酶處理半纖維素對紙漿與成紙性能的影響

許 偉

（山東輕工業學院制漿造紙教育部重點實驗室，山東濟南，250353）

酶處理半纖維素對紙漿與成紙性能的影響

許 偉

（山東輕工業學院制漿造紙教育部重點實驗室，山東濟南，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﹑物理性能和光學性能變化進行了測定,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

半纖維素是繼纖維素之后的第二大生物質聚合物，它與纖維素不同的是，半纖維素是復合聚糖的統稱。針葉木、闊葉木和草類植物所含半纖維素的種類和數量是不同的，針葉木中的半纖維素以聚-O-乙酰基-半乳糖葡萄糖甘露糖為主，闊葉木中的半纖維素以聚-O-乙酰基-（4-O-甲基葡萄糖醛酸）-木糖為主[1]。經研究發現，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]。研究半纖維素的結構時發現，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。實質上，半乳糖和木糖渣料是與聚阿拉伯糖呋喃支鏈相聯結的[1，2]。從化學角度講，農業渣料中木質化植物單位生物量從本質上構成了三種不同的聚合物實體——線形和結晶態低聚物、支鏈狀非纖維和非結晶無定形低聚糖及支鏈木素，這就為工業生產提供了廉價而穩定的木質纖維原料。

隨著國家對資源能源與環境的高度重視，木材漿料的進口逐年增加，2011年進口木漿1444.7萬噸，同比增長27.1%，在一定程度上降低了國內資源的能源消耗。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改性后，有力地推動了生物質資源化的利用。通過化學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，擴大了半纖維素的應用領域，使得改性半纖維素廣泛應用于醫藥、造紙、塑料、污水處理等眾多領域[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﹑開發新型造紙原料﹑改善紙張質量及生產特種紙張等都有著重要意義。

1 實驗

1.1 原料與試劑

楊木APMP成品漿：由山東太陽紙業提供；

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 儀器與設備

進口Optest FQA；HH-4數顯恒溫水浴鍋；PFI磨漿機；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；進口白度測定儀；紫外分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 DNS法測定酶活[4]

用NaAc-HAc緩沖液(pH=4.8、濃度0.05mol/L)配制質量分數為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。煮沸10 min，冷卻至室溫，定容至15mL，搖勻后，在540nm處測定吸光值，對照標準曲線，得出酶解后木糖生成量。根據公式（1）計算酶活，同時進行空白實驗。

式中，H——酶活，IU/mL

D——酶液稀釋倍數

V1——比色管定容體積，mL

C——木糖濃度，μmoL/mL

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

經過優化實驗處理，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

根據優化后的實驗條件，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，調節至固定漿濃，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，到規定時間后取出，采用水洗法[5,6]去除酶分。處理后的漿料進行打漿和抄紙實驗。

1.3.4 打漿與抄紙

依據QB/T1463—1992，用PFI磨進行打漿。用PTI自動抄片機進行抄片實驗，定量60g/m2。根據ISO標準在進口白度測定儀上測定紙張白度。返黃值的測定根據烘箱老化法[6]測定。抗張強度、撕裂強度、耐破度等均參照國家標準進行測定。

2 結果與分析

2.1 酶處理前后纖維質量的變化

由表3中的數據我們可以清楚地看出，與未經酶處理的漿料相比，經過半纖維素酶處理的漿料，半纖維素組分得到降解，細小纖維增加，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，纖維變柔軟，韌性提高。經過半纖維素處理的漿料，促進了打漿時的分絲帚化，細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性能。

3 結論

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

[1]楊淑蕙，邱玉貴等.植物纖維化學[M].北京：中國輕工業出版社，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.半纖維素的化學改性研究進展[J].現代化工，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：中國輕工業出版社，2008.

[6]王聞，莊新姝，余強，袁振宏，亓偉，徐惠娟.混合酶對經不同預處理的甜高粱稈渣的水解[J].農業工程學報，2011，27（1）：147-151.

2012－6－25

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