因?yàn)樵旒?、制漿的生產(chǎn)環(huán)境多為堿性，用堿性果膠酶能與造紙和制漿工藝相適應(yīng)，但對酶的質(zhì)量要求相當(dāng)高，目前國內(nèi)可以生產(chǎn)高活力堿性果膠酶的只有浣溪沙酶技術(shù)有限公司等少數(shù)幾個廠家。

一、浸漬法制漿

    浸漬法制漿是指將微生物直接接種于纖維原料中,在微生物生長繁殖的同時(shí),分泌大量的酶,使得將纖維粘在一起的物質(zhì)分解、溶出,從而使纖維彼此分離成漿。

    麻類纖維木素含量較少,果膠質(zhì)較多,麻類纖維制漿主要是脫膠。微生物脫膠與微生物產(chǎn)生的酶有關(guān)。有人將這種決定脫膠的物質(zhì)叫做浸軟因子。1986年,h.tanabe和y.kobayashi從erewinia caro- tovora ferm p-7576菌的粗酶液純化了內(nèi)切果膠裂解酶并驗(yàn)證了這就是浸軟因子。一般來說在脫膠酶中果膠酶對于脫膠效果有直接影響,因此可以作為脫膠酶制劑優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。

    中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所進(jìn)行了幾十年的麻類生物脫膠試驗(yàn),篩選到了較多的適于快速脫膠的菌種,并提出了“膠養(yǎng)菌,菌產(chǎn)酶,酶脫膠”理論。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉向華等人把高效脫膠菌t85-260用于龍須草生物制漿,取得了理想的效果。

    浣溪沙酶技術(shù)有限公司用自己獨(dú)有專利和菌種生產(chǎn)的堿性果膠酶在浸解韌皮纖維方面效果獨(dú)特，在麻脫膠方面效果顯著。日本的小林良生用歐氏菌gir-277液體發(fā)酵山椏皮3天可成漿,得率79%。

二、酶法制漿

    把樹皮纖維先在0.1%naoh溶液中浸漬2h,再用35單位的β-木聚糖酶在30℃、ph6.0的條件下處理3h,此后用800單位的果膠酶在30℃、ph值9.5條件下處理3h,所得的紙漿中未分離韌皮纖維僅為0.4%,而未經(jīng)處理的漿樣中未分離的韌皮纖維為17.9%。另外,北愛爾蘭采用果膠酶脫去麻類如亞麻中的果膠質(zhì)和果膠酸。日本對韌皮纖維進(jìn)行酶處理,主要是除去纖維胞間層中的果膠質(zhì),取得了滿意的制漿效果,目前已處于實(shí)用階段。鄭來久等以紅麻干皮為原料研究了全酶法脫膠的工藝和機(jī)理,通過正交試驗(yàn)確定了全酶法脫膠工藝的基本范圍,并在其基礎(chǔ)上確定工藝參數(shù)分別為:溫度50℃,浴比1∶15,預(yù)處理35 min,起始ph值2.5,酶與原麻比1∶200,回用脫膠池底的10%廢液,再加90%水和80%的首次脫膠酶量。

三、生物——機(jī)械法聯(lián)合制漿

    生物機(jī)械制漿即在機(jī)械磨漿前用微生物或酶代替化學(xué)藥品對原料進(jìn)行預(yù)處理。目前對生物機(jī)械制漿的研究已達(dá)到中試和工業(yè)化規(guī)模,并獲得成功。瑞典stockholm制漿和造紙研究所科技人員采用酶-機(jī)械制漿方法后,亞麻、大麻韌皮纖維經(jīng)纖維素酶和果膠酶處理后制得的漂白機(jī)械漿保水值分別為(26.0±1.5)wrv和(43.0±3.0)wrv,白度(74±0.4)% iso和(57±0.3)%iso,抗張指數(shù)(45.5±3.2)n·m·g-1和 (48.9±2.9)n·m·g-1,撕裂指數(shù)(10.8±0.11)mn·m2·g-1和 (14.8±1.1)mn·m2·g-1。韌皮纖維的酶處理優(yōu)于酸水解,因?yàn)槊柑幚砜绍浕w維,而纖維素聚合度沒有明顯降低。工廠選用韌皮纖維酶-機(jī)械制漿制得的漂白漿,適用于制造高檔紙張,同時(shí)還能節(jié)省能量消耗。

    生物化學(xué)聯(lián)合脫膠就是將經(jīng)過微生物脫膠法或酶制劑脫膠法處理后的脫膠麻再用化學(xué)脫膠法處理一次,以提高纖維質(zhì)量。江蘇無錫紡織品研究所對羅布麻進(jìn)行了微生物和化學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行脫膠, 利用微生物對原麻進(jìn)行預(yù)處理,通過各種果膠分解酶的作用,使韌皮纖維的果膠質(zhì)及部分雜質(zhì)先去除, 并褪掉色素,然后再用化學(xué)方法進(jìn)行處理,取得了較好的效果。

    白延坤、劉秉鉞等人研究了光葉楮白皮的機(jī)械--生物法制漿。與直接生物法相比,雖然纖維素脫除率略高,果膠脫除率也略低,但木素脫除率較高,戊聚糖也更多地得到了保留,且成漿周期縮短。

四、果膠酶用于處理dcs物質(zhì)

1、作用機(jī)理

    不同品種木材含有不等量的果膠。果膠是一種主要由半乳糖醛酸組成的多聚糖,其大部分的半乳糖醛酸上的羧基已甲基化。脫甲基果膠一般稱為聚半乳糖醛酸或果膠酸。在機(jī)械制漿的磨漿過程中,由于高溫和高強(qiáng)度的機(jī)械作用,部分果膠質(zhì)從纖維中游離出來。未漂tmp漿中含有大約每噸漿2kg的溶解果膠。dcs物質(zhì)主要產(chǎn)生在h2o2漂白過程中。果膠酸是漂白機(jī)械漿中dcs的陽離子需要量的重要貢獻(xiàn)者。堿性h2o2漂白之后,溶解果膠的含量增加1倍。p.br’uer等人的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)機(jī)械漿漂白至74%iso時(shí),紙漿對陽離子(聚二丙烯基二甲基 氯化銨)需求量約增加1.5 kg·t-1。這主要是因?yàn)閴A性 h2o2漂白導(dǎo)致果膠的脫甲基反應(yīng),使果膠轉(zhuǎn)變?yōu)榫郯肴樘侨┧?。這包括溶解在水中的果膠以及纖維中的果膠。纖維中果膠的脫甲基反應(yīng)增加纖維的羧基含量,從而提高纖維的負(fù)電荷密度、親水性及柔軟度。

    1994年,thornton j等人第一次把果膠酶應(yīng)用于h2o2漂白的機(jī)械漿中。通過對北美地區(qū)兩個工廠的工業(yè)化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在漂白熱磨機(jī)械漿和漂白壓力磨石磨木漿中加入一定量的果膠酶后,可使?jié){液 cd值降低約50%,提高了陽離子助留劑的助留效果。

    又有研究表明,隨酶用量增加,dcs的cd值降低,細(xì)小纖維留著率逐漸增加。當(dāng)酶用量超過 100u·l-1時(shí),dcs的陽電荷需要量降低了約30%, 繼續(xù)增加酶用量cd值變化不大。所以,果膠酶處理 dcs使pei/cpam助留效果提高的原因是酶處理降解了造成陰離子垃圾的主要物質(zhì)果膠酸,使體系 的陽電荷需要量降低,dcs中陰離子垃圾的減少提高了陽離子助劑的效率,從而提高了細(xì)小纖維留著率。

    研究表明,各種果膠酶降低 tmp中陽離子需求的能力有很大差異,這可能是由于接近底物的能力、酶的結(jié)構(gòu)和特性,以及果膠酯化程度不同。研究還表明,果膠酶在漂前也能降低陽離子需求。下圖列出了在工藝中可選的酶制劑加入點(diǎn)。

2、影響因素

    由于酶作用的專一性,只有在適當(dāng)處理的條件下才能使其發(fā)生有效的作用。溫度是酶活性的關(guān)鍵因素,溫度低,酶活性得不到充分發(fā)揮,酶容易失活。蘭穎輝的實(shí)驗(yàn)表明,聚半乳糖醛酸酶(pg)的Zui適作用溫度為45℃,在45～65℃之間酶活較高,45℃以下不穩(wěn)定,酶活較低。果膠酯酶(pe)的Zui適作用溫度為50℃,在45～55℃之間酶活較高,超過55℃酶活力下降很大,65℃相對酶活僅為30.5%。果膠裂解酶 (pl)的Zui適作用溫度為50℃,在45～55℃之間酶活較高,45℃以下酶活損失較大,35℃相對酶活僅為 32.5%。一般漿料從漂白塔到上網(wǎng)時(shí)溫度變化大約為49～60℃,果膠酶在此環(huán)境下酶活較高,能較充分地與聚半乳糖醛酸發(fā)生作用。

    另外,ph值也是影響酶活的關(guān)鍵因素。pg穩(wěn)定的ph范圍是2.0～7.0,在此范圍內(nèi)酶活可保持82%以上;pe穩(wěn)定的ph范圍是5.0～8.0,低于5.0時(shí)很不穩(wěn)定,相對酶活只有2.3%;pl穩(wěn)定的ph范圍是 4.0～8.0,在此范圍內(nèi)酶活可保持84%以上。 ian reid等人通過生產(chǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)約60%陽離子需求量的降低會發(fā)生在開始的8min內(nèi),處理 5min時(shí),聚半乳糖醛酸的分解已近于穩(wěn)定,時(shí)間達(dá)到2h時(shí),再延長時(shí)間變化已很微弱,這說明酶處理并不需很長的時(shí)間。

3、果膠酶控制dcs物質(zhì)的潛在優(yōu)勢

    陰離子垃圾捕捉劑可與h2o2漂白過程中從 tmp漿中產(chǎn)生的聚半乳糖醛酸形成聚電解質(zhì)化合物,利用果膠酶處理,使聚半乳糖醛酸分解,可以避免這種化合物的生成,并且與未經(jīng)果膠酶處理的漂白漿相比,用于絮凝膠黏物的陰離子垃圾捕捉劑用量顯著減少。有紙廠試驗(yàn)說明,果膠酶在h2o2漂白tmp或pgw漿的應(yīng)用中有極大的優(yōu)勢。果膠酶在2個完全不同的紙廠進(jìn)行了成功的應(yīng)用,使h2o2漂白漿的陽離子需求量分別降低46%和36%。陽離子需求量降低,可以減少陽離子助劑的用量,包括增強(qiáng)劑、淀粉和凝結(jié)劑。而且,a紙廠可不再使用明礬。在b紙廠,因助劑量的減少每年節(jié)省200多萬美元。所以,如果紙廠想添加洗滌器以減輕因陰離子垃圾導(dǎo)致的各種問題,可以考慮使用果膠酶來代替。

    由于酶作用的專一性,添加果膠酶對紙漿中纖維的化學(xué)和物理性質(zhì)沒有影響,所以對成紙性能也沒有負(fù)面影響。另外,盡管酶制劑包含大量的電解質(zhì),在經(jīng)過果膠酶處理后,膠黏物中的離子強(qiáng)度并沒有顯著增加。