CN107083711A - 一种生物复合酶及其用于秸秆造纸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多种组合生物酶法制浆造纸工艺。本发明是采用白腐真菌、黄孢原毛平草菌、木聚糖酶、糖化酶、酵母菌发酵制纸浆的生产工艺，以农业秸秆等为主原料，经切草、除杂、膨化、经组合生物酶菌发酵、洗浆、选浆、磨浆分离而成浆的生物制浆方法，制浆过程不产生黑液，发酵水、制浆水回收利用，达到废水零排放。
Description
技术领域
本发明属于生物制浆领域，涉及一种复合酶及其采用复合酶发酵制纸浆的生产工艺。
背景技术
造纸行业是我国国民经济的重要基础产业之一。同时,造纸行业也是资源、能源消耗强度高、污染物产生量大、环境影响严重的加工制造行业。造纸过程中除了会产生大量的污水外, 还有大量的固体废弃物产生。随着产业规模的逐渐扩大, 这些固废物所带来的环境影响也日益突出, 随之而来的各种生态问题和社会问题也逐渐突显出来。
现在普遍应用的造纸制浆方法能耗高， 而用生物分解的方法来分解各种造纸原料中的木素，取代化学法造纸浆，实现造纸全过程水的零排放，从根本杜绝造纸工业对环境的污染。但由于木素是无定形大分子结构，稳定性很强，而微生物中只用少量真菌才能降解木素，如白腐菌只能降解某些木素，且需要高温高压，所以很难保证温度均匀，造成成本加大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有问题而采用生物发酵技术从而提供一种生物复合酶生化剂及其用于秸秆生物纸浆的制备方法。
为实现上述目的，所提供的技术方案为 ：
一种生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：
白腐真菌15-20%，黄孢原毛平草菌10-25%，木聚糖酶10-20%，糖化酶10-25%，酵母菌20-35%。
优选的，生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：
白腐真菌 15%，黄孢原毛平草菌 20%，木聚糖酶 20%，糖化酶 15%，酵母菌30%。一种生物复合酶生化剂制剂，其特征在于，由所述生物复合酶生化剂和载体混合得到。
生物复合酶生化剂和载体按照1:0.8～1.2的质量比混合。
所述载体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物和甲壳素按照2-3:7-8的质量比混合得到。即聚乳酸-羟基乙酸共聚物20-30wt%，甲壳素70-80wt%。
所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，聚合物由75%乳酸和25%羟基乙酸组成，分子量15000-25000，其玻璃化温度在40-60 °C之间。所述甲壳素，化学名称为β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，购自青岛贝尔特生物科技有限公司。
本发明还提供所述生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置5-8小时，最后置于2-6℃下低温干燥，干燥后含水量控制在5-10%，得到生物复合酶生化剂制剂。
本发明还提供所述生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置6小时，最后置于4℃下低温干燥，干燥后含水量控制在5-10%，得到生物复合酶生化剂制剂。
采用上述生物复合酶生化剂，环保无污染，成本低廉，复合酶生化剂各菌种和酶之间合理配伍、共同协调，互不拮抗，其制备方法简便，方法易行，操作简便，利于工业化生产。
本发明还提供一种生物复合酶生化剂制剂用于秸秆生物纸浆的方法，包括下列步骤：
1）切草：
2）膨化工序：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到130～150℃，
3）发酵工序：将生物复合酶生化剂制剂加入到步骤2）中膨化后的原料中，搅拌， 40 ～50℃有氧条件下保温发酵，加入部分浸透剂，发酵终止后原料滤清和挤压，滤清挤出的水分回收到发酵液储存池预备回用。
4）洗浆工序：将挤出后的成浆进入洗涤机进行洗涤；
5）选浆工序：将洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到发酵容器中再次发酵。
6）磨浆工序：用高浓磨、中浓磨、双盘磨或疏解机进行磨浆；
7）筛选工序：用离心筛、压力筛进行再次筛选，
8）成浆：进入成浆池抄纸成型，筛出的浆渣再回到磨前重新磨浆。
优选的，步骤1）所述的切草为，将以农业秸秆、稻麦草、棉秆、油菜秆、芦苇、竹子、木为原料进行切断，即切草，切草的过程中进行筛选剥离，去除原料中的叶子、外皮、蜡皮、泥沙，去除原料杂质10％，减少进入制浆工序的杂质、减轻生产用水负荷。
优选的，步骤2）所述的膨化工序为：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到130 ～ 150 摄氏度，膨化工艺后的原料以松散细化成丝状，可顺纤维撕开，保持原料温度 40 ～ 50 摄氏度，膨化后纤维直径在 5 ～ 8 微米。
所述制浆用水为清水。所述制浆用水的加入量为步骤1）得到的原料重量的25-35%。
优选的，步骤3）所述的发酵工序：浸透剂选自淄博拓新达新技术开发有限公司购买的蒸煮渗透剂。
优选的，步骤4）所述的洗浆工序：将挤出后的成浆进入洗涤机进行洗涤
优选的，步骤5）所述的选浆工序：选浆工序将洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到发酵容器中再次发酵
优选的，步骤6）所述的磨浆工序：磨浆工序用高浓磨、中浓磨、双盘磨或疏解机进行磨浆。
优选的，步骤7）所述的筛选工序：筛选工序用离心筛、压力筛进行再次筛选，成浆进入成浆池抄纸成型，筛出的浆渣再回到磨前重新磨浆。
本发明还提供组合生物酶生化剂用于秸秆生物纸浆的方法,步骤如下:多种组合生物酶(白腐真菌、黄孢原毛平草菌、木聚糖酶、糖化酶、酵母菌)发酵制纸浆的生产工艺，是将以农业秸秆原料进行切断，即切草，切草的过程中进行筛选剥离，去除原料中的叶子、外皮、蜡皮、泥沙，减少进入制浆工序的杂质、减轻生产用水负荷；膨化工序将切草去杂的原料加入 30％的制浆用水进入膨化机进行膨化处理。发酵工序将膨化后将组合生物酶制备液加入到原料中搅拌，放入容器中进行保温发酵，由于采用组合生物酶菌( 白腐真菌、黄孢原毛平草菌、木聚糖酶、糖化酶、酵母菌) 可有效的将木素、半纤维素、果胶、果糖类进行有效的分离、转化分解为可溶性和可挥发物质，将纤维素分离、软化、保护，将木素进行变性、软化；发酵终止后原料滤清和挤压，滤清挤出水分回收到发酵液储存池预备回用。洗浆工序将挤出后的成浆进入洗涤机进行洗涤；选浆工序将洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到发酵容器中再次发酵。磨浆工序用高浓磨、中浓磨、双盘磨或 疏解机进行磨浆；筛选工序用离心筛、压力筛进行再次筛选，成浆进入成浆池抄纸。
多种组合生物酶( 白腐真菌、黄孢原毛平草菌、木聚糖酶、糖化酶、酵母菌) 发 酵制纸浆的生产工艺与传统工艺相比具有三高三低的特点，三高是指产品质量高、制浆 得率高、投资回报率高；三低是指建设投资低，运用成本低、能源消耗低。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明,但本发明并不局限于此.
一种生物复合酶生化剂，按以下列原料以重量百分含量为单位列举 3 个实列混合组成：
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 白腐真菌 | 15 | 15 | 20 |
| 黄孢原毛平草菌 | 20 | 25 | 10 |
| 木聚糖酶 | 20 | 10 | 15 |
| 糖化酶 | 15 | 25 | 20 |
| 酵母菌 | 30 | 25 | 35 |
实施例1
生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：白腐真菌15%，黄孢原毛平草菌20%，木聚糖酶20%，糖化酶15%，酵母菌30%。
生物复合酶生化剂和载体按照1:0.8的质量比混合。
所述载体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物和甲壳素混合得到，聚乳酸-羟基乙酸共聚物20wt%，甲壳素80wt%。所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，聚合物由75%乳酸和25%羟基乙酸组成，分子量15000-25000，其玻璃化温度在40-60 °C之间。所述甲壳素，化学名称为β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，购自青岛贝尔特生物科技有限公司。
所述生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置6小时，最后置于4℃下低温干燥，干燥后含水量控制在8%，得到生物复合酶生化剂制剂。
实施例2
其他同实施例1，不同之处在于：
生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：白腐真菌15%，黄孢原毛平草菌25%，木聚糖酶10%，糖化酶20%，酵母菌35%。
生物复合酶生化剂和载体按照1:1的质量比混合。所述载体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物和甲壳素混合得到，聚乳酸-羟基乙酸共聚物25wt%，甲壳素75wt%。
所述生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置5小时，最后置于6℃下低温干燥，干燥后含水量控制在5%，得到生物复合酶生化剂制剂。
实施例3
其他同实施例1，不同之处在于：
生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：白腐真菌20%，黄孢原毛平草菌10%，木聚糖酶15%，糖化酶10-25%，酵母菌20-35%。
生物复合酶生化剂和载体按照1: 1.2的质量比混合。所述载体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物和甲壳素混合得到，聚乳酸-羟基乙酸共聚物30wt%，甲壳素70wt%。
所述生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置8小时，最后置于2℃下低温干燥，干燥后含水量控制在10%，得到生物复合酶生化剂制剂。
实施例4
生物复合酶生化剂制剂用于秸秆生物纸浆的方法，包括下列步骤：
1）切草：所述的切草为，将以农业秸秆、稻麦草、棉秆、油菜秆、芦苇、竹子、木为原料进行切断，即切草，切草的过程中进行筛选剥离，去除原料中的叶子、外皮、蜡皮、泥沙，去除原料杂质10％，减少进入制浆工序的杂质、减轻生产用水负荷。
2）膨化工序：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到130℃，膨化工艺后的原料以松散细化成丝状，可顺纤维撕开，保持原料温度 40 摄氏度，膨化后纤维直径在 5微米。所述制浆用水为清水。所述制浆用水的加入量为步骤1）得到的原料重量的30%。
3）发酵工序：将实施例1的生物复合酶生化剂制剂加入到步骤2）中膨化后的原料中，搅拌， 40℃有氧条件下保温发酵，加入部分浸透剂，发酵终止后原料滤清和挤压，滤清挤出的水分回收到发酵液储存池预备回用。浸透剂选自淄博拓新达新技术开发有限公司购买的蒸煮渗透剂。
4）洗浆工序：将挤出后的成浆进入洗涤机进行洗涤；
5）选浆工序：将洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到发酵容器中再次发酵。
6）磨浆工序：用高浓磨、中浓磨、双盘磨或疏解机进行磨浆；
7）筛选工序：用离心筛、压力筛进行再次筛选，
8）成浆：进入成浆池抄纸成型，筛出的浆渣再回到磨前重新磨浆。
实施例5
其他同实施例4，不同之处在于：
2）膨化工序：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到150℃，膨化工艺后的原料以松散细化成丝状，可顺纤维撕开，保持原料温度 50 摄氏度，膨化后纤维直径在8 微米。所述制浆用水为清水。所述制浆用水的加入量为步骤1）得到的原料重量的25%。
3）发酵工序：将实施例1的生物复合酶生化剂制剂加入到步骤2）中膨化后的原料中，搅拌， 45℃有氧条件下保温发酵，加入部分浸透剂，发酵终止后原料滤清和挤压，滤清挤出的水分回收到发酵液储存池预备回用。浸透剂选自淄博拓新达新技术开发有限公司购买的蒸煮渗透剂。
实施例6
其他同实施例4，不同之处在于：
2）膨化工序：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到140℃，膨化工艺后的原料以松散细化成丝状，可顺纤维撕开，保持原料温度 45摄氏度，膨化后纤维直径在6微米。所述制浆用水为清水。所述制浆用水的加入量为步骤1）得到的原料重量的35%。
3）发酵工序：将实施例1的生物复合酶生化剂制剂加入到步骤2）中膨化后的原料中，搅拌， 50℃有氧条件下保温发酵。
实施例7
其他同实施例4，不同之处在于：使用实施例2所述的物复合酶生化剂制剂。
实施例8
其他同实施例4，不同之处在于：使用实施例3所述的物复合酶生化剂制剂。
实施例4-8获得的秸秆生物纸浆的得率等见表1。
表1
| 组分 | 纸浆硬度 | 成浆白度 | 粗浆得率 |
| 实施例4 | 15.2 | 75% | 57.5% |
| 实施例5 | 14.7 | 77.5% | 62.5% |
| 实施例6 | 15.0 | 75.5% | 59% |
| 实施例7 | 14.9 | 76.2% | 60.5% |
| 实施例8 | 14.5 | 78.5% | 65.5% |
一般化学制浆出浆率在28-32%左右，生物制浆则在58-62%左右，且化学制浆需要添加化学漂白剂，会造成后续环境污染。生物制浆实现了整个过程的水的0排放，大大节省了水资源的浪费和后续水处理的成本。
白腐真菌的作用是使木材呈白色腐朽的真菌，分泌氧化酶降解木质素，而且降解木质素的效果要优于纤维素；黄孢原毛平草菌的作用是脱色降解；木聚糖酶分解木聚糖，在纸浆蒸煮过程中，木聚糖部分溶解、变性并重新沉积在纤维表面上。此过程中若使用木聚糖酶，就可以清除部分再沉积下来的木聚糖。这样增大了纸浆基质孔隙，使被困的可溶性木质素释放出来，同时也使得化学漂白剂能更有效地渗透进入到纸浆中。总的说来，它可提高纸浆的漂白率，并因此减少化学漂白剂的用量。糖化酶和酵母菌使淀粉、糖等大分子物质降解成小分子。根据上述各组分特性，不同组合方式如上述实例1、2、3，实例1和3区别主要在白腐真菌占比，白腐真菌占比较高的实例3要比实例1对农业秸秆、稻麦草、棉秆、油菜秆、芦苇、竹子、木材为原料膨化发酵后的浆中木质素分离、软化效果较好。实例2黄孢原毛平草菌和木聚糖酶占比较高，加入复合酶生化剂后纸浆脱色较好，且粘度降低。
Claims (8)
1.一种生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：
白腐真菌15-20%，黄孢原毛平草菌10-25%，木聚糖酶10-20%，糖化酶10-25%，酵母菌20-35%。
2.如权利要求1所述的生物复合酶生化剂，是由下列原料按重量百分含量混合组成：
白腐真菌 15%，黄孢原毛平草菌 20%，木聚糖酶 20%，糖化酶 15%，酵母菌30%。
3.一种生物复合酶生化剂制剂，其特征在于，由所述生物复合酶生化剂和载体混合得到。
4.如权利要求3所述的生物复合酶生化剂制剂，生物复合酶生化剂和载体按照1:0.8～1.2的质量比混合；
所述载体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物和甲壳素按照2-3:7-8的质量比混合得到；即聚乳酸-羟基乙酸共聚物20-30wt%，甲壳素70-80wt%。
5.如权利要求3或4所述的生物复合酶生化剂制剂的制备方法,包括下列步骤:
将上述菌和酶按照百分比混合后和载体混合，搅拌均匀，然后静置5-8小时，最后置于2-6℃下低温干燥，干燥后含水量控制在5-10%，得到生物复合酶生化剂制剂。
6.一种生物复合酶生化剂制剂用于秸秆生物纸浆的方法，包括下列步骤：
1）切草：
2）膨化工序：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到130～150℃，
3）发酵工序：将生物复合酶生化剂制剂加入到步骤2）中膨化后的原料中，搅拌， 40 ～50℃有氧条件下保温发酵，加入部分浸透剂，发酵终止后原料滤清和挤压，滤清挤出的水分回收到发酵液储存池预备回用；
4）洗浆工序：将挤出后的成浆进入洗涤机进行洗涤；
5）选浆工序：将洗好的浆料用振框筛进行筛选，筛出的粗渣再回到发酵容器中再次发酵；
6）磨浆工序：用高浓磨、中浓磨、双盘磨或疏解机进行磨浆；
7）筛选工序：用离心筛、压力筛进行再次筛选，
8）成浆：进入成浆池抄纸成型，筛出的浆渣再回到磨前重新磨浆。
7.如权利要求6所述的生物复合酶生化剂制剂用于秸秆生物纸浆的方法，其特征在于，步骤2）所述的膨化工序为：将步骤1）得到的原料加入制浆用水进入膨化机进行膨化处理，温度将达到130 ～ 150 摄氏度，膨化工艺后的原料以松散细化成丝状，可顺纤维撕开，保持原料温度 40 ～ 50 摄氏度，膨化后纤维直径在 5 ～ 8 微米。
8.如权利要求6或7所述的生物复合酶生化剂制剂用于秸秆生物纸浆的方法，其特征在于，所述制浆用水为清水，所述制浆用水的加入量为步骤1）得到的原料重量的25-35%。
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