微生物酶在制浆造纸工业中的应用

微生物酶在制浆造纸工业中的应用

制浆造纸工业是我国的国民经济重要支柱产业之一，也是我国环境污染的主要行业之一。随着生物技术的发展，微生物酶在制浆造纸工业中的应用也受到学者的重视及关注。文章综述了微生物酶在制浆、纸浆漂白及造纸废水处理等各工艺中的应用并展望了其前景。

标签：微生物酶；造纸工业；降低污染

制浆造纸工业是国民经济的重要支柱产业之一，但也是我国污染环境的主要行业之一，而我国的纸品需求仍在以每年10%的速度递增，预计到2015年，纸产量达1亿吨以上，所以以微生物技术运用于造纸行业，减少能源和化学品的消耗，提高纸浆得率，降低造纸废液对生态环境和人类健康所造成的危害等问题的研究已逐渐成为学者们研究的热题。

1 微生物酶运用于制浆

在自然界中，有些微生物种群能选择性地分解木质素化合物，在传统化学或机械制浆前采用专一性微生物对造纸材料进行适当的预处理，用温和的酶解替代高温碱解，用生物转化代替化学转化，不但减少了化学试剂的用量，而且可以有效地降低机械消耗，节约能源。

1.1 漆酶在制浆中的应用

造纸厂的煮浆过程就是用化学药品溶出、脱除木素的过程，一般的化学制浆，不但成本高、能耗大，而且对环境污染也较为严重。而使用由白腐菌生产的漆酶将原料的木素降解成低分子木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。用漆酶和介体HBT在蒸煮前对麦草进行预处理，可降低纸浆的Kappa值，提高纸浆的白度和强度[1]。Jujop的研究表明，在20～90%，pH值2-10条件下用漆酶进行预处理，可以对原料中的木素进行改性，磨浆能耗明显降低，每吨浆能耗1300kW·h降至850kW·h，节省动力约30%，且机械浆的物理性能得到改善，纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平[2]。

1.2 纤维素酶在制浆中的应用

在机械制浆前加化学预处理，除去或改变一部分木素结构，可以改善纸浆的强度，但降低了纸浆的得率，损害了纸浆的光学特性，废水的排放量和污染负荷也相应增加，而经由木霉所产出的纤维素和半纤维素酶处理则结合了机械法制浆和化学机械法制浆的优点，克服其缺点，除了可以增加纸浆的强度性能之外，还能显著降低机械磨浆时的能量消耗[3]。

2 微生物酶用于纸浆漂白

传统的含氯漂白产生大量有毒和强致癌性物质对环境和人类造成极大危害，已逐渐被无氯漂白所取代，而以某些真菌产生的漆酶不仅能氧化非酚结构，而且能使硫酸盐浆脱木素和脱甲氧基。佐治亚大学的研究者[4]发现一株漆酶产菌-朱红密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以产生自己的氧化还原中介物3-羟基邻氨基苯甲酸（3-hydroxyanthranilic acid，3-HAA）。漆酶加3-HAA系统不仅能氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。通过筛选或诱变培育出假单胞菌（Pseudoznonas sp.）G6-2[5]枯草杆菌（Bacillus sp.）A[6]一30等木聚糖酶高产菌株进行了分离纯化的酶学研究，其所产木聚糖酶运用于生物漂白技术，其结果表明木聚糖酶在多种浆种的不同漂白工艺中都有明显的助漂作用。用于桦木浆CEH三段漂和ECF漂白，在保持白度、得率、强度基本不变的情况下，可减少近50%氯或二氧化氯用量，漂白浆的白度稳定性也有所提高[7]。

3 微生物酶用于造纸废水处理

在制浆和造纸生产过程中，造纸废水可分为黑液、中段废水和纸机白水。黑液是整个造纸过程中污染最为严重的废水，木质素是造成造纸工业排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和变性木素的酶活系统，能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和CO2，并破坏发色基团组织和结构，降低漂白废水中的TOCl、BOD、COD和色度[8]。范伟平等[9]利用微电解-白腐菌生物降解-絮凝沉降联合处理系统对活性染料生产废水进行处理，在最佳PH和温度及接触停留时间下，其COD去除率达90%以上，色度去除率在95%以上。另有研究表明，使用坚强芽孢杆菌产生的絮凝剂处理印染废水和酵母废水，可取得良好的絮凝效果[10]，由李云鹏等[11]从剩余污泥中制得微生物絮凝剂LBF经实验相比于PAC效果更好，其COD、SS、色度去除率都高于PAC处理的废水样。

4 微生物酶用于造纸工业中的其他用途

与常规碱法脱墨浆相比，微生物酶法脱墨浆有更高的游离度，且滤水性好、物理性能优、白度高和残余油墨量低，还可缩短脱墨时间。利用纤维素酶处理回收的废纸，既可脱除油墨和化学处理难以去除的调色调，又可改善二次纤维的抄造和使用性能[12]。顾琪萍[13]等研究表明，在优化条件下，废报纸经脂肪酶脱墨后，白度比原浆提高 4.3%SBD，裂断长、耐破指数和撕裂指数可分别提高11.4%，19.8%和17.5%。

由于传统造纸工业是耗能和环境污染大户，随着生物技术的发展，微生物酶应用于造纸工业的技术越来越受到广大研究者的重视，其规模也在不断提高。通过使用微生物技术或酶技术，不但能使资源充分利用，降低能耗与环境污染，而且能带来良好的经济效益，对造纸工业与环境保护都具有非常重要的现实意义。

参考文献

[1]秦梦华，傅英娟，劭志勇，等.酶预处理对麦草NaOH-AQ制浆性能的影响[J].中国造纸学报，2000，15（1）：33-38.

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[7]张潇，张大局，李忠正，高培基. 半纤维素E-An-76在桦木KP浆及麦草Soda-AQ浆CEH三段漂中蚋应用.林产化学与工业，1995. 15（4）：39-44.

[8]王燕蓬，秦梦华，徐清华.浅谈漆酶在制浆造纸中的应用研究[J].造纸化学品，2008，20（4）：20-23.

[9]范伟平，曹惠君，张俊，等.内电解法白腐菌生物处理活性染料染色废水[J].工业水处理，2001（2）：19-21.

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[11]李文鹏，任晓莉，项学敏，等.微生物絮凝剂对造纸废水的处理效果研究[J].工业水处理，2013，33（11）13-16.

[12]Akhtar M，et. Meeting biological engineering challenges during csale-up of biopulping. TAPPI Proc 1997 Biol.Sci. Symp，35-39.

[13]顾琪萍，勇强，尤纪雪，余世袁.几种酶脱墨性能比较及机理探讨[J].纤维素科学与技术，2003，1（4）：8-15.