生物技術在制漿造紙中的應用

 生物技術，簡單地概括起來，就是利用生物有機體(從微生物直至高等動物、植物)或其組成部分(包括器官、組織、細胞或細胞器等)發展新產品或新工藝的一種體系。實際上是包括操縱生物(微生物、植物、動物)的細胞、組織或酶，進行生物合成、生物轉化或生物降解，大規模地生產預期產品或達到特殊目的的一門技術。

生物制漿

生物制漿就是在制漿前利用環境微生物菌體或其酶制劑對原料進行預處理，然后蒸煮，獲得紙漿。這個過程可節省蒸煮化學藥品，對紙漿纖維特性也有一定改變。

韌皮纖維的生物制漿已有成功的例子。例如丁風平等人利用堿性果膠酶(PATE，適宜pH=6.8～9.O)在堿性條件下通過降解纖維間的果膠和多糖，使三椏皮和構皮纖維原料解離成漿。此方法具有能耗低，污染少，且能大幅度提高原料利用率等特點。

生物預處理可以顯著地降低能耗，改善漿的性能。結果表明，與未經真菌處理的相比，在盤磨機磨至相同游離度的情況下，楊木可以降低20%的耗能，挪威云杉降低13%的能耗。Kashino稍用IZU一154對闊葉木和針葉木生物機械漿進行了研究，發現粗磨的山毛櫸機械漿經真菌處理7天以后，可使后續漿能量消耗降低1/3--1/2，且強度性能得到改善;經粗磨的云杉機械漿和紅松漿采用真菌處理10～14天，磨漿能耗約降低1/3，強度性能也有所改善。

生物方法預處理木片一般采用白腐菌等，這些菌種可以生產木素過氧化酶和漆酶，生產預處理本片的主要影響因素是：菌種種類和酶用量、PH值、溫度和濃度、原料材種等。

生物技術在廢紙脫墨中的應用

廢紙脫墨，傳統的脫墨生產線大多采用化學法，用大量的堿、水、硅酸鈉和工業皂等使油墨在強堿性化學品和機械力的作用下，從紙面脫落，然后通過浮選和洗滌除去。

生物酶新聞紙脫墨劑的脫墨機理可能為：生物酶能選擇性地優先作用于纖維之間的交界面。使油墨與纖維之間的連接松動，在適度的機械作用下，把油墨從纖維表面脫離下來。生物酶脫墨劑是一種高效復合酶制劑。

生物酶脫墨具有以下優點：

(1)能適應任何油墨，油墨與纖維分離徹底，脫墨漿白度高，塵埃少。

(2)纖維得率高。

(3)可降低氫氧化鈉、硅酸鈉、雙氧水等化學藥品的用量。

(4)脫墨廢水負荷遠低于化學脫墨，有利于環境保護。

Putz等人對膠印新聞紙的酶法脫墨和化學脫墨進行了比較，發現酶法脫墨可以節約大量化學藥品，降低脫墨廢水的COD含量。國內對廢新聞紙脫墨的研究還表明，酶法脫墨漿具有更高的白度和相似的物理性能。

生物技術在漂白中的應用

生物酶促漂白技術，主要是利用半纖維素酶部分酶解纖維細胞中的半纖維素，使木素更容易與漂劑反應而溶出，從而提高漂后漿的白度。半纖維素酶有助于硫酸鹽紙漿的漂白技術，可以實現經濟的生物技術應用于紙漿的漂白，其基本原理是根據半纖維素酶(木聚糖酶和甘露糖酶)能引起紙漿中碳水化合物結構的改性而提高脫木素作用。這種酶能使紙漿中部分半纖維素解聚，部分解聚的半纖維素妨礙漂白化學藥品從紙漿纖維中除去殘留木素。

1989年芬蘭率先應用木聚糖酶預處理硫酸鹽紙漿的工業化試驗。目前，北歐和北美地區的許多制漿造紙工廠將這一生物技術應用于漂白硫酸鹽漿的工業化生產。智利制漿廠在藍桉和亮藍桉木材硫酸鹽制漿漂白過程中，采用商品木聚糖酶預處理未漂白的桉木材硫酸鹽紙漿，并結合無元素氯漂白順序D.Eop-D(D-二氧化氯、E-堿處理、O-氧氣、P-過氧化氫)，結果節省二氧化氯12%～40%，而對漂白漿強度沒有影響，白度達到90%ISO。

生物技術在打漿中的應用

1997年Bhardwaj等人研究了幾種商品木聚糖酶對打漿和精漿的作用。結果發現，木聚糖酶能使針葉木漿的磨漿能耗降低25%.竹漿降低18%.混合漿(60%舊硫酸鹽瓦楞紙剪碎料漿，40%未漂針葉木漿)降低15%，且對紙漿的強度性質無影響。

近年來，桉木制漿發展迅速，但其導管大且硬，導致打漿困難，給成紙性能帶來一些不良影響。Honshu Paper公司的一項專利指出，商品纖維素酶能夠提高闊葉木導管的柔韌性，且酶法處理能使導管脫落程度降低80%，同時紙漿的濾水性、抗張強度和平滑度都得到提高。

眾所周知，硫酸鹽法制漿是生產高強度紙漿最常用的方法，但硫酸鹽漿打漿困難且能耗高卻是困擾生產的主要問題。針對此問題，鞠成民等人采用纖維素酶、半纖維素酶對未漂硫酸鹽針葉木漿進行預處理研究，結果表明，纖維素酶、半纖維素酶以及纖維素酶和半纖維素酶的復合酶在打漿前對未漂硫酸鹽針葉木漿進行處理可以使纖維細胞壁變得松弛，利于纖維潤脹和細纖維化，從而提高了打漿度、降低了打漿能耗，而在提高打漿度方面，含外切酶的內切酶和多組分復合酶比單一組分內切酶更有效。

纖維素內切酶的組成對酶促打漿有重要影響，如EGl(單一組分纖維素內切酶)不具有提高打漿度的作用，而適量的EG5(單一組分纖維素內切酶)能提高打漿度，且對紙漿的裂斷長無不利影響。

目前，酶生物漂白、酶法脫墨、在一些工廠己形成規模，但由于酶法脫墨的機理還不太清楚，以致酶法脫墨的進一步研究與工業成用受到了限制;對酶的作用機理仍需要繼續研究，使酶法脫墨更具可行性。

生物法制漿工業化生產，還需解決縮短生物預處理周期等問題。徹底解決蒸煮黑液問題(難點是木素的有效生物降解)仍是制漿廢水無法通過生物方法直接解決的難題，特別是以草類為主要原料且無堿回收裝置的造紙企業，目前正面臨著生存的嚴峻挑戰。在全球的可持續發展戰略中，生物技術在制漿造紙工業中將會發揮更重要的作用。