CN104213451A

CN104213451A - 一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺

Info

Publication number: CN104213451A
Application number: CN201410502114.6A
Authority: CN
Inventors: 梁智群; 成显波; 陈桂光; 黄时海; 吴昊
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: CN104213451B

Abstract

本发明公开了一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，采用木聚糖酶用于本色蔗渣浆酶促打浆工艺，包括浆料疏解、酶处理、洗涤、PFI打浆、抄片和物检六个步骤，采用该工艺处理可以有效降低本色蔗渣浆打浆能耗，在木聚糖酶以30IU/g干浆剂量下进行酶处理时，可以大幅提高打浆度达19.2%，同时能保护蔗渣浆纤维素酶不被破坏，对于蔗渣浆生产工业用纸有着重要意义。

Description

一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺

技术领域

本发明属于造纸打浆工艺领域，具体涉及一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺。

背景技术

蔗渣是糖厂的副产品，是具有广西特色的高度集中的造纸纤维原料。甘蔗含约10～13％的纤维分，1吨甘蔗压榨后可产出22～24％含水分约47～50％的蔗渣，这些蔗渣均可以用来造纸。利用蔗渣浆可生产多种文化和生活用纸。蔗渣原料可用常规碱法或硫酸盐法制造化学浆，易煮易漂，纸浆性能良好。蔗渣漂白化学浆掺配一定的长纤维，可抄造各种匀度良好的高档文化与生活用纸，如复印纸、胶版印刷纸、高级卫生纸、餐巾纸等。漂白蔗渣化学浆还是生产瓦楞纸和各种纸板的好原料。

制浆造纸是一个高能耗的工业，能耗占18%～25%的生产成本。在制浆造纸过程中，打浆要消耗15%～18%的总能耗。在环境和经济双重压力下，企业必须想方设法降低打浆能耗，因此创新节能的造纸工艺成为当今的研究热点。出现了改善磨盘磨纹，改善打浆浓度，增加流量和改善打浆工艺等多种决绝方案。但是，这些方法多数需要增加硬件投入。因此，需要寻找一种更加简单有效的方法替代。生物酶在造纸工艺中的应用有望成为突破口，酶法打浆一直是研究的热点。

1942年，Didhm,R.A.等申请了Bacillus and various Aspergillus species半纤维素酶促进打浆和纤维润涨的专利；1959年，Bolaski等人申请了Aspergillus niger 纤维素酶分离和羽化浆料的专利；以上传统的酶处理纸浆在降低能耗的同时也会影响浆料性质和得率，特别是纤维素酶的作用使纸浆中的纤维水解从而降低得率，使得酶促打浆的应用遇到了障碍。近年，随着优质、特效纤维素酶和半纤维素酶的不断出现，有关酶改性纤维提高打浆性能的研究呈上升趋势，这些酶促打浆不仅能有效降低打浆能耗，而且会保持浆料性质和得率，如天津科技大学的胡惠仁、张正健、刘延志和赵晶发表的专利：里氏木霉液体深层发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺，授权号为：CN 101418289 B，公开了一种里氏木霉液体深层发酵纤维素酶及其酶促打浆工艺，采用里氏木霉为发酵菌株，通过深层液体发酵的方式自制纤维素酶用于酶促打浆的新工艺。该技术工艺是采用所要处理的纸浆为发酵碳源，通过深层液体发酵的方式，经过发酵培养基和发酵条件优化制得所需要的纤维素酶，用于该纸浆的酶促打浆。本发明工艺简单，设备投资少、陈本低、工艺流程紧凑，采用所要处理的纸浆为发酵碳源能显著提高酶液的适应性，纤维素酶的酶活高、用量少，效果好，具有降低打浆能耗的效果。适合应用于我国现有的造纸原料结构状况的制浆原料的打浆工艺。以上工艺主要针对马尾松、落叶松和思茅松硫酸盐浆来进行酶促处理，与蔗渣浆酶促打浆有较大差别，另外以上专利中用于打浆酶处理的酶种类均为纤维素酶，而半纤维素酶未见有报道，而半纤维素酶在未漂浆的酶促处理过程中较纤维素酶有更佳应用意义。

另外，酶促打浆的研究主要集中在漂白浆的打浆工艺，对未漂浆的酶促打浆研究少有报道，未漂浆是是生产工业用纸—牛皮卡纸及箱纸板的主要原料，近年我国工业用纸生产能力有了大幅度增加，对未漂浆及其浆种的需求不断增加和丰富，蔗渣浆作为一种具有明显优势的可再生浆种将逐步成为工业用纸的重要原料之一，深入研究未漂甘蔗渣浆的酶促打浆工艺具有重要的经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，使用木聚糖酶作为酶促处理的活性酶，可以有效降低未漂蔗渣浆打浆能耗和生产成本。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案如下：

本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，包括浆料疏解、酶处理、洗涤、PFI打浆、抄片和物检六个步骤。

本发明中浆料为未漂蔗渣浆，所述酶处理为用木聚糖酶处理未漂蔗渣浆以提高打浆率。木聚糖酶（Xylanase），又名内1,4-β-木聚糖酶，英文别名 Pentopan Mono，CAS号：9025-57-4。木聚糖酶是半纤维素酶，其作用原理是木聚糖酶可导致纸浆纤维LCC结构化学键的断裂，溶解与木素有化学连接的半纤维素，提高细胞壁内木素的可扩展性，从而使得纤维上的木素更易溶出，改善纤维表面结构变得多孔、分层、羽化、柔软，易于吸水润涨，从而使打浆更加易于进行。基于木聚糖酶的作用原理和未漂浆的半纤维素含量较漂白浆高的事实，发明人认为，用木聚糖酶预处理未漂浆进行打浆研究要比漂白浆更具应用可行性。

所述酶处理过程为：浆料疏解完毕后，加入10-50IU/g 干浆的木聚糖酶，在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。

优选的，所述酶处理过程为：浆料疏解完毕后，加入30IU/g 干浆的木聚糖酶，在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。

所述浆料疏解采用高频疏解机，进浆压力为0.15-0.2MPa，转子转速为2000-3000r/min，并在进桨口处配有净化设备，疏解时间为30-90min。

所述PFI打浆过程为：待浆料酶处理反应完毕，用水彻底洗净浆料，分别采用ZQS7-PFⅠ型立式磨浆机进行打浆，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2mm，飞刀转子转速为1400转/分，浆池转速为636转/分。

所述抄片和物检为：打浆完毕，彻底洗净浆料，测定其得率、打浆度和湿重；抄制成定量60g/m²的纸张，测定其抗张指数、耐破指数和撕裂指数。

本发明的有益效果是：

1、采用木聚糖酶作为酶促打浆工艺的活性酶，对于处理未漂浆较常规的纤维素酶更有优势，在打浆的同时保护纤维素不被破坏，而且可以有效降低耗能，获得更高的打浆效率。

2、采用木聚糖酶作为酶促打浆工艺的活性酶，反应温度温和，要求酸碱度弱酸即可进行处理，工艺简单，条件温和，不需要高温高压等硬性条件，生产成本低。

3、采用木聚糖酶作为酶促打浆工艺的活性酶，对于处理蔗渣未漂浆具有针对性，在本色蔗渣浆的酶促打浆工艺中具有酶活高，效果明显等优点。

附图说明

图1为本发明本色蔗渣浆的酶促打浆工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，发明人在实验室对南宁糖纸厂提供的未漂蔗渣浆进行了酶促打浆处理。

以南宁糖纸厂提供的未漂蔗渣浆为原材料，采用高频疏解机，进浆压力为0.15-0.2MPa，转子转速为2000-3000r/min，并在进桨口处配有净化设备，疏解时间为30-90min，按0，10，20，30，40和50（IU /g 干浆）的酶剂量在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。反应完毕，彻底洗净浆料，分别采用ZQS7-PFⅠ型立式磨浆机进行打浆，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2mm，飞刀转子转速为1400转/分，浆池转速为636转/分。打浆完毕，彻底洗净浆料，测定其得率、打浆度和湿重。同时抄制成定量60g/m²的纸张，测定其抗张指数、耐破指数和撕裂指数。

所需木聚糖酶由实验室内发酵生产，所需仪器有：ZQS7-PFⅠ型立式磨浆机、ZQS3型浆料脱水机、ZQS4型纤维解离器、ZQJ1-B-Ⅰ型纸样抄取器、ZQS12-100型打浆度测定仪、YT-P1600纸张耐破测试仪、YT-WL300卧式电脑拉力仪、PN-TST1000纸张撕裂度测量仪。

具体分析方法如下：

打浆度：用ZQS12-100型打浆度测定仪测定。

湿重：用ZQS12-100型打浆度测定仪测定。

耐破指数：用研特科技公司YT-P1600纸张耐破测试仪进行测定。

抗张指数：用研特科技公司YT-WL300卧式电脑拉力仪进行测定。

撕裂指数：用品亨科技公司PN-TST1000纸张撕裂度测量仪进行测定。

试验结果如下：

可以看出，采用木聚糖酶作为未漂蔗渣浆的酶处理活性酶，随着酶用量的增加，打浆度不断提高，纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数随同增加；在打浆转数为8000r时，木聚糖酶剂量在10，20，30，40和50 （IU /g 干浆）时，打浆度分别提高6.0%、10.7%，19.2%、19.8%和23.1%，而纸张的耐破指数、抗张指数和撕裂指数分别提高了1.79%、5.14%、9.6%、11.5%和13.4%；2.43%、3%、8.8%、10.1%和 11.5%；以及1.24%、8.2%、25%、26.2%和29.2%。

实施例2 木聚糖酶处理本色蔗渣浆打浆工艺耗能分析

发明人同时对木聚糖酶30 IU /g 干浆剂量下处理的打浆工艺进行能耗分析，具体方法为：在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。反应完毕，彻底洗净浆料，采用ZQS7-PFⅠ型立式磨浆机分别进行5000、6000、7000、8000转数的打浆，打浆浓度为10%，打浆辊和打浆室间隙为0.2mm，打浆压力为3.4N·mm^-1。打浆完毕，彻底洗净浆料，测定其得率、打浆度和湿重。同时抄制成定量60g/m²的纸张，测定其抗张指数、耐破指数和撕裂指数。

具体分析方法如下：

打浆度：用ZQS12-100型打浆度测定仪测定。

湿重：用ZQS12-100型打浆度测定仪测定。

打浆比能耗：PFI磨的转数在一定范围内与打浆能耗成线性关系，本实验按照达到相同打浆度时所需的打浆转数来计算能耗比。本实验中的打浆能耗降低率=（原料浆打浆转数-酶处理浆打浆转数）/原料浆打浆转数×100%。

结果见下表：

酶处理的纸浆更容易打浆，随着打浆转数的增加，打浆度不断提高，当转数为7000转时打浆度达到48.2°SR。对照浆料未经过酶处理，其打浆度达到48°SR时需要8000转，比酶处理的浆料所需的转数多1000转才能获得相同的打浆度，根据能耗比公式，计算得酶处理能节省打浆能耗约12.5%，并获得同等的纸张物理性能和打浆得率。

纸浆得率关乎企业效益，纤维素酶在促进打浆的同时会导致纤维溶解而造成得率降低，从上表看出，酶处理促进打浆却不明显影响纸浆得率，主要原因可能是木聚糖酶不含纤维素酶，酶的作用只会分解浆料中的木聚糖成分，溶解部分木素，达到软化润涨纤维细胞的作用，而不直接溶解纤维素；纸浆得率主要与打浆度有关，打浆度越高，纤维被切断越彻底，细小纤维越多，白水浓度越高，打浆得率越低。

Claims

1.一种本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，包括浆料疏解、酶处理、洗涤、PFI打浆、抄片和物检六个步骤，其特征在于：所述浆料为未漂蔗渣浆；所述酶处理为用木聚糖酶处理未漂蔗渣浆。

2.根据权利要求1所述的本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，其特征在于：所述酶处理过程为：浆料疏解完毕后，加入10-50IU/g 干浆的木聚糖酶，在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。

3.根据权利要求2所述的本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，其特征在于：所述酶处理过程为：浆料疏解完毕后，加入30IU/g 干浆的木聚糖酶，在浆量35g 干浆、浆浓5%，pH值6.0，温度50℃条件下分别处理浆料60min，在处理过程中，每间隔20min用手揉搓一次聚乙烯瓶，以保证酶与纸浆的均匀混合。

4.根据权利要求1所述的本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，其特征在于：所述浆料疏解采用高频疏解机，进浆压力为0.15-0.2MPa，转子转速为2000-3000r/min，并在进桨口处配有净化设备，疏解时间为30-90min。

5.根据权利要求1所述的本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，其特征在于：所述PFI打浆过程为：待浆料酶处理反应完毕，用水彻底洗净浆料，分别采用ZQS7-PFⅠ型立式磨浆机进行打浆，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2mm，飞刀转子转速为1400转/分，浆池转速为636转/分。

6.根据权利要求1所述的本色蔗渣浆的酶促打浆工艺，其特征在于：所述抄片和物检为：打浆完毕，彻底洗净浆料，测定其得率、打浆度和湿重；抄制成定量60g/m²的纸张，测定其抗张指数、耐破指数和撕裂指数。