TW200416323A

TW200416323A - Biopulping method for plant fiber

Info

Publication number: TW200416323A
Application number: TW092104112A
Authority: TW
Inventors: Jenn-Wen Huang; Yu-Hsiang Peng
Original assignee: Yuen Foong Yu Paper Mfg Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-01
Also published as: JP4057514B2; US20060060316A1; TW593837B; US20040163780A1; US7294228B2; JP2004256982A

Description

200416323 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域本案係提供一種紙漿之製造方法，尤指一種非木材纖維植物生物製漿之方法。先前技術造紙工業為世界性之傳統工業，其發展為一國經濟及生活水準之指標。紙漿的來源多來自於大量的砍伐森林 (生產一公噸木漿需四公噸木片，相當於砍伐二十三株樹木），使得地球上之森林面積逐漸減少，因而造成嚴重的生態平衡問題。此外，利用大量的水及化學藥劑來漂洗木漿，造成河川及海洋之水資源受到污染。台灣每年稻草總產量約有2 3 5萬公噸。稻草的有機物成份約大於9 5 %，其中碳4 1 . 3°/◦，氮0 . 8 1 %，半纖維素 20.6%，纖維素24. 7%，木質素7. 7%。目前處理稻草的方法一般有製做草繩、草袋、草蓆、紙板，畦面敷蓋材料，充當燃料，或混合其他資材做成堆廄肥；也可直接掩埋土中，循環利用其養分或就地燃燒成灰。由於現今科技進步神速及工資昂貴，因此利用稻草做燃料，飼料、草袋及草蓆等相當少，絕大部份均採就地燃燒或直接掩埋，故有造成空氣或環境污染之虞。稻草擁有豐富的纖維，若能妥善開發利用非木材植物（稻草）的纖維，必有助於纾解「砍伐林木用於造紙」的壓力。往昔世界各地利用非木材植物生產纖維的方式，大都採行化學或半化學的處理方法，然而化學製造草漿的方式，卻給造紙工業製造三大難題，即

200416323 五、發明說明（2) (1)製程出現大量的矽峻度的黑色液體， Ϊ Ϊ，“弓的沉降，，蒸氣罐出現罐垢，又黑色黏 ’曰· /舍:的管路沾滿鱗狀物質，致常需停工清理； (3)瘵煮機器會出現不穩因而浪費燃料，造成生產成本提高。 < β狀Λ

生物科技是二十一世紀各種傳統產業結構重整與再起飛的關鍵技術，因此利用生物科技造紙成為現今不可忽視的重要方向。近年來採用生物技術生產紙漿，可降低生產成本L改善紙漿品質及維護造紙環境安全的方法與產品，已陸續誕生。例如利用酵素除去樹脂或油墨，採用 xyl anas e或Lignin oxidizing酵素漂白紙漿及以酵素改良紙敏黏稠度（尤其是非木本植物紙漿），但亦存有如化學方法造紙之缺失，常衍生廢液污染環境，及耗費能源等問題。因此藉重生物科技解決與克服化學法造紙的缺失，確是勢在必行。歐美各國终多學者嘗試利用白腐菌如Phanerochaete chrysosporiumA Cereporiopsis subvermispora等接種於

木片堆中’企圖去除木材中的木質素與節約造紙的能源及成本，雖有部分成效，但在室外接種白腐菌處理木材的時間卻相當漫長，極不符合經濟效益。因此本案主要目的在於嘗能力，應用於廢棄稻草的製漿纖維植物之生物製漿流程的模試利用微生物分解有機物的過私，進而建立一種非木材式，將可研發非木材纖維成

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200416323 五、發明說明（3) 為紙漿原料的重要來源；並避免製漿工廠的運作產物，破壞自然環境，進而解決在造紙上所遭遇之難題。職是之故’申請人鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終研發出本案之「非木材纖維植物生物製漿方法」。發明内容本發明之主要目的在於提供一種紙漿之製造方法，係包含以下步驟：（a )提供一培養溶液；（b)加入一非木材纖維植物體；（c )加入一微生物之懸浮液；（d )進行發酵培養以製備一製漿溶液；（e)蒸煮該製漿溶液；（f )散漿；以及（g)篩分該製漿溶液，以自該製漿溶液中分離出紙漿。根據上述構想’其中該非木材纖維植物體係為一稻草桿。根據上述構想，其中該非木纖維植物體係經高溫高壓處理。根據上述構想，其中該非木纖維植物體係經高溫蒸氣處理。根據上述構想，其中該非木纖維植物體係經高溫水煮處理。根據上述構想，其中該非木纖維植物體係經燻蒸劑燻蒸處理。

200416323 五、發明說明（4) 根據上述構想，其中該非木纖維植物體係經常溫浸水處理。根據上述構想，其中該非木纖維植物體係以4〜1 5 % 之比例添加至該培養溶液中。根據上述構想，其中該微生物係由該非木纖維植物體上分離而得。根據上述構想，其中該微生物係由禽畜糞便堆肥中分離而得。根據上述構想，其中該微生物係培養於營養洋菜 (Nutrient Agar，NA)培養基。根據上述構想，其中該培養基酸鹼值為8。根據上述構想，其中該微生物係培養於馬鈴薯葡萄糖瓊脂（Potato Dextrose Agar，PDA)培養基。根據上述構想，其中該培養基酸鹼值為8。根據上述構想，其中該微生物接種濃度係為0〜1 0 8 c f u / m 1 〇根據上述構想，其中該微生物係為一格蘭氏陽性細菌。根據上述構想，其中該微生物係為一 Baci llus licheniformis (PMBP-m5)的細菌。根據上述構想，其中該微生物係為一 B a c i 1 1 u s subtilis (PMBP-m6)的細菌。根據上述構想，其中該微生物係為一 Baci llus amyloliquefaciens (PMBP-m7)的細菌。

200416323 五、發明說明（5) 根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一蒸餾水。 ^、根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一乳醣牛肉別、汁酵母拉莫、+ / τ 。 r , σ 魯液（Lactose Beef extract Yeast extract LBY ) 〇白根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一葡萄糖蛋酵母培養基（Glucose Peptone Yeast extract，GPY)。根據上述構想根據上述構想根據上述構想根據上述構想根據上述構想，其中該發酵培養溫度係為2 0〜5 0°C。其中该發酵培養係為振盈培養。其中該發酵培養係為靜置培養。其中該發酵培養時間係為〇〜1 0天。加0 ，〃心其中蒸煮該發酵溶液更進一步包含添去。〜4 % (W/V)之生石灰，在120〜15(TC的溫度下，蒸 …、2 5〜4 0分鐘。 … 其中該發酵溶液係以1 8篩孔網篩過其中該發酵溶液係以2 0 0篩孔網篩過其中該發酵溶液係以2 7 0篩孔網篩過渡據據根據上述構想根據上述構想根據上述構想含以本t ^之另一目的在於提供一種生物製漿方法，係包 (c )下^ ( a)提供一培養溶液；（b )加入一植物體；制將，、彳放生物之怒浮液’（d)進行發酵培養以製備一 = 二ie)蒸煮該製漿溶液；（f)散漿；以及（“筛衣水，合液，以自該製漿溶液中分離出紙漿。

第10頁 200416323 五、發明說明（6) 根據上述構想，其中該植物體之纖維係為一非木纖維。根據上述構想，其中該植物體係為一稻草桿。根據上述構想，其中該植物體係經高溫高壓處理。根據上述構想，其中該植物體係經高溫蒸氣處理。根據上述構想，其中該植物體係經高溫水煮處理。根據上述構想，其中該植物體係經燻蒸劑燻蒸處理。根據上述構想，其中該植物體係經常溫浸水處理。根據上述構想，其中該植物體係以4〜1 5 %之比例添加至該培養溶液中。根據上述構想，其中該微生物係由該植物體上分離而得。根據上述構想，其中該微生物係由禽畜糞便堆肥中分離而得。根據上述構想，其中該微生物係培養於營養洋菜 (Nutrient Agar, NA)培養基。根據上述構想，其中該培養基酸鹼值為8。根據上述構想，其中.該微生物係培養於馬鈴薯葡萄糖璦脂（Potato Dextrose Agar, PDA)培養基。根據上述構想，其中該培養基酸驗值為8。根據上述構想，其中該微生物接種濃度係為0〜1 0 8 cfu / πι 1 〇根據上述構想，其中該微生物係為一格蘭氏陽性細囷。

200416323 五、發明說明（7) 根據上述構想，其中該微生物係為一 Baci 1 lus lichenif〇rmis (PMBP-m5)的細菌。根據上述構想’其中該微生物係為一 B a c i 1 1 u s subti1 is (PMBP —m6)的細菌。根據上述構想，其中該微生物係為一 Baci 1 lus amyloliquefaciens (PMBP—m7)的細菌。根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一蒸餾水。根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一乳醣牛肉烈汁酵母培養液（Lactose Beef extract Yeast extract, LBY) ° 根據上述構想，其中該發酵培養溶液係為一葡萄糖蛋白酵母培養液（Glucose Peptone Yeast extract, GPY)。根據上述構想，其中該發酵培養溫度係為2 0〜5 0°C。根據上述構想，其中該發酵培養係為振盪培養。根據上述構想，其中該發酵培養係為靜置培養。根據上述構想，其中該發酵培養時間係為〇〜丨〇天。根據上述構想，其中蒸煮該發酵溶液更進一步包含添加0〜4 % ( w )之生石灰，在1 2 0〜1 5 0°C的溫度下，蒸煮2 5〜4 0分鐘。根據上述構想，其中該發酵溶液係以1 8篩孔網筛過滤。根據上述構想，其中該發酵溶液係以2 〇〇篩孔網篩過滤。根據上述構想，其中該發酵溶液係以2 7 〇篩孔網篩過

200416323 五、發明說明（8) 濾。實施方式本案之非木材纖維植物（廢棄稻草）生物製漿方法，將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態。 (一）不同處理方式分解稻草桿的效果本案之一較佳實施例中，其中稻草桿亦可有不同之處理方式，如利用高溫高壓滅菌（1 2 1°C ， 1 5 1 b / i η 2， 1 5 分鐘）、高溫蒸氣（1 0 0°C，3 0分鐘）、燻蒸劑燻蒸 (P r 〇 p y 1 e n e ο X i d e燻蒸一曰），3 0分鐘）及常溫浸水 (2 5〜3 0°C ，3 0分鐘）等方式處理，其具有不同分解稻草桿的效果，進而影響紙漿之收成。其詳細之實施步驟說明如下：利用高溫高壓（1 2 1°C ， 1 5 1 b / i η 2，1 5分鐘）、高溫蒸氣（1 0 〇°C ，3 0分鐘）、燻蒸劑燻蒸（Ρ r ο ρ y 1 e η e ox i de燻蒸一日）及常溫浸水（2 5〜3 0°C ，3 0分鐘）等方式處理過的稻草桿，取各種處理之稻草桿5% ( w/v)加入含有1 0 0毫升無菌水的三角燒瓶中，隨後移置於轉速 2 0 0 r pm，溫度5 0°C的振盪培養箱中，進行振盪與不振盪培養一星期後，觀察稻草桿外形之變化，調查各種處理的稻草桿的分解百分率。每處理有二重複。其結果，請參閱圖一，調查靜置與振盪一星期的各種

第13頁 200416323 五、發明說明（9) 處理之稻草桿分解狀況，計算稻草桿分解百分率[(發酵的稻草桿全乾重-完整未改變型態之稻草桿乾重）/發酵時的稻草桿全乾重X 1 0 0 ]。結果證明振盪處理有助於提高稻草桿的分解作用。台中秈稻稻草桿經過振盪處理，其分解百分率顯著高於粳稻稻草桿的分解率。比較各種處理之稻草桿分解效果，稻草桿表面的微生物經過燻蒸劑-環氧化炳稀（P r 〇 p y 1 e n e ο X i d e )消毒後，隨即靜置與振盪，它的分解率比較均相當的低。至於高溫高壓、高溫蒸氣及常溫浸水均有助於提昇稻草桿的分解效應。比較常溫浸水與燻蒸劑消毒處理的效果，證明微生物有助於稻草桿的分解。振盪培養即證明有氧發酵可使微生物加速分解稻草桿顯示稻草桿。 (二）具有分解稻草桿能力的細菌菌群篩選本案之一較佳實施例中，其中菌種之來源由下述之方法得。取稻草桿與禽畜的糞便各1 0公克，分別加入9 0毫升無菌水瓊脂溶液（0 _ 1%，w/v)中，經系列1 0倍稀釋後，取稀釋1 0倍與1 0倍的稀釋液各0. 1毫升，均勻塗抹於營養洋菜（Nutrient Agar， NA)(購自Difco)、馬鈴薯葡萄糖瓊脂（Potato Dextrose Agar, PDA)(購自 Difco)及酸鹼值8等培養基平板後，分別移置在3 0及5 0°C的定溫箱中。經過24與48小時，分離培養基平板上出現的菌落，經過純化後，即可得到菌種。由禽畜糞便及稻草桿分離出具有分解稻草桿潛力的微生物共計有2 0 0餘菌株，採用格蘭氏染

第14頁 200416323 五、發明說明（10) ^^ __ ^法，行初步菌種檢定，發現大部分的菌陽性菌。進-步進行具有分解稻草桿能力的：】；；= ^ pMBP-m2. PMBP-m3. P：B：^"

Pi5、PMBPi6、pMBp_„7、pMBp_〇1、pMBp=、m4 PMBP-03、 PMBP〜04、 pMBp_e卜 pMBp—e2、 pMBp〜e3、 PMBP-e4、PMBP-Hl、PMBP-H2、PMBP-H3及 ΡΜΒΡ-H4等 19支菌株（表一），組合成 PMBP-I 、 II、 III、 IV、 v、 νι、〇、E及Η等9組細菌群，分別於N八培養基平板上培養一天後，製成細菌懸浮液（108 cfu/ml)。取各細菌懸浮液^ 升接種於高溫高壓滅菌過的1 〇〇毫升粳稻稻草桿（5%，w/v )水浴液中’隨後移入轉速2 〇〇 r p m ’溫度5 〇°c的振盪培養箱中’振盪培養一星期後，調查各菌株分解稻草桿的百分率。每菌株進行二次重複試驗。其結果，請參閱圖二，不同組合之細菌群經一星期的振盪培養後，將各處理過的梗稻稻草桿歸類分級、烘乾及稱重後，計算各處理之稻草桿分解百分率[(發酵的稻草桿全乾重-完整未改變型態之稻草桿乾重）/發酵時的稻草桿全乾重X 1 0 0 ]，結果顯示Ρ Μ B P I I I菌群具有較優良的分解能力，分解稻草約1 〇· 38%。ΡΜΒΡΙ I I菌群係由Baci 1 lus licheniformis (PMBP-m5) ^ B. subtilis (PMBP-m6) 及 B· amyloloquefaciens (?&18?-1117)]等三菌株組合而成。

第15頁 200416323 五、發明說明（11) 表一、組合菌群所使用之細菌菌株及其特性 '\^piaracteris tic s Isolate Temp. 50°C pH8 Gram stain (+/-) PMBP-ml -H- + + PMBP-m2 -H- + + PMBP-m3 -H- + + PMBP-m4 -H- + + PMBP-m5 -H- + + PMBP-m6 -H- + + PMBP-m7 -H- + + ΡΜΒΡΌ1 -H- + + PMBP-02 -H- + + ΡιΜΒΡΌ3 -H- + + PiMBP-04 -H- + + PMBP-el -H- + + PMBP-e2 -H- + + PMBP-e3 H-f + + PiMBP-e4 -H- + + PMBP-H1 -H- + + PMBP-H2 -H- + + P1MBP-H3 -H- + + PMBP-H4 -H- + +

(三）利用不同的細菌接種濃度進行生物製漿本案之一較佳實施例係提供一種非木材纖維植物生物製漿

第16頁 200416323 五、發明說明（12) 方法，以廢棄之稻草桿為材料，不同的微生物接種濃度來比較其對稻草漿的影響，其詳細之實施步驟說明如^ : (1 )培養液之製備製備一 L B Y培養液，其成分係包含0 · 2 5 %乳醋 (Lactose) 、0.2%牛肉煎汁（Beef extract)及〇·〇5% 酵母抽出物（Yeast extract)。 (2 )供試廢棄稻草之準備收集收割水稻後的廢棄稻草，其中水稻品種為台中私稻J 〇

號，曬乾後，以利刀裁切成2-3cm長的小段稻草桿，裝於塑膠袋中備用。早杯-於 (3 )振盈發酵培養取 PMBPIII 菌株群[含 Bacillus licheniformis (PMBP-m5)、B. subt i 1 is (PMBP-in6)及 Β· amyi〇l〇qUefaciens (ΡΜΒΡ —m7)]菌株，將 UY培養液 5〇〇mi 各分裝於1 0 0 0ml凹底三角燒瓶内，並接種ρΜβριΙΙ菌株群於培養液中，使微生物培養液成為le5x 1〇4 (cfu/ml) (LBY-4處理）、1·5χ HP (cfu/ml) (LBY —6處理）及 ΐ 5χ ΙΟ8 (cfu/ml) (LBY — 8處理）等不同濃度，並以不接種為對

=處理）。添加5% (仏）2_3公分長的私稻稻草桿於被生物培養液，將各燒瓶放置於溫度，2〇〇rpm轉速 :，進行振盪培養7天’每種微生物濃度處理組各有四複’以製備一製漿溶液。 (4 )蒸煮該製漿溶液將各不同培養時間的稻草酸酵液添加i% (w/v)生石灰

第17頁 200416323 五、發明說明（13) (Ca〇)後，隨即加溫至140°C，蒸煮30分鐘。 (5 )散漿將^製黎溶液進行散漿1 5分鐘。 (6 )篩分該製漿溶液筛孔：以酵液經散漿15分鐘後’分別以18、2°。及270 液中分離山後，回收各層網篩之稻草漿以自該製漿溶網筛回收，並計算回收率。此外，並檢測2〇〇筛孔 %草漿製成的手抄紙之物性。度的酿箠請參閱圖三，經ΡΜΒΙ Π菌株群之不同接種濃喂（LB Y 8 <彳交，分篩與收集各層草漿。各接種濃度的草回收率隨接種iB^6、LBY—4及[by-1等4處理）回收狀況，巧草，並未Γ =度增加而稍有減少的趨勢，PMB 1 I I分解稻手抄紙中k向菌量而有顯著效果。請參閱表一，各處理的理所养‘朽去以微生物濃度1·5χ i〇6(cfu/ml)(即LBY_6)處 (I? 者/其透氣度（9 3 0·2 sec/][00ml)與綜合強度 • 父佳，其餘不同濃度處理間差別不大，但在綜合

5$ 度上，g|| »L JL 度較高（表、一比未添加1"0111菌的對照組（1^7-1 = 16.26)強

200416323 五、發明說明（14) 表二：秈稻稻草桿經不同濃度微生物醱酵後，各處理之手抄紙的物Λ生比較。、 1 處理組測定項目 LBY-1 C.S.F.: 143ml LBY-4 C.S.F.:162m] LBY-6 C.S.F.: 137ml LBY-8 C.S.F.:212ml 基重g/m2 72.4 71.0 71.7 71.4 厚度mm 0.134 0.126 0.124 0.125 鬆度ml/g 1.85 1.77 1.73 1.75 斷裂長Km 撕裂指數破裂指數Kpa · mVg~ 内聚力kg-cm 5.74 5.69 6.24 5.99 3.74 4.14 3.50 3.90 2.56 2.90 3.20 3.20 2.11 2.34 2.31 2.15 透氣度sec/100ml 表面強度A 550.8 556.5 930.2 524.0 12 13 13 13 挺度g-cm 1.52 1.36 1.36 1.42 不透明度％ ~ 97.3 95.6 97.0 96.5 白度％ "3ΓΤ ~ *-—~~ 22.3 22.2 21/7 23.1 灰分％ ^合強度 — ----—. 11.6 11.6 11.3 11.3 16.26 17.41 17.56 17.39

(四）發酵時間對稻草漿纖維生產的影響

有不^案之一較佳實施例中，其中發酵培養時間的長短可及〇變化，例如將LBY(含0· 25%乳醣、〇· 2%牛肉煎汁角焯’、，％酵母抽出物）培養液5 0 0 ml各分裝於1 0 0 0 ml凹底三為内，6並接種PMBPIII菌株群於培養液中，使濃度成 2〜3八八（C $ u / m 1 )之L B Y I I I培養液，添加5% (w / v ) 刀長的私稻稻草桿於微生物培養液，將各燒瓶放置

第19頁 200416323 五、發明說明（15) 於溫度5 0°C，2 0 0 r p m轉速下，進行振盪培養0、1、4、7及 1 0天；每種時間處理組各有四重複。接著將各不同培養時間的稻草醋酵液添力u 1% (\v/v)生石灰（CaO)後，分別加溫至1 4 0°C，蒸煮3 0分鐘；之後，各稻草醱酵液經散漿1 5分鐘，分別以1 8、2 0 0及2 7 0篩孔的網篩篩分後，回收各層網篩之稻草漿，並計算回收率。此外，並檢測2 0 0篩孔網篩回收之稻草漿製成的手抄紙之物性。

其結果請參閱圖四，經不同時間醋酵的稻早聚，總回收率隨時間增加而逐漸下降，其中2 0 0篩孔網篩上回收的草漿回收率，以醱酵培養1天者較多。請參閱表三，各處理時間的手抄紙之物性狀況比較中，透氣度以醋酵培養4 天（LBY-d4)最佳為 368.8(sec/100ml)， 10天的（LBY-dlO) 最差，僅57.0 (sec/100ml);而綜合強度也是醋酵4天 (LBY-d4)最佳（15. 82)。

第20頁 200416323 五、發明說明（16) 細a草桿接種微生減，不同_時_其手抄紙物性的影 \\^理組 LBY-dO C.S.F.:209ml 〜--- 測定項 LBY-dl C.S.F.:227ml LBY-d4 c-S.F.：179ml LBY-d7 C.S.F.：138 ml LBY-dl 0 C.S.F.:19Sml 基重g/m2 72.5 71.7 ----~-__ 70.6 —72.7 73.8 厚度mm 0.135 0.126 —----- 0.120 —0.126 鬆度ml/g -—--— 0.143 1.86 1.76 — 1.70 —1.73 1.94 斷裂長Km 3.73 4.61 5.17 4.41 3.38 撕裂指數 mN · m2/g 2.49 4.05 4.00 3.56 3.89 破裂指數 Kpa · m2/g 1.61 2.45 2.57 2.01 1.82 内聚力kg-cm 1.76 1.75 2.04 1.69 1.69 透氣度 sec/100ml 245.2 174.5 368.8 200.9 57.0 表面強度A 7 9 8 10 7 挺度g-cm 1.27 1.28 1.23 1.57 1.62 不透明度％ 98.7 98.4 98.2 99.1 99.3 白度％ 18.1 22.0 22.0 24.1 22.3 灰分％ 17.5 15.2 14.4 18.2 19.4 *綜合強度氺《亡人？4由一-tile 11.35 14.61 15.82 13.36 12.47 *綜合強度=斷裂長+撕裂指數+破裂指數+(内聚力χ2) (五）微生物製聚法與化學製聚法的比車父本案之另一較佳實施例係以廢棄之稻草桿為材料’利用微生物製漿法與化學法製聚的來比較兩種方法之差異。其方法為將1^丫培養液50〇1111各分裝於1〇〇〇1111凹底三角燒瓶内，並接種ΡΜΒΡΙ I I菌株1 . 5x 1 〇6(cf u/ml )於培養液中，

第21頁 200416323 五、發明說明（17) 並添加5% (w / v ) 2〜3公分長的秘稻於溫产Rrrr ，？nnrx^ &早桿。將各燒瓶放置乃、概度b〇c，2〇(Jrpm轉速下，進稻草SF酷、&八別承/ a 運仃振盪培養4天；接著將桕早弧酵液刀別添加與不添加1% (w 加溫至140°C蒸煮30分鐘·此外，）生石灰（CaO)伎， (w/vH ^ ^ ^ -I - 外另以稻草桿直接添加、w/v)生石灰水及氣氣4卜物 x # J¥ ^ 夂L化鈉CNa0HW液兩處理作為對照。谷化理有四重複’各種基者虛拂ό 及以1 S 9nn. 97n ..…… 里之稻草經散漿1 5分鐘，及以18、2 0 0及2 7 0 _孔的網篩篩分後稻草漿，祓钟管回妆专 U叹口層、、.罔師的 :2 Π 卜，檢測由2 0 0筛孔網篩回收之草漿所製成的手抄紙物性。其結果，請參考圖五，稻草桿經微生物醋酵及各種化學方法的處S，散漿與筛分|’各處理的稻草漿總回收率以生石灰水（CaO)最高，達77.79% ;單獨微生物醱酵者 (LBY I I I )次之’回收率約47 . 3 1 % ;氫氧化鈉（Na〇H )蒸煮者最少，回收率約4 1 · 45% ;至於微生物醱酵後，再用生石灰水瘵煮（L B Y I I I - C a 0 )的方法，回收率則為4 3 · 〇 7 %。比較 2 0 0師孔網師上回收的卓聚’則以氮氧化納及生石灰水蒸煮者最高，分別達4 1 · 2 1 %及4 1 · 0 %，微生物與生石灰處理法次之，約2 7 · 5 3 %，單用微生物醱酵者最少，僅佔 1 1 . 4 5 %。請參閱表四，經過2 0 0篩孔網篩回收的草聚製成之手抄紙，經物性測定後，顯示各處理的草漿之游離度以生石灰水處理者最高（CaO: 325ml)，微生物與生石灰水處理法次之（LBYIII-CaO: 2 6 7ml)。透氣度最高者為微生物處理者（LBYIII-CaO: 302.3 sec/100ml)，生石灰水者最差（CaO: 110.3 sec n 00ml)，至於微生物與生石灰法（

200416323 五、發明說明（18) LBYIII-CaO: 157.3 sec/100ml )則介於兩者之間。表面強度以氫氧化鈉及微生物與生石灰法兩者最佳（NaOH : 1 0 A ; LBY I I I - CaO : 9 A )。綜合強度是以氫氧化鈉者最強 (NaOH: 21.8)，微生物與生石灰法次之（LBYIII-CaO: 15. 1 3 )，單獨微生物醋酵或生石灰水蒸煮者之綜合強度則表現最差，分別為6 · 9及1 0 · 0 7 (表四）。

本發明可用圖六之稻草生物製漿流程圖來說明利用廢棄稻草桿生物製漿之整個過程，係將稻草裁切成2 - 3公分長的稻草桿，添加於接種106 (cfu/ml) PMBPIII菌株的LBY 培養液的三角燒瓶中，在5 0°C，2 0 0 r p m振盪發酵培養四天後，接著於1 4 0°C高溫以生石灰水蒸煮3 0分鐘，經散漿篩分後再進行造紙之程序。本案得由熟悉此技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請範圍所欲保護者。

第23頁 200416323 五、發明說明（19) 表四：利用微生物醱酵及化學處理法生產草漿手抄紙之物性。處理組 NaOH LBYHI CaO LBYEI-CaO 測定項 C.S.F.:252ml C.S.F.:257ml C.S.F.:325ml C.S.F.:267ml 基重g/m2 72.8 72.9 73.3 73.4 厚度mm 0.136 0.153 0.144 0.147 鬆度ml/g 1.87 2.10 1.96 2.00 斷裂長Km 7.21 2.87 3.36 4.89 撕裂指數mN · m2/g 5.99 1.28 2.61 4.21 破裂指數Kpa · m2/g 4.34 0.89 1.58 2.47 内聚力kg~cm 2.13 0.93 1.26 1.78 透氣度sec/100ml 157.7 302.3 110.3 157.3 表面強度A 10 4 7 9 挺度g-cm 2.20 1.57 1.38 1.55 不透明度％ 94.8 99.5 99.5 99.3 白度％ 43.5 22.7 20.4 24.9 灰分％ 4.59 13.60 20.80 16.50 *綜合強度 21.80 6.90 10.07 15.13 *綜合強度=斷裂長裂指數+破裂指數Ή内聚力X 2)

第24頁 200416323 圖式簡單說明簡單圖式說明本發明藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入了解：圖一：高溫高壓、高溫蒸氣、高溫水煮及常溫浸泡等方式處理稻草桿，振盪培養一星期後，對於稻草桿分解百分率的影響。圖二：不同菌群分解梗稻稻草桿的效果比較圖三··不同接種PMBPI I I菌株濃度對稻草桿生產草漿纖維之回收率的影響。圖四：稻草桿經過不同醱酵時間後，由稻草漿中回收不同大小纖維量的比較。圖五：比較稻草桿經微生物醱酵與化學處理後，回收不同大小草漿纖維的百分率。圖六：利用稻草桿生物製漿的流程圖。

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Claims

200416323 六、申請專利範圍 1 . 一種紙漿之製造方法，係包含以下步驟： (a )提供一培養溶液； (b )加入一非木纖維植物體； (c) 加入一微生物之懸浮液； (d) 進行發酵培養以製備一製漿溶液； (e )蒸煮該製漿溶液； (f )散漿；以及 (g)篩分該製漿溶液，以自該製漿溶液中分離出紙漿。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係為一稻草桿。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經高溫高壓處理。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經高溫蒸氣處理。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經高溫水煮處理。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經燻蒸劑燻蒸處理。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經常溫浸水處理。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係以4〜1 5 %之比例添加至該培養溶液中。 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微生物係由

第26頁 200416323 六、申請專利範圍該非木纖維植物體上分離而得。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微生物係由禽畜糞便堆肥中分離而得。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微生物係培養於營養洋菜（Nutrient Agar，NA)培養基。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之方法，其中該培養基酸鹼值為8。

1 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微生物係培養於馬鈴薯葡萄糖瓊脂（Potato Dextrose Agar, PDA) 培養基。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該培養基酸鹼值為8。 1 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微生物接種濃度係為0〜1 0 8 c f u / m 1。 1 6.如申請專利範圍第1所述之方法，其中該微生物係為一格蘭氏陽性細菌。 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus licheniformis (PMBP-m5)的細菌。

1 8.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus subtilis (PMBP-m6)的細菌。 1 9.如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus amyloliquefaciens (PMBP-ιπ7)的細菌。 2 0 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養溶液係為一蒸德水。

第27頁 200416323 六、申請專利範圍 2 1 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養溶液係為一乳St牛肉煎汁酵母培養液（L a c t 〇 s e B e e f extract Yeast extract, LBY)0 2 2 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養溶液係為一葡萄_蛋白酵母培養液（G 1 u c〇s e P e p t ο n e Yeast extract, GPY)° 2 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養溫度係為2 0〜5 0°C。

2 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養係為振盪培養。 2 5 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養係為靜置培養。 2 6 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵培養時間係為0〜1 0天。 2 7 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中蒸煮該發酵溶液更進一步包含添加0〜4 % (w/v)之生石灰，在 1 2 0〜1 5 0°C的溫度下，蒸煮2 5〜4 0分鐘。 2 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵溶液係以1 8篩孔網篩過濾。

2 9 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵溶液係以2 0 0篩孔網篩過濾。 3 0 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該發酵溶液係以2 7 0師孑L»網師過〉慮。 3 1 . —種生物製漿方法，係包含以下步驟：

第28頁 200416323 六、申請專利範圍 (a )提供一培養溶液； (b )加入一植物體； (c) 加入一微生物之懸浮液； (d) 進行發酵培養以製備一製漿溶液； (e )蒸煮該製漿溶液； (f )散漿；以及 (g)篩分該製漿溶液，以自該製漿溶液中分離出紙漿。

3 2 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體之纖維係為一非木材纖維植物。 3 3 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係為一稻草桿。 3 4 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係經高溫高壓處理。 3 5 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係經高溫蒸氣處理。 3 6 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該非木纖維植物體係經燻蒸劑燻蒸處理。

3 7 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係經高溫水煮處理。 3 8 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係經常溫浸水處理。 3 9 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該植物體係以4〜1 5 %之比例添加至該培養溶液中。

第29頁 200416323 I六、申請專利範圍 4 0 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係由該植物體上分離而得。 4 1 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係由禽畜糞便堆肥中分離而得。 4 2 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係培養於營養洋菜（Nutrient Agar，NA)培養基。 4 3 .如申請專利範圍第4 2項所述之方法，其中該培養基酸鹼值為8。 4 4 .如申請專利範圍第3 1所述之方法，其中該微生物係培養於馬鈐薯葡萄糖瓊脂（Potato Dextrose Agar，PDA)培養基。 4 5 .如申請專利範圍第4 4項所述之方法，其中該培養基酸鹼值為8。 4 6 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物接種濃度係為0〜1 0 8 c f u / m 1 ° 4 7 .如申請專利範圍第3 1所述之方法，其中該微生物係為一格蘭氏陽性細菌。 4 8 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus licheniformis (ΡΜΒΡ-Π15)的細菌。 4 9 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus subtilis (PMBP-m6)的細菌。 5 0 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該微生物係為一 Bacillus amyloliquefaciens (PMBP-m7)的細菌〇 5 1 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養

200416323 六、申請專利範圍溶液係為一蒸鶴水。 5 2 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養溶液係為一乳St牛肉煎汁酵母培養液（L a c ΐ 〇 s e B e e f extract Yeast extract, LBY)0 5 3 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養溶液係為一葡萄_蛋白酵母培養液（G 1 u c 〇 s e P e p t ο n e Yeast extract, GPY)。 5 4 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養溫度係為2 0〜5 0°C。

5 5 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養係為振盪培養。 5 6 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養係為靜置培養。 5 7 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵培養時間係為0〜1 0天。 5 8 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中蒸煮該發酵溶液更進一步包含添加0〜4 % (w/v)之生石灰，在 1 2 0〜1 5 0°C的溫度下，蒸煮2 5〜4 0分鐘。

5 9 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵溶液係以1 8篩孔網篩過濾。 6 0 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵溶液係以2 0 0篩孔網篩過濾。 6 1 .如申請專利範圍第3 1項所述之方法，其中該發酵溶液係以2 7 0師孔網師過〉慮。

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