CN1932001A - 植物纤维生物酶降解剂以及降解制浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物纤维生物酶降解剂及降解制浆方法，其配方包括：软腐菌、褐腐菌、好氧细菌、厌氧细菌、白腐菌、黄孢原毛平革菌、杂色枟芝、木聚糖酶、木糖苷酶、阿拉伯糖苷酶、葡糖苷酸酶、半乳糖苷酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、纤维二糖醌氧化还原酶、葡萄糖甘露糖酯酶、Na+、K+、Mg2+、NH4 +、SiO4 2－、磷酸酯、半胱氨酸、谷胱甘肽、维生素B1、维生素B2、维生素B6和水。本发明采用了简单酶和复合酶相结合的配方，具有多菌种、多酶系、降解周期短、降解植物纤维完全的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物纤维生物酶降解剂，以及利用这种降解剂进行降解制浆的方法。
背景技术
目前采用生物法制浆的原料是植物纤维，在生产过程中最重要的环节就是对植物纤维进行降解。这些原料植物纤维通常包含木材纤维、草类纤维、韧皮纤维、棉麻纤维等。由于其中植物纤维壁的复杂性，降解其中的不同组份就需要各种不同的酶，包括简单酶类和复合酶类：
简单酶类：包括纤维素酶、蛋白酶、尿酶，它们是降解植物纤维的主要成份；
复合酶是由酶蛋白与辅助因子(辅酶或酶基)组成的。
简单酶和复合酶的结合具有催化活性，在反应中起到催化氧化还原的作用。
发明内容
本发明提供了一种植物纤维生物酶降解剂，以及利用这种降解剂进行植物纤维降解的方法。
一种植物纤维生物酶降解剂，包括以下配方：
(1)软腐菌85g (2)褐腐菌75g
(3)好氧细菌70g (4)厌氧细菌65g
(5)白腐菌85g (6)黄孢原毛平革菌35g
(7)杂色枟芝63g (8)木聚糖酶67g
(9)木糖苷酶38g (10)阿拉伯糖苷酶56g
(11)葡糖苷酸酶72g (12)半乳糖苷酶73g
(13)木素过氧化物酶78g (14)锰过氧化物酶20g
(15)漆酶18g (16)纤维二糖醌氧化还原酶76g
(17)葡萄糖甘露糖酯酶20g (18)Na+ 200ug
(19)K+ 300ug (20)Mg2+ 50ug
(21)NH4+ 1000ug (22)SiO4 2- 200ug
(23)磷酸酯 600mg (24)半胱氨酸 500mg
(25)谷胱甘肽 800mg (26)维生素B1 300mg
(27)维生素B2 200mg (28)维生素B6 300mg
(29)加水至 1000L
利用上述植物纤维生物酶降解剂的降解制浆方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维类原料进行分丝、破碎、削片；
(2)用旋风除尘器清除尘土和杂物，再用水膜除尘器清除泥污；
(3)将经过步骤(2)处理后的原料送入超声波灭菌器内，灭菌消毒；
(4)将步骤(3)处理后的原料送入生物制浆降解池中，注入水润胀，再加入植物纤维生物酶降解剂，均匀喷洒于降解池中，进行生物降解反应；
(5)步骤(4)中所述生物降解反应完成后，将生成的植物纤维粗浆送入锥形磨研磨；
(6)进行机械法制浆和漂白。
经所述步骤(1)处理后的稻麦草长度为1cm～3cm。
步骤(4)中所述的降解反应时间为24小时，环境温度为0℃～55℃。
步骤(4)中所述的降解反应后的液体中含有大量生物酶，经沉淀后可循环再利用。
生物酶降解植物纤维的过程可概括为四个阶段，即超声波灭菌阶段、物理变化阶段、微生物反应阶段以及机械处理阶段：
超声波灭菌阶段
利用超声波将植物纤维原料表面均匀地消毒灭菌。超声波处理后，纤维间结合物(木素、果胶和半纤维素等)的结构变得松散，从而有利于酶在纤维间层的扩散，提高酶化降解效率。
物理变化阶段
将纤维原料浸泡于水中，纤维组织润胀，将其中的空气排除，糖、果胶质、色素等溶出。这个阶段的反应是由于水的浸入使得微生物开始生长，使得组织软化以及非纤维部分去掉的过程。
微生物反应阶段
因浓缩生物酶的注入，以植物纤维原料抽提物作为营养源，使微生物生长繁殖。微生物在分解果胶质，溶解软化组织的胞间层，游离出纤维束，使纸浆最终变为游离纤维。
机械处理阶段
利用锥形磨设备，使纤维充分研磨，用水洗方法来去除残余的木素和皮部组织。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：此项发明解决了目前生物酶降解植物纤维时间长(约15～20天)、不彻底的难题，克服了菌种和酶系单一的缺点，采用了简单酶和复合酶相结合的配方，具有很强的催化活性，使植物纤维降解更为完全彻底，使其纤维可用于造纸工业的制浆，其结构具有很强的抗拉力。做到了多菌种、多酶系、时间短(降解周期在24小时之内)、降解植物纤维完全。
附图说明
图1是植物纤维生物酶降解制浆流程图。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的植物纤维降解剂对植物纤维中的不同成分在实际降解过程中起到的作用描述如下：
1.在降解维生素时，多种酶协同作用，氧化和磷酸化酶促进了纤维素的降解。降解纤维素成为葡萄糖的酶类有以下几种：
(1)内切葡聚糖酶：随机作用于葡萄糖链并切断葡萄糖苷链；
(2)外切葡聚糖酶：常称纤维二糖降解酶，它从纤维素非还原性末端基分离纤维二糖或葡萄糖；
(3)葡糖苷酶：降解纤维二糖和其它水溶性纤维糊精成为葡萄糖。
2.真菌是植物纤维降解的关键角色，真菌引起软腐，主要是降解多糖，其中木霉菌株分泌大量的各种纤维素降解酶，里氏木霉至少产生三种外切葡聚糖酶和两种内切葡聚糖酶。同时真菌引起纤维素快速褐腐降解，纤维物料早期腐朽阶段是褐腐菌快速解聚纤维素的结果。
3.植物纤维料中的木糖与甘露糖形成半纤维素的链，由于半纤维的结构复杂，因此需要不同的酶降解，主要有二种内切木糖酶和甘露糖酶，水溶性低聚糖进一步被糖苷酶降解，再后酶剥离侧链。特别是阿拉伯糖苷酶、葡糖苷酸酶和半乳糖苷酶，它们是完全降解半纤维素的酶。
4.白腐菌对木素的降解起主要作用。白腐菌降解木素的过程中也同时作用于纤维素和半纤维素。白腐菌产生一系列胞外氧化酶，主要是木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶以及H2O2产生系统。
生物酶降解植物纤维制浆后手抄片的物理性能如下：
定量/(g·cm-2) 60.3
密度/(g·cm-2) 0.480
裂断长/km 12.6
耐破因子 11.6
撕裂因子 380
白度/％ISO 58
参考附图1，是植物纤维生物酶降解制浆流程图。生物酶降解剂以菌苗的方式混合成液体，用高硼硅玻璃制品存放。
首先将要降解的植物纤维原料101(其中包含木材纤维、草类纤维、韧皮纤维、棉麻纤维)用机械分丝、破碎、削片102，成为1～3cm；除尘103和用超声波灭菌器104灭菌后，放入降解池105中，加入水106将其润胀，再按100∶1的比例放入植物纤维生物酶降解剂107，在常温(0～45℃)常压下经过24小时，使植物纤维充分降解，特别是木素降解完全；被降解后的植物纤维(粗浆)108进行机械法制浆漂白109；降解反应后的液体110中含有大量生物酶，经沉淀后可循环再利用。
实际生产中，在日降解韧皮纤维原料300吨的情况下，使用生物酶进行降解韧皮纤维原料后的化学成分变化如下表所示。
从表中可见，降解后的粗浆与原料相比较，其中的灰份、苯醇抽提物、木素、聚戊糖和果胶质的含量都有明显减少。
| 项目 | 韧皮纤维原料 | 生物降解后纤维的化学含量 |
| 灰份/％ | 3.8 | 1.2 |
| 苯醇抽提物/％ | 2.4 | 1.3 |
| Klason木素/％ | 3.5 | 1.6 |
| 聚戊糖/％ | 18.6 | 18.3 |
| 果胶质/％ | 11.1 | 0.5 |
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而本发明并不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种植物纤维生物酶降解剂，其特征在于包括以下配方：
(1)软腐菌85g (2)褐腐菌75g
(3)好氧细菌70g (4)厌氧细菌65g
(5)白腐菌85g (6)黄孢原毛平革菌35g
(7)杂色枟芝63g (8)木聚糖酶67g
(9)木糖苷酶38g (10)阿拉伯糖苷酶56g
(11)葡糖苷酸酶72g (12)半乳糖苷酶73g
(13)木素过氧化物酶78g (14)锰过氧化物酶20g
(15)漆酶18g (16)纤维二糖醌氧化还原酶76g
(17)葡萄糖甘露糖酯酶20g (18)Na+200ug
(19)K+300ug (20)Mg2+50ug
(21)NH4 +1000ug (22)SiO4 2-200ug
(23)磷酸酯600mg (24)半胱氨酸500mg
(25)谷胱甘肽800mg (26)维生素B1 300mg
(27)维生素B2 200mg (28)维生素B6 300mg
(29)加水至1000L
2.一种利用权利要求1所述的植物纤维生物酶降解剂的降解制浆方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将植物纤维类原料进行分丝、破碎、削片；
(2)用旋风除尘器清除尘土和杂物，再用水膜除尘器清除泥污；
(3)将经过步骤(2)处理后的原料送入超声波灭菌器内，灭菌消毒；
(4)将步骤(3)处理后的原料送入生物制浆降解池中，注入水润胀，再加入植物纤维生物酶降解剂，均匀喷洒于降解池中，进行生物降解反应；
(5)步骤(4)中所述生物降解反应完成后，将生成的植物纤维粗浆送入锥形磨研磨；
(6)进行机械法制浆和漂白。
3.根据权利要求2所述降解制浆方法，其特征在于：步骤(1)处理后的稻麦草长度为1cm～3cm。
4.根据权利要求2所述降解制浆方法，其特征在于：步骤(4)中所述的降解反应时间为24小时，环境温度为0℃～55℃。
5.根据权利要求2所述降解制浆方法，其特征在于：步骤(5)中所述的降解反应后的液体中含有大量生物酶，经沉淀后可循环再利用。
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