1、蔗渣硫酸盐滴漆酶介体生物漂白流程与工艺的研究第 9 眷第 2 期200I6 月奸维隶科学与技术Jn“ofUuk 坼 Scleateeandrl0l.vd9No2J 帅.200I文章编号:10048405(2001l02001707蔗渣硫酸盐浆漆酶/介体生物漂白流程与工艺的研究喻力詹怀宇付时雨牛涛(I 华南理工大学制浆造纸工程县象重点实验室广州 5lO64o)(2 中国科学院广州化学研究所纤维京化学开放研究实验室广州 5】0650)文摘:进行了蔗渣硫酸盐浆滦酶/丹体(LMs】生物漂白漉程与工艺的研究.讨论了壤酶的存在和纯化,表面活性荆对 LMS 的髟响,分析了碱抽提,螫台处理,酸处理以及压力过氧
2、化氧漂白对漂白结果的影响.检测了台 lMs 处理的纸浆漂白魂程的纸浆性质.关键词:生物漂白,裱酶,升体,蔗渣中围分类号:“IS745 文献标识码 :A0 前言漆酶作为木素降解酶用于纸浆漂白的研究是最晚的,但漆酶被认为是在纸浆漂白工业中最具有应用前景的酶_l-,或稚之为第二代生物漂白 .自 1990 年报道 2J 漆酶在传递电子的介体(ABTS)帮助下具有氧化非酚型的木素模型化台物以后 ,吸引了许多科学家研究漆酶的纸浆生物漂白,并且在国际上陆续出现了关于漆酶与介体(Mediator)体系进行生物漂白的报道叫 J.本实验以蔗蓝硫酸盐浆为对象 ,利用从白腐苗产生的漆酶与舟体 NHA 构成的 LMS
3、体系进行漂白研究.通过比较不同的漂白流程的漂白效果,探讨草浆生物漂白的流程与工艺:1 原料和实验方法1.1 原料蔗渣硫酸盐浆由实验室电热回转式蒸煮锅制得.蒸煮工艺条件为:用碱量 15%(以 NaOH 计),硫化度 15%,最高温度 155E,液比 1:4.5,升温 1.5h,保温 40min.部分蔗渣硫酸盐浆再经氧脱木索(0 段),工艺条件为:NaOH1.8%.Mo40.5%,氧压 0.7MPa,95,lh.12 漆酶白腐菌(conchat)固体发酵,制取粗酶液,分离纯化所得的纯化漆酶以及LMS 处理后的残余漆酶以 ABTS 为底物测定 420rim 的吸光度变化来确定酶活.1.3 介体N 一
4、乙酰基苯骇(NTA)按文献【56 方法自行台成 .收稿日期:2 加 0 一 l110国家自然科学基金(z7701o),广东省自然科学基金(970494)和中国科学院广州化学研究所奸簟囊化学开放研究实验室资助枭题l8 纤维棠科学与拄术第 9 卷1.4 纸浆 IbiS 处理L 段)蔗渣浆(浆浓 10%)在 0.3MPa 氧压下,在 50E 和 pH5.0 的缓冲溶液中,加人漆酶2.5u/g(或加人未经纯化的粗酶 2.5U/g 或 40U/g,或同时加人表面活性剂 TweenSO01%)及 1%的 NHA 处理 2h,洗净.1.5 碱处理(E 段】LMS 处理的蔗渣浆 (浆浓 10%)在 70C 下
5、,加人 2%NaOH 处理 90mln,洗净.1.6 螯合处理和过氯化氢漂白蔗渣浆在浆浓 10%,pH56,60E 的条件下,以 0.5%EDTA 螯舍处理 60rain,然后用去离子水洗净.整合后蔗渣浆在浆浓 10%,80E 的条件下,加人 1.3%NaOH,1.5%Na2SiO“0.05%MgSO,0,1%EDTA,2%Ja2o2 处理 3h.1.7 酸处理蔗渣浆在浆浓 10%,60E,pH 值小于 3 条件下处理 lb,然后以去离子水洗净.18 压力过氯化氢漂白螯舍后的蔗渣浆在浆浓 10%,105E 和 0.5MPa 氧压的条件下 ,加人 1.3%NaOH,3%a2Si03,O.05%M
6、gSO4,0.1%EDTA,3.5%02,在带电动搅拌的高压反应釜中反应 2h.1.9 纸浆分析纸浆的白度,卡伯值,粘度及强度按国家标准进行.2 姥皋 s 分摄2.1 删 s 处理对漂白的影响2.1,1LMS 处理与空白实验蛄果的对比为了研究漆酶的漂白效果,本文设计了空白对比实验.空白实验(用 B 表示)除不加人漆酶外,其它条件与 L 段相同.结果如表 l.采 1 在 0LI 壶 BIEQP 谴程中 12dS 妊理与空自实验培果对比第 2 船喻力等:蔗渣硫酸盐浆藩耐/赍体生轲蹲白漉程 芝的研竞由表 1 可见.LMS 处理的氧溧硫酸盐浆的卡伯值比空白实验降低了 7.7%,再经过碱抽提,卡伯值比空
7、白降低了 60%.P 段终漂的卡伯值比空白降低了 11.1%,白度提高了 9.3%(ISO).这说明 LMS 处理蔗渣硫酸盐浆不但有脱木素效果,还对后续的漂白起了促进作用.2.12 纯酶和粗酶处理效果的时比实验所用的漆酶是经过了纯化的,使用粗酶漂白纸浆可降低成本.表 2 对比了粗酶和纯酶进行 LMS 处理的效果 .表 2 在 LOP 中纯酶和粗酶 LMS 处理的实验结果对此P 的条件增强为 :浆浓 10%.80的条件下,加人l6%NaOH,2%NazSiO,005%MgSOOI%EDTA,3%H2O2,处理 3ho由表 2 可见,使用 2.5U/g 粗酶进行 LMS 处理的效果比使用相同用量的
8、纯酶还稍好,各段的卡伯值都较低,终漂白度和粘度稍有提高.蔗渣浆经过漆酶处理白度有所下降,原因可能是漆酶对木素酚羟基起氧化作用,形成了醌类等发色物质 L.使用40U/g的粗酶效果反而较差.原因可能是漆酶本身对卡伯值和自度起了负面影响,以及LMS处理时形成了大量的醌类.有文献证明了我们的结果,Bourbonnais 和 Paice_g 发现在非常低的漆酶用量下脱术紊已达最高.即使增加酶的用量,其脱术紊程度没有提高.2.13_忝加与不添加表面活性剂的 LMS 处理效果的对比有文献报道表面活性剂可以辅助生物漂白.TweenS0 含有不饱和的脂肪酸侧链.当被氧化时产生有机的过氧化物.从而推动锰过氧化物酶
9、的催化【9 一 to.我们进行了表3 的实验来检验 TweenS0 对 LMS 处理的促进作用.表 3 瀑加与不添加 TweengO 的 LMS 处理结果的对比由表 3 可见,添加 Twe(mS0 的 LMs 段脱术素能力更强,对纤维的保护也更好,但终漂的自度和未器加的 LEQP 投有区别.2.2 碱处理对漂白的影响2.2.1 时未经氧漂浆的影响图 1,图 2 和图 3 对比了未经氧漂蔗渣浆 LMS 处理后有否碱处理对漂白效果的影篮球越皿2O 奸维紊科学与技木第 9 尝响.碱处理进一步降低了纸浆 Kappa 值.对酶处理浆降低了 29.39%.而枯度稍有上升,即可推知 E 段只是脱除了裱酶降解
10、的木素,而不会降解纤维紊 .相对于 LQP.LEQP白度提高了 5.15%(Iso),枯度提高了 19.73%.相对于原浆,LEQP 的脱木素辜为4%.白度增值为 28.3%(IS0).2皿景浆 LLEQPt.Qp圈 1E 段对未经氯曩浆卡伯值的影响r 漂 LLEQPLQPLEQP圈 3E 段对束经氯漂浆白度的影响OOLOLEOQp0LQPOtP圈 5E 段对氧漂浆白度的影响越搬#L原浆 LLEQPLQPLEQP圈 2E 段对未经氯曩浆粘度的影响0OLOLEOQpOLQPOLEQP雷 4E 段对氯漂浆卡伯值的影响OOLOLEOQp0l 皿 P0LB 口 P国 6E 段对氯漂浆粘度的影响一一=!
11、=!同!国网国圈豳射匾目科豳丛国圉豳匾埘_1第 2 期喻力辱:蘸潦毫礁盐蒙潦费/舟体生勘曩白魂程与工艺的研究 212.2.2 畸氧澡泉的影响实验结果列于图 4,图 5 和图 6,对比了氧脱木素蔗渣浆漆酶处理后有无碱抽提的漂白结果.漆酶处理后的氧漂浆 K,ppa 值下降了 8.63%.脱术紊率与未氡漂浆漆酶处理基本相同.可以推测攘酶虽然也是在氧气辅助下处理纸装,但其脱除的术素与氧漂脱除的术寨并不相同.攘酶处理后的氧漂装的白度不象未氡漂浆一样降低,而是稍有升高.原因可能是纸浆术寨中部分酚型结构已被除掉.粘度也稍有上升.相对于氧漂后的浆,OP 的脱术素率为 29.64%,白度提高率为 47.04%,
12、粘度下降辜为 21.27%;I.QP 的脱术幕率为 41.53%,白度提高率为 53.36%,粘度下降率为15.94%;L 日 Op 的脱木索率为 42.昭%,白度提高率为 56.92%,粘度下降率为 14.9O%.可见LE处理不但提高了自度,达到 8o.7%(ISO)的水平,还有利于过氧化氢漂白时保护纤维索.2.3 螯台处理和磕处理对漂白的影响阵低装中重金属离子音量,对获得高桔度,高白度和低木素古董的 H202 漂白浆是须的.LQ 后的金属离子古量比 Q 稍低.I3dS 可以减少铁和锰的音量,但对铜无效,这说明 LMs 的 plH 值不够低,湿度不够高,不足以降低金属离子到可接受水平【“-.
13、因此.L 段之后进行螯合处理或酸处理是必要的.表 4 是对经过 LMS 处理的纸浆进行酸处理和螯台处理.再进行过氧化氢漂白的结果对比.毫 4LEAP 与 QP 的漂白结果对比梧比酸处理,螯台处理和 02 漂自后卡伯值更低,白度更高.可见,本实验条件下的酸处理效果没有螯舍处理好.2.4 压力过氟忧氢漂白的结果表 5 是压力过氧化氢漂白的结果.裒 5 蔗渣硫酸盐浆的 uQ【P0)漂白实验结果由表可见.相对于袁 4 和表 6 的吉常规过氧化氢漂白的 LEQP 流程,压力过氧化氧漂白经s 处理的蔗渣浆可以得到较低的卡伯值和更高的白度 .2.5 优化后不同漂白藏程的纸浆物理强度的比较表 6 列出了在相同
14、打浆度(47ISR)时,优化条件下的 OQP,LEQP,OLEQP 三种漂白流程的纸浆白度和物理强度.由表可见,OLEQP 漉程漂自纸浆虽然强度有所下库,纤维寨科学与技术第 9 卷但获得的白度最高.OQP 与 LEQP 在打浆度相差不大的前提下 ,纸浆的物理强度相差不大由此可见,酶漂对纸浆的物理强度影响不大,但可以明显提高纸浆的白度.袁 6OQP,LEQp,OLEQP 漂白的纸浆白度和物理强度3 结论(1)Lifts 处理蔗越硫酸盐浆,有较好的脱木索效果,还促进了后续的过氧化氢漂白.(2)使用与纯酶相同用量的粗酶进行 LiftS 处理的可以得到较好的效果,但增加粗酶的用量,脱术素程度和漂终白度
15、没有提高.(3)舔加 Tween80 的 LMS 段脱术素能力更强,对纤维的保护也更好(4)漆酶处理后对纸浆进行碱处理有利于提高 LMS 处理后续漂目的效粜.(5)与酸处理相比,螯台处理有利于提高漂终自度.(6)LEQ(PO)流程可以将蔗渣硫酸盐浆漂至 792%(ISO)的白度.(7)蔗渣浆经过 0LEQP 可达到 8O.7%(ISO)的白度,lO12mL/g 的粘度.优化条件下的 OLEQP 漂白浆可达到 5.93km 的裂断长,3.69kPa?/的耐破指数,506raN?m/g的撕裂指教.参考文献IPalceMG,BouzbonrmisR,ReidIDeta/.OxidativeBleac
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20、fBagasseKraftPulpYuLiZhanHuaiyuFuShiyuNiuTao(StateKeyLaboratoryofPulpBPaperErneerlng,SouthChinaUmvers 竹 TechnologyGuangzhou510640China)Abstract:Inthispaper,studvollthelaeease/mediutorsystem(INS)biobleachingofbagassekraftpulpwascarriedout.TheeffectsoflaceaseandTween80onUMStreatmenthavebeendiscussedTheinfluencesofalkalineextraction,ehelatlngtreatment,acidtreatmentand0xvgenpre,arizedperoxideonthebleachingresultshavebeenanalyzed.ThestrengthpropertiesofbleachedpulpswithdifferentbleachingprocessesincludingLIShavebeendetetrainatedKeywords:biobleaehing,lacease,mediator,bagassekraftpulp
