木聚糖酶對麥草naoh-aq漿的預處理

木聚糖酶對麥草naoh-aq漿的預處理

木聚糖酶可用于麥草漿漂白有三個主要原因：（1）減少白色化學劑的使用；（2）減少白色次污染的負荷。（3）增加紙張的白卷寬度。木聚糖酶可用于紙漿在ClO2、Cl2、O2、O3及H2O2等化學漂白前預處理,木聚糖酶處理后紙漿在黏度方面損失較少。同時,木聚糖酶去除了殘留在紙漿中的半纖維素木糖部分,這就提高了紙漿的濾水性能,因此在漂白中應用木聚糖酶,不但可以減少漂白化學藥品的用量,還可以改善漂白漿的強度性能。木聚糖酶在紙漿漂白中并非直接漂白紙漿,而是通過改變紙漿的化學性質來輔助漂白。多數(shù)學者認為:在原料蒸煮過程中,木聚糖降解并部分重新沉積到纖維上,木聚糖酶能催化水解這些木聚糖,有利于纖維里面和表面的木素殘片在后續(xù)的漂白和堿抽提段除去,同時部分木素-碳水化合物(LCC)由于半纖維素的溶解而使殘余的木素釋放出來,便于其后的漂白。影響木聚糖酶作用的因素很多,主要有兩個方面:一是酶處理段的條件,包括木聚糖酶的種類,酶處理的時間,酶處理時的pH值、溫度、酶用量和紙漿濃度等。不同的木聚糖酶適宜的條件是不同的。二是其他一些因素,諸如制漿工藝、材種、紙漿洗滌、潤脹和表面電荷等。本文主要探討了木聚糖酶處理NaOH-AQ麥草漿的影響因素。1實驗1.1齊河板紙有限公司實驗所用未漂NaOH-AQ麥草漿,取自山東晨鳴紙業(yè)集團齊河板紙有限公司,在實驗室內(nèi)平衡并測定水分后備用,其性質是:白度39.6%ISO,卡伯值12.6,黏度812mL·g-1,裂斷長4.32km。1.2穩(wěn)定cl2溶液和含量的測定由山東大學某公司提供,ClO2含量2.23%。每次使用前用4%的HCl按1∶1的體積活化,測定其含量后使用。測定方法按照文獻中進行。1.3au-pe29木聚糖酶AU-PE89木聚糖酶是通過培養(yǎng)Bacillussubtilis菌種而得到的。其主要活性成分為一種可降解和溶解植物木聚糖的木聚糖酶(內(nèi)-木聚糖酶)。AU-PE89木聚糖酶為淺黃粉末,易溶于水。其酶活為85000IU·g-1。活性測定采用文獻中方法。1.4木聚糖酶活化(1)木聚糖酶處理(X)及各段漂白均在恒溫水浴鍋中的密封聚乙烯塑料袋內(nèi)進行:稱取15g絕干漿并調好漿濃,調節(jié)好酶反應pH值,并放入恒溫水浴鍋內(nèi)進行恒溫處理。之后將酶液加入袋中,使酶液與漿混合均勻,在此進程中每間隔1min取出均勻混合一次,以保證處理均勻。V2O5經(jīng)36%HCl溶解,用蒸餾水稀釋,計算濃度,然后根據(jù)用量加入漂白漿中。(2)為便于測定麥草漿漂白中木聚糖酶處理的影響因素,本實驗采用ClO2單段漂白,優(yōu)化木聚糖酶工藝條件。反應條件:ClO2用量0.8%,反應時間150min,反應溫度70℃,反應初始pH值4.0,漿濃10%。1.5yq-z-48b數(shù)字能譜法(1)卡伯值:按GB/T1546-1989標準測定。(2)白度:漿樣經(jīng)纖維疏解器疏解后,在布式漏斗上抄成漿片,風干后用YQ-Z-48B數(shù)字顯示ISO白度儀測定。(3)黏度:按GB/T1548-2004銅乙二胺法測定。(4)紙漿物理強度:采用凱塞快速抄片器抄定量為60g·m-2紙片并干燥,紙頁物理強度均按國家標準測定。2影響因素的選取影響木聚糖酶輔助漂白的因素有很多。其中,酶用量、處理溫度、時間、pH值和紙漿濃度等是5個重要的影響因素。這些影響因素相互聯(lián)系,相互制約,共同對木聚糖酶的處理效果產(chǎn)生影響。2.1木聚糖酶的降解由表1看出,隨著酶用量的增加,麥草漿ClO2漂白漿白度先增加后降低,卡伯值先降低后略微增加,黏度先降低后增加但變化不很明顯。黏度變化較小,說明該種木聚糖酶主要降解麥草漿中的半纖維素,對纖維素的降解作用不大,有利于保持紙漿的物理強度。從表1還看出,當酶用量超過6IU·g-1時,紙漿白度下降,同時卡伯值開始增加。因此,可以確定此木聚糖酶處理的最佳用量為6IU·g-1。(2)酶ph值對酶促結合的影響酶對pH的變化很敏感,每種酶只能在一定pH值的范圍內(nèi)起作用,且有最佳pH值。pH值過高、過低都會影響酶蛋白的構象和酶與底物的荷點性質,從而影響酶的活性部位與底物的接近和結合。酶在不同的pH值條件下會以不同的解離狀態(tài)存在,而往往只有一種解離狀態(tài)最適合酶促反應的進行。本實驗考察了不同pH值對酶處理效果的影響,實驗結果見表2。由表2看出,隨著pH值的增加,白度先上升后下降,當pH為6.05時,白度最高達到了53.1%ISO,即pH=6左右時,木聚糖酶具有較高的活性,酶處理效果最佳。(3)酶處理溫度對木聚糖溶液色度的影響木聚糖酶處理漿料的時間對麥草漿白度、黏度、卡伯值的影響見表3。從表3看出,木聚糖酶預處理時間對酶處理效果影響較為明顯,隨酶處理時間的延長,紙漿的白度先上升后下降,這可能因為被分解的木聚糖又重新沉積在纖維的表面與木素結合,使紙漿的白度反而下降。這也是為什么黏度先降低,在反應60min后反而增加的原因。卡伯值隨著酶處理時間的增加有所降低,開始下降較快,在60min之后下降幅度有所減小。這是因為反應一段時間后,酶解產(chǎn)物對反應具有抑制作用,使反應速度慢慢下降。綜合考慮認為,木聚糖酶最適宜的處理時間為60min左右。(4)其他工藝條件下對溫度的控制酶的催化作用與處理溫度有密切的關系。當酶用量和漿濃一定時,為酶所催化的反應速率在一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而升高,然而超過酶的最適宜溫度會引起酶的失活,從而導致反應速率的降低。其他工藝條件一定,處理溫度對酶處理效果的影響結果見表4。從表4看出,溫度能夠明顯地改善漂白麥草漿的物理性能。隨溫度升高,紙漿的白度先上升后下降,卡伯值與此相反,黏度變化不是很明顯。這是因為在一定范圍內(nèi)較低溫度下,酶的活力隨溫度的升高而提高,反應速率也會相應加快。但當超過一定溫度,酶蛋白的構象發(fā)生熱變性,使得酶失活速率增大,當酶失活速率大于催化的速率時,漂白效率下降。因此,嚴格控制處理溫度對于酶處理效果具有重要的現(xiàn)實意義。結合實驗數(shù)據(jù),可以認為當溫度為50℃時,酶處理效果最為理想。(5)不同漿濃時木聚糖酶的變化紙漿濃度的改變不僅會影響酶的濃度,也會影響纖維間的摩擦程度。表5為不同漿濃對木聚糖酶處理效果的影響。從表5看出,當漿濃為8%時,紙漿白度達到最高值,卡伯值和黏度均降到最小值,這是因為當漿濃較低時,木聚糖酶的濃度也較低,它游離于溶液之中,與漿結合的數(shù)量較少,酶的作用沒有完全發(fā)揮。當漿濃較高時,雖然酶的濃度也較高,但是漿液與酶液混合不均勻,酶的作用也不能完全發(fā)揮,綜合考慮紙漿白度、黏度及生產(chǎn)實用節(jié)水條件,處理漿濃控制在8%最好。2.2木聚糖酶處理對多酚漂白的影響根據(jù)上面實驗所得到的木聚糖酶最佳處理條件,采用木聚糖酶對麥草漿DEP漂白前進行預處理,成漿物理性能如表6所示。3.1添加7.2%氧化應用液木聚糖酶AU-PE89最佳預處理工藝條件為:酶用量6IU·g-1,pH6.0,時間60min,漿濃8%,溫度為50℃。而且,在酶的最佳pH、反應溫度時,酶的作用更明顯,白度提高更多。3.2木聚糖酶發(fā)揮了有限的作用經(jīng)過麥草漿ClO2漂白實驗還發(fā)現(xiàn),木聚糖酶加到一定量后,即使反應再長的時間,紙漿的白度將不再提高,這說明木聚糖酶的