CN106011120A - 一种植物纤维改性复合酶制剂及其制备方法、及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维改性复合酶制剂、制备方法及其在造纸领域的应用，该复合酶制剂由果胶酶、纤维素酶、脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶和果聚糖水解酶组成，应用于造纸原料预处理，可以减少污水处理负荷，降低磨浆能耗，提高纸基强度，改善成纸品质。

Description

一种植物纤维改性复合酶制剂及其制备方法、及应用
技术领域
本发明涉及一种植物纤维改性复合酶制剂、制备方法及其在造纸领域的应用。
背景技术
造纸工业是一个与国民经济发展息息相关的重要产业，同时，造纸工业又是一个资源消耗量大、产生污染物多的传统工业。随着人们要求改善环境、保护森林、节约能源及原材料、降低造纸成本的呼声日益高涨，再加上环保要求越来越严格、造纸原料价格不断上涨和能源压力，造纸企业的节能减排、清洁化生产改造已经势在必行。
造纸工艺主要由制浆、抄纸、涂布和加工等流程组成。其中，制浆阶段是利用机械磨解、化学处理或化学处理与机械磨解相结合的方法，将植物原料分离为单根纤维形态，制成纸浆，这一阶段是造纸污染的主要来源，同时也消耗了大量能量。
对于造纸行业来说，在制浆阶段减少酸、碱等化学品用量是实现清洁生产的重要途径。国内外的研究表明，使用生物酶对植物纤维原料进行预处理，可以取代和减少化学品在造纸工业中的应用，从而达到减少排放、降低成本的目的。生物酶可通过降解原料中高耗酸碱的非纤维物质从而直接降低酸碱消耗，通过排除酸碱直接作用于木质素的障碍，提高酸碱的使用率，通过大幅降低酸碱等化学品的使用，减少其对半纤维素、纤维素的破坏，提高纸浆的收得率，降低磨浆能耗。但在酶选择、精确控制、工艺的适应性等方面仍存在较多问题有待进一步开发。专利CN201210581494.8公开了一种打浆酶制剂的制备方法及其应用，但其酶种仅有纤维素酶和木聚糖酶，降低化学用品使用量、减少造纸污染的效果并不明显，且没有给出精确可控的使用条件，限制了其在造纸工业中的大规模使用。
综上所述，传统造纸工业污染大、耗能高，使用生物酶对植物纤维原料进行预处理可以减少化学品用量、降低磨浆能耗，是实现造纸清洁生产的重要途径，而目前现有的产品在酶选择、精确控制、工艺的适应性等方面还存在较多问题有待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物纤维改性复合酶制剂、制备方法及其在造纸领域的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明设计的植物纤维改性复合酶制剂，该复合酶制剂由果胶酶、纤维素酶、脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶和果聚糖水解酶组成，每克所述复合酶制剂中各组分活力分别为：果胶酶：5000～8000U；木聚糖酶：6000～15000U；葡萄糖氧化酶：200～300U；纤维素酶：2000～5000U；脂肪酶：8000～12000U。
本发明还涉及植物纤维改性复合酶制剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：向复合酶制剂的原料中加入含水溶剂，含水溶剂pH值为4.5-9.0，温度为25℃-75℃；
步骤二：随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，作用时间为0.5-12h，复合酶制剂的添加量为原料总干重量的1～5‰
步骤三：向酶解后的原料溶液保存备用。
本发明还提供了一种植物纤维改性复合酶制剂的应用，复合酶制剂用于木质纤维和非木纤维的造纸原料进行制浆工艺前的预处理预处理，制备纸浆。
此外，本发明还提供了上述植物纤维改性复合酶制剂用于木质纤维和非木纤维的预处理，制备纸浆。
本发明提供的一种植物纤维改性复合酶制剂，该复合酶制剂由果胶酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶、纤维素酶和脂肪酶组成。植物纤维表面大多都被木质素、果胶和半纤维素包裹着，这层物质大幅增加碱等化学品的用量，同时阻碍了纤维之间的结合。果胶酶、木聚糖酶和葡萄糖氧化酶可作用于这层表面物质，降低酸碱的用量，增加纸浆得率，增加纤维之间的交织位点，提高纸基强度。纤维素酶可对纤维表面进行选择性的处理，增加纤维自由度，使其达到充分的吸水润涨，以及分丝帚化，使浆料在磨浆机机械处理时更加柔顺，减少细小纤维的产生和纤维细胞外部的过度细纤维化，从而降低打浆能耗，提高纸张匀度、强度和柔软度，改善纸机运行性。植物原料中通常含有一定量的树脂，其有很强的粘性，在造纸过程中会以多种方式沉积在设备的表面和纸基中，影响设备运行和纸张质量，形成树脂障碍。脂肪酶能够有效降解引起树脂障碍的重要组分甘油三酸酯，从而抑制树脂的沉积。
本发明提供的一种植物纤维改性复合酶制剂，根据植物纤维特性，针对性的选择酶种，精确搭配各个酶种比例，使其协同作用，具有节能减排，改善成纸品质的效果，具有以下优点：
1.减少化学品用量，降低污水量和污水处理负荷；
2.降低磨浆能耗；
3.提高纸基强度，改善成纸品质；
4.改善纸机运行稳定性。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
下面结合具体实施例，对本发明作进一步的阐述。
实施例1
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为6.5，水温为60℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶5000U，木聚糖酶：15000U，葡萄糖氧化酶：200U，纤维素酶：2000U，脂肪酶：8000U，添加量为原料总干重的1.5‰，作用时间1h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，磨浆功率为140Kw/h，打浆10h，制得纸浆，测定打浆度。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，使用相同的能耗，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可减少碱用量36.8％，废水COD降低22.3％。
实施例2
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为7.5，水温为45℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶6000U，木聚糖酶：8000U，葡萄糖氧化酶：300U，纤维素酶：5000U，脂肪酶：8000U，添加量为原料总干重的2‰，作用时间2h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，磨浆功率为140Kw/h，打浆10h，制得纸浆，测定打浆度。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，使用相同的能耗，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可减少碱用量40.3％，废水COD降低24.3％。
实施例3
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为7，水温为50℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶7000U，木聚糖酶：10000U，葡萄糖氧化酶：300U，纤维素酶：4000U，脂肪酶：9000U，添加量为原料总干重的2.5‰，作用时间2h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，磨浆功率为140Kw/h，打浆10h，制得纸浆，测定打浆度。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，使用相同的能耗，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可减少碱用量45.2％，废水COD降低27.4％。
实施例4
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为6.5，水温为60℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶6000U，木聚糖酶：9000U，葡萄糖氧化酶：200U，纤维素酶：4000U，脂肪酶：9000U，添加量为原料总干重的1‰，作用时间1h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，至打浆度30±2°SR，制得纸浆。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可降低磨浆电耗25kWh/吨浆，制得纸张抗张指数增加11.41％。
实施例5
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为7，水温为50℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶5000U，木聚糖酶：15000U，葡萄糖氧化酶：300U，纤维素酶：4000U，脂肪酶：8000U，添加量为原料总干重的3‰，作用时间2h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，至打浆度30±2°SR，制得纸浆。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可降低磨浆电耗42kWh/吨浆，制得纸张抗张指数增加21.3％。
实施例6
向原料中加入含水溶剂，控制原料与含水溶剂的质量比为1:10，含水溶剂pH值为8，水温为40℃；随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，该复合酶制剂中的各组分酶活力为果胶7000U，木聚糖酶：11000U，葡萄糖氧化酶：200U，纤维素酶：3000U，脂肪酶：9000U，添加量为原料总干重的2‰，作用时间2h；向酶解后的原料溶液添加2％w/v的氢氧化钠，送入磨浆机中打浆，至打浆度30±2°SR，制得纸浆。通过上述处理的浆料按常规工艺进行后续操作。
与未加入复合酶制剂相比，达到相同的打浆度时，加入复合酶制剂可降低磨浆电耗22kWh/吨浆，制得纸张抗张指数增加13.5％。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种植物纤维改性复合酶制剂，其特征在于：该复合酶制剂由果胶酶、纤维素酶、脂肪酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶和果聚糖水解酶组成，每克所述复合酶制剂中各组分活力分别为：果胶酶：5000～8000U；木聚糖酶：6000～15000U；葡萄糖氧化酶：200～300U；纤维素酶：2000～5000U；脂肪酶：8000～12000U。
2.一种权利要求1所述植物纤维改性复合酶制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：向复合酶制剂的原料中加入含水溶剂，含水溶剂pH值为4.5-9.0，温度为25℃-75℃；
步骤二：随后向原料溶液中添加复合酶制剂进行酶解，作用时间为0.5-12h，复合酶制剂的添加量为原料总干重量的1～5‰
步骤三：向酶解后的原料溶液保存备用。
3.一种权利要求1所述植物纤维改性复合酶制剂的应用，其特征在于：复合酶制剂用于木质纤维和非木纤维的造纸原料进行制浆工艺前的预处理预处理，制备纸浆。
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