酶處理半纖維素對紙漿與成紙性能的影響

許 偉

（山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，山東濟(jì)南，250353）

酶處理半纖維素對紙漿與成紙性能的影響

許 偉

（山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，山東濟(jì)南，250353）

通過兩種木聚糖酶分別處理楊木APMP,去除漿料中的部分半纖維素，對紙漿在酶處理前后的纖維形態(tài)﹑物理性能和光學(xué)性能變化進(jìn)行了測定,分析了不同木聚糖酶與處理條件對半纖維素溶出后紙漿性能的影響。

半纖維素 酶處理 酶活 纖維形態(tài)

半纖維素是繼纖維素之后的第二大生物質(zhì)聚合物，它與纖維素不同的是，半纖維素是復(fù)合聚糖的統(tǒng)稱。針葉木、闊葉木和草類植物所含半纖維素的種類和數(shù)量是不同的，針葉木中的半纖維素以聚-O-乙?；?半乳糖葡萄糖甘露糖為主，闊葉木中的半纖維素以聚-O-乙?；?（4-O-甲基葡萄糖醛酸）-木糖為主[1]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，麥稈中半纖維素糖分和糖醛中，木糖是主要組分，并含有一定量的阿拉伯糖、少量的甘露糖和鼠李糖組分[2]。研究半纖維素的結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，它含有1，4-β-D-吡喃糖基聚木糖渣料的主鏈，在C-3和C-2位置上分別連有大量的L-聚阿拉伯糖吡喃和D-葡萄糖醛酸，或是帶有支鏈的糖醛酸。實(shí)質(zhì)上，半乳糖和木糖渣料是與聚阿拉伯糖呋喃支鏈相聯(lián)結(jié)的[1，2]。從化學(xué)角度講，農(nóng)業(yè)渣料中木質(zhì)化植物單位生物量從本質(zhì)上構(gòu)成了三種不同的聚合物實(shí)體——線形和結(jié)晶態(tài)低聚物、支鏈狀非纖維和非結(jié)晶無定形低聚糖及支鏈木素，這就為工業(yè)生產(chǎn)提供了廉價而穩(wěn)定的木質(zhì)纖維原料。

隨著國家對資源能源與環(huán)境的高度重視，木材漿料的進(jìn)口逐年增加，2011年進(jìn)口木漿1444.7萬噸，同比增長27.1%，在一定程度上降低了國內(nèi)資源的能源消耗。作為木材第二大成分的半纖維素，最近幾年的研究非常廣泛，通過生物改性與化學(xué)改性后，有力地推動了生物質(zhì)資源化的利用。通過化學(xué)改性得到的非離子半纖維素﹑陽離子半纖維素﹑陰離子半纖維素改善了其水溶性、熱塑性、表面活性等特性，擴(kuò)大了半纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域，使得改性半纖維素廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、造紙、塑料、污水處理等眾多領(lǐng)域[3]。研究高得率漿中保留的大量木素和半纖維素，對于提高紙漿得率﹑開發(fā)新型造紙原料﹑改善紙張質(zhì)量及生產(chǎn)特種紙張等都有著重要意義。

1 實(shí)驗

1.1 原料與試劑

楊木APMP成品漿：由山東太陽紙業(yè)提供；

木聚糖酶1-PE89與木聚糖酶2-PE90：由濰坊蘇克漢公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

進(jìn)口Optest FQA；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋；PFI磨漿機(jī)；L&W公司抗張測試儀；L&W公司耐破測定儀；撕裂度測試儀；MIT耐折度測試儀；進(jìn)口白度測定儀；紫外分光光度計。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 DNS法測定酶活[4]

用NaAc-HAc緩沖液(pH=4.8、濃度0.05mol/L)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的木聚糖懸浮液，用移液管移取懸浮液2 mL于試管中，適當(dāng)稀釋，在60℃下處理30 min后，加2 mL DNS(3,5-二硝基水楊酸)試劑，終止反應(yīng)。煮沸10 min，冷卻至室溫，定容至15mL，搖勻后，在540nm處測定吸光值，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出酶解后木糖生成量。根據(jù)公式（1）計算酶活，同時進(jìn)行空白實(shí)驗。

式中，H——酶活，IU/mL

D——酶液稀釋倍數(shù)

V1——比色管定容體積，mL

C——木糖濃度，μmoL/mL

經(jīng)紫外分光光度計測定，計算出兩種酶的實(shí)際酶活分別為70000IU/g和16000IU/g。1.3.2漿料酶處理條件選擇

經(jīng)過優(yōu)化實(shí)驗處理，得到酶1最佳處理條件如表1所示。酶2最佳處理條件如表2所示：

表1 酶1最佳處理條件

表2 酶2最佳處理條件

1.3.3 漿料酶處理

根據(jù)優(yōu)化后的實(shí)驗條件，將多份20g絕干漿疏解，再將其與一定量酶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻，調(diào)節(jié)至固定漿濃，放入恒溫水浴鍋中加熱，每間隔10min輕搓1次,使酶與底物充分接觸，到規(guī)定時間后取出，采用水洗法[5,6]去除酶分。處理后的漿料進(jìn)行打漿和抄紙實(shí)驗。

1.3.4 打漿與抄紙

依據(jù)QB/T1463—1992，用PFI磨進(jìn)行打漿。用PTI自動抄片機(jī)進(jìn)行抄片實(shí)驗，定量60g/m2。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)口白度測定儀上測定紙張白度。返黃值的測定根據(jù)烘箱老化法[6]測定。抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐破度等均參照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶處理前后纖維質(zhì)量的變化

由表3中的數(shù)據(jù)我們可以清楚地看出，與未經(jīng)酶處理的漿料相比，經(jīng)過半纖維素酶處理的漿料，半纖維素組分得到降解，細(xì)小纖維增加，纖維的平均長度增加。半纖維素的溶出，使纖維表面得到松弛，纖維變?nèi)彳?，韌性提高。經(jīng)過半纖維素處理的漿料，促進(jìn)了打漿時的分絲帚化，細(xì)小纖維含量有所增大。

2.2 酶處理前后漿料的成紙性能

從表4中可以看出，相同打漿度條件下，經(jīng)過酶1處理的漿料，白度有所提高，說明酶1在部分降解半纖維素的同時，抑制了漿料的返黃；成紙的抗張強(qiáng)度，耐破均有所增加。酶2處理后的漿料，在相同打漿度條件下，降低了打漿能耗；白度有所下降，抗張、耐破與撕裂強(qiáng)度均有所增加，說明酶2處理的漿料一定程度上增加了紙張的力學(xué)性能。

3 結(jié)論

經(jīng)優(yōu)化后的漿料酶處理，半纖維素含量均有所下降，隨著部分半纖維素的降解溶出，細(xì)小纖維含量有所增加，一定程度上加重了成紙時細(xì)小纖維的流失。半纖維素酶處理的漿料成紙后的物理強(qiáng)度性能均有所增大，說明部分半纖維素的溶出，提高了纖維與纖維間的結(jié)合，增強(qiáng)了纖維間的結(jié)合力。經(jīng)過酶處理后的APMP，作為諸如白卡類紙種的芯層材料，更有助于提高產(chǎn)品強(qiáng)度性能。

[1]楊淑蕙，邱玉貴等.植物纖維化學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

[2]Sun R.C,Lawther J.M,Banks W.B.Isolation and characterization of hemicellulose B and cellulose from pressure refined wheat straw.Industrial Crop and Products,1998(7):121-128.

[3]任俊莉，孫潤倉，劉傳富.半纖維素的化學(xué)改性研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2006，26（7）：68.

[4]Bailey MJ,Biely P,Poutanen K.Interlaboratory testing of methods for assay of xylanase activity.Journal of Biotechnology,1992,23（3）:257-270.

[5]石淑蘭，何福望等.制漿造紙分析與檢測[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008.

[6]王聞，莊新姝，余強(qiáng)，袁振宏，亓偉，徐惠娟.混合酶對經(jīng)不同預(yù)處理的甜高粱稈渣的水解[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27（1）：147-151.

2012－6－25

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