CN109098025A - 一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，该方法的技术方案为：对甘蔗渣进行热水预抽提，采用漆酶和介体对热水预抽提后的甘蔗渣进行第一段漆酶生物处理，将第一段漆酶生物处理后的甘蔗渣浆进行磨浆，然后采用第一段漆酶生物处理后的滤液对磨浆浆料进行第二段漆酶生物处理。本发明的方法反应条件温和，唯一的产物是水，整个工艺流程不使用化学药品，解决了环境污染问题，制得的甘蔗渣本色机械浆滤水性能好，制成纸页后，纸页的各项物理性能高。

Description

一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法

技术领域

本发明属于轻工技术制浆造纸技术领域，具体涉及一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法。

背景技术

我国森林资源较少，木材资源严重匮乏，目前我国制浆造纸产业面临资源短缺的状况，因此充分利用非木材纤维原料成为缓解制浆造纸产业原料短缺状况的重要方法，甘蔗渣是甘蔗制糖后的废弃物，却也是良好的制浆造纸纤维原料，在广西、云南、广东等产糖大省，由于甘蔗渣易于集中运输，而减少了收集和运输成本，使得利用甘蔗渣成为一种具有优势的制浆造纸原料。

传统的甘蔗渣制浆方法主要有烧碱法、硫酸盐法等化学制浆方法，不仅制浆得率低，而且还会出现黑液硅含量高易堵塞碱回收设备造成碱回收困难的问题，给环境带来污染，同时也增加了工厂的成本。因此，需要探索一种针对甘蔗渣的高得率清洁制浆方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法。该方法反应条件温和，唯一的产物是水，整个工艺流程不使用化学药品，解决了环境污染问题，制得的甘蔗渣本色机械浆滤水性能好，制成纸页后，纸页的各项物理性能高。

本发明所要解决的技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，对甘蔗渣进行热水预抽提，采用漆酶和介体对热水预抽提后的甘蔗渣进行第一段漆酶生物处理，将第一段漆酶生物处理后的甘蔗渣浆进行磨浆，然后采用第一段漆酶生物处理后的滤液对磨浆浆料进行第二段漆酶生物处理。

优选地，所述第一段漆酶生物处理的工艺条件为：甘蔗渣与水混合的液比为1:5～20，反应pH值为2.0～9.0，反应温度为15～75℃，反应时间为1～100min，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为5～200IU，每100克绝干甘蔗渣对应介体用量为0.05～2g。

优选地，所述第二段漆酶生物处理的工艺条件为：浆浓为1％～50％，反应pH值为2.0～9.0，反应温度为15～75℃，反应时间为10～500min。

优选地，所述热水预抽提的工艺条件为：甘蔗渣与水混合的液比为1:2～10，从常温升温至85～300℃，升温时间为10～100min，保温时间为5～120min。

优选地，所述介体为对羟基苯甲酸、紫脲酸、1-羟基苯并三唑、丁香酸甲酯、没食子酸、2，2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)中的一种。

上述方法，包括以下步骤：

S1.热水预抽提：

将甘蔗渣与水混合，然后进行升温和保温；

S2.第一段漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣与水混合，调节pH和温度后，加入漆酶和介体混合均匀，然后通入空气或氧气在搅拌条件下反应，将处理后的甘蔗渣浆过滤，得到甘蔗渣浆和滤液；

S3.第二段漆酶生物处理：

对步骤S2所得的甘蔗渣浆进行磨浆，磨浆后过滤得到磨浆浆料，然后向磨浆浆料中加入步骤S2所得的滤液，调节浆浓、pH和温度，通入空气或氧气在搅拌条件下反应，得到甘蔗渣本色机械浆。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用漆酶和介体对甘蔗渣进行漆酶生物处理，漆酶催化反应条件温和，唯一的产物是水，整个工艺流程不使用化学药品，解决了环境污染问题。漆酶协同介体在氧气存在的条件下可以同时降解酚型木质素结构单元和非酚型木质素结构单元，甘蔗渣中的大部分木质素得到降解，制得的甘蔗渣本色机械浆滤水性能好，制成纸页后，纸页的各项物理性能均有显著提高。

(2)本发明分成两段漆酶生物处理，第一段漆酶生物处理使纤维润胀的同时脱除部分暴露在甘蔗渣原料表面的木质素，使磨浆处理时纤维分离及分丝帚化程度提高，进而暴露出更多的木质素，第二段漆酶生物处理进一步脱除磨浆处理后暴露的木质素，提高了漆酶降解木质素的效率，从而使更多的木质素得到降解，同时可以起到稳定浆料质量，改善浆料强度的作用。与只有一段漆酶生物处理制得的甘蔗渣本色机械浆相比，进行两段漆酶生物处理制得的甘蔗渣本色机械浆的打浆度明显降低，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数均有显著提高。

(3)本发明在对甘蔗渣进行第一段漆酶生物处理之前先对甘蔗渣进行热水预抽提，可以将甘蔗渣原料中大约40％～90％的半纤维素与一部分木质素分离，同时使残余木质素分子量降低，木质素分子中酚羟基含量增加，有利于后续漆酶的脱木质素作用。与未经热水预抽提制得的甘蔗渣本色机械浆相比，经热水预抽提制得的甘蔗渣本色机械浆的打浆度明显降低，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数均有显著提高。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明的精神和实质情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的简单修改或替换，均属于本发明的范围。若无特殊说明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，具体步骤如下：

①热水预抽提：

将甘蔗渣原料按液比1:2与水混合，在可控温蒸煮器中进行热水预抽提，热水预抽提的工艺条件为：从常温升温至85℃，升温时间为10min，保温时间为5min。

②第一段漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣按1:5的液比与水混合，调节pH＝2，温度为15℃，加入漆酶和1-羟基苯并三唑混合均匀，然后通入空气在搅拌条件下反应1min，将处理后的甘蔗渣浆过滤，得到甘蔗渣浆和滤液。其中，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为5IU，每100克绝干甘蔗渣对应1-羟基苯并三唑用量为0.05。

③第二段漆酶生物处理：

对步骤②所得的甘蔗渣浆进行机械磨浆，磨浆后过滤以去除多余水分得到磨浆浆料，然后向磨浆浆料中加入步骤②所得的滤液，调节浆浓至1％，pH＝2，温度为15℃，通入空气在搅拌条件下反应10min，得到甘蔗渣本色机械浆。

④对步骤③制得的甘蔗渣本色机械浆进行洗涤和筛选，所得到的甘蔗渣本色机械浆可直接进行打浆抄纸。

本实施例制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度46°SR，纸页白度40％ISO、撕裂指数3.27mN·m²/g、耐折度11次、抗张指数6.09N·m/g。

实施例2

利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，具体步骤如下：

①热水预抽提：

将甘蔗渣原料按液比1:10与水混合，在可控温蒸煮器中进行热水预抽提，热水预抽提的工艺条件为：从常温升温至300℃，升温时间为100min，保温时间为120min。

②第一段漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣按1:20的液比与水混合，调节pH＝9，温度为75℃，加入漆酶和紫脲酸混合均匀，然后通入氧气在搅拌条件下反应100min，将处理后的甘蔗渣浆过滤，得到甘蔗渣浆和滤液。其中，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为200IU，每100克绝干甘蔗渣对应紫脲酸用量为2g。

③第二段漆酶生物处理：

对步骤②所得的甘蔗渣浆进行机械磨浆，磨浆后过滤以去除多余水分得到磨浆浆料，然后向磨浆浆料中加入步骤②所得的滤液，调节浆浓至50％，pH＝9，温度为75℃，通入氧气在搅拌条件下反应500min，得到甘蔗渣本色机械浆。

④对步骤③制得的甘蔗渣本色机械浆进行洗涤和筛选，所得到的甘蔗渣本色机械浆可直接进行打浆抄纸。

本实施例制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度30°SR，纸页白度46％ISO、撕裂指数4.76mN·m²/g、耐折度24次、抗张指数8.81N·m/g。

实施例3

利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，具体步骤如下：

①热水预抽提：

将甘蔗渣原料按液比1:8与水混合，在可控温蒸煮器中进行热水预抽提，热水预抽提的工艺条件为：从常温升温至160℃，升温时间为30min，保温时间为60min。

②第一段漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣按1:10的液比与水混合，调节pH＝5，温度为60℃，加入漆酶和对羟基苯甲酸混合均匀，然后通入氧气在搅拌条件下反应60min，将处理后的甘蔗渣浆过滤，得到甘蔗渣浆和滤液。其中，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为20IU，每100克绝干甘蔗渣对应对羟基苯甲酸用量为0.5g。

③第二段漆酶生物处理：

对步骤②所得的甘蔗渣浆进行机械磨浆，磨浆后过滤以去除多余水分得到磨浆浆料，然后向磨浆浆料中加入步骤②所得的滤液，调节浆浓至5％，pH＝5，温度为60℃，通入氧气在搅拌条件下反应60min，得到甘蔗渣本色机械浆。

④对步骤③制得的甘蔗渣本色机械浆进行洗涤和筛选，所得到的甘蔗渣本色机械浆可直接进行打浆抄纸。

本实施例制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度32°SR，纸页白度50％ISO、撕裂指数7.84mN·m²/g、耐折度27次、抗张指数13.43N·m/g。

由实施例1～3的结果得出，由本发明的方法制得的甘蔗渣本色机械浆滤水性能好，制成纸页后，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数高。

对比例1

与实施例3不同的是，对比例1在第一段漆酶生物处理中不添加介体对羟基苯甲酸。

对比例1制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度50°SR，纸页白度35％ISO、撕裂指数2.56mN·m²/g、耐折度9次、抗张指数5.67N·m/g。

由实施例3和对比例1的结果得出，与不添加介体相比，在第一段漆酶生物处理中添加介体制得的甘蔗渣本色机械浆的打浆度明显降低，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数均有显著提高。这是因为在单独作用的情况下，漆酶可以降解甘蔗渣中的酚型木质素结构单元；而添加介体，漆酶协同介体在氧气存在的条件下可以同时降解酚型木质素结构单元和非酚型木质素结构单元，甘蔗渣中的大部分木质素得到降解。

对比例2

与实施例3不同的是，对比例2不分两段漆酶生物处理，只进行一段漆酶生物处理，具体步骤如下：

①热水预抽提：

将甘蔗渣原料按液比1:8与水混合，在可控温蒸煮器中进行热水预抽提，热水预抽提的工艺条件为：从常温升温至160℃，升温时间为30min，保温时间为60min。

②漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣按1:10的液比与水混合，调节pH＝5，温度为60℃，加入漆酶和对羟基苯甲酸混合均匀，然后通入氧气在搅拌条件下反应120min，得到处理后的甘蔗渣浆。其中，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为20IU，每100克绝干甘蔗渣对应对羟基苯甲酸用量为0.5g。

③机械磨浆处理：

将步骤②所得的甘蔗渣浆进行机械磨浆，得到甘蔗渣本色机械浆。

④对步骤③制得的甘蔗渣本色机械浆进行洗涤和筛选，所得到的甘蔗渣本色机械浆可直接进行打浆抄纸。

对比例2制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度46°SR，纸页白度44％ISO、撕裂指数5.18mN·m²/g、耐折度14次、抗张指数11.39N·m/g。

由实施例3和对比例2的结果得出，与只进行一段漆酶生物处理制得的甘蔗渣本色机械浆相比，进行两段漆酶生物处理制得的甘蔗渣本色机械浆的打浆度明显降低，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数显著提高。这是因为进行两段漆酶生物处理的过程中第一段漆酶生物处理可以使纤维润胀的同时脱除部分暴露在甘蔗渣原料表面的木质素，使在机械磨浆处理时纤维分离及分丝帚化程度提高，进而暴露出更多的木质素，第二段漆酶生物处理进一步脱除磨浆处理后暴露的木质素，提高了漆酶降解木质素的效率，从而使更多的木质素得到降解。而只进行一段漆酶生物处理时，磨浆前甘蔗渣原料的纤维未经润胀，使在后续漆酶处理时，木质素降解效果差，在磨浆过程中纤维分离及分丝帚化程度较低。

对比例3

与实施例3不同的是，对比例3没有进行步骤①热水预抽提。

对比例3制得的甘蔗渣本色机械浆质量为：打浆度55°SR，纸页白度28％ISO、撕裂指数1.47mN·m²/g、耐折度4次、抗张指数4.73N·m/g。

由实施例3和对比例3的结果得出，在对甘蔗渣进行第一段漆酶生物处理之前先对甘蔗渣进行热水预抽提制得的甘蔗渣本色机械浆，与未经热水预抽提制得的甘蔗渣本色机械浆相比，其打浆度明显降低，纸页的白度、撕裂指数、耐折度和抗张指数显著提高。这是因为热水预抽提可以将甘蔗渣原料中大约40％～90％的半纤维素与一部分木质素分离，同时使残余木质素分子量降低，木质素分子中酚羟基含量增加，有利于后续漆酶的脱木质素作用。

Claims (6)

1.一种利用漆酶处理甘蔗渣制备本色机械浆的方法，其特征在于，对甘蔗渣进行热水预抽提，采用漆酶和介体对热水预抽提后的甘蔗渣进行第一段漆酶生物处理，将第一段漆酶生物处理后的甘蔗渣浆进行磨浆，然后采用第一段漆酶生物处理后的滤液对磨浆浆料进行第二段漆酶生物处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段漆酶生物处理的工艺条件为：甘蔗渣与水混合的液比为1:5～20，反应pH值为2.0～9.0，反应温度为15～75℃，反应时间为1～100min，每克绝干甘蔗渣对应漆酶用量为5～200IU，每100克绝干甘蔗渣对应介体用量为0.05～2g。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二段漆酶生物处理的工艺条件为：浆浓为1％～50％，反应pH值为2.0～9.0，反应温度为15～75℃，反应时间为10～500min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热水预抽提的工艺条件为：甘蔗渣与水混合的液比为1:2～10，从常温升温至85～300℃，升温时间为10～100min，保温时间为5～120min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介体为对羟基苯甲酸、紫脲酸、1-羟基苯并三唑、丁香酸甲酯、没食子酸、2，2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)中的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.热水预抽提：

将甘蔗渣与水混合，然后进行升温和保温；

S2.第一段漆酶生物处理：

将热水预抽提后的甘蔗渣与水混合，调节pH和温度后，加入漆酶和介体混合均匀，然后通入空气或氧气在搅拌条件下反应，将处理后的甘蔗渣浆过滤，得到甘蔗渣浆和滤液；

S3.第二段漆酶生物处理：

对步骤S2所得的甘蔗渣浆进行磨浆，磨浆后过滤得到磨浆浆料，然后向磨浆浆料中加入步骤S2所得的滤液，调节浆浓、pH和温度，通入空气或氧气在搅拌条件下反应，得到甘蔗渣本色机械浆。