木聚糖酶對(duì)麥草naoh-aq漿的預(yù)處理

木聚糖酶對(duì)麥草naoh-aq漿的預(yù)處理

木聚糖酶可用于麥草漿漂白有三個(gè)主要原因：（1）減少白色化學(xué)劑的使用；（2）減少白色次污染的負(fù)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(xué)漂白前預(yù)處理,木聚糖酶處理后紙漿在黏度方面損失較少。同時(shí),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(yīng)用木聚糖酶,不但可以減少漂白化學(xué)藥品的用量,還可以改善漂白漿的強(qiáng)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(guò)改變紙漿的化學(xué)性質(zhì)來(lái)輔助漂白。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為:在原料蒸煮過(guò)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(shí)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(lái),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(gè)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(shí)間,酶處理時(shí)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(rùn)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(shí)驗(yàn)1.1齊河板紙有限公司實(shí)驗(yàn)所用未漂NaOH-AQ麥草漿,取自山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)齊河板紙有限公司,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)平衡并測(cè)定水分后備用,其性質(zhì)是:白度39.6%ISO,卡伯值12.6,黏度812mL·g-1,裂斷長(zhǎng)4.32km。1.2穩(wěn)定cl2溶液和含量的測(cè)定由山東大學(xué)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(cè)定其含量后使用。測(cè)定方法按照文獻(xiàn)中進(jìn)行。1.3au-pe29木聚糖酶AU-PE89木聚糖酶是通過(guò)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?；钚詼y(cè)定采用文獻(xiàn)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(jìn)行:稱取15g絕干漿并調(diào)好漿濃,調(diào)節(jié)好酶反應(yīng)pH值,并放入恒溫水浴鍋內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(jì)算濃度,然后根據(jù)用量加入漂白漿中。(2)為便于測(cè)定麥草漿漂白中木聚糖酶處理的影響因素,本實(shí)驗(yàn)采用ClO2單段漂白,優(yōu)化木聚糖酶工藝條件。反應(yīng)條件:ClO2用量0.8%,反應(yīng)時(shí)間150min,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(fēng)干后用YQ-Z-48B數(shù)字顯示ISO白度儀測(cè)定。(3)黏度:按GB/T1548-2004銅乙二胺法測(cè)定。(4)紙漿物理強(qiáng)度:采用凱塞快速抄片器抄定量為60g·m-2紙片并干燥,紙頁(yè)物理強(qiáng)度均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shí)間、pH值和紙漿濃度等是5個(gè)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(duì)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(shuō)明該種木聚糖酶主要降解麥草漿中的半纖維素,對(duì)纖維素的降解作用不大,有利于保持紙漿的物理強(qiáng)度。從表1還看出,當(dāng)酶用量超過(guò)6IU·g-1時(shí),紙漿白度下降,同時(shí)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(duì)酶促結(jié)合的影響酶對(duì)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(guò)高、過(guò)低都會(huì)影響酶蛋白的構(gòu)象和酶與底物的荷點(diǎn)性質(zhì),從而影響酶的活性部位與底物的接近和結(jié)合。酶在不同的pH值條件下會(huì)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(yīng)的進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)考察了不同pH值對(duì)酶處理效果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2看出,隨著pH值的增加,白度先上升后下降,當(dāng)pH為6.05時(shí),白度最高達(dá)到了53.1%ISO,即pH=6左右時(shí),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(duì)木聚糖溶液色度的影響木聚糖酶處理漿料的時(shí)間對(duì)麥草漿白度、黏度、卡伯值的影響見(jiàn)表3。從表3看出,木聚糖酶預(yù)處理時(shí)間對(duì)酶處理效果影響較為明顯,隨酶處理時(shí)間的延長(zhǎng),紙漿的白度先上升后下降,這可能因?yàn)楸环纸獾哪揪厶怯种匦鲁练e在纖維的表面與木素結(jié)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(yīng)60min后反而增加的原因?？ú惦S著酶處理時(shí)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?yàn)榉磻?yīng)一段時(shí)間后,酶解產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)具有抑制作用,使反應(yīng)速度慢慢下降。綜合考慮認(rèn)為,木聚糖酶最適宜的處理時(shí)間為60min左右。(4)其他工藝條件下對(duì)溫度的控制酶的催化作用與處理溫度有密切的關(guān)系。當(dāng)酶用量和漿濃一定時(shí),為酶所催化的反應(yīng)速率在一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而升高,然而超過(guò)酶的最適宜溫度會(huì)引起酶的失活,從而導(dǎo)致反應(yīng)速率的降低。其他工藝條件一定,處理溫度對(duì)酶處理效果的影響結(jié)果見(jiàn)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?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)較低溫度下,酶的活力隨溫度的升高而提高,反應(yīng)速率也會(huì)相應(yīng)加快。但當(dāng)超過(guò)一定溫度,酶蛋白的構(gòu)象發(fā)生熱變性,使得酶失活速率增大,當(dāng)酶失活速率大于催化的速率時(shí),漂白效率下降。因此,嚴(yán)格控制處理溫度對(duì)于酶處理效果具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以認(rèn)為當(dāng)溫度為50℃時(shí),酶處理效果最為理想。(5)不同漿濃時(shí)木聚糖酶的變化紙漿濃度的改變不僅會(huì)影響酶的濃度,也會(huì)影響纖維間的摩擦程度。表5為不同漿濃對(duì)木聚糖酶處理效果的影響。從表5看出,當(dāng)漿濃為8%時(shí),紙漿白度達(dá)到最高值,卡伯值和黏度均降到最小值,這是因?yàn)楫?dāng)漿濃較低時(shí),木聚糖酶的濃度也較低,它游離于溶液之中,與漿結(jié)合的數(shù)量較少,酶的作用沒(méi)有完全發(fā)揮。當(dāng)漿濃較高時(shí),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(shí)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(duì)多酚漂白的影響根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)所得到的木聚糖酶最佳處理?xiàng)l件,采用木聚糖酶對(duì)麥草漿DEP漂白前進(jìn)行預(yù)處理,成漿物理性能如表6所示。3.1添加7.2%氧化應(yīng)用液木聚糖酶AU-PE89最佳預(yù)處理工藝條件為:酶用量6IU·g-1,pH6.0,時(shí)間60min,漿濃8%,溫度為50℃。而且,在酶的最佳pH、反應(yīng)溫度時(shí),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(guò)麥草漿ClO2漂白實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),木聚糖酶加到一定量后,即使反應(yīng)再長(zhǎng)的時(shí)間,紙漿的白度將不再提高,這說(shuō)明木聚糖酶的