生物酶改性化機漿長纖維的應用研究

李　強，陳雙雙，楊鋒偉，張國威

（廣東溢多利生物科技股份有限公司，廣東 珠海　519060）

生物酶改性化機漿長纖維的應用研究

李強，陳雙雙，楊鋒偉，張國威

（廣東溢多利生物科技股份有限公司，廣東 珠海519060）

研究了酶預處理時間、酶預處理溫度、pH及生物酶用量等4個因素對生物酶用于化機漿長纖維改性的影響。結果表明：所選4個因素對改性效果的影響都較大；酶預處理漿料的最佳工藝條件為預處理時間1 h，預處理溫度50℃，預處理pH=7.0，生物酶用量0.025%（質量分數）；在最佳工藝條件下漿料的抗張指數、耐破指數和撕裂指數與空白樣漿料相比均有所提高，分別提高3.66%、9.67%和0.68%。

生物酶；化機漿；改性

化機漿是采用化學預處理和機械磨解處理得到的高得率漿。由于其高的收率及特性現在作為制漿造紙原料被廣泛用于新聞紙、印刷紙、薄頁紙、紙板及絨毛漿的生產［1］。與化學漿相比，化機漿長纖維的纖維粗度大，纖維較挺硬，打漿難度大，能耗高。生物酶促打漿是利用生物酶對打漿前的紙漿進行預處理，使纖維表面得到某種程度的活化和松弛，促進纖維的吸水潤脹和細纖維化，改善漿料性能，使纖維易于打漿［2］。

本實驗著重研究了生物酶制劑用于化機漿長纖維打漿對纖維特性的改變，探討了打漿過程中的酶預處理漿料的pH、處理溫度、反應時間以及酶用量對打漿效果的影響，初步確定了生物酶制劑用于化機漿長纖維酶預處理的最佳工藝條件。

1　原料和方法

1.1原料

化機漿長纖維漿料，取自珠海紅塔仁恒紙業有限公司。

酶樣為溢多利生物打漿酶（使用時吸取l mL配成l 000 mL的稀溶液，即配即用）。

1.2儀器

TD 7-PFI立式磨漿機，咸陽通達輕工設備有限公司；PL 6-00型水循環抄片器；RH-SL 1000型電腦撕裂度儀；RH-P 1200型電腦紙張耐破度儀；RH-KZY型電腦抗張試驗儀；RH-MIT 135型耐折度儀。

1.3方法

（1）將漿板撕成小塊，用水浸泡24 h后用瓦力打漿機疏解，抽濾成漿，放于密封的PE袋平衡水分，備用。

（2）取平衡水分后的漿樣加入酶液，調至漿濃10%，酶液與漿料混合均勻，放入恒溫水浴鍋中反應，定時揉搓。

（3）用PFI型磨漿機對酶預處理樣和空白樣的漿料進行磨漿，磨漿濃度10%，絕干漿30 g，磨漿間距0.20 mm（PFI打漿按照標準TAPPI 1248 wd-97操作）。

（4）磨漿后使用肖伯氏打漿度儀測定漿料的打漿度和濕重。

（5）按定量為120 g/m2抄片；恒溫恒濕24 h后按相關國家標準測定紙張的物理性能指標。

2　結果與討論

2.1磨漿轉數的確定

由于紙漿纖維挺而有彈性，如不加任何處理就用來抄紙，則在網上成形時難以分布均勻，抄出的紙張疏松、多孔，表面粗糙、強度很低，不能滿足使用要求，而經過磨漿處理的紙漿生產的紙則組織緊密均勻，強度較大。磨漿的目的是使漿料吸水潤脹，分絲帚化［3］。由于機械力的摩擦勢必對纖維結構產生破壞，故需要合適的磨漿轉數對纖維進行恰當的改性。表1為磨漿轉數對漿料性能的影響。

表1　磨漿轉數對漿料性能的影響

由表1可以看出，隨著磨漿轉數增加漿料打漿度、抗張指數、裂斷長、耐破指數及耐折度均有所提高。撕裂指數在6 000 r時沒有下降。綜合生產打漿度要求，考慮選擇6 000 r作為合適磨漿轉數。

2.2生物酶預處理化機漿長纖維工藝的優化

2.2.1酶預處理的時間變化對漿料性能的影響

根據資料［4-5］并結合具體情況，本實驗固定酶預處理紙漿溫度50℃、漿料pH=7.0和酶用量0.025%質量分數（下同），比較了酶預處理時間分別為30、60、90和120 min時的漿料特性。表2為酶預處理時間變化對漿料性能的影響。

表2　酶預處理時間對漿料性能的影響

由表2可以看出，加酶預處理過程中，在其他條件不變時，隨著時間的延長，打漿度、抗張指數、裂斷長和耐破指數有所提高。當處理時間在60 min時，提高幅度明顯，90、120 min與60 min時提高幅度相當；同時撕裂指數在60 min時最大，超過60 min后有所下降。綜合各項物理性能指標，本實驗酶預處理時間60 min為最佳時間。

2.2.2酶預處理的溫度變化對漿料性能的影響

本實驗固定酶預處理紙漿時間60 min、漿料pH= 7.0和酶用量0.025%，比較了處理溫度分別為20、30、40、50、60和70℃時的漿料特性。表3為酶預處理溫度變化對漿料性能的影響。

表3　酶預處理溫度對漿料性能的影響

由表3可以看出，所選工藝范圍內，在其他條件不變時，隨著溫度的提高，打漿度、抗張指數、裂斷長、耐折度和耐破指數有所提高。當處理溫度為50℃時，抗張指數及裂斷長分別為41.7 N·m/g和4.26 km，提高幅度明顯，繼續升溫后與50℃提高幅度相當；同時撕裂指數在50℃時最大，超過50℃后有所下降。本實驗酶預處理最佳溫度選定為50℃。

2.2.3酶預處理漿料的pH變化對漿料性能的影響

本實驗固定酶預處理紙漿時間60 min、處理溫度50℃、酶用量0.025%，比較酶預處理漿料pH分別為5.5、6.5、7.0和7.5時的漿料特性。表4為酶預處理的漿料pH變化對漿料性能的影響。

表4　酶預處理漿料pH對漿料性能的影響

不溶于水的纖維素和溶于水的酶決定了酶的催化反應是一個非均相反應，纖維素是否易于酶解在很大程度上取決于酶與纖維素結合位點接觸的難易程度。漿料pH會影響酶的空間結構，從而影響酶與底物的結合［6］。由表4可以看出，在pH為7.0時抗張指數、耐破指數和撕裂指數均達到最高。由此得出本實驗所用酶制劑最適合的漿料pH為7.0。

2.2.4酶預處理時的酶用量對漿料性能的影響

酶用量的大小決定了反應體系中酶濃度的大小，而酶濃度是決定反應速度的一個重要因素［7］。本實驗結合實際固定酶預處理紙漿時間60 min、處理溫度50℃、漿料pH=7.0，比較了酶用量分別為 0.01%、0.02%、0.025%、0.03%和0.05%時的漿料特性。表5為酶預處理時的酶用量變化對漿料性能的影響。

酶用量的大小直接影響到紙漿的處理效果，同時酶用量還是一個與生產成本相關的重要因素。若酶用量較小，酶不能充分地作用于紙漿，達不到較好的效果；若酶用量過大，則會使纖維過度損傷，降低纖維強度［8］。由表5可以看出，隨著酶用量的增加，紙張的抗張強度、撕裂指數和耐破指數先增加、后降低，酶用量為0.025%時增加明顯，漿料性能達到最佳效果。

表5　酶預處理時的酶用量對漿料性能的影響

從表2～5可以得出，所選的4個因素對酶預處理漿料性能的影響都很明顯。綜合考慮在同個因素不同水平條件下的紙漿抗張指數、撕裂指數和耐破指數可得出酶預處理漿料的最佳工藝條件為：時間60 min，溫度50℃，漿料pH=7.0，生物酶用量0.025%。

2.3生物酶改性化機漿長纖維漿料的效果

根據上述酶預處理工藝優化數據，確定了溢多利生物打漿酶預處理化機漿長纖維應用工藝，并與空白樣打漿效果對比試驗。試驗所用酶預處理工藝為：酶預處理時間60 min，溫度 50℃，漿料pH=7.0，生物酶用量0.025%。表6為酶預處理與空白樣打漿效果對比。

表6　酶預處理與空白樣打漿效果對比

由表6可看出，采用溢多利生物打漿酶預處理化機漿長纖漿料后，打漿度明顯提高，濕重下降，抗張指數、裂斷長、耐折度和耐破指數等物理指標均有提高；與空白樣比較，酶預處理后纖維的物理強度明顯提高。

3　結論

（1）生物酶改性化機漿長纖維時處理時間、溫度、pH及酶用量等對改性效果都有很大的影響。酶預處理工藝優化后的條件為：預處理時間60 min，溫度50℃，pH=7.0，生物酶用量0.025%。

（2）用生物打漿酶預處理化機漿長纖維漿料，可使纖維性能改善。在使用過程中用量要合適，應避免纖維改性過度帶來負面影響。

（3）生物打漿酶預處理化機漿長纖維漿料的生物酶用量為0.025%時，與空白樣比較，抗張指數、耐破指數和撕裂指數均有所提高，分別提高3.66%、9.67%和0.68%。

［1］詹懷宇.制漿原理與工程［M］．北京：中國輕工業出版社，2008：139-143.

［2］謝來蘇.制漿造紙生物技術［M］．北京：化學工業出版社，2003.

［3］何華梅，鄒志勇.纖維改性酶在高檔文化紙磨漿過程中的應用［J］.中華紙業，2013，34（6）：81-82.

［4］傅英娟，邵志勇，王權，等.針葉木纖維的酶促打漿［J］.中華紙業，2000，21（5）：48．

［5］Ulla·Britt Mohlin，Bert Pettersson．Improved papermaking by cellulase treatment before refining［J］．Biotechnology，2002，80（21）：291．

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［7］袁勤生，趙健．酶與酶工程［M］．上海：華東理工大學出版社，2005．

［8］Oksanen T，Pere J，Paavilainen I，et a1．Treatment of recycled kraft pulps with trichoderma reesei hemicellulases and cellulases［J］．Biotechnology．2000，78（1）：39．

Application Research of the Biological Enzyme Pretreatment on Softwood Chemi-mechanical Pulp

LI Qiang，CHEN Shuang-shuang，YANG Feng-wei，ZHANG Guo-wei
（Guangdong VTR Bio-Tech Co.，Ltd.，Zhuhai 519060，China）

The influences of pulp pre-treatment time，pulp pre-treatment temperature as well as pulp pH and enzyme dosage on that softwood chemi-mechanical pulp modefied by biological enzyme are researched in this paper.The results show that：selected four factors all have large effects on modefying result.The optimum technological conditions are obtained as follow：pulp pre-treatment time 60 min，pulp pre-treatment temperature 50℃，pulp pre-treatment pH=7.0，enzyme dosage 0.025%（mass fractions）.In this condition，compared with the blank controlled sample the tensile index，bursting strength，tear index are increased by 3.66%、9.67%and 0.68%.

biological enzyme；chemi-mechanical pulp；modefying

TS727+.1

A

1007-2225（2015）01-0028-04

李強先生（1981-），工業酶應用研究室工程師；研究方向：造紙用生物酶制劑；E-mail：stevenlq@ 163.com。

2014-10-08

本文文獻格式：李強，陳雙雙，楊鋒偉，等．生物酶改性化機漿長纖維的應用研究［J］．造紙化學品，2015，27（1）∶28-31．