提提要：用菌株Aspergillus niger An-76发酵生产的半纤维素酶液，分别在化学蒸煮前对麦草原料和在漂白前对浆料进行预处理，研究了酶预处理对化学制浆和漂白结果的影响。结果表明，与常规烧碱法制浆相比，酶预处理可以改善麦草的化学制浆性能，在保持纸浆得率的基础上降低纸浆的卡伯值和筛渣率，同时降低蒸煮时有效碱的消耗，而且纸浆的物理性能也有一定程度的提高。酶法化学浆具有较好的可漂性能，且漂白浆具有较高的强度性能。在漂白前采用半纤维素酶预处理，不仅可以提高漂白效率，获得超过90%ISO白度的漂白麦草浆，而且还可以改善漂白浆的物理性能。关键词：半纤维素酶；预处理；化学制浆；漂白；麦草山山赵建,工学博士，副教授。从事低污染制浆新技术、低/无污染漂白新技术、生物技术在制浆造纸工业中的应用等方面的研究工作。　目前目前国内外对生物制浆的研究，主要集中在生物机械制浆方面[1～7]，对生物化学制浆的研究却少有报道。由于迄今为止发现的具有较高木素降解性和降解速度快的菌株仍然十分稀少，如果直接利用微生物处理原料以获得化学浆，则过程所需要的时间还太长，无法满足连续工业化生产的要求，因此许多研究者已转向生物预处理的化学制浆[8～10]。其目的是利用生物预处理，使纸浆在达到相同硬度时，减少制浆化学药品和能源的消耗，或者是在化学药品不减少的情况下降低纸浆的硬度，以适应无氯漂白的要求，达到减少废水污染的目的。但在研究中仍大多是采用微生物（一般是白腐菌）直接进行处理，处理时间较长（2～4周），且过程不易控制。而利用酶液处理原料，则具有工艺简单、处理时间短、过程易控制等诸多优点，因此在工业连续化大生产中更具有实用意义。我们实验室的研究结果也表明，采用半纤维素酶、纤维素酶和木素降解酶类预处理的生物法制浆具有可行性。这篇文章报道了有关的研究成果，并把这一制浆方法称之为“酶法化学制浆”。　1目实验方法1.1目实验原料目前麦草取自山东省定陶县，贮存期1年。所用半纤维素酶液在实验室中自制，黑曲霉An-76（Aspergillus niger An-76）在培养箱中液体培养到一定时间后，将发酵液进行过滤、离心，取上清液作为实验用粗酶液。1.2目酶预处理目前将麦草（或浆料）与酶液、水按一定比例在塑料袋中经充分混合后，在一定温度下反应至规定的时间。麦草的酶预处理条件为：液比1∶7，48℃，8h，pH4.8。用醋酸盐缓冲液调节反应体系的pH值，用恒温水浴控制温度。反应完毕后，用自来水充分洗涤，随后挤压至一定的干度，供蒸煮用。1.3目化学制浆目前蒸煮在实验室ZQL-1型15L电加热回转式蒸煮锅上进行。蒸煮工艺条件：用碱量15%（NaOH计），液比1∶6，最高蒸煮温度160℃，升温90min（50℃开始计时），保温30min。用实验室平板筛浆机筛选浆料（筛缝0.3mm）。对照浆样品采用与酶法化学制浆相同的工艺和条件进行处理，区别只是在过程中不添加酶制备而成的化学浆。1.4目漂白目前漂白时采用HP或XHP漂白程序，其中X、H、P分别代表半纤维素酶预处理段、次氯酸钠漂段和H2O2漂段。各段的工艺条件分别如下，X段：浆浓10%，木聚糖酶用量10IU/g绝干浆，120min，48℃，pH4.8；H段：有效氯用量3%～7%，浆浓6%，120min，38～40℃；P段：1%H2O2，浆浓12%，120min，80℃，pH10.5～11.0，0.05%MgSO4，3%Na2SiO3。1.5目抄片目前在ZQJ1-B型抄片机上进行。1.6目分析方法1.6.1目酶活的测定目前采用文献[11]方法，DNS法测定还原糖，以每分钟产生1μmol还原糖为一个活力单位（IU）[12]。取0.5ml适当稀释的待测酶液，加入1ml用pH4.8、0.2M醋酸缓冲液配制的1%的木聚糖（Oat Spelts Xylan, Sigma）溶液（或羧甲基纤维素钠溶液），摇匀，在50℃下反应30min，用恒温水浴控制温度，反应完毕后加入1mlDNS试剂中止反应，煮沸10min，冷却后用蒸馏水定容至15ml，于540nm测O.D值，参照木糖（或葡萄糖）标准曲线计算木聚糖酶酶活（或CMCase酶活）。实验中使用的半纤维素酶An-76的木聚糖酶活和CMCase酶活分别为357.5IU/ml和2.04IU/ml。1.6.2目卡伯值、白度、物理性能的测定目前按照有关的国家标准进行。　2目结果与讨论2.1 麦草酶法化学浆的制浆性能目前分别采用常规化学制浆与酶法化学制浆两种方法制备麦草化学浆，有关的制浆结果见表1。表1 麦草常规化学制浆和酶法化学制浆的结果酶剂用量* IU/g常规化学浆酶法化学浆对照#1#2#3#4-01248细浆得率 %卡伯值卡伯值降低 %筛渣率* %残余NaOH g/l有效碱消耗** %40.6222.96-1.393.9984.0440.0619.6814.290.95.1879.2839.4918.8218.030.815.7477.0439.1818.5819.080.715.777.239.9918.2820.380.535.5277.9239.8918.1121.120.465.4978.04注：*以木聚糖酶活为准，对绝干麦草重；**对蒸煮用碱量（15%）。目前由表1可知，与常规烧碱法化学浆相比，在相同蒸煮条件下制得的酶法化学浆的卡伯值和筛渣率降低，但纸浆得率变化不大，表明半纤维素酶预处理在改善原料可蒸煮性的同时，对纸浆的细浆得率几乎没有什么影响。采用酶法化学制浆，蒸煮后黑液中残余有效碱的浓度增加，意味着在化学蒸煮过程中实际消耗的有效碱量减少。目前随着酶预处理时半纤维素酶用量的增加，相同蒸煮条件下麦草酶法化学浆的卡伯值和筛渣率逐渐下降，表明增加酶预处理的程度可以进一步提高蒸煮效率。但当半纤维素酶用量超过4IU/g时，纸浆的卡伯值和筛渣率随酶用量的增加变化幅度趋于平缓。黑液中残余有效碱的浓度也表现出相同的变化趋势。因此，从生产成本角度考虑，在酶法化学制浆时，酶处理段木聚糖酶的用量以4IU/g绝干原料为宜。2.2目麦草酶法化学浆的物理性能目前麦草常规化学浆和酶法化学浆的物理性能的测定结果见表2。表2 麦草常规化学浆和酶法化学浆的物理性能指标项目常规化学浆酶法化学浆对照#1#2#3#4打浆度 °SR定量 g/m2紧度 g/cm3白度 %ISO裂断长 m抗张指数 N·m/g撕裂指数 mN·m2/g耐破指数 kPa·m2/g耐折度 次18.568.10.6031.0667065.396.614.542820.064.60.6035.0707069.366.355.065019.062.50.5935.7693067.967.154.280419.266.60.6037.0780076.498.014.574821.565.30.6238.7791077.506.845.6109020.564.60.6340.0740072.506.094.2267目前由表2可知，对原料进行半纤维素酶预处理，在改善原料的可蒸煮性的同时，还可以在一定程度上改善浆料的物理性能，表现为与常规烧碱法化学浆相比，在相似的纸浆打浆度下，酶法化学浆的强度性能有所增加。与对照浆相比，在一定的酶用量范围内酶法化学浆的白度和各项强度性能指标都有所增加。其中白度的增加可以认为是由于纸浆中残余木素含量的降低，而强度性能的提高则可以认为是由于酶处理使纤维与纤维之间变得更易于贴合，因而使纤维之间的结合力增加，纸浆中短链的半纤维素组分和细小纤维组分的减少，又使得纤维的平均长度有所增加，而且木聚糖酶液的预处理又不大可能影响纤维本身的强度等几方面原因共同作用的。但当半纤维素酶用量超出这一范围时，酶法化学浆的各项强度性能则有所下降，这可能是由于粗酶液中的纤维素酶的作用使得原料中的纤维素发生降解的缘故。从实验结果来看，木聚糖酶用量为4IU/g绝干原料时，未漂白的麦草酶法化学浆的强度性能最高。2.3麦麦草酶法化学浆的可漂性能麦草分别采用HP和XHP程序对酶法化学浆进行漂白实验，实验结果见表3。表3麦麦草酶法化学浆的漂白程序及漂白结果漂白程序对照浆酶法化学浆#1#2#3#4HPHPXHPXHPXHPX段  木聚糖酶用量 IU/gH段  有效氯用量 %终点pH残余有效氯 g/l有效氯消耗* %P段  H2O2用量 %终点pH残余H2O2** %H2O2消耗* %漂白浆白度 %ISO-79.931.2372.5110.590.4357.078.5-711.191.0676.3110.660.4258.078.710311.240.0497.7110.680.3862.081.610511.350.7078.2110.810.3862.082.010710.161.4467.8110.270.4060.090.1注：(1)“*”对漂剂用量；“**”对绝干浆料量。（2）未漂浆性质：对照浆卡伯值17.81，白度37.0%ISO；酶法化学浆卡伯值18.02,白度37.5%ISO。麦草由表3可知，麦草酶法化学浆具有较好的可漂性能。采用短程序HP两段漂白，使用7%的有效氯和1%的H2O2，漂白酶法化学浆的白度可达到78.7%ISO。如果在H段漂白前，用半纤维素酶An-76对浆料进行预处理，则可以进一步提高漂白效率，增加漂白浆的白度，特别是当木聚糖酶用量为10IU/g（对绝干浆量），有效氯用量为7%时，采用XHP漂白程序可将麦草酶法化学浆漂至90%ISO以上的白度。说明木聚糖酶An-76预处理具有良好的助漂效果。在实验条件下，使用木聚糖酶液在H段漂白前对浆料进行预处理，可以降低约30%～60%的有效氯用量，这显然对降低漂白废水的污染具有重要的现实意义。2.4麦麦草酶法漂白化学浆的物理性能麦草上述酶法漂白化学浆的物理性能测定结果见表4。表4 麦草酶法漂白化学浆的物理性能指标项目对照浆酶法化学浆#1#2#3#4打浆度 °SR定量 g/m2紧度 g/cm3裂断长 m抗张指数 N·m/g撕裂指数 mN·m2/g耐破指数 kPa·m2/g耐折度 次21.557.00.58674066.085.914.426220.559.20.56703068.945.185.027920.554.20.59714069.969.344.932321.051.20.47609059.707.983.816519.555.40.56501049.107.803.590麦草实验结果表明，麦草酶法漂白化学浆具有较高的强度性能。在次氯酸盐漂白前采用木聚糖酶预处理，除了可以提高漂白浆白度、减少有效氯漂剂用量以外，对漂白浆的强度性能也具有一定的改善效果。使用XHP短程序漂白，在漂白浆白度超过90%时，酶法漂白化学浆的裂断长仍然可达到5000m以上。　3稳结稳论3.1麦与常规化学法制浆相比，酶法化学制浆可以提高脱木素程度，降低纸浆卡伯值，减少筛渣率，同时降低化学蒸煮段有效碱的消耗，因而可以用较少量的碱制备出相同硬度的纸浆。但半纤维素酶的用量有一较佳值。3.2麦与常规烧碱法化学浆相比，在相似的纸浆打浆度下，在一定的酶用量范围内酶法化学浆的白度和各项强度性能指标有所增加，表明半纤维素酶预处理在改善原料的可蒸煮性的同时，还可以在一定程度上改善浆料的物理性能。3.3目麦草酶法化学浆具有良好的可漂性能，且漂白浆的强度性能较高。在漂白前对浆料进行半纤维素酶预处理，可以进一步提高漂白效率，增加漂白浆白度，同时还可以改善漂白浆的强度。□　　参考文献[1]余惠生.白腐菌对稻草的生物降解规律及在生物制浆上的潜在应用.中国造纸，1989,8（1）：16～20[2]Sabharwal et al.Biomechanical pulping of kenaf.TappiJ,1994,77（12）：105～112[3]姚光裕.红麻的生物化学制浆.中华纸业，2000,21（2）：53[4]Yashimori K,et al.Biomechanical pulping using white-rotfungus IZU154.Tappi J,1993,76：167～171[5]Patel R N,et al.Potential use of a white-rot fungus Antrodiella sp.RK1 for biopulping.J.Biotechnol,1994,36：19～23[6]Sabharwal H S,et al.Refiner 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