生物法抑制楊木機械漿和麥草化學漿返黃和機制研究.pdf

1、中國是紙類產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費大國，傳統(tǒng)的紙漿往往以木材為原料，給有限的森林資源帶來嚴重壓力;同時，制漿過程中化學試劑的大量使用，也帶來了嚴重的環(huán)境問題。高得率漿以及非木材紙漿，可以較好的緩解木材資源的供需矛盾。然而，禾草類紙漿特別是高得率漿在光、熱條件下的易返黃性質限制了它們的應用范圍。在此類抑制返黃的研究中，通過對木素進行改性處理或往紙漿中添加返黃抑制劑、增白劑等方法研究的較為深入，但由于成本高、毒性大等缺點此類方法未能實現(xiàn)大規(guī)模的推廣

2、應用。生物技術在造紙工業(yè)中的應用，對于抑制紙漿的光熱返黃、提高紙漿品質以及降低生產(chǎn)成本和污染物排放量等方面具有重要的意義。
　　通過前期工作，本實驗室篩選得到了一株對紙漿的熱返黃有明顯抑制作用的菌株Fusarium concolor X4。該菌株具有相對較低的纖維素酶酶活，經(jīng)生物處理的紙漿具有較高的得率。本課題在實驗室前期研究的基礎上，具體研究了Fusarium concolor X4處理對高得率漿光返黃的影響，并探討了其作用機制

3、。在此基礎上，結合該菌株在處理紙漿過程中的產(chǎn)酶規(guī)律，選擇了可能對抑制返黃起關鍵作用的半纖維素酶、漆酶等酶類，深入研究了不同酶及不同酶協(xié)同作用體系對紙漿白度及光、熱老化的抑制作用及機制，以期為抑制紙漿返黃的微生物酶系改造及復合酶制劑的生產(chǎn)提供參考。主要研究內容和結果如下:
　　1、同色鐮刀菌X4處理抑制高得率漿楊木CTMP光誘導返黃的效果和機制
　　光老化過程中，紙漿白度的降低速度與所用光源、紙漿種類等因素均有關。楊木CTMP

4、與化學漿相比，更容易導致光誘導返黃。在光老化24 h內，紙漿白度降低較為迅速，繼續(xù)延長時間則返黃趨勢放緩。相同的光強度下，隨光源波長的減小，光老化后白度降低更為顯著。鑒于干熱老化在條件的控制及重現(xiàn)性方面具有獨特的優(yōu)勢，論文選擇在105℃下的干熱老化作為熱老化的方法，通過對楊木CTMP和麥草CP105℃干熱老化72 h過程中白度和返黃值(PCN)的分析，確定24 h、105℃作為紙漿進行干熱老化時的實驗條件。
　　Fusarium

5、concolor X4處理可以提高楊木CTMP的白度且具有較好的抑制返黃效果。在生物處理的第2天和第6天紙漿白度分別提高5.0％和12.2％，PCN分別降低14.5％和16.8％。通過對酶活的分析發(fā)現(xiàn)，生物處理過程中，先后分泌出木素過氧化物酶、錳過氧化物酶、木聚糖酶，并檢測到極少量的濾紙酶活、羧甲基纖維素酶活(CMCase)和β-木糖苷酶活等。不同酶的分泌時間有所差異，其中木素過氧化物酶和木聚糖酶在生物處理第2天時即被檢測到，但錳過氧化

6、物酶和漆酶則出現(xiàn)相對較晚，漆酶和錳過氧化物酶分別在生物處理的第8天和第10天時達到峰值。木素過氧化物酶雖然分泌較早，但在第14天時才達到酶活最大值。
　　生物處理前后漿片的漫反射光譜、化學成分和紅外光譜的分析證明，F(xiàn)usarium concolor X4處理降低了楊木CTMP中的木質素、半纖維素及己烯糖醛酸的含量。其中生物處理后半纖維素含量降低幅度較大，木質素特別是紫丁香基木素含量有一定程度的降低。這些物質的減少使得紙漿對光的敏感

7、性降低，從而減少了光老化后新的發(fā)色基團的形成，抑制了漿片光誘導返黃的程度。
　　2、半纖維素酶處理對紙漿的返黃抑制效果和機制
　　選擇實驗室異源表達、純化后的木聚糖酶(Xyn)處理楊木CTMP和麥草CP，發(fā)現(xiàn)木聚糖酶處理具有一定的助漂和抑制返黃效果。木聚糖酶對麥草CP的白度改善效果和對返黃的抑制效果比對楊木CTMP明顯。當木聚糖酶添加量為40 IU/g絕干漿時，酶處理后的麥草CP經(jīng)漂白后白度比對照提高3.0％、楊木CTMP提

8、高0.6％;光熱老化后麥草CP的PCN比對照降低14.3％和34.1％，而楊木CTMP的PCN無明顯變化。通過對木聚糖酶處理液及漿片化學組分的分析發(fā)現(xiàn)，木聚糖酶對不同紙漿中半纖維素、木素及HexA含量有不同的影響。與CTMP相比，木聚糖酶處理對麥草CP中相關組分的降解程度最大。漫反射光譜及紅外光譜表明，木聚糖酶處理，降低了紙漿中半纖維素及部分木質素含量，有效減少了麥草CP在光、熱老化中發(fā)色物質的生成。
　　酸性木糖苷酶Abf和中性

9、木糖苷酶Xyl與木聚糖酶Xyn協(xié)同處理，有利于提高麥草CP的白度及光、熱老化穩(wěn)定性，但對楊木CTMP的協(xié)同作用較弱。通過對協(xié)同處理后酶解液組分及酶處理前后紙漿的紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，木聚糖酶、木糖苷酶協(xié)同處理促進了紙漿中半纖維素的降解和木質素的溶出，其中對麥草CP的作用更為明顯。
　　3、漆酶、漆酶價體對楊木CTMP和麥草化學漿返黃的抑制效果和機制
　　漆酶對楊木CTMP具有一定的漂白及抑制返黃作用，添加介體可以較大幅度提高楊木

10、CTMP的白度穩(wěn)定性，但對漂白漿白度有不利影響。與介體ABTS、乙酰丁香酮及丁香醛相比，HBT（1-羥基苯并三咗）對楊木PCN的降低程度最大，且未明顯影響漂白漿的白度。當HBT添加量為2％時，添加30 IU/g（絕干漿）的漆酶在45℃條件下處理2h后，楊木CTMP光老化和熱老化后的PCN分別比對照樣下降21.2％和17.8％。
　　漆酶(Lac)及漆酶/介體(LMS)處理有利于麥草CP漂白漿白度及穩(wěn)定性的提高，且LMS處理后白度的

11、提高幅度大于Lac處理漿。Lac及LMS處理后麥草CP的光老化PCN均比對照降低15％，LMS處理的楊木CTMP熱老化PCN比對照降低14.3％，而Lac處理未改善麥革CP的熱老化穩(wěn)定性。
　　通過對楊木CTMP及麥草CP酶解液組分及漫反射、紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，LMS處理對紙漿半纖維素及木質素的溶出量高于Lac處理，LMS對易返黃組分的降解作用大于Lac處理;Lac及LMS處理對麥革CP組分的降解作用大于對楊木CTMP的作用。酶處理

12、前后麥草CP的X射線光電子能譜(XPS)分析表明，Lac、LMS均能在不同程度上降低紙漿表面木素含量，且LMS處理優(yōu)于Lac處理。Lac以及LMS處理前后楊木CTMP磨木木素以及麥草磨木木素的紅外光譜分析表明，Lac及LMS處理可降低楊木木素光、熱老化過程中芳香羰基、醚等結構的生成，有效抑制麥草木素光老化過程中芳香羰基、醚等結構的產(chǎn)生。對木素酶處理液的紫外可見光譜分析表明，漆酶及LMS可以降解楊木CTMP以及麥草中的木素，相同條件下對麥

13、草木素的作用更大，且LMS體系對木素的降解作用大于漆酶體系。
　　4、Lac與半纖維素酶協(xié)同處理對楊木CTMP和麥草化學漿返黃的抑制效果和機制
　　Lac與半纖維素酶、LMS與半纖維素酶組合處理，可以明顯提高楊木CTMP及麥草CP的白度及白度穩(wěn)定性。其中Xyn/Abf-LMS體系對紙漿自度及其穩(wěn)定性的影響最大，且對麥草CP的作用優(yōu)于楊木CTMP。
　　通過對楊木CTMP及麥草CP酶解液成分及漿片的漫反射及紅外光譜分析發(fā)