CN114480363B - 一种提高纤维素酶处理浆料纤维效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固定化纤维素酶及其制备方法和应用，属于造纸技术领域。本发明将纤维素纳米纤维液和纤维素酶酶液混合，得到固定化纤维素酶。本发明提供的固定化纤维素酶在提高生物酶处理浆料效率的同时能够保持纸页的强度。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及一种固定化纤维素酶及其制备方法和应用。
背景技术
在全球碳达峰、碳中和的大背景下，如何降低造纸工业的碳排放日益引起人们的关注。生物酶技术作为一种绿色化工技术能够降低造纸工业的能源消耗，提高造纸工艺过程的环境友好性。目前生物酶在生活用纸生产中用于打浆过程，降低打浆能耗、提高纤维性能，但是存在着生物酶作用效率低的问题。为了提高生物酶的作用效率，往往需要增加生物酶的用量，但生物酶的用量提高后，伴随着酶对纤维素的分解程度也相应提高，造成纸页强度下降。如何提高生物酶处理浆料纤维效率的同时保持纸页的强度性能是生活用纸生产中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定化纤维素酶及其制备方法和应用，本发明提供的固定化纤维素酶在提高生物酶处理浆料效率的同时能够保持纸页的强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种固定化纤维素酶的制备方法，包括以下步骤：
将纤维素纳米纤维液和纤维素酶酶液混合，得到固定化纤维素酶。
优选的，所述混合的温度为30～50℃。
优选的，所述纤维素纳米纤维液的质量浓度为0.1～1.0％。
优选的，所述纤维素酶酶液中纤维素酶的质量浓度为0.1～0.5％。
优选的，所述纤维素酶酶液与纤维素纳米纤维液的质量比为5:2。
优选的，所述纤维素纳米纤维液中纤维素纳米纤维的长度为1～100nm。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的固定化纤维素酶。
本发明提供了上述方案所述固定化纤维素酶在造纸打浆中的应用。
优选的，所述固定化纤维素酶的添加量为浆料质量的0.005～0.05％。
优选的，所述造纸打浆的浆料为针叶木硫酸盐浆、阔叶木硫酸盐浆、竹浆或苇浆。
本发明提供了一种固定化纤维素酶的制备方法，包括以下步骤：将纤维素纳米纤维液和纤维素酶酶液混合，得到固定化纤维素酶。本发明将纤维素酶固定到纤维素纳米纤维表面，提高了纤维素酶的分散性，在纤维素酶用量较低的情况下就能获得较高的浆料处理效率，同时由于纤维素酶的用量降低因此不会降低纸页强度。
具体实施方式
本发明提供了一种固定化纤维素酶的制备方法，包括以下步骤：
将纤维素纳米纤维液和纤维素酶酶液混合，得到固定化纤维素酶。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
在本发明中，所述纤维素纳米纤维液中纤维素纳米纤维的长度优选为1～100nm，更优选为10～90nm，进一步优选为20～80nm。所述纤维素纳米纤维优选为针叶木漂白硫酸盐浆或阔叶木漂白硫酸盐浆制备的纤维素纳米纤维。
在本发明中，所述纤维素纳米纤维液的质量浓度优选为0.1～1.0％，更优选为0.2～0.8％，进一步优选为0.4～0.6％。所述纤维素纳米纤维液优选通过以下方法制备得到：利用纤维素酶处理针叶木硫酸盐浆后进行机械磨浆，经高压均质后得到。本发明对所述纤维素纳米纤维液制备过程的具体条件没有特殊要求，能够使得纤维素纳米纤维的长度达到1～100nm即可。
在本发明中，所述纤维素酶酶液中的纤维素酶优选为固体纤维素酶或液体纤维素酶；所述纤维素酶酶液的溶剂优选为水。
在本发明中，所述纤维素酶酶液中纤维素酶的质量浓度优选为0.1～0.5％，更优选为0.2～0.4％，进一步优选为0.25～0.35％。
在本发明中，所述纤维素酶酶液与纤维素纳米纤维液的质量比为5:2。
在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊要求，采用本领域熟知的搅拌速率即可。在本发明中，所述混合优选在水浴条件下进行，所述混合的温度优选为30～50℃，更优选为35～45℃。本发明通过控制混合的温度在上述范围，有利于实现纤维素酶的固定化。在本发明中，所述混合的保温时间优选为30～60min。本发明在所述混合过程中，纤维素酶被吸附到纤维素纳米纤维的表面，从而实现纤维素酶的固定。
完成所述混合后，本发明将所得混合液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的固定化纤维素酶。本发明得到的固定化纤维素酶分散在料液中，无需分离出来后续可以直接用于造纸打浆。
本发明提供了上述方案所述固定化纤维素酶在造纸打浆中的应用。
本发明对所述造纸打浆的实施过程没有特殊要求，采用本领域熟知的实施过程即可。在本发明中，所述固定化纤维素酶的添加量优选为浆料质量的0.005～0.05％，更优选为0.01～0.04％，进一步优选为0.02～0.03％。
在本发明中，所述造纸打浆的浆料优选为针叶木硫酸盐浆、阔叶木硫酸盐浆、竹浆或苇浆；所述浆料优选为原浆或漂白浆。所述浆料的浓度优选为0.1～1.0wt.％。本发明的固定化纤维素酶可以提高浆料纤维的打浆度，降低打浆能耗，提高纤维和纸页的柔软度，保持纸页的强度性能。
下面结合实施例对本发明提供的固定化纤维素酶及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
步骤1：将质量浓度为0.1％的纤维素酶酶液5.0g加入到质量浓度为0.1％、纤维长度为10nm的2.0g纤维素纳米纤维液中搅拌；
步骤2：在温度为30℃的水浴中保温30min；
步骤3：将步骤2的纤维素酶酶液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶；
步骤4：将步骤3中的固定化纤维素酶以0.005wt.％的用量加入到浓度为0.1wt.％的针叶木漂白硫酸盐浆浆料中，室温下处理5min；
步骤5：测定浆料纤维的打浆度、柔软度性能，与未固定化的纤维素酶处理相比，浆料打浆度提高了1°SR，纤维柔软度提高了5×1014/(N·m2)，处理后的浆料抄造成定量为20g/m2的纸页，纸页柔软度提高了2个单位，纸页强度性能提高了2.0Nm/g。
表1未固定化的纤维素酶和实施例1固定化纤维素酶处理对浆料和纸页性能的对比
| 未固定化的纤维素酶 | 实施例1固定化纤维素酶 | |
| 打浆度，°SR | 16 | 17 |
| 纤维柔软度，1014/(N·m2) | 22 | 27 |
| 纸页柔软度，TS7 | 33 | 31 |
| 纸页强度，Nm/g | 26.0 | 28.0 |
实施例2
步骤1：将质量浓度为0.5％的纤维素酶酶液5.0g加入到质量浓度为0.1％、纤维长度为100nm的2.0g纤维素纳米纤维液中搅拌；
步骤2：在温度为30℃的水浴中保温60min；
步骤3：将步骤2的纤维素酶酶液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶；
步骤4：将步骤3中的固定化纤维素酶以0.05wt.％的用量加入到浓度为1.0wt.％的阔叶木漂白硫酸盐浆浆料中，室温下处理30min；
步骤5：测定浆料纤维的打浆度、柔软度性能，与未固定化的纤维素酶处理相比，浆料打浆度提高了3°SR，纤维柔软度提高了10×1014/(N·m2)，处理后的浆料抄造成定量为30g/m2的纸页，纸页柔软度提高了7个单位，纸页强度性能提高了1.6Nm/g。
表2未固定化的纤维素酶和实施例2固定化纤维素酶处理对浆料和纸页性能的对比
| 未固定化的纤维素酶 | 实施例2固定化纤维素酶 | |
| 打浆度，°SR | 18 | 21 |
| 纤维柔软度，1014/(N·m2) | 28 | 38 |
| 纸页柔软度，TS7 | 40 | 33 |
| 纸页强度，Nm/g | 20.0 | 21.6 |
实施例3
步骤1：将质量浓度为0.05％的纤维素酶酶液5.0g加入到质量浓度为0.1％、纤维长度为50nm的2.0g纤维素纳米纤维液中搅拌；
步骤2：在温度为30℃的水浴中保温45min；
步骤3：将步骤2的纤维素酶酶液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶；
步骤4：将步骤3中的固定化纤维素酶以0.03wt.％的用量加入到浓度为0.8wt.％的本色竹浆浆料中，室温下处理20min；
步骤5：测定浆料纤维的打浆度、柔软度性能，与未固定化的纤维素酶处理相比，浆料打浆度提高了1°SR，纤维柔软度提高了5×1014/(N·m2)，处理后的浆料抄造成定量为25g/m2的纸页，纸页柔软度提高了3个单位，纸页强度性能提高了2.4Nm/g。
表3未固定化的纤维素酶和实施例3固定化纤维素酶处理对浆料和纸页性能的对比
| 未固定化的纤维素酶 | 固定化的纤维素酶 | |
| 打浆度，°SR | 16 | 17 |
| 纤维柔软度，1014/(N·m2) | 18 | 23 |
| 纸页柔软度，TS7 | 28 | 25 |
| 纸页强度，Nm/g | 28.0 | 30.4 |
实施例4
步骤1：将质量浓度为0.1％的纤维素酶酶液5.0g加入到质量浓度为0.1％、纤维长度为60nm的2.0g纤维素纳米纤维液中搅拌；
步骤2：在温度为30℃的水浴中保温40min；
步骤3：将步骤2的纤维素酶酶液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶；
步骤4：将步骤3中的固定化纤维素酶以0.01wt.％的用量加入到质量浓度为0.1wt.％的针叶木漂白硫酸盐浆浆料中，室温下处理35min；
步骤5：测定浆料纤维的打浆度、柔软度性能，与未固定化的纤维素酶处理相比，浆料打浆度提高了2°SR，纤维柔软度提高了8×1014/(N·m2)，处理后的浆料抄造成定量为20g/m2的纸页，纸页柔软度提高了5个单位，纸页强度性能提高了2.0Nm/g。
表4未处理浆料与未固定化的纤维素酶和实施例4固定化纤维素酶处理对浆料和纸页性能的对比
实施例5
步骤1：取两份质量浓度为0.5％的纤维素酶酶液和0.05％的纤维素酶酶液各5.0g，分别加入到质量浓度为0.1％、纤维长度为100nm的2.0g纤维素纳米纤维液中搅拌；
步骤2：在温度为30℃的水浴中保温60min；
步骤3：将步骤2的纤维素酶酶液冷却至室温，形成稳定的固定化纤维素酶；
步骤4：将步骤3中的固定化纤维素酶分别以0.05wt.％的用量和0.005wt.％的用量加入到浓度为1.0wt.％的阔叶木漂白硫酸盐浆浆料中，室温下处理45min；
步骤5：测定浆料纤维的打浆度、柔软度性能，对比两种不同配比的固定化酶溶液处理浆料，与0.005wt.％的用量的固定化酶溶液相比，0.05wt.％用量的固定化酶溶液作用以后，打浆度提高了3°SR，纤维柔软度提高了9×1014/(N·m2)，处理后的浆料抄造成定量为30g/m2的纸页，纸页柔软度提高了7个单位，纸页强度性能提高了1.6Nm/g。
表5未固定化的纤维素酶和与不同配比的固定化的纤维素酶处理对浆料和纸页性能的对比
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种固定化纤维素酶在造纸打浆中的应用；
所述固定化纤维素酶的制备方法包括以下步骤：
将纤维素纳米纤维液和纤维素酶酶液混合，得到固定化纤维素酶；
所述纤维素纳米纤维液中纤维素纳米纤维的长度为1～100nm；
所述混合的温度为30～50℃；
所述纤维素纳米纤维液的质量浓度为0.1～1.0％；
所述纤维素酶酶液中纤维素酶的质量浓度为0.1～0.5％；
所述纤维素酶酶液与纤维素纳米纤维液的质量比为5:2。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述固定化纤维素酶的添加量为浆料质量的0.005～0.05％。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述造纸打浆的浆料为针叶木硫酸盐浆、阔叶木硫酸盐浆、竹浆或苇浆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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