酶在造紙洗滌等行業(yè)的應(yīng)用(2)(1)

1、酶在造紙洗滌等行業(yè)的應(yīng)用第七組：周芳芳、第七組：周芳芳、 于于 迪、余玲紅、岳宗旭、迪、余玲紅、岳宗旭、 曾曾亞蘭、翟曉嵌、亞蘭、翟曉嵌、 張懷方、張懷方、 張張 悅、趙秀秀、周棟生、悅、趙秀秀、周棟生、一、酶在造紙業(yè)的應(yīng)用1、造紙行業(yè)簡介及酶歷史2、酶在造紙行業(yè)的應(yīng)用3、展望及新技術(shù)進展造紙究竟是神馬？備料紙漿漂白篩選洗滌制漿酶酶廢水酶造紙那些圖1、造紙行業(yè)簡介及酶歷史1.1行業(yè)簡介2010年我國制漿造紙工業(yè)廢水排放量占全國廢水總排放量的18.58%，居第三位;排放廢水中化學耗氧量(COD)約占全國工業(yè)COD排放量的26.04%，居第一位。在化學紙漿漂白過程中，傳統(tǒng)的漂白法是采用氯或氯化物對

2、紙漿漂白，這些含氯漂白廢液因含有很多有毒的有機氯化物(如二惡英等)，易于在生物體內(nèi)積累，具有致癌、致突變、致畸等傾向，也會對環(huán)境和生態(tài)造成破壞。因此，在成本和環(huán)境的雙重壓力下，造紙業(yè)亦渴求能從污染大戶轉(zhuǎn)型為節(jié)能減排典范。面對如何使高污染、高耗能的造紙業(yè)巨獸“改邪歸正”的問題，生物酶制劑正在發(fā)揮著越來越大的作用。如：1、在磨漿工段，生物酶可對漿料纖維的細胞壁進行改性處理，使纖維加速潤漲、松軟，促進磨漿的作用效果，降低磨漿能耗、提高成紙強度等2、制漿過程中加入生物酶，還可減少后續(xù)漂白化學藥品用量和減輕漂白廢水污染負荷。”3、造紙工業(yè)大量回收利用廢紙，需要對其進行脫墨處理，生物酶在廢紙脫墨方面也起到

3、了非常重要的作用。1.2酶歷史1924年Cleveland在細菌和真菌中發(fā)現(xiàn)了纖維素酶的存在。1941年，一項專利聲稱桿狀菌和各種曲霉菌分泌的半纖維素酶可以加強紙漿纖維的精磨和水化作用。1984年，Paice和Jurasek提出了用木聚糖酶進行生物漂白的概念。1989年芬蘭的一家工廠進行了用木聚糖酶的輔助漂白工業(yè)化規(guī)模試驗，取得了顯著的成果。1991年出現(xiàn)了商品化木聚糖酶制漿方法 石灰法化學法 燒堿法 堿法制漿 硫酸鹽法 亞硫酸鹽法 酸法制漿機械法化學機械法 木聚糖酶木聚糖酶 半纖維素酶半纖維素酶 聚聚露糖酶露糖酶 生物法生物法 木素木素過氧化物酶過氧化物酶 木素降解酶木素降解酶 錳錳過氧化物

4、酶過氧化物酶 漆酶漆酶 2、酶在造紙行業(yè)的應(yīng)用2.1酶在制漿方面的應(yīng)用1）纖維素酶和半纖維素酶纖維素酶和半纖維素酶：纖維素酶和半纖維素酶已經(jīng)廣泛的用于改善纖維性能濾水性、打漿性以及流動性。在應(yīng)用中,酶處理既可以在打漿之前,也可在打漿之后進行。在磨漿之前,纖維素酶和半纖維素酶處理的主要目的是提高漿料的打漿性能和改性纖維的性質(zhì)。在打漿之后添加纖維素酶和半纖維素酶主要是為了提高漿料的濾水性。纖維素酶處理減少了纖維分離,從而有效地防止了纖維粗糙度的降低,同時隨著纖維素酶用量的增加纖維素的強度性質(zhì)也會降低。舉例：一種纖維素酶和半纖維素酶混合成的商品酶Perga-lase-A40(Trichoderma)

5、已經(jīng)被許多造紙廠用來生產(chǎn)印刷用紙和證書用紙的木漿纖維改性。2）木聚糖木聚糖酶酶：木聚糖酶對紙漿進行預漂白,可以減少隨后的化學漂白用氯量30%40%,廢液中有機氯化物與毒性物含量顯著減少。木聚糖酶的作用是通過水解半纖維素以增加木素的溶出,而非直接作用于木素,若能夠提取直接進攻木素的氧化酶用于紙漿漂白的殘余木素的脫除將具有重要意義。舉例：Bhardwaj等人研究了幾種木聚糖酶對打漿和精磨的作用效果,發(fā)現(xiàn)木聚糖酶能夠降低25%針葉木漿的磨漿能耗、降低l8%竹漿磨漿能耗、降低l5%混合漿(60%的舊硫酸鹽瓦楞紙漿,40%的未漂針葉木漿)磨漿能耗,且對紙漿的強度無影響。3）漆酶漆酶：漆酶能選擇性地催化木

6、質(zhì)素降解,不會損傷纖維素和半纖維素,不會產(chǎn)生有毒物質(zhì),并且生產(chǎn)在常溫、常壓的溫和條件下進行,節(jié)約設(shè)備和能耗。2.2酶法脫墨主要酶制劑維素酶、半纖維素酶、脂肪酶、酯酶、果膠酶、淀粉酶和木素降解酶，其中使用最為廣泛的是 纖維素酶和半纖維素酶。原理：采用酶進攻油墨或纖維表面，其中脂肪酶和酯酶能夠降解植物基油墨，果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、淀粉酶和木素降解酶能夠改變纖維表面或油墨離子附近的連接鍵，從而使油墨分離，經(jīng)洗滌或浮選法脫除。優(yōu)點：與化學脫墨法相比，酶法脫墨后的紙漿具有很好的 物理性能、高白度、高自由度和低殘留墨。 可以提高回收紙漿的濾水能力。 2.3酶在造紙廢水處理方面的應(yīng)用1）、過

7、氧化物酶和過氧化物酶和漆酶漆酶：辣根過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶已用于造紙廢水脫色。它們的固定化形式的處理效果比游離形式好。木質(zhì)素過氧化物酶作用的機理為：通過將苯環(huán)單元催化氧化能自動降解的陽離子集團而降解木質(zhì)素。漆酶可通過沉淀作用去除漂白廢水中的氯酚和氯化木質(zhì)素。 2）、分解纖維素的分解纖維素的酶酶：這類酶主要用于造紙漿和脫墨操作中的污染處理。紙漿和造紙操作中的廢水處理產(chǎn)生的污泥纖維素含量高，可用于生產(chǎn)乙醇等能源物質(zhì)。所使用的酶是纖維二糖水合酶、纖維素酶和葡萄糖酶組成的混合酶系。脫墨操作中產(chǎn)生的低含量纖維質(zhì)廢物可轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖類。所使用的酶在高濃度墨存在時不被抑制。3）酶在污水處理中的優(yōu)點

8、a、能處理難以生物降解的化合物； b、高濃度或低濃度廢水都適用； c、操作時的PH值、溫度和鹽度的范圍均為很廣； d、不會因為生物質(zhì)的聚集而減慢處理速度，處理過程的過程控制簡 單易行等。 3、應(yīng)用前景酶在制漿造紙工業(yè)的高效應(yīng)用可以提升生產(chǎn)效率、提高紙漿質(zhì)量、減少能耗和水耗。但穩(wěn)定性不足、不易混合、駐留時間不夠及成漿質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著分子進化及基因重組技術(shù)的提高，有利于提升酶的穩(wěn)定性及生產(chǎn)水平。此外，生物科學家與造紙工程師的協(xié)同攻關(guān)是推動生物技術(shù)在制漿造紙專業(yè)應(yīng)用的另一關(guān)鍵。造紙所用木材的纖維素、半纖維素成分含量將會增加 耗用化學藥品的化學制漿方法將會退居次要地位 造紙過程“三廢“物質(zhì)顯著減少，并

9、進一步資源化、無害化高效生物處理 制漿造紙工業(yè)將成為可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)典范 二、酶在洗滌業(yè)1、洗滌行業(yè)簡介及酶歷史2、酶在洗滌行業(yè)的應(yīng)用3、酶制劑未來發(fā)展方向1.洗滌行業(yè)簡介及酶歷史1.1加酶洗滌劑的生產(chǎn)工藝流程：無酶洗滌劑產(chǎn) 品包 裝混 合酶造粒1.2酶歷史1）1834年，Eberle就發(fā)現(xiàn)了兔胰脂肪酶；2）1902年，Consten和Hoyen 就用蓖麻籽脂肪酶水解油脂, 但因酶源受限, 成本高及水解率低等原因而未能實現(xiàn)工業(yè)化；3）19 1 3 年, 德國的R.ohm和Hess用動物內(nèi)臟提取胰酶, 開發(fā)出牌號為“ Burnus” 的衣物預浸洗凈劑投放市場, 并取得德國專利, 在歐洲市場銷售達

10、50 年之久, 但也由于酶的來源間題, 這種加酶洗滌劑一直未得到更大的發(fā)展；4）五十年代, 日本山田等人研制成圓柱形假絲酵母脂肪酶制劑。利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)洗滌劑用酶是從1 9 5 8 年開始的。首先在丹麥實現(xiàn)工業(yè)化, 諾和諾德公司用枯草菌株發(fā)酵得到堿性蛋白酶, 并于1 9 61 年投放市場；5）1962年Novo公司推出第一代堿性蛋白酶；6）1973年，淀粉酶進入洗滌劑行業(yè)；7）目前, 諾和諾德公司推出的SAVINASE型蛋白酶具有極好的高堿、低溫適用效果。2、酶在洗滌行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀酶制劑被廣泛應(yīng)用在在食品、醫(yī)藥、洗滌、紡織等行業(yè)，而洗滌用酶是僅次于食品行業(yè)的第二大市場。目前被廣泛應(yīng)用于洗滌

11、行業(yè)的酶制劑主要有四種：分別是蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶以及纖維素酶，此外一些半纖維素酶、甘露聚糖酶、果膠酶、過氧化物酶、蟲漆酶、蟲膠酶、復合酶等也在迅速發(fā)展，其中除甘露聚糖酶、果膠酶已應(yīng)用在部分的洗滌劑中外，其他品種尚未在洗滌劑中推廣應(yīng)用。2、1洗滌劑中的酶：1)蛋白酶蛋白酶: 是第一種被用于洗滌業(yè)的酶制劑。蛋白酶制劑包括兩種類型，一種是蛋白酶，將大分子的蛋白質(zhì)分解成短肽；另一種是肽酶，從末端開始切割短肽或者蛋白質(zhì)并釋放出氨基酸。蛋白酶的種類很多，其中包括曲霉屬、根霉屬、細菌類的芽孢桿菌屬，以及植物（如木瓜、菠蘿）根莖的提取物等生產(chǎn)而來。蛋白酶將蛋白質(zhì)水解成短肽或者是氨基酸，因而容易被水沖下來，

12、達到去污的效果。目前洗滌劑中用的蛋白酶大多是細菌蛋白酶。細菌蛋白酶在中性以及條件下保持良好活性，真菌蛋白酶則在酸性條件下存在高活性。2)淀粉酶淀粉酶: 用來去除與淀粉有關(guān)的污漬，是洗滌行業(yè)中僅次于蛋白酶之外的第二大酶種?，F(xiàn)用于洗滌劑的淀粉酶的來源有兩種：一種是從解淀粉芽孢桿菌生產(chǎn)的-淀粉酶，另一種是由地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的耐高溫-淀粉酶。-淀粉酶能將淀粉的-1,4糖苷鍵打開，使淀粉變成短鏈的糊精，糊精易溶于水，這樣淀粉就能被洗滌下來。不過這種酶遇到釋氯漂白劑和甲醛防腐劑很容易失活，因而只能在過硼酸鹽漂白劑的洗滌劑中使用。3)脂肪酶脂肪酶：脂肪酶是酰基水解酶，它能將脂肪水解為甘油和脂肪酸和甘油單酯或

13、二酯，脂肪酶的反應(yīng)條件不受限制，不易受表面活性劑以及堿性物質(zhì)的影響而失活，適用于各種各樣的基質(zhì)。由于脂肪酶和脂肪的親水性不同，反應(yīng)發(fā)生在水油界面上，因此反應(yīng)慢，作用時間長，需要多次洗滌后才能看到效果。因而脂肪酶的應(yīng)用收到了限制，其市場價值遠低于蛋白酶以及淀粉酶，但脂肪酶的價格遠高于蛋白酶類，所以，開發(fā)脂肪酶有很好的市場前景。4)纖維素酶纖維素酶在這四類洗滌用酶中起步最晚，1985年發(fā)現(xiàn)了一種纖維素酶并成功的應(yīng)用于洗衣粉中。天然纖維，特別是棉纖維，是由葡萄糖構(gòu)成的高分子物質(zhì)。正常情況下纖維以晶體方式排列，在反復摩擦和清洗之后，一些微纖維會脫離結(jié)晶區(qū)域出現(xiàn)在纖維表面或纖維中間形成很多微纖維，而這些

14、微纖維容易裹入污物，使衣服變臟，光在微纖維上發(fā)生散射使衣物黯淡無光。纖維素酶不直接作用于污垢使其分解，從衣物上去除，而是作用于衣物上的纖維，達到整理、翻新織物的目的，污漬同時被去除。5)甘露聚糖甘露聚糖酶和酶和果膠酶果膠酶: 甘露聚糖酶主要作用于巧克力、冰淇淋、奶昔、牙膏等含有甘露聚糖較多的污漬，甘露聚糖具有粘性，容易粘在衣物上，不易清洗。杰能科的PURABRITE（TM）Mannanase、諾維信的Mannaway都是應(yīng)用成功的產(chǎn)品。果膠酶對于果汁喝果凍類污漬的去除十分有效。這兩種酶雖然在工業(yè)上還沒有大范圍應(yīng)用，但是就目前的情況來看有十分好的前景。加酶清洗劑加酶清洗劑 用于工業(yè)過濾器的清洗。清洗業(yè)通常由酶和去垢劑組成，如胰蛋白酶和用于工業(yè)過濾器的清洗。清洗業(yè)通常由酶和去垢劑組成，如胰蛋白酶和木瓜蛋白酶用于清除乳品濾器的堵塞；木瓜蛋白酶用于清除乳品濾器的堵塞；- -淀粉酶和淀粉酶和-葡聚糖酶用于酵母和葡聚糖酶用于酵母和谷物過濾器；纖維素酶和果膠酶用于葡萄糖和果汁等的過濾。谷物過濾器；纖維素酶和果膠酶用于葡萄糖和果汁等的過濾。 此外，在清潔管道、熱交換器、下水道不溶性物等也用酶制劑處理。此外，在清潔管道、熱交換器、下水道不溶性物等也用酶制劑處理。加酶牙膏、牙粉和漱口水加酶牙膏、牙粉和漱口水 利用酶的催化作用增加潔齒效果，減少牙垢并防止齲齒的發(fā)生。可添加利用酶的催化作用增加潔齒