生物法抑制楊木機(jī)械漿和麥草化學(xué)漿返黃和機(jī)制研究.pdf

1、中國(guó)是紙類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，傳統(tǒng)的紙漿往往以木材為原料，給有限的森林資源帶來(lái)嚴(yán)重壓力;同時(shí)，制漿過(guò)程中化學(xué)試劑的大量使用，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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(lèi)紙漿特別是高得率漿在光、熱條件下的易返黃性質(zhì)限制了它們的應(yīng)用范圍。在此類(lèi)抑制返黃的研究中，通過(guò)對(duì)木素進(jìn)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(diǎn)此類(lèi)方法未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣

2、應(yīng)用。生物技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)于抑制紙漿的光熱返黃、提高紙漿品質(zhì)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(guò)前期工作，本實(shí)驗(yàn)室篩選得到了一株對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)室前期研究的基礎(chǔ)上，具體研究了Fusarium concolor X4處理對(duì)高得率漿光返黃的影響，并探討了其作用機(jī)制

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

4、與化學(xué)漿相比，更容易導(dǎo)致光誘導(dǎo)返黃。在光老化24 h內(nèi)，紙漿白度降低較為迅速，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間則返黃趨勢(shì)放緩。相同的光強(qiáng)度下，隨光源波長(zhǎng)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，論文選擇在105℃下的干熱老化作為熱老化的方法，通過(guò)對(duì)楊木CTMP和麥草CP105℃干熱老化72 h過(guò)程中白度和返黃值(PCN)的分析，確定24 h、105℃作為紙漿進(jìn)行干熱老化時(shí)的實(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)酶活的分析發(fā)現(xiàn)，生物處理過(guò)程中，先后分泌出木素過(guò)氧化物酶、錳過(guò)氧化物酶、木聚糖酶，并檢測(cè)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(shí)間有所差異，其中木素過(guò)氧化物酶和木聚糖酶在生物處理第2天時(shí)即被檢測(cè)到，但錳過(guò)氧化

6、物酶和漆酶則出現(xiàn)相對(duì)較晚，漆酶和錳過(guò)氧化物酶分別在生物處理的第8天和第10天時(shí)達(dá)到峰值。木素過(guò)氧化物酶雖然分泌較早，但在第14天時(shí)才達(dá)到酶活最大值。
　　生物處理前后漿片的漫反射光譜、化學(xué)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(zhì)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(zhì)素特別是紫丁香基木素含量有一定程度的降低。這些物質(zhì)的減少使得紙漿對(duì)光的敏感

7、性降低，從而減少了光老化后新的發(fā)色基團(tuán)的形成，抑制了漿片光誘導(dǎo)返黃的程度。
　　2、半纖維素酶處理對(duì)紙漿的返黃抑制效果和機(jī)制
　　選擇實(shí)驗(yàn)室異源表達(dá)、純化后的木聚糖酶(Xyn)處理?xiàng)钅綜TMP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(duì)麥草CP的白度改善效果和對(duì)返黃的抑制效果比對(duì)楊木CTMP明顯。當(dāng)木聚糖酶添加量為40 IU/g絕干漿時(shí)，酶處理后的麥草CP經(jīng)漂白后白度比對(duì)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(duì)照降低14.3％和34.1％，而楊木CTMP的PCN無(wú)明顯變化。通過(guò)對(duì)木聚糖酶處理液及漿片化學(xué)組分的分析發(fā)現(xiàn)，木聚糖酶對(duì)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(duì)麥草CP中相關(guān)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(zhì)素含量，有效減少了麥草CP在光、熱老化中發(fā)色物質(zhì)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(duì)楊木CTMP的協(xié)同作用較弱。通過(guò)對(duì)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(jìn)了紙漿中半纖維素的降解和木質(zhì)素的溶出，其中對(duì)麥草CP的作用更為明顯。
　　3、漆酶、漆酶價(jià)體對(duì)楊木CTMP和麥草化學(xué)漿返黃的抑制效果和機(jī)制
　　漆酶對(duì)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(duì)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(duì)楊木PCN的降低程度最大，且未明顯影響漂白漿的白度。當(dāng)HBT添加量為2％時(shí)，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(duì)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(duì)照降低15％，LMS處理的楊木CTMP熱老化PCN比對(duì)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(guò)對(duì)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(duì)紙漿半纖維素及木質(zhì)素的溶出量高于Lac處理，LMS對(duì)易返黃組分的降解作用大于Lac處理;Lac及LMS處理對(duì)麥革CP組分的降解作用大于對(duì)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(guò)程中芳香羰基、醚等結(jié)構(gòu)的生成，有效抑制麥草木素光老化過(guò)程中芳香羰基、醚等結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。對(duì)木素酶處理液的紫外可見(jiàn)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(duì)麥

13、草木素的作用更大，且LMS體系對(duì)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(duì)楊木CTMP和麥草化學(xué)漿返黃的抑制效果和機(jī)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(duì)紙漿自度及其穩(wěn)定性的影響最大，且對(duì)麥草CP的作用優(yōu)于楊木CTMP。
　　通過(guò)對(duì)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)