梁軼媛　梁應(yīng)城

摘 要：制漿造紙工業(yè)是我國的國民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是我國環(huán)境污染的主要行業(yè)之一。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用也受到學(xué)者的重視及關(guān)注。文章綜述了微生物酶在制漿、紙漿漂白及造紙廢水處理等各工藝中的應(yīng)用并展望了其前景。

關(guān)鍵詞：微生物酶；造紙工業(yè)；降低污染

制漿造紙工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，但也是我國污染環(huán)境的主要行業(yè)之一，而我國的紙品需求仍在以每年10%的速度遞增，預(yù)計到2015年，紙產(chǎn)量達(dá)1億噸以上，所以以微生物技術(shù)運(yùn)用于造紙行業(yè)，減少能源和化學(xué)品的消耗，提高紙漿得率，降低造紙廢液對生態(tài)環(huán)境和人類健康所造成的危害等問題的研究已逐漸成為學(xué)者們研究的熱題。

1 微生物酶運(yùn)用于制漿

在自然界中，有些微生物種群能選擇性地分解木質(zhì)素化合物，在傳統(tǒng)化學(xué)或機(jī)械制漿前采用專一性微生物對造紙材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，用溫和的酶解替代高溫堿解，用生物轉(zhuǎn)化代替化學(xué)轉(zhuǎn)化，不但減少了化學(xué)試劑的用量，而且可以有效地降低機(jī)械消耗，節(jié)約能源。

1.1 漆酶在制漿中的應(yīng)用

造紙廠的煮漿過程就是用化學(xué)藥品溶出、脫除木素的過程，一般的化學(xué)制漿，不但成本高、能耗大，而且對環(huán)境污染也較為嚴(yán)重。而使用由白腐菌生產(chǎn)的漆酶將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，從而實(shí)現(xiàn)木素與纖維素、半纖維素的分離。用漆酶和介體HBT在蒸煮前對麥草進(jìn)行預(yù)處理，可降低紙漿的Kappa值，提高紙漿的白度和強(qiáng)度[1]。Jujop的研究表明，在20～90%，pH值2-10條件下用漆酶進(jìn)行預(yù)處理，可以對原料中的木素進(jìn)行改性，磨漿能耗明顯降低，每噸漿能耗1300kW·h降至850kW·h，節(jié)省動力約30%，且機(jī)械漿的物理性能得到改善，紙漿質(zhì)量達(dá)到化學(xué)熱磨機(jī)械漿的水平[2]。

1.2 纖維素酶在制漿中的應(yīng)用

在機(jī)械制漿前加化學(xué)預(yù)處理，除去或改變一部分木素結(jié)構(gòu)，可以改善紙漿的強(qiáng)度，但降低了紙漿的得率，損害了紙漿的光學(xué)特性，廢水的排放量和污染負(fù)荷也相應(yīng)增加，而經(jīng)由木霉所產(chǎn)出的纖維素和半纖維素酶處理則結(jié)合了機(jī)械法制漿和化學(xué)機(jī)械法制漿的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，除了可以增加紙漿的強(qiáng)度性能之外，還能顯著降低機(jī)械磨漿時的能量消耗[3]。

2 微生物酶用于紙漿漂白

傳統(tǒng)的含氯漂白產(chǎn)生大量有毒和強(qiáng)致癌性物質(zhì)對環(huán)境和人類造成極大危害，已逐漸被無氯漂白所取代，而以某些真菌產(chǎn)生的漆酶不僅能氧化非酚結(jié)構(gòu)，而且能使硫酸鹽漿脫木素和脫甲氧基。佐治亞大學(xué)的研究者[4]發(fā)現(xiàn)一株漆酶產(chǎn)菌-朱紅密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以產(chǎn)生自己的氧化還原中介物3-羥基鄰氨基苯甲酸（3-hydroxyanthranilic acid，3-HAA）。漆酶加3-HAA系統(tǒng)不僅能氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。通過篩選或誘變培育出假單胞菌（Pseudoznonas sp.）G6-2[5]枯草桿菌（Bacillus sp.）A[6]一30等木聚糖酶高產(chǎn)菌株進(jìn)行了分離純化的酶學(xué)研究，其所產(chǎn)木聚糖酶運(yùn)用于生物漂白技術(shù)，其結(jié)果表明木聚糖酶在多種漿種的不同漂白工藝中都有明顯的助漂作用。用于樺木漿CEH三段漂和ECF漂白，在保持白度、得率、強(qiáng)度基本不變的情況下，可減少近50%氯或二氧化氯用量，漂白漿的白度穩(wěn)定性也有所提高[7]。

3 微生物酶用于造紙廢水處理

在制漿和造紙生產(chǎn)過程中，造紙廢水可分為黑液、中段廢水和紙機(jī)白水。黑液是整個造紙過程中污染最為嚴(yán)重的廢水，木質(zhì)素是造成造紙工業(yè)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變性木素的酶活系統(tǒng)，能將漂白廢水中的有機(jī)氯化物轉(zhuǎn)變成無機(jī)氯和CO2，并破壞發(fā)色基團(tuán)組織和結(jié)構(gòu)，降低漂白廢水中的TOCl、BOD、COD和色度[8]。范偉平等[9]利用微電解-白腐菌生物降解-絮凝沉降聯(lián)合處理系統(tǒng)對活性染料生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，在最佳PH和溫度及接觸停留時間下，其COD去除率達(dá)90%以上，色度去除率在95%以上。另有研究表明，使用堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌產(chǎn)生的絮凝劑處理印染廢水和酵母廢水，可取得良好的絮凝效果[10]，由李云鵬等[11]從剩余污泥中制得微生物絮凝劑LBF經(jīng)實(shí)驗(yàn)相比于PAC效果更好，其COD、SS、色度去除率都高于PAC處理的廢水樣。

4 微生物酶用于造紙工業(yè)中的其他用途

與常規(guī)堿法脫墨漿相比，微生物酶法脫墨漿有更高的游離度，且濾水性好、物理性能優(yōu)、白度高和殘余油墨量低，還可縮短脫墨時間。利用纖維素酶處理回收的廢紙，既可脫除油墨和化學(xué)處理難以去除的調(diào)色調(diào)，又可改善二次纖維的抄造和使用性能[12]。顧琪萍[13]等研究表明，在優(yōu)化條件下，廢報紙經(jīng)脂肪酶脫墨后，白度比原漿提高4.3%SBD，裂斷長、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)可分別提高11.4%，19.8%和17.5%。

由于傳統(tǒng)造紙工業(yè)是耗能和環(huán)境污染大戶，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物酶應(yīng)用于造紙工業(yè)的技術(shù)越來越受到廣大研究者的重視，其規(guī)模也在不斷提高。通過使用微生物技術(shù)或酶技術(shù)，不但能使資源充分利用，降低能耗與環(huán)境污染，而且能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，對造紙工業(yè)與環(huán)境保護(hù)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]秦夢華，傅英娟，劭志勇，等.酶預(yù)處理對麥草NaOH-AQ制漿性能的影響[J].中國造紙學(xué)報，2000，15（1）：33-38.

[2]Jujop.Enzymes are breaking into paper[J].Pulp and Paper Int.1991，33（9）：81

[3]涂啟梁，付時雨，詹懷宇.纖維素酶和半纖維素酶在制漿Papr Sci，19999，25（3）：90-94.造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J].實(shí)用技術(shù)，2006，35（3）：27-29.

[4]Eriksson -EL. Past successes and future possibilities for biotechnology in the pulp and paper lndustry. Proc.7 l th Intern. Conf. Biotechnol. Pulp Paper lnd. A7-10.

[5]楊建云，曲音波，劉瑞田等.耐堿性木聚糖酶高產(chǎn)細(xì)菌蚋篩選及其產(chǎn)酶條件的優(yōu)化1996，迎接21世紀(jì)新的挑戰(zhàn)，虞星炬等編，化學(xué)工業(yè)出版社，第715-719.

[6]Jiang Ying hui.Qu Yingbo，Chen Shicheng，Liu Xiangmei and Gao Peiji. Screening of alkalineβ一glycanases producer and optimization of enzyme production 1998，7th International Conference on Biotechnology in the pulp and paper Industry， Vod . C，117-120

[7]張瀟，張大局，李忠正，高培基. 半纖維素E-An-76在樺木KP漿及麥草Soda-AQ漿CEH三段漂中蚋應(yīng)用.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，1995. 15（4）：39-44.

[8]王燕蓬，秦夢華，徐清華.淺談漆酶在制漿造紙中的應(yīng)用研究[J].造紙化學(xué)品，2008，20（4）：20-23.

[9]范偉平，曹惠君，張俊，等.內(nèi)電解法白腐菌生物處理活性染料染色廢水[J].工業(yè)水處理，2001（2）：19-21.

[10]Salehizadeh H，Shojaosadati S A. Isolation and characterization of a bioflocculant produced by Bacillus firmus [J].Biotechnology Letters，2002，24（1）：35-40.

[11]李文鵬，任曉莉，項(xiàng)學(xué)敏，等.微生物絮凝劑對造紙廢水的處理效果研究[J].工業(yè)水處理，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]顧琪萍，勇強(qiáng)，尤紀(jì)雪，余世袁.幾種酶脫墨性能比較及機(jī)理探討[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，2003，1（4）：8-15.