CN105624138A - 一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用，该复合酶制剂包括碱性果胶酸裂解复合酶、碱性纤维素复合酶、碱性木聚糖复合酶和漆酶，各组分在复合酶制剂中的质量百分含量如下：碱性果胶酸裂解酶：70﹪；碱性纤维素酶：2﹪；碱性木聚糖酶：18﹪；漆酶：10％。采用本发明的技术方案，在脱胶过程中，减少亚麻纤维漂白过程中漂液用量20％以上；减少亚麻纤维漂白过程中烧碱用量40％以上；亚麻纤维断裂强度增加5％以上，细度增加20％以上，断裂伸长率增加30％以上，纤维强度均匀，使得纤维的可纺性显著提升，从而提高经济效益，降低生产成本；COD降低30％以上。

Description

一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于造纸技术领域，尤其涉及一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用。
背景技术
当前，国内生活用纸使用传统工艺，其特点是能耗高、成纸拉力提升需要提高长纤用量，浆耗不低于1.05，甚至更高，急需节能降耗、提高品质的产品解决问题。打浆，是造纸过程的一个非常重要的工序，传统打浆工艺是物理变化，打浆的作用对纸浆所产生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化或产生新的物质，它使纤维细纤维化，使纤维变得具有良好的柔软性和可塑性，而且由于打浆的机械作用增加了纤维的表面积和游离出更多的羟基(一OH)，经压榨成形后，在干燥时由于氢键的作用而大大增强了纤维的结合力，使之结合得更为坚实，提高了纸的强度。其缺点在于磨浆电耗高、但机械分离成本高、纤维破坏大，成纸浆耗高、细小纤维流失大等。
为了解决传统打浆工艺存在的技术问题，目前在市场中有一定影响力的打浆酶，其主要成分以单一酸性纤维素酶为主，通过纤维素酶降解细胞壁中纤维素和半纤维素，使其细胞壁结构松驰，增加渗透性，促进润涨，降低纤维内聚力，通过帚化分丝增加纤维之间的结合力，达到增加成纸强度的目的；同时也可以降低打浆能耗。但现有技术打浆酶在应用中存在以下缺陷：1、在应用过程中极易出现破洞，增加纸机断头次数；2、当浆储存的时间较长时，酶反应时间延长，如不及时调节打浆功耗会造成叩解度波动，影响纸机运行；3、纸张纹路粗大、手感粗糙，影响了产品品质。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂及其制备方法和应用，能够提高纸张质量并大大降低打浆过程的能耗。
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：
一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，包括中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶，各组分在复合酶制剂中的质量百分含量如下：
中性果胶酶：25％～40﹪；
中性木聚糖酶：20％～35％；
中性纤维素酶：15﹪～40﹪。
优选地，所述中性果胶酶包括中性果胶酸裂解酶、中性多聚半乳糖醛酸酶和中性果胶酯酶，质量百分含量如下：
中性果胶酸裂解酶：50﹪；
中性多聚半乳糖醛酸酶：40％；
中性果胶酯酶：10％。
优选地，所述中性木聚糖酶包括内切木聚糖酶和β－葡聚糖酶，质量百分含量如下：
内切木聚糖酶：80﹪；
β－葡聚糖酶：20％。
优选地，所述中性纤维素酶包括外切纤维素酶和内切纤维素酶，质量百分含量如下：
外切纤维素酶：70﹪；
内切纤维素酶：30％。
本发明还公开了一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将原料酶制剂中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶分别进行前处理；
步骤(2)：将质量百分比为25％～40﹪的中性果胶酶、20％～35％的中性木聚糖酶和15﹪～40﹪的中性纤维素酶在混合器混合均匀；
步骤(3)：然后加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌，再通过测定酶活后制备出新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂。
优选地，所述中性果胶酶包括质量百分比为50﹪的中性果胶酸裂解酶、40％的中性多聚半乳糖醛酸酶和10％的中性果胶酯酶；
所述中性木聚糖酶包括质量百分比为80﹪的内切木聚糖酶和20％的β－葡聚糖酶；
所述中性纤维素酶包括质量百分比为70﹪的外切纤维素酶和30％的内切纤维素酶。
本发明还公开了一种复合酶制剂在生活用纸打浆中的应用。
优选地，在生活用纸原料纤维碎浆过程中通过计量泵匀速加入权利要求1至4任一项所述的复合酶制剂，并通过水力碎浆机搅拌混合均匀，造纸过程同步进行；
所述复合酶制剂按生活用纸原料的万分之一到万分之二的质量百分比例添加。
优选地，所述复合酶制剂的作用条件为：在自然pH值条件下，温度维持在15℃～60℃，作用时间为2h～48h。
优选地，通过所述复合酶制剂的作用，将原料中的半纤维素的含量控制在5％～10％之间。
与现有技术相比较，采用本发明的技术方案具备以下技术效果：
1、复合酶直接水解了生活用纸原料纤维腔孔中充斥的粘性物质—果胶质、木聚糖、葡聚糖、杂多糖等，使得纤维亲水性更强，纤维在较短时间里充分吸水润胀，
2、由于复合酶的作用，使生活用纸原料纤维充分润涨、体积明显增大、韧性明显增强，经过磨浆阶段的机械作用，使得纤维细小化、纤维纵向产生分裂两端帚化，纤维表面分丝起毛，像绒毛附在纤维的表面，这种表面的微纤维化，使细纤维松脱出来，分离出更多的细纤维、微纤维、微细纤维。
3、磨浆后、再利用纤维素酶继续作用于微纤维的非结晶区，使其露出非还原性末端，有效增加纤维间的接触面积，增大了纤维的比表面积和游离羟基的数量，因而在纸杌网上形成纸页时，纤维互相紧密地交织在一起，经过纸机压榨后纸页干燥时，就更容易实现氢键结合，使提高成纸的拉力显著提高，有效减少细小纤维流失。
4、由于复合酶的作用，使得纤维充分润涨、纤维更进一步的细纤维化，分丝帚化更充分，纤维之间的结合力更强，并不以切断纤维为目的，从而克服了传统打浆酶在因为生产过程中由于停电、设备等异常因素导致的停机而导致的浆料在浆池中存放时间过长(如24小时以上)，产生降低纸浆强度的副作用，适合于工业化应用。
具体实施方式
以下对本发明作进一步说明。
为了克服现有技术的缺陷，申请人深入研究分析生活用纸使用的纤维成分组成，在多次试验中发现少量的果胶质和半纤维素是阻碍纤维短期吸水、润涨的关键少数；进一步在试验中对各种酶性能的测定，以及将多种酶耦合成一工作系统的性能分析及测定。在此基础上，申请人提出一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，其特征在于，包括中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶，各组分在复合酶制剂中的质量百分含量如下：
中性果胶酶：25％～40﹪；
中性木聚糖酶：20％～35％；
中性纤维素酶：15﹪～40﹪。
通过中性果胶裂解酶的作用，使纤维有效分离并打开纤维腔孔，有效软化纤维细胞壁、增加纤维的渗透性、利于纤维充分吸水润涨，从而提高打浆效果，降低打浆能耗；通过中性木聚糖酶的作用，合理控制原料中的半纤维素的含量在5％～10％之间，从而降低纤维内聚力，使得纤维变得更加柔软，利于纤维的细纤维化，使得纤维获得更多的纵向分裂机会，减少横向切断，有效保护纤维；适量的中性纤维素酶的作用，破裂纤维初生壁，有利于次生壁外层的剥离，使纤维得到充分分丝帚化，通过磨浆后的酶促作用，利用纤维素酶继续作用于微纤维的非结晶区，使其露出非还原性末端，有效增加纤维间的接触面积，增大了纤维的比表面积和游离羟基的数量，因而在纸杌网上形成纸页时，纤维互相紧密地交织在一起，经过纸机压榨后纸页干燥时，就更容易实现氢键结合，使提高成纸的强度显著提高，有效减少细小纤维流失。
进一步的，中性果胶酶包括中性果胶酸裂解酶、中性多聚半乳糖醛酸酶和中性果胶酯酶，质量百分含量如下：
中性果胶酸裂解酶：50﹪；
中性多聚半乳糖醛酸酶：40％；
中性果胶酯酶：10％。
进一步的，中性木聚糖酶包括内切木聚糖酶和β－葡聚糖酶20％，质量百分含量如下：
内切木聚糖酶：80﹪；
β－葡聚糖酶：20％。
进一步的，中性纤维素酶包括外切纤维素酶和内切纤维素酶，质量百分含量如下：
外切纤维素酶：70﹪；
内切纤维素酶：30％。
上述技术方案是按照“多酶耦合…酶-化学耦合…酶非水相催化技术”设计思路，通过相关耦和技术，将中性果胶酶、中性木聚糖酶、中性纤维素酶和β-葡糖苷酶等多种酶耦合成一工作系统，通过多种酶系对纤维的协同作用，相互促进各种酶的作用发挥，具体如下：
a、使纤维有效分离并打开纤维腔孔，有效软化纤维细胞壁、增加纤维的渗透性、利于纤维充分吸水润涨，从而提高打浆效果，降低打浆能耗。
b、降低纤维内聚力，使得纤维变得更加柔软，利于纤维的细纤维化，使得纤维获得更多的纵向分裂机会，减少横向切断，有效保护纤维。
c、破裂纤维初生壁，有利于次生壁外层的剥离，使纤维得到充分分丝帚化，纤维之间结合力增强。
d、降低磨浆对纤维的损耗，利用纤维素酶继续作用于微纤维的非结晶区，使其露出非还原性末端，有效增加纤维间的接触面积，提高成纸的强度，有效减少细小纤维流失。
e、合理控制半纤维素的含量在5％～10％之间，半纤维素的含量对结合力的影响甚大，因半纤维素的分子链比纤维素短，有很多键排列不整齐，没有结晶结构，其亲水性甚强，打浆时容易吸水润胀和细纤维化，增加了纤维的表面积，游离出更多的羟基，有利于提高纸张的强度，尤其是打浆初期对耐破度和抗张强度的提高更为明显。
申请人还提出了一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：将原料酶制剂中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶分别进行前处理；
步骤(2)：将质量百分比为25％～40﹪的中性果胶酶、20％～35％的中性木聚糖酶和15﹪～40﹪的中性纤维素酶在混合器混合均匀；
步骤(3)：然后加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌，再通过测定酶活后制备出新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂。
上述复合酶制剂在生活用纸打浆中的应用。在生活用纸原料纤维碎浆过程中通过计量泵匀速加入复合酶制剂，并通过水力碎浆机搅拌混合均匀，造纸过程同步进行；在复合酶制剂的作用，将原料中的半纤维素的含量控制在5％～10％之间。
其中，复合酶制剂按生活用纸原料的万分之一到万分之二的质量百分比例添加。复合酶制剂的作用条件为：在自然pH值条件下，温度维持在15℃～60℃，作用时间为2h～48h。
上述技术方案的应用结合了酶与传统机械木浆工艺，充分发挥各自优势。酶系统起到以下作用：
1、酶直接水解了生活用纸原料纤维腔孔中充斥的粘性物质—果胶质、木聚糖、葡聚糖、杂多糖等，使得纤维亲水性更强，纤维在较短时间里充分吸水润胀，使得磨浆电耗有效降低，吨浆磨浆电耗可降低10％～20％；
2、经过机械作用，使得纤维细小化、纤维纵向产生分裂两端帚化，纤维表面分丝起毛，像绒毛附在纤维的表面，这种表面的微纤维化，使细纤维松脱出来，分离出更多的细纤维、微纤维、微细纤维。
3、磨浆后、利用纤维素酶继续作用于微纤维的非结晶区，使其露出非还原性末端，有效增加纤维间的接触面积，增大了纤维的比表面积和游离羟基的数量，因而在纸杌网上形成纸页时，纤维互相紧密地交织在一起，经过纸机压榨后纸页干燥时，就更容易实现氢键结合，使提高成纸的拉力显著提高，有效减少细小纤维流失。从而可以降低长纤维的使用量5％～20％，浆耗降低1％～5％。
4、该技术在生活用纸生产工艺中应用安全、可靠：不会因为生产过程中由于停电、设备等异常因素导致的停机而导致的浆料在浆池中存放时间过长(如24小时以上)，产生降低纸浆强度的副作用。
实施例1
复合酶制剂具体配方如下，含量为重量百分比的成分：中性果胶酶40﹪，中性木聚糖酶30％,中性纤维素酶30﹪。制备方法为：将原料酶制剂分别经前处理，再按比例在混合器混合均匀，然后加入适量防腐剂，通过硅藻土过滤机进行除菌，然后通测定酶活、定量包装，成为产品。
在广东汕头某生活用纸企业生产试验，2014年12月4日—1月3日，共31天，每天生产50吨纸巾纸，水利碎浆机每罐碎浆1.2吨原料纤维，加酶150克，加酶量0.125‰。生产数据见下表1-3所示(以1.2吨绝干浆计)。
表1、打浆度时能耗对比(温度＝35℃,pH＝6.8,浆浓10％)
表2、复合酶对纤维特性的影响(温度＝35℃,pH＝6.8,浆浓10％)
表3、复合酶对纸张性能的影响对纤维特性的影响(温度＝35℃,pH＝6.8,浆浓10％)
酶用量‰ 定量g/m2 松厚度cm3/g 抗张强度mN/g
0 16.0 1.18 760
0.125 16.0 1.2 890
对比 0 +1.7％ +17％
实施例2
复合酶制剂具体配方如下，含量为重量百分比的成分：中性果胶酶35﹪，中性木聚糖酶25％,中性纤维素酶40﹪。制备方法为：将原料酶制剂分别经前处理，再按比例在混合器混合均匀，然后加入适量防腐剂，通过硅藻土过滤机进行除菌，然后通测定酶活、定量包装，成为产品。
在河南漯河某生活用纸企业，2015年10月8日—至今，每天生产60吨纸巾纸，水利碎浆机每罐碎浆2.2吨原料纤维，加酶300克，加酶量0.136‰。生产数据见下表4至6(以1吨绝干浆计)。
表4、打浆度时能耗对比(温度＝33℃,pH＝6.5,浆浓10％)
表5、复合酶对纤维特性的影响(温度＝33℃,pH＝6.5,浆浓10％)
表6、复合酶对纸张性能的影响对纤维特性的影响(温度＝33℃,pH＝6.5,浆浓10％)
酶用量‰ 定量g/m2 松厚度cm3/g 抗张强度mN/g
0 14.5 1.07 660
0.136 14.5 1.16 750
对比 0 +8.4％ +13.6％
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，其特征在于，包括中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶，各组分在复合酶制剂中的质量百分含量如下：
中性果胶酶：25％～40﹪；
中性木聚糖酶：20％～35％；
中性纤维素酶：15﹪～40﹪。
2.根据权利要求1所述的新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，其特征在于，所述中性果胶酶包括中性果胶酸裂解酶、中性多聚半乳糖醛酸酶和中性果胶酯酶，质量百分含量如下：
中性果胶酸裂解酶：50﹪；
中性多聚半乳糖醛酸酶：40％；
中性果胶酯酶：10％。
3.根据权利要求1所述的新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，其特征在于，所述中性木聚糖酶包括内切木聚糖酶和β－葡聚糖酶，质量百分含量如下：
内切木聚糖酶：80﹪；
β－葡聚糖酶：20％。
4.根据权利要求1所述的新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂，其特征在于，所述中性纤维素酶包括外切纤维素酶和内切纤维素酶，质量百分含量如下：
外切纤维素酶：70﹪；
内切纤维素酶：30％。
5.一种新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将原料酶制剂中性果胶酶、中性木聚糖酶和中性纤维素酶分别进行前处理；
步骤(2)：将质量百分比为25％～40﹪的中性果胶酶、20％～35％的中性木聚糖酶和15﹪～40﹪的中性纤维素酶在混合器混合均匀；
步骤(3)：然后加入适量防腐剂并通过硅藻土过滤机进行除菌，再通过测定酶活后制备出新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂。
6.根据权利要求5所述的新型生活用纸打浆促进纤维改性的复合酶制剂的制备方法，其特征在于，所述中性果胶酶包括质量百分比为50﹪的中性果胶酸裂解酶、40％的中性多聚半乳糖醛酸酶和10％的中性果胶酯酶；
所述中性木聚糖酶包括质量百分比为80﹪的内切木聚糖酶和20％的β－葡聚糖酶；
所述中性纤维素酶包括质量百分比为70﹪的外切纤维素酶和30％的内切纤维素酶。
7.权利要求1至4任一项所述的复合酶制剂在生活用纸打浆中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在生活用纸原料纤维碎浆过程中通过计量泵匀速加入权利要求1至4任一项所述的复合酶制剂，并通过水力碎浆机搅拌混合均匀，造纸过程同步进行；
所述复合酶制剂按生活用纸原料的万分之一到万分之二的质量百分比例添加。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述复合酶制剂的作用条件为：在自然pH值条件下，温度维持在15℃～60℃，作用时间为2h～48h。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，通过所述复合酶制剂的作用，将原料中的半纤维素的含量控制在5％～10％之间。
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