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Abstract

本发明涉及制浆技术领域，具体涉及一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法及产品。方法至少包括对小麦秸秆的复合菌剂预处理步骤和生物酶制剂二次处理步骤，其中复合菌剂预处理步骤是指利用含有解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲烷杆菌和黑曲霉的复合菌剂脱除小麦秸秆中的木素，生物酶制剂二次处理步骤是指利用含有木聚糖酶、果胶酶、淀粉酶和中性蛋白酶的生物酶制剂脱除小麦秸秆中的木素和半纤维素。本发明使用复合菌剂预处理和生物酶制剂二次处理对麦草中的木素、半纤维素进行脱除，降低了机械磨浆过程能耗，避免蒸煮预处理中的化学品用量，缩短蒸煮预处理时间，改善麦草浆成纸强度，减少制浆成本，并降低废液的污染负荷。

Description

一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法及 产品
技术领域
本发明涉及制浆技术领域，具体涉及一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法及产品。
背景技术
随着经济的日益发展，造纸行业占有越来越重要的地位。可持续发展理念的推进使造纸工业领域的科学技术有了新的方向和目标。在未来造纸工程科技发展中，依然把节能减排、生物质精炼技术作为转型升级的扶手和发展重点。
制浆造纸原料离不开草类纤维，主要是麦草等农作物秸秆。随着农作物产量的提高，农作物秸秆的产量也随之提高，秸秆焚烧、丢弃现象却尤为严重。但森林资源稀缺，制浆原料短缺，对进口纤维原料依赖性大，因此，为满足现阶段纤维原料的需求，必须加快调整造纸原料结构，高效合理利用现有草类资源，提高其制浆得率并探索清洁生产技术，显得尤为紧迫。
发明内容
针对森林资源稀缺，急需调整造纸原料结构的问题，本发明提供一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法及产品，使用复合菌剂预处理麦草，利用其降解作用对麦草中的木素进行一定脱除，再用生物酶制剂二次处理对麦草中的木素、半纤维素进行一定脱除，达到降低机械磨浆过程能耗的目的，并避免蒸煮预处理中的化学品用量，缩短蒸煮预处理时间，改善麦草浆成纸强度，减少制浆成本，并降低废液的污染负荷。
第一方面，本发明提供一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，至少包括对小麦秸秆的复合菌剂预处理步骤、生物酶制剂二次处理步骤和制浆步骤，
其中复合菌剂预处理步骤是指利用含有解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲烷杆菌和黑曲霉的复合菌剂脱除小麦秸秆中的木素，
生物酶制剂二次处理步骤是指利用含有木聚糖酶、果胶酶、淀粉酶和中性蛋白酶的生物酶制剂脱除小麦秸秆中的木素和半纤维素。
进一步的，复合菌剂预处理方法为在小麦秸秆上喷洒复合菌剂进行密封发酵培养，复合菌剂的用量为小麦秸秆绝干重的1%-2%，发酵温度为55-60℃，发酵时间为7-15天。
进一步的，复合菌剂中的好养芽孢杆菌细菌总数≥5.0×109cfu/mL，霉菌细胞总数≥2.0×1010cfu/g，甲烷杆菌细菌总数≥5.0×107cfu/mL；产酶：蛋白酶活力≥150U/g，糖化酶活力≥1800U/g，纤维素酶活力≥300U/g，木聚糖酶活力≥600U/g，果胶酶活力≥80U/g。
进一步的，生物酶制剂二次处理方法为洗涤复合菌剂预处理后的小麦秸秆，去除菌丝，使用柠檬酸调节pH到5，添加生物酶制剂处理10-12h。
进一步的，方法还包括在进行复合菌剂预处理前，将小麦秸秆在热水中进行浸泡、对辊挤压的原料预处理步骤。
进一步的，原料预处理的具体方法为将小麦秸秆按照液比1∶8-10，于55℃下浸泡，进行润涨处理，然后将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm。
进一步的，制浆步骤包括高浓磨磨浆、筛浆和PFI磨浆，其中高浓磨磨浆条件为3000-3500rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm；PFI磨浆至打浆度为40±3°SR。
第二方面，本发明提供一种采用上述方法制备的纸浆产品。
第三方面，本发明提供一种采用上述纸浆产品经抄纸制备的纸张，如瓦楞纸等。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明对于生物质资源的循环利用有重要意义，利用复合菌剂协同酶制剂进行处理，避免了化学试剂的使用，降低了制浆能耗；同时，取消了原料的蒸煮过程，在常温常压的条件下就能得到目标打浆度。
（2）根据麦草组分分离的需求，依据微生物组学和代谢组学理论，本发明系统优选了解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、甲烷杆菌和黑曲霉，通过发酵培养积累活性功能微生物、水解酶类，在麦草预处理过程中发挥分离纤维素、木素和半纤维素的作用。
（3）同时采用生物酶制剂处理，酶制剂具有反应条件温和、反应效率高的优势，在制浆造纸行业中还可以达到节约资源、降低制浆能耗的目的。此外，生物制浆过程中酶的添加会在一定程度上增加纸浆的亮度，改善纸浆的强度性能。
（4）本发明的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明具体实施方式中使用的复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌，甲烷杆菌，黑曲霉组成，其中好养芽孢杆菌细菌总数≥5.0×109cfu/mL，霉菌细胞总数≥2.0×1010cfu/g，甲烷杆菌细菌总数≥5.0×107cfu/mL；产酶：蛋白酶活力≥150U/g，糖化酶活力≥1800U/g，纤维素酶活力≥300U/g，木聚糖酶活力≥600U/g，果胶酶活力≥80U/g。
本发明具体实施方式中使用的生物酶制剂为诺维信木聚糖酶真菌500L型、中性蛋白酶0.8L型、利可来耐高温淀粉酶和果胶酶XXL型的组合，各型号酶制剂参数如表1所示。
表1 酶制剂型号及其活力
实施例1
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将1%（相对于小麦秸秆干重）的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤，去除菌丝；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量为1%（相对于小麦秸秆干重），55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
实施例2
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将2%（相对于小麦秸秆干重）的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤，去除菌丝；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量为2%（相对于小麦秸秆干重），55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
实施例3
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将3%（相对于小麦秸秆干重）的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤，去除菌丝；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量为2%（相对于小麦秸秆干重），55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
实施例4
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将1%（相对于小麦秸秆干重）的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤，去除菌丝；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量为2%（相对于小麦秸秆干重），55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例1
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将2%（相对于小麦秸秆干重）的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤，去除菌丝；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例2
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将1%（相对于小麦秸秆干重）的水均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量为2%（相对于小麦秸秆干重），55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对比例3
一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将2%（相对于小麦秸秆干重）的水均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天；
（4）洗涤；柠檬酸调节pH到5并添加2%（相对于小麦秸秆干重）的水，55℃处理10h；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸。
对通过实施例1-4和对比例1-3制备的纸张产品力学性能进行测定，结果如下表2所示。可以看出，本发明通过复合菌剂协同生物酶制剂处理，不仅降低了制浆能耗，避免了化学试剂使用导致的污染，同时，纸张的力学性能得到明显增强。
表2 各实施例、对比例纸张的力学性能
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用复合菌剂协同酶制剂进行小麦秸秆制浆的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将回收的小麦秸秆按照液比1∶10，于55℃下浸泡，进行润涨处理；
（2）将浸泡过的小麦秸秆对辊挤压至2-3cm；
（3）将相对于小麦秸秆干重2%的复合菌剂均匀喷洒于样品上，55-60℃下密封培养10天，脱除小麦秸秆中的木素；
复合菌剂由解淀粉芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌，甲烷杆菌，黑曲霉组成，其中好养芽孢杆菌细菌总数≥5.0×109cfu/mL，霉菌细胞总数≥2.0×1010cfu/g，甲烷杆菌细菌总数≥5.0×107cfu/mL；产酶：蛋白酶活力≥150U/g，糖化酶活力≥1800U/g，纤维素酶活力≥300U/g，木聚糖酶活力≥600U/g，果胶酶活力≥80U/g；
（4）洗涤，去除菌丝；柠檬酸调节pH到5并添加生物酶制剂，各型号酶制剂的添加量相对于小麦秸秆干重2%，55℃处理10h，脱除小麦秸秆中的木素和半纤维素；
生物酶制剂为诺维信木聚糖酶真菌500L型、中性蛋白酶0.8L型、利可来耐高温淀粉酶和果胶酶XXL型的组合；
（5）高浓磨磨浆，3000rpm，分两段研磨，第一段间隙为0.5mm，第二段间隙为0.15mm，筛浆；
（6）PFI磨浆，使打浆度在40±3°SR，抄纸；
对制备的纸张产品力学性能进行测定，抗张指数为27.297N·m/g，环压指数为10.810N·m/g。
2.一种采用如权利要求1所述的方法制备的纸浆产品。
3.一种采用如权利要求2所述的纸浆产品经抄纸制备的纸张。
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