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生物质精炼与制浆造纸相结合的研究与发展 董璐，李新平（陕西科技大学造纸工程学院，710021）摘要：关键词2SO4），目的是使半纤维素水解，第二步是在高强度下（200℃、2min、2％H2SO4），使大部分的纤维素水解，而且使纤维素的可及度提高。 1.2机械磨解在生物质精炼中的应用 机械磨解过程分为三个阶段，首先木片在破碎区被解离成碎片，然后通过粗磨区被离解成纤维，最好通过精磨区使纤维切断成细小纤维[9]。整个过程中机械切断起到主要作用，通过调节磨解间隙来调节磨浆的程度，间隙越大，打浆度就越大；反之，则越小。但是机械磨解并没有使组成植物纤维的三大组分完全分离。在生物质精炼方面使用机械的方法，可以提高酶处理原料的可及度，提高酶水解纤维素的效率。但是此方法的不足之处在于：结晶态的纤维素转化为无定形态的纤维素后非常不稳定，容易重新结晶化，所以使应用受到限制。 1.3利用硫酸盐浆作为生物质精炼的原料 在制浆造纸中，通过蒸煮可以脱除木素，。首先化学药品通过渗透作用接触到原料，然后和原料中的木素发生反应，脱除部分木素。在整个过程中，木素发生降解、重组等反应，纤维素和半纤维素也发生不同程度的降解。此方法有效的分离了木素和碳水化合物，使得在生物酶处理过程中提高了接触面积，降低了木素的阻碍程度，有效地分解了纤维素和半纤维素。 美国J.Y.Zhu等人用硫酸盐法处理云杉和红松后进行纤维素酶水解[10]，结果表明：加入8～10％的硫酸盐在180℃处理30分钟，然后加入14.6FPU/g的纤维素酶和22.5CBU/g的葡萄糖苷酶水解48小时，最终大约90％的纤维素被水解。云杉的葡萄糖得率为43％，红松的实验结果与云杉的相似 1.4氧碱处理后的原料作为生物质精炼的原料（湿氧化法） 氧碱处理是在密闭容器中加入植物纤维原料，然后密封好，通入氧气，在高温高压下处理。在整个过程中，分子氧作为脱木素剂，主要发生碱性氧化降解反应，其次是剥皮反应[11-13]。低温下主要发生水解反应，高温下主要发生氧化反应。此方法用于木质纤维素的预处理的优点已经在20世纪80年代得到证实。最近，此方法在丹麦Riso国家重点实验室也得到证实[14-16]：碱性条件下的氧碱处理法可以降低有毒的呋喃物质和酚醛的生产，提高还原糖得率。丹麦Carlos Mart??n等人研究表明[17]：湿氧化法预处理是一种提高酶水解效率的有效方法，在预处理条件为温度195℃、保温15min、碱性碱性条件下时纤维素得率最高，为70%，此时半纤维素溶解了大约93%，木素溶解了50%，纤维素酶的水解效率为75%左右。 2.基于生物质精炼模式的制浆造纸平台 随着生物技术的发展，生物酶的应用在造纸工作中越来越广泛。制浆造纸工业中所用生物酶主要包括纤维素酶酶糖苷键Stock等人比较了外切酶、内切酶的作用[30]，研究结果表明：纤维素酶的外切酶、内切酶及半纤维素酶对不同种类的纸浆的作用。发现在纤维素酶组分中, 内切酶在改善二次纤维的滤水性能中起到重要作用；而内切酶和外切酶的协同作用可以提高其效果。研究还指出, 纸浆滤水性能的改善可能是和纤维表面的无定形区纤维素有关。内切酶处理会降低纸浆的强度性能, 其程度与纤维的种类和来源有密切关系。内切酶似乎适于处理含有机械浆的二次纤维, 而不适合于含有大量化学浆的纸浆。所以, 针对不同的纤维原料, 选择合适的酶制剂是改善纸浆质量的关键。同时, 优化处理条件，减少实验误差, 以防止纤维素的大量降解造成的纸浆粘度和强度的下降，降低副产物的抑制作用。 2.2木聚糖酶在制浆造纸中的应用 木聚糖酶的分子量及作用环境受来源影响较大，在高得率原料预处理过程中，可根据其来源和预处理原料的类型而选择合适的木聚糖酶，以提高木聚糖酶渗透及预处理效果[31]。比如，来自细菌或真菌的低分子量木聚糖酶耐碱性较好，细菌产生的木聚糖酶分子量变化相对真菌产生的木聚糖酶分子量变化小，适应温度可高达到100℃，且热稳定性好，pH值范围在5-9之间[32]，最佳pH值为7.0左右（一般来说，真菌产生的木聚糖酶温度变化在40-60℃之间，pH值在4-6的范围内最有效）。在对植物纤维原料预处理过程中，选择分子量较小，环境适应性好的木聚糖酶是必要的。 用木聚糖酶对纤维进行预处理，可以使纤维细胞壁得到某种程度的活化和松弛，可提高纤维的吸水润胀及帚化程度，从而降低磨浆能耗及并改善浆料性能[33]。植物纤维的三大组分之一为半纤维素，而半纤维素的主要组成为木聚糖，植物纤维中的木素-碳水化合物复合体（LCC）之间通过化学键紧密地连接着，制浆造纸的本质就是出去木素，所以打开化学键，使得木素更易除去，这对于制浆起着重要作用，并且在后续的漂白过程中起着重要作用。 马文静[34]等用木聚糖酶 （Novozymes，Pulpzyme HC）对光