生物技术在制浆造纸中的应用及优点

生物技术，简单地概括起来，就是利用生物有机体(从微生物直至高等动物、植物)或其组成部分(包括器官、组织、细胞或细胞器等)发展新产品或新工艺的一种体系。实际上是包括操纵生物(微生物、植物、动物)的细胞、组织或酶，进行生物合成、生物转化或生物降解，大规模地生产预期产品或达到特殊目的的一门技术。

生物制浆

生物制浆就是在制浆前利用环境微生物菌体或其酶制剂对原料进行预处理，然后蒸煮，获得纸浆。这个过程可节省蒸煮化学药品，对纸浆纤维特性也有一定改变。

韧皮纤维的生物制浆已有成功的例子。例如丁风平等人利用碱性果胶酶(PATE，适宜pH=6.8～9.O)在碱性条件下通过降解纤维间的果胶和多糖，使三桠皮和构皮纤维原料解离成浆。此方法具有能耗低，污染少，且能大幅度提高原料利用率等特点。

生物预处理可以显著地降低能耗，改善浆的性能。结果表明，与未经真菌处理的相比，在盘磨机磨至相同游离度的情况下，杨木可以降低20%的耗能，挪威云杉降低13%的能耗。Kashino稍用IZU一154对阔叶木和针叶木生物机械浆进行了研究，发现粗磨的山毛榉机械浆经真菌处理7天以后，可使后续浆能量消耗降低1/3--1/2，且强度性能得到改善;经粗磨的云杉机械浆和红松浆采用真菌处理10～14天，磨浆能耗约降低1/3，强度性能也有所改善。

生物方法预处理木片一般采用白腐菌等，这些菌种可以生产木素过氧化酶和漆酶，生产预处理本片的主要影响因素是：菌种种类和酶用量、PH值、温度和浓度、原料材种等。

生物技术在废纸脱墨中的应用

废纸脱墨，传统的脱墨生产线大多采用化学法，用大量的碱、水、硅酸钠和工业皂等使油墨在强碱性化学品和机械力的作用下，从纸面脱落，然后通过浮选和洗涤除去。

生物酶新闻纸脱墨剂的脱墨机理可能为：生物酶能选择性地优先作用于纤维之间的交界面。使油墨与纤维之间的连接松动，在适度的机械作用下，把油墨从纤维表面脱离下来。生物酶脱墨剂是一种高效复合酶制剂。

生物酶脱墨具有以下优点：

(1)能适应任何油墨，油墨与纤维分离彻底，脱墨浆白度高，尘埃少。

(2)纤维得率高。

(3)可降低氢氧化钠、硅酸钠、双氧水等化学药品的用量。

(4)脱墨废水负荷远低于化学脱墨，有利于环境保护。

Putz等人对胶印新闻纸的酶法脱墨和化学脱墨进行了比较，发现酶法脱墨可以节约大量化学药品，降低脱墨废水的COD含量。国内对废新闻纸脱墨的研究还表明，酶法脱墨浆具有更高的白度和相似的物理性能。

生物技术在漂白中的应用

生物酶促漂白技术，主要是利用半纤维素酶部分酶解纤维细胞中的半纤维素，使木素更容易与漂剂反应而溶出，从而提高漂后浆的白度。半纤维素酶有助于硫酸盐纸浆的漂白技术，可以实现经济的生物技术应用于纸浆的漂白，其基本原理是根据半纤维素酶(木聚糖酶和甘露糖酶)能引起纸浆中碳水化合物结构的改性而提高脱木素作用。这种酶能使纸浆中部分半纤维素解聚，部分解聚的半纤维素妨碍漂白化学药品从纸浆纤维中除去残留木素。

1989年芬兰率先应用木聚糖酶预处理硫酸盐纸浆的工业化试验。目前，北欧和北美地区的许多制浆造纸工厂将这一生物技术应用于漂白硫酸盐浆的工业化生产。智利制浆厂在蓝桉和亮蓝桉木材硫酸盐制浆漂白过程中，采用商品木聚糖酶预处理未漂白的桉木材硫酸盐纸浆，并结合无元素氯漂白顺序D.Eop-D(D-二氧化氯、E-碱处理、O-氧气、P-过氧化氢)，结果节省二氧化氯12%～40%，而对漂白浆强度没有影响，白度达到90%ISO。

生物技术在打浆中的应用

1997年Bhardwaj等人研究了几种商品木聚糖酶对打浆和精浆的作用。结果发现，木聚糖酶能使针叶木浆的磨浆能耗降低25%.竹浆降低18%.混合浆(60%旧硫酸盐瓦楞纸剪碎料浆，40%未漂针叶木浆)降低15%，且对纸浆的强度性质无影响。

近年来，桉木制浆发展迅速，但其导管大且硬，导致打浆困难，给成纸性能带来一些不良影响。Honshu Paper公司的一项专利指出，商品纤维素酶能够提高阔叶木导管的柔韧性，且酶法处理能使导管脱落程度降低80%，同时纸浆的滤水性、抗张强度和平滑度都得到提高。

众所周知，硫酸盐法制浆是生产高强度纸浆最常用的方法，但硫酸盐浆打浆困难且能耗高却是困扰生产的主要问题。针对此问题，鞠成民等人采用纤维素酶、半纤维素酶对未漂硫酸盐针叶木浆进行预处理研究，结果表明，纤维素酶、半纤维素酶以及纤维素酶和半纤维素酶的复合酶在打浆前对未漂硫酸盐针叶木浆进行处理可以使纤维细胞壁变得松弛，利于纤维润胀和细纤维化，从而提高了打浆度、降低了打浆能耗，而在提高打浆度方面，含外切酶的内切酶和多组分复合酶比单一组分内切酶更有效。

纤维素内切酶的组成对酶促打浆有重要影响，如EGl(单一组分纤维素内切酶)不具有提高打浆度的作用，而适量的EG5(单一组分纤维素内切酶)能提高打浆度，且对纸浆的裂断长无不利影响。

目前，酶生物漂白、酶法脱墨、在一些工厂己形成规模，但由于酶法脱墨的机理还不太清楚，以致酶法脱墨的进一步研究与工业成用受到了限制;对酶的作用机理仍需要继续研究，使酶法脱墨更具可行性。

生物法制浆工业化生产，还需解决缩短生物预处理周期等问题。彻底解决蒸煮黑液问题(难点是木素的有效生物降解)仍是制浆废水无法通过生物方法直接解决的难题，特别是以草类为主要原料且无碱回收装置的造纸企业，目前正面临着生存的严峻挑战。在全球的可持续发展战略中，生物技术在制浆造纸工业中将会发挥更重要的作用。