纤维素酶在造纸中的应用

制浆造纸工业是国民经济的重要支柱产业之一，但目前制浆造纸工业所面临的原料短缺，能源紧张，污染严重的三大问题束缚着它的发展。近年来，人们相继研究并应用了一系列新方法和新技术于制浆造纸工业中，期望通过技术进步和创新来解决困扰制浆造纸工业发展的这些不利因素，纤维素酶的研究与应用无疑是实现这一目标的一条有效途径。主要包括纤维素酶法废纸脱墨、纤维素酶法处理改善纸浆性能和成纸质量等。

1）废纸脱墨。常规脱墨方法是使用一些化学药品，在一定的温度及适当的机械作用下，将油墨从纤维上分离下来，然后再用浮选和/或洗涤工艺将剥离下来的油墨从纸浆中除去。酶法废纸脱墨回收二次纤维是一项崭新的生物技术。目前，用于脱墨研究的酶制剂有纤维素酶、脂肪酶、酯酶、果胶酶、淀粉酶、半纤维素酶和木素降解酶。酶处理法是采用酶进攻油墨或纤维表面，其中脂肪酶和酯酶能够降解植物油基油墨；果胶酶、淀粉酶、半纤维素酶、纤维素酶和木素降解酶则改变纤维表面或油墨离子附近的连接键，从而使油墨分离，经洗涤或浮选法脱除。与传统的化学法脱墨相比，酶脱墨具有明显的优势，它可以降低能耗、减轻环境污染，脱墨率亦高于化学法脱墨。实验室研究和工业化规模实验已证实酶法脱墨是一种效果好、经济可行的废纸脱墨方法。酶法脱墨浆较之常规碱法脱墨浆具有游离度高、滤水性能好、物理性能优、白度高和残余油墨量低的优点。更重要的是酶法脱墨可以通过改变酶的组成、用量、处理时间、pH和添加一些助剂来控制油墨粒子大小分布和形状，所以酶法脱墨可以有效地提高浮选脱墨效果（浮选脱墨以油墨粒子大小为基础），从而能够有效地去除大粒径的、扁平的和刚硬的油墨[10]。

最近，Welt and Dinus提出纤维素酶法脱墨的几种可能机理：

①酶把固定油墨的纤维素纤维部分水解和降解，使它们彼此分离，油墨粒子在碎浆过程中得到分离；

②酶处理通过提高细纤维化或去除单根纤维表层使纤维间结合力降低，进而分离出油墨；

③酶的催化水解并不是主要的，重要的是纤维素酶可使纤维表面遭到一定程度的降解，从而在碎浆中将油墨分离出去；

④纤维素酶从纤维表面剥离掉细小纤维使油墨粒子脱离分散到悬浮液中；

⑤酶的作用是间接的，通过去除微细纤维和细小组分来改善纸浆的滤水性能并促进洗涤或浮选；

⑥纤维素酶和半纤维素酶分解除去已剥离下来油墨粒子上残留纤维，增加油墨颗粒的疏水性，提高后续的浮选处理效果；

⑦机械作用使纤维表面或纤维上的纤维素分子链扭曲，从而增加酶的可及度和浸蚀性，因此机械作用对酶脱墨是非常重要和必要的。

2）纤维素酶法处理改善纸浆性能。酶处理改善纸浆性能包括降低机械浆磨浆能耗、提高化学浆的打浆性能和改善纸浆纤维性质。酶处理还可改善磨浆性能，纸浆在磨浆之前，用纤维素酶、半纤维素酶进行预处理，可以改进磨浆效果。一般应用于机械浆，很少用于化学浆。废纸浆滤水性差的主要原因是细小纤维含量和填料含量较高，而纤维素酶能选择性地水解废纸浆中的细小纤维，从而提高废纸浆的滤水性能。目前，酶法处理改进废纸浆滤水性能的工业应用已取得了一定进展。 Pommier等人通过实验室和中试研究发现，采用含有纤维素酶活和半纤维素酶活的liftaseA40酶处理旧瓦楞纸板为的二次纤维，在较低用量下，能够提高废纸浆的游离度和滤水性能而不引起纸浆物理性能的损失。经过酶处理后的废纸浆，因其滤水性能提高，既可提高纸机车速以提高生产能力，又可降低网前箱的浓度以提高纸张匀度并保持较好的机械强度，进而提高了成纸质量。在中试的基础上，利用liftaseA40酶先后对30家造纸厂的再生纸板生产进行了生产性应用，均取得了明显的效果，同中试的结果相符合。废纸浆经过酶（酶用量0.2％）处理后，废纸浆在生产硫酸盐浆挂面纸板的配比增加了32％，降低了生产成本。