CN114182555B - 一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法及其在制备纸吸管中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法及其在制备纸吸管中的应用，属于制浆技术领域。本发明主要提供了一种用于预处理秸秆的复合酶制剂，所述的复合酶制剂是将纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液按体积比(10～15)：(30～41)：(20～30)：(45～55)：(25～35)：(15～25)复配得到，同时加入复合酶制剂0.1～0.5wt％的鼠李糖脂，在秸秆的生物预处理中，各酶间协同增效，共同促进木质纤维素中非纤维素成分的高效降解。本发还明将制浆进行延伸，初步探究了利用秸秆造纸浆料进行纸吸管的制备，并对纸吸管的各项指标进行初步检验，所得纸吸管机械性能优异。

Description

一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法及其在制备纸吸 管中的应用
技术领域
本发明涉及一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法及其在制备纸吸管中的应用，属于制浆技术领域。
背景技术
造纸工业是重要的材料产业，但近年来国内木浆造纸出现原料紧缺现象，而草浆造纸的成本低廉，国内丰富的秸秆资源亟待被开发利用。
中国专利文献CN109734947A(申请号201910063921.5)公开了一种全生物降解秸秆吸管及其制备方法。是将经过预处理的秸秆管于纤维素溶液中浸泡，然后取出于空气中凝胶化以在秸秆管表面形成纤维素胶体膜，再将秸秆管置于蒸馏水中进行溶剂交换，自然风干后得到秸秆吸管。上述技术所制备的吸管虽可降解，但并未改变秸秆本身结构，是对秸秆的直接利用以制备吸管，所制备吸管脆性高，可重复利用性低，而目前国内纸吸管主要是通过秸秆制浆造纸继而通过后续加工才来制备的。
天然秸秆表面的蜡质层会致使草浆造纸过程中碱液难以渗入，纤维素得率低、杂质多、品质差。在实际生产中还需加入大量化学药剂实现氢氧化钠的有效渗入，从而提高秸秆中纤维素的得率。传统氧碱制浆工艺大量用碱，伴随产生大量含残余木质素和化学物质的有机废液，已对环境造成了严重污染。因此，调整草浆造纸工艺以有效提高造纸助剂渗入率，继而开发高品质、高性能的草浆造纸终端产品已经迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提出一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法及其在制备纸吸管中的应用。
本发明的秸秆制浆方法，在化学制浆之前先对原料进行复合酶制剂预处理，显著降低化学制浆过程中的化学制剂加量，减少过程废水与造纸黑液的排放，清洁环保。同时复合酶制剂预处理及化学制浆后所得成纸性能优异，在吸水性、机械强度等方面相较传统造纸法有显著提升。
本发明的技术方案如下：
一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆挤压、清洗、晾干，润涨后加入复合酶制剂进行预处理，得秸秆粗浆；
(2)将秸秆粗浆过滤后得到的制浆原料，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，高温蒸煮，碱法制浆；
(3)将步骤(2)制得的浆料打浆后得秸秆造纸浆料；
在步骤(1)中采用的复合酶制剂包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为(10～15)：(30～41)：(20～30)：(45～55)：(25～35)：(15～25)，再加入复合酶制剂0.1～0.5wt％的鼠李糖脂。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述复合酶制剂的加量为秸秆干重的0.02～0.1％。
根据本发明优选的，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为10：30：20：45：25：15。
根据本发明优选的，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为13：35：25：50：30：20。
根据本发明优选的，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：35：25。
进一步优选的，所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为9-11万U/mL，优选为10万U/mL。
根据本发明优选的，步骤(1)加入复合酶制剂后在预处理体系中各酶的酶活为：纤维素酶10～15U/mL、木聚糖酶30～41U/mL、漆酶20～30U/mL、木素过氧化物酶45～55U/mL、果胶酶25～35U/mL和脂肪酶15～25U/mL，上述酶活可以达到最好的木质素分离效果。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述润涨是加水浸润1～2天。
根据本发明优选的，步骤(1)中所述预处理为：46～49℃、pH4.5～5.0的条件下酶解7～8小时。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述氢氧化钠加入量为秸秆干重的0.5％～10％，所述蒽醌的加入量为秸秆干重的0.005％～0.1％。
根据本发明优选的，步骤(3)所述打浆在打浆度为40±2停止打浆。
根据本发明优选的，步骤(3)中所得秸秆造纸浆料的得浆率为42～43％，进一步优选为42.1～42.7％；白度为30～34％，进一步优选为30.5～33.8％；抗张指数为85～94N·m/g，进一步优选为85.62～93N·m/g；湿抗张指数为1～2N·k/g，进一步优选为1.21～1.53N·k/g。
本发明的复合酶制剂中，纤维素酶起到疏松秸秆纤维中纤维素与木质素的作用；木聚糖酶可降解木质纤维素碳水化合物复合体的半纤维素部分，利于木质素的降解和溶出；木素过氧化物酶可单独氧化非酚型结构木质素；漆酶氧化酚型结构木质素；果胶酶处理溶解胶体物质；脂肪酶协同漆酶可去除秸秆表面蜡质，提高蒸煮效率。
本申请复合酶制剂的加入量是在综合考虑酶的使用与降解效率基础上，发现上述范围的加入量，既可以节省复合酶制剂的使用量，处理时间适中，降解效果适宜，虽然增加加入量可以加快降解，但是成本也比较高。
本申请上述酶解温度及时间的选择，可以更好的保证木质素的分离。
本申请所述复合酶制剂中加入的表面活性剂鼠李糖脂作用是加入表面活性剂可较大程度上提高木质素的酶解效率，实现产品增效。
上述制备得到的秸秆造纸浆料在制备纸吸管中的应用。
根据本发明优选的，所述应用是将上述制备得到的秸秆造纸浆料进行抄纸，在抄纸过程中加入施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)与湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂(PAE)，后按照本领域常规操作进行抄纸得吸管纸；将吸管纸沿纸吸管机方向分切为矩形纸条，通过单缝纸吸管成型设备将吸管纸进行部分搭边，在热风或超声波作用下将搭边部分粘合，制备纸吸管。
进一步优选的，所述施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.25～0.30wt％，优选0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.50～1.00wt％，优选0.75wt％。二者加入可以提高吸管纸的纸张强度与抗水性能。
根据本发明优选的，所述纸吸管的环压指数为11～12N·k/g，进一步优选为11.57～11.92N·k/g；挺度为3～5mN·m，进一步优选为3.51～4.42mN·m；吸收性为48～55g/m，进一步优选为48.98～53.39g/m。
一种纸吸管，采用上述制备得到的秸秆造纸浆料制备得到。
根据本发明优选的，所述纸吸管的环压指数为11～12N·k/g，进一步优选为11.57～11.92N·k/g；挺度为3～5mN·m，进一步优选为3.51～4.42mN·m；吸收性为48～55g/m，进一步优选为48.98～53.39g/m。
上述操作步骤未详细说明的，均按照本领域常规操作进行。
本发明的技术特点：
针对秸秆制浆，本发明主要提供了一种用于预处理秸秆的复合酶制剂，所述的复合酶制剂是将纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液按体积比(10～15)：(30～41)：(20～30)：(45～55)：(25～35)：(15～25)复配得到，同时加入复合酶制剂0.1～0.5wt％的鼠李糖脂；各酶在复合酶制剂中的作用如下：
纤维素酶：起到疏松秸秆中木质纤维素的作用，解决纤维素与木质素粘连导致木质素难以降解的问题，提高木质素去除效率，提高化学浆的打浆性能、降低打浆能耗，同时可促进纤维分丝帚化，有效改善纸浆纤维滤水性能和纤维成纸性能；
木聚糖酶：起到降解秸秆中的木质纤维素的作用，可使木质纤维素碳水化合物复合体的半纤维素部分降解，使半纤维素部分发生部分水解、降解反应，使低分子质量的降解和水解产物溶出，从而使纤维细胞壁发生润涨，出现“暂时毛孔”使原料孔隙增加，孔径上升有利于纤维素的降解和溶出，提高蒸煮液向原料内部扩散和渗透的速率，提高原料的蒸煮均匀性、可蒸煮性，改善纸浆脆性；
漆酶：降解秸秆纤维中的木质素生成酚自由基，氧化酚型结构木质素，提高纸张强度，对于木质素的降解可以使废水颜色淡化，降低BOD、COD等指标，同时具有纸浆树脂脱除的效果；
木素过氧化物酶：可单独氧化非酚型结构木质素，加快木质素的降解，有效降低磨浆能耗与用碱量，减少化学药品的用量和能源的消耗。
果胶酶：可有效降解韧皮植物纤维原料中的果胶质，形成易于分散的纤维束或单纤维，提高制浆得率，在蒸煮过程中可以破坏植物纤维的初生壁和胞间层，有助于化学药液的渗透，提高化学药液与木质素的反应速率，减少化学药品用量，缩短蒸煮时间；
脂肪酶：主要处理溶解胶体物质(DCS)，协同漆酶可去除秸秆表面蜡质，从而提高后续蒸煮效率，增加药品的渗透性，提高制浆得率等。
另外木聚糖酶可降低浆液的卡伯值，筛渣率，硬度等；果胶酶、木聚糖酶以及纤维素酶均能去除麦草表面角质层、软化纤维，且复配较单一酶预处理效果更佳。
表面活性剂鼠李糖脂的加入可以促进酶效力的发挥。阴离子型表面活性剂鼠李糖脂可以吸附在木质素表面并形成空间位阻和水合膜，从而可降低纤维素酶对木质素的非生产性吸收，同时促进高浓度固体基质的流动性，防止酶与木质素的无效吸附，增强木质纤维素的酶水解效率。
有益效果：
1、本发明提供了一种复合酶制剂，所述复合酶制剂包括以下组分：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，在预处理体系中各酶的酶活为纤维素酶10～15U/mL、木聚糖酶30～41U/mL、漆酶20～30U/mL、木素过氧化物酶45～55U/mL、果胶酶25～35U/mL和脂肪酶15～25U/mL，在秸秆的生物预处理中，各酶间协同增效，共同促进木质纤维素中非纤维素成分的高效降解。
2、本发明采用的是生物预处理结合化学制浆法制浆，在实际生产中不需要大规模改造制浆造纸生产车间及生产设备，只需在原有生产车间的基础上增加一个生物预处理车间，该技术设计思路清晰，适应性和普遍性强，产业化推广程度高；利用复合酶制剂进行生物预处理制浆，避免了大量化学制剂的使用，减少了传统化学制浆工艺中废水的排放，降低了企业的生产成本，技术先进，同时兼具环保性，符合国家节能减排战略。
3、本发明将制浆进行延伸，初步简单的探究了利用秸秆造纸浆料进行纸吸管的制备，并对于纸吸管的各项指标进行初步检验，所得纸吸管机械性能优异，具有巨大的应用潜力与广阔的应用前景，符合国家对于塑料制品的限制政策。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中涉及的试剂及药品，若无特殊说明，均为普通市售产品；实施例中涉及的实验操作及步骤，若无特殊说明，均按照本领常规操作进行。
实施例1
一种复合酶制剂包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为10：30：20：45：25：15，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法，包括如下步骤：
1)挤压与清洗：将秸秆进行挤压与清洗，晾干后备用，加水浸润2天；
2)酶制剂预处理：将浸润秸秆送入降解池，按照秸秆干重的0.03％加入上述复合酶制剂，混合均匀，加入复合酶制剂后在预处理体系中各酶的酶活为：纤维素酶10U/mL、木聚糖酶30U/mL、漆酶20U/mL、木素过氧化物酶45U/mL、果胶酶25U/mL和脂肪酶15U/mL，在46℃、pH4.5的条件下反应7小时；
3)过滤：将降解池中物料过滤后所得滤液排出至贮备罐，贮备罐中的滤液可继续投入降解池以循环利用；
4)碱法制浆：将步骤3)过滤得到的制浆原料转移至制浆池中，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，氢氧化钠加入量为秸秆干重的1％，所述蒽醌的加入量为秸秆干重的0.01％，高温蒸煮；
5)打浆：将高温蒸煮后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2停止打浆，得到秸秆造纸浆料。
将上述制备得到的秸秆造纸浆料进行抄纸，在抄造过程中加入施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)与湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂(PAE)两种造纸助剂，施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.75wt％，后按照本领域常规操作进行抄纸得吸管纸；将吸管纸沿纸吸管机方向分切为矩形纸条，通过单缝纸吸管成型设备将吸管纸进行部分搭边，在热风或超声波作用下将搭边部分粘合，制备纸吸管。
实施例2
一种复合酶制剂包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为13：35：25：50：30：20，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法，包括如下步骤：
1)挤压与清洗：将秸秆进行挤压与清洗，晾干后备用，加水浸润2天；
2)酶制剂预处理：将浸润秸秆送入降解池，按照秸秆干重的0.1％加入上述复合酶制剂，混合均匀，加入复合酶制剂后在预处理体系中各酶的酶活为：纤维素酶13U/mL、木聚糖酶35U/mL、漆酶25U/mL、木素过氧化物酶50U/mL、果胶酶30U/mL和脂肪酶20U/mL，在49℃、pH5.0的条件下反应8小时；
3)过滤：将降解池中物料过滤后所得滤液排出至贮备罐，贮备罐中的滤液可继续投入降解池以循环利用；
4)碱法制浆：将步骤3)过滤得到的制浆原料转移至制浆池中，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，氢氧化钠加入量为秸秆干重的8％，所述蒽醌的加入量为秸秆干重的0.07％，高温蒸煮；
5)打浆：将高温蒸煮后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2停止打浆，得到秸秆造纸浆料。
将上述制备得到的秸秆造纸浆料进行抄纸，在抄造过程中加入施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)与湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂(PAE)两种造纸助剂，施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.75wt％，后按照本领域常规操作进行抄纸得吸管纸；将吸管纸沿纸吸管机方向分切为矩形纸条，通过单缝纸吸管成型设备将吸管纸进行部分搭边，在热风或超声波作用下将搭边部分粘合，制备纸吸管。
实施例3
一种复合酶制剂包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法，包括如下步骤：
1)挤压与清洗：将秸秆进行挤压与清洗，晾干后备用，加水浸润2天；
2)酶制剂预处理：将浸润秸秆送入降解池，按照秸秆干重的0.05％加入上述复合酶制剂，混合均匀，加入复合酶制剂后在预处理体系中各酶的酶活为：纤维素酶15U/mL、木聚糖酶40U/mL、漆酶30U/mL、木素过氧化物酶55U/mL、果胶酶35U/mL和脂肪酶25U/mL，在48℃、pH4.8的条件下反应8小时；
3)过滤：将降解池中物料过滤后所得滤液排出至贮备罐，贮备罐中的滤液可继续投入降解池以循环利用；
4)碱法制浆：将步骤3)过滤得到的制浆原料转移至制浆池中，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，氢氧化钠加入量为秸秆干重的5％，所述蒽醌的加入量为秸秆干重的0.05％，高温蒸煮；
5)打浆：将高温蒸煮后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2停止打浆，得到秸秆造纸浆料。
将上述制备得到的秸秆造纸浆料进行抄纸，在抄造过程中加入施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)与湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂(PAE)两种造纸助剂，施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.75wt％，后按照本领域常规操作进行抄纸得吸管纸；将吸管纸沿纸吸管机方向分切为矩形纸条，通过单缝纸吸管成型设备将吸管纸进行部分搭边，在热风或超声波作用下将搭边部分粘合，制备纸吸管。
对比例1
一种复合酶制剂不含纤维素酶，包括：木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为40：30：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例2
一种复合酶制剂不含木聚糖酶，包括：纤维素酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：30：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例3
一种复合酶制剂不含漆酶，包括：纤维素酶、木聚糖酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例4
一种复合酶制剂不含木素过氧化物酶，包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例5
一种复合酶制剂不含果胶酶，包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例6
一种复合酶制剂不含脂肪酶，包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶和果胶酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液和果胶酶液的体积比为15：40：30：55：35，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液和果胶酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例7
一种预处理酶制剂，仅含有纤维素酶，制剂形式为酶液，纤维素酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例8
一种预处理酶制剂，仅含有木聚糖酶，制剂形式为酶液，木聚糖酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例9
一种预处理酶制剂，仅含有漆酶，制剂形式为酶液，漆酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例10
一种预处理酶制剂，仅含有木素过氧化物酶，制剂形式为酶液，木素过氧化物酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例11
一种预处理酶制剂，仅含有果胶酶，制剂形式为酶液，果胶酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例12
一种预处理酶制剂，仅含有脂肪酶，制剂形式为酶液，脂肪酶液的酶活为10万U/mL。
将上述酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例13
采用化学制浆法不经复合酶制剂预处理制备秸秆浆料，具体步骤如下：
1)挤压与清洗：将秸秆进行挤压与清洗，晾干后备用，加水浸润2天；
2)碱法制浆：将浸润秸秆转移至制浆池中，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，氢氧化钠的加入量为秸秆干重的5％，蒽醌的加入量为秸秆干重的0.05％，高温蒸煮；
3)打浆：将高温蒸煮后的浆料转移至筛浆机，收集符合抄纸条件的纤维，铺入打浆机进行打浆，打浆度在40±2停止打浆，得到秸秆造纸浆料。
将上述得到的秸秆造纸浆料用于纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例14
一种复合酶制剂，与实施例3的不同之处在于以表面活性剂PEG400替代表面活性剂鼠李糖脂，包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的PEG400；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例15
一种复合酶制剂，与实施例3的不同之处在于以表面活性剂槐糖脂替代表面活性剂鼠李糖脂，包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：35：25，同时加入复合酶制剂0.1wt％的槐糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例16
一种复合酶制剂，与实施例3的不同之处在于以甘露聚糖酶代替木聚糖酶，包括：纤维素酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶、脂肪酶和甘露聚糖酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液、脂肪酶液和甘露聚糖酶液的体积比为15：30：55：35：25：40，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液、脂肪酶液和甘露聚糖酶液的酶活均为10万U/mL。
甘露聚糖酶是能将甘露聚糖降解成低聚甘露糖和甘露糖的一类酶的总称，主要包括β-1,4-内切甘露聚糖酶、β-1,4-外切甘露聚糖酶和β-甘露糖苷酶，β-甘露聚糖是半纤维素家族中的重要一员，也是植物细胞壁中重要的结构成分，连同木聚糖可以占到半纤维素的2/3以上。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
对比例17
一种复合酶制剂，与实施例3的不同之处在于以锰过氧化物酶代替漆酶，包括：纤维素酶、木聚糖酶、木素过氧化物酶、果胶酶、脂肪酶和锰过氧化物酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液、脂肪酶液和锰过氧化物酶液的体积比为15：40：55：35：25：30，同时加入复合酶制剂0.1wt％的鼠李糖脂；所述纤维素酶液、木聚糖酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液、脂肪酶液和锰过氧化物酶液的酶活均为10万U/mL。
锰过氧化物酶是一种催化木质素中酚型结构氧化降解的酶。
将上述复合酶制剂应用于秸秆制浆及纸吸管制备，步骤与实施例3相同。
结果分析：
对本发明实施例和对比例所得造纸浆料和纸吸管分别进行得浆率、白度、抗张强度、挺度、环压强度和吸收性等性能检测。
其中，得浆率的计算公式：得浆率(％)＝m1/m，m1为麦草秸秆造纸浆料干重，m为原料干重；
测定抗张强度、湿抗张强度、环压强度、挺度和吸收性等检测方法分别参照国家标准GB/T 12914—2018、GB/T 465.8—2008、GB/T 22364—2018、GB/T 2679.8—1995和GB/T1540—1989测定，白度、抗张、环压分别使用白度测定仪、卧式纸张抗张强度测试仪和环压强度测试仪检测，检测结果如下表1所示。
表1.本发明的实施例和对比例制得的造纸浆料和纸吸管性能
Figure BDA0003415996570000101
由实施例1～3可以看出，本发明提供的复合酶制剂对秸秆进行预处理，所得造纸浆料的得浆率高于42％，为42.1～42.7％，白度高于30％，为30.5～33.8％，抗张指数大于85.62N·m/g，为85.62～93N·m/g，湿抗张指数大于1.21N·k/g，为1.21～1.53N·k/g；所得到的纸吸管环压指数大11.57N·k/g，为11.57～11.92N·k/g，挺度大于3.51mN·m，为3.51～4.42mN·m，吸收性大于48.98g/m，为48.98～53.39g/m。表明本发明提供的采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法在得浆率和白度上满足需求，所制得纸吸管的机械性能也较优异。
由对比例1～6可知，改变复合酶制剂中的酶种类，减少其中的一种酶液，均达不到六种酶协同作用的效果，当复合酶制剂中不含有纤维素酶、木聚糖酶时，秸秆的制浆效果明显变差；当复合酶制剂不含脂肪酶时，由于秸秆表面蜡质影响，效果最差。通过对比例7～12进一步验证了复合酶制剂中六种酶的协同增效作用。
由对比例13可知，通过对比本发明的采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法(实施例1～3)和单纯的化学制浆法(对比例13)，发现本发明的秸秆制浆方法的制浆效果更好，且避免了大量化学制剂的使用。
由对比例14和对比例15可知，同样是生物型表面活性剂，相对于槐糖脂和PEG400，本发明采用的鼠李糖脂对于秸秆制浆效果更好。本发明采用生物型表面活性剂鼠李糖脂作为增效剂，促进复合酶制剂对秸秆的降解作用，具有绿色、无毒、可降解的优良特性。
由对比例16、17可知，以甘露聚糖酶代替本发明酶制剂中的木聚糖酶或以锰过氧化物酶代替本发明酶制剂中的漆酶后，制浆效果与纸吸管成品质量均达不到本发明中六种酶协同作用的结果。虽然木聚糖酶与甘露聚糖酶二者同属半纤维素酶，可降解木质纤维素碳水化合物复合体的半纤维素部分，使半纤维素部分发生部分水解、降解反应，但甘露聚糖酶代替本发明酶制剂中的木聚糖酶后，其技术效果不及本发明的六种酶组成的复合酶制剂。而漆酶与锰过氧化物酶都可以氧化酚型结构木质素，但锰过氧化物酶代替本发明酶制剂中的漆酶后同样不及本发明的六种酶组成的复合酶制剂。说明本发明酶制剂中的六种酶的组合具有其特异性，可以在制浆过程中起到很好的协同增效作用。

Claims (13)

1.一种采用复合酶制剂预处理的秸秆制浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将秸秆挤压、清洗、晾干，润涨后加入复合酶制剂进行预处理，得秸秆粗浆；
（2）将秸秆粗浆过滤后得到的制浆原料，加水搅拌，再加入氢氧化钠和蒽醌，高温蒸煮，碱法制浆；
（3）将步骤（2）制得的浆料打浆后得秸秆造纸浆料；
在步骤（1）中采用的复合酶制剂包括：纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、木素过氧化物酶、果胶酶和脂肪酶，以酶液的形式复配得到，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为（10~15）：（30~41）：（20~30）：（45~55）：（25~35）：（15~25），所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为9-11万U/mL；再加入复合酶制剂0.1~0.5wt％的鼠李糖脂；
在步骤（1）中所述复合酶制剂的加入量为秸秆干重的0.02~0.1%；
在步骤（1）中所述预处理为：46~49 ℃、pH4.5~5.0的条件下酶解7~8小时。
2.如权利要求1所述的秸秆制浆方法，其特征在于，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为10：30：20：45：25：15。
3.如权利要求1所述的秸秆制浆方法，其特征在于，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为13：35：25：50：30：20。
4.如权利要求1所述的秸秆制浆方法，其特征在于，所述复合酶制剂在复配时纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的体积比为15：40：30：55：35：25。
5.如权利要求1或2所述的秸秆制将方法，其特征在于，所述纤维素酶液、木聚糖酶液、漆酶液、木素过氧化物酶液、果胶酶液和脂肪酶液的酶活均为10万U/mL。
6.如权利要求1所述的秸秆制浆方法，其特征在于，满足以下条件之一项或多项：
i. 步骤（1）加入复合酶制剂后在预处理体系中各酶的酶活为：纤维素酶10~15 U/mL、木聚糖酶30~41 U/mL、漆酶20~30 U/mL、木素过氧化物酶45~55 U/mL、果胶酶25~35 U/mL和脂肪酶15~25 U/mL；
ii. 步骤（1）中所述润涨是加水浸润1~2天；
iii. 步骤（2）中所述氢氧化钠加入量为秸秆干重的0.5%～10%，所述蒽醌的加入量为秸秆干重的0.005%～0.1%；
iv. 步骤（3）所述打浆在打浆度为40±2°SR停止打浆；
v. 步骤（3）中所得秸秆造纸浆料的得浆率为42.1~42.7%，白度为30.5~33.8%，抗张指数为85.62~93 N·m/g，湿抗张指数为1.21~1.53 N·k/g。
7.按照权利要求1所述的方法制备得到的秸秆造纸浆料在制备纸吸管中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用是将按照权利要求1所述的方法制备得到的秸秆造纸浆料进行抄纸，在抄纸过程中加入施胶剂烷基烯酮二聚体(AKD)与湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂（PAE），后进行抄纸得吸管纸；将吸管纸沿纸吸管机方向分切为矩形纸条，通过单缝纸吸管成型设备将吸管纸进行部分搭边，在热风或超声波作用下将搭边部分粘合，制备纸吸管。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.25~0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.50~1.00wt％。
10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述施胶剂烷基烯酮二聚体的用量为秸秆造纸浆料的0.30wt％；湿强剂聚酰胺聚胺-表氯醇树脂的用量为秸秆造纸浆料的0.75wt％。
11.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述纸吸管的环压指数为11.57~11.92N·k/g，挺度为3.51~4.42 mN·m，吸收性为48.98~53.39 g/m2。
12.一种纸吸管，其特征在于，采用按照权利要求1所述的方法制备得到的秸秆造纸浆料制备得到。
13.如权利要求12所述的纸吸管，其特征在于，所述纸吸管的环压指数为11.57~11.92N·k/g，挺度为3.51~4.42 mN·m，吸收性为48.98~53.39 g/m2。
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