CN1793488A - 一种植物纤维原料制浆前的酶处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种植物纤维原料制浆前的酶处理方法，属于制浆造纸领域。将植物纤维原料与生物酶充分混合，生物酶是每克原料漆酶0.5－50LAMU和介体0.1－5％，和/或木聚糖酶0.5－50IU。加水使原料液比为1∶4.5－5.5。酶处理后的原料进行机械磨解，再用水稀释到液比为1∶5.5－9.5，通氧处理0.5－8小时。本发明处理后的料再用于进行传统的化学或机械制浆，可以大幅度提高纸浆的强度和白度。
Description
(一)技术领域
本发明涉及利用生物酶对植物纤维原料制浆前的处理方法，属于制浆造纸领域。
(二)背景技术
日益严重的资源、能源和环境危机困扰着当今世界，如何在降低能源消耗和控制环境污染的前提下，持续地发展制浆造纸工业，是制浆造纸科学工作者面临的现实问题。利用生物技术改造传统产业是实现制浆造纸工业清洁化生产及可持续发展的重要途径之一。近十年来，人们对生物技术在制浆造纸工业的应用进行了大量的研究，研究范围几乎涉及了制浆造纸工业的各个方面。例如，生物制浆，生物漂白，生物脱墨，树脂障碍控制、纸浆性能改善、废水处理等。
生物制浆就是利用真菌对木材或草类原料在制浆之前进行微生物预处理，然后进行化学制浆或机械磨浆的制浆工艺。生物制浆由于在节约能耗、降低成本、改善纸浆的物理性能以及减少污染、保护环境等方面有一定的作用，从而有广阔的应用前景。
从目前的研究情况来看，要完全利用生物技术来实现纤维的分离制取纸浆，在短期内是不太可能实现的，但是将生物技术与化学处理或机械处理相结合，改进现有的制浆工艺是完全可行的。
生物制浆也因存在一系列问题而影响其大规模的应用。就生物处理方式而言，现有的生物处理工艺，大多采用微生物直接处理原料。如发明专利申请“生物机械草浆工艺及专用设备”(申请号(115824.7)，发明专利“生物预处理制备化学机械草浆的工艺”(97101537.6)等。一方面，微生物预处理周期长、占用存储空间大、生产效率低，从而造成了生产成本过高。另一方面，由于制浆所用的真菌大都同时具有纤维素酶活性，它能够降解纤维素，从而在一定程度上降低了纸浆得率。发明专利申请“草类原料酶法制浆的方法”(申请号02135987.3)虽然是采用生物酶处理草类原料，但采用半纤维素酶粗酶液或半纤维素酶粗酶液和木素过氧化物酶粗酶液的混合酶液，粗酶液由于含有多种类型的生物酶，因此降低了生物酶处理的针对性和有效性。
(三)发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种植物纤维原料制浆前的酶处理方法，对木材和草类原料制浆前进行生物预处理，解决现行生物制浆中存在的问题，提高酶处理的针对性和有效性。在进一步减少污染的前提下，提高纸浆的白度和强度性能。
本发明的植物纤维原料制浆前的酶处理方法，其特征是利用纯的漆酶与介体，和/或不含纤维素酶的木聚糖酶对木材或草类原料进行生物处理。
本发明的植物纤维原料制浆前的酶处理方法，步骤如下：
(1)按每克植物纤维原料加入漆酶0.5-50LAMU和介体0.1-5％重量，和/或木聚糖酶0.5-50IU。将植物纤维原料与上述的酶充分混合，用水调节使原料液比为1∶4.5-5.5，所述的原料液比是原料绝干重量(克)与液体总体积(毫升)之比，调节pH值至4-7。温度0-70℃，处理时间10-120分钟。得酶处理料。本步骤是酶混合阶段。
所述的绝干重量指完全不含水分时的重量。下同。
(2)将上述酶处理料进行机械磨解，主要是增加纤维的比表面积，在磨解过程中使酶与纤维原料更为有效的混合。磨解过程的的磨盘间隙控制在0.2-2mm，磨解过程不加水。本步骤是机械磨解段。
(3)磨解后的料用水稀释到液比为1∶5.5-9.5，所述的液比是原料绝干重量(克)与液体总体积(毫升)之比，充分混合，当步骤(1)中使用漆酶与介体时需要通入氧气，温度控制20-70℃，处理时间0.5-8小时。本步骤为生物酶作用段。
步骤(1)所述的植物纤维原料是木片或草片。
步骤(1)所述介体选自2，2’-联氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)，1-羟基苯并三唑(HBT)，紫尿酸(Violuric acid)，N-羟基乙酰苯胺(NHA)之一或它们的组合。
上述处理完成后的料用于传统的化学或机械制浆。
由于采用木聚糖酶不含任何纤维素酶，因此大幅度避免了酶处理过程中纤维素的降解，可以进一步提高纸浆的强度，采用此技术对草类原料进行预处理，所制得的漂白化学浆和机械浆的裂断长分别达到5500-8000米和5400米。对木材进行预处理后制得的漂白化学浆和机械浆的裂断长分别达到6500-9000米和6100米。而由于漆酶和介体对于木素的有效作用可以进一步提高纸浆的可漂性，草类化学浆经过HP(次氯酸盐-过氧化氢)或CEH(氯化-碱处理-次氯酸盐)漂白，白度可以达到86-93％ISO，草类机械浆经两段过氧化氢漂白白度达到65-80％ISO；木材化学浆经过OEOPP(氧漂-氧与过氧化氢强化的碱抽提-过氧化氢)或ODEOD(氧漂-二氧化氯-氧强化的碱抽提-二氧化氯)漂白，白度可以达到82-90％ISO，木材机械浆经两段过氧化氢漂白白度达到75-85％ISO。在机械磨解以前先进行生物酶与原料的混合，可使得生物酶在原料磨解过程中能够更为有效地与纤维原料有效混合，原料在磨解过程中的热力作用和挤压与蓬松过程可使得生物酶更加有效的渗透与作用，从而进一步缩短反应时间。正常处理时间可以减少到0.5-4小时。
(四)具体实施方式
实施例1：麦草原料制浆前的酶处理。
(1)酶混合：麦草切成3-4厘米的草片，加入漆酶和介体。漆酶的加入量为每克绝干麦草20LAMU，介体为紫脲酸，加入量为每克绝干麦草0.01克。加入水，使得总液比维持在4.5，使原料和生物酶均匀混合。调节系统的pH值至4-7，室温，混合后立即进行原料的磨解。
(2)机械磨解段，与生物酶混合后的麦草在磨浆机中进行机械磨解，磨盘间隙控制在0.4毫米，磨解过程不加水。
(3)生物酶作用段，磨解后的原料用水稀释到液比为1∶5.5，充分混合后，通入氧气，温度控制55℃，处理时间2小时。
上述处理完成后的料用于进行传统的化学或机械制浆。
1.处理完成后的料进行传统的化学蒸煮和漂白，漂白浆白度达到92.5％ISO，裂断长为6010米。
2.处理完成后的料再进行传统的化学机械制浆和过氧化氢-过氧化氢两段漂白，漂白浆白度达到76.5％ISO，裂断长为5400米。
实施例2：杨木原料制浆前的酶处理。
(1)酶混合：在杨木片中加入漆酶和介体。漆酶的加入量为每克绝干原料30LAMU，介体为紫脲酸，加入量为每克绝干原料0.01克。加入水，使得总液比维持在4.5，使原料和生物酶均匀混合。调节系统的pH值至5，室温，混合后立即进行原料的磨解。
(2)机械磨解段：与生物酶混合后的麦草在磨浆机中进行机械磨解，磨盘间隙控制在0.4毫米，磨解过程不加水。
(3)生物酶作用段：磨解后的原料用水稀释到液比为1∶5.5，充分混合后，通入氧气，温度控制55℃，处理时间2小时。
上述处理完成后的料用于进行传统的化学或机械制浆。
1.处理完成后的原料若进行传统的硫酸盐法蒸煮，和ODEOD(氧漂-二氧化氯-氧强化的碱抽提-二氧化氯)四段漂白，漂白浆白度达到90.5％ISO，裂断长为7250米。
2.处理完成后的原料若进行碱性过氧化氢机械制浆，纸浆白度达到87.5％ISO，裂断长为6100米。
实施例3：
如实施例1所述，所不同的是在步骤(1)麦草片中加入漆酶、介体和木聚糖酶。每克绝干原料加入10LAMU漆酶，0.003克1-羟基苯并三唑(介体)，20IU木聚糖酶。
实施例4：
如实施例2所述，所不同的是在步骤(1)杨木片中加入漆酶、介体和木聚糖酶。每克绝干原料加入5LAMU漆酶，0.002克2，2’-联氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)(介体)，20IU木聚糖酶。
实施例5：
如实施例1所述，所不同的是步骤(1)麦草片中只加木聚糖酶，每克绝干原料加入20IU木聚糖酶，步骤(3)生物酶作用段不通氧气。
实施例6：
如实施例2所述，所不同的是在步骤(1)杨木片中只加木聚糖酶，每克绝干原料加入0IU木聚糖酶，步骤(3)生物酶作用段不通氧气。
实施例7：如实施例2所述，所不同的是原料为桉木。
实施例8：如实施例4所述，所不同的是原料为桉木。
Claims (3)
1.植物纤维原料制浆前的酶处理方法，步骤如下：
(1)按每克植物纤维原料加入漆酶0.5-50LAMU和介体0.1-5％重量，和/或木聚糖酶0.5-50IU，将植物纤维原料与上述的酶充分混合，用水调节使原料液比为1∶4.5-5.5，所述的原料液比是原料绝干重量克与液体总体积毫升之比，调节pH值至4-7，温度0-70℃，处理时间10-120分钟，得酶处理料；
(2)所述酶处理料进行机械磨解，磨解过程的的磨盘间隙控制在0.2-2mm；
(3)磨解后的料用水稀释到液比为1∶5.5-9.5，所述的液比是原料绝干重量克与液体总体积毫升之比，充分混合，当步骤(1)中使用漆酶与介体时需要通入氧气，温度控制20-70℃，处理时间0.5-8小时。
2.如权利要求1所述的植物纤维原料制浆前的酶处理方法，其特征在于所述的植物原料是木片或草片。
3.如权利要求1所述的植物纤维原料制浆前的酶处理方法，其特征在于步骤(1)所述介体选自2，2’-联氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)，1-羟基苯并三唑，紫尿酸，N-羟基乙酰苯胺之一或它们的组合。
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