶pH要高一些，通

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