專利名稱：草類原料酶法制漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酶法制漿的方法，尤其涉及一種利用草類原料酶法制漿的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，主要包括機(jī)械處理段、酶處理段和化學(xué)制漿或化學(xué)機(jī)械制漿段三個階段。
(1)機(jī)械預(yù)處理可采用磨漿機(jī)進(jìn)行，草類原料首先用水浸透，水體積(毫升)與原料絕干重量(克)之比為15∶1～25∶1，然后用磨漿機(jī)將原料分散成纖維絲，磨盤間隙為0.2～4mm。
(2)對上述機(jī)械處理后的原料進(jìn)行酶處理，酶處理時所用的粗酶液可以是半纖維素酶粗酶液，也可以是半纖維素酶粗酶液和木素過氧化物酶粗酶液的混合酶液，使用的半纖維素酶粗酶液要求粗酶液中的木聚糖酶活與纖維素酶活之比要大于70，木素過氧化物酶粗酶液中不含有纖維素酶酶活。
上述機(jī)械處理后的原料，在蒸煮鍋中與水、粗酶液充分混合均勻，絕干原料重量(克)與液體總體積(毫升)之比為1∶6～10，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值到3.5～6.5，然后升高溫度到40～60℃，并在此溫度下保溫1～10小時；上述過程中使用的半纖維素酶用量為每克絕干原料2～30IU(木聚糖酶酶活為準(zhǔn))，木素過氧化物酶用量為每克絕干原料0.1～1.0IU。
上述酶處理時，以選擇以下條件為佳液比1∶6～8，pH4.0～5.5，溫度45～55℃，處理時間2～8小時，木聚糖酶用量為每克絕干原料4～30IU，木素過氧化物酶用量為每克絕干原料0.2～1.0IU。
上述各種酶液的酶活按如下方法測定木聚糖酶酶活測定采用DNS(3，5-二硝基水楊酸)法測定還原糖，以每分鐘產(chǎn)生1μmol還原糖為一個活力單位(IU)。取0.5ml適當(dāng)稀釋的待測酶液，加入1ml用pH4.8，0.2M醋酸緩沖液配制的1％木聚糖(Oat Spelts Xylan，Sigma)溶液，搖勻，在50℃下反應(yīng)30min，用恒溫水浴控制溫度，反應(yīng)完畢后加入2mlDNS試劑中止反應(yīng)，煮沸10min，冷卻后用蒸餾水定容至15ml，于540nm測OD(吸光度)值，參照木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計算木聚糖酶酶活。
纖維素酶酶活測定測定步驟同木聚糖酶酶活測定，測定過程中用1％的羧甲基纖維素鈉溶液代替木聚糖溶液，完畢后參照葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計算酶活力。
木素過氧化物酶酶活測定3.0mL反應(yīng)液中含80mM、pH3.5的酒石酸鈉緩沖液、5mM藜蘆醇、0.3mL酶液和0.4mM H2O2，30℃下反應(yīng)，檢測加入H2O2后反應(yīng)液在310nm處的光吸收變化，以每分鐘氧化形成1微摩爾藜蘆醛的酶量為一個酶活力單位。
(3)對上述酶處理后的原料進(jìn)行化學(xué)制漿或化學(xué)機(jī)械制漿。
如進(jìn)行化學(xué)制漿，酶處理后的原料首先用制漿廢液預(yù)浸5～30min，廢液中的殘堿濃度為2～10克/升(NaOH計)，預(yù)浸完畢后，用螺旋擠壓機(jī)將廢液擠壓出，隨后將原料裝入蒸煮鍋中進(jìn)行蒸煮。上述擠壓出來的廢液經(jīng)過處理后排放。上述的蒸煮條件為NaOH用量5～15％，升溫時間40～90min，液比1∶4～6，最高蒸煮溫度120～150℃，保溫時間20～40min。
蒸煮完畢后，放鍋，用螺旋擠壓機(jī)擠壓出漿料中的濃黑液，然后對漿料進(jìn)行洗滌，篩選。上述濃黑液輸送到黑液儲存罐，再用于下一次酶處理后原料的預(yù)浸。
在用制漿廢液預(yù)浸原料時，以選擇以下條件為佳預(yù)浸時間為10～20min，廢液中的殘堿濃度為5～8克/升(NaOH計)，預(yù)浸后擠壓出廢液，對原料進(jìn)行蒸煮。
如進(jìn)行化學(xué)機(jī)械制漿，酶處理后原料用水徹底洗滌后，先經(jīng)化學(xué)預(yù)處理，處理后原料經(jīng)過濃縮脫水，用磨漿機(jī)進(jìn)行一段或多段磨漿，磨后漿料再依次經(jīng)過洗滌，消潛，篩選，粗渣再磨等工段。上述的化學(xué)預(yù)處理條件為0.2～1％EDTA(乙二胺四乙酸)，1～6％NaOH，1～8％H2O2，溫度40～80℃，時間30～120min，濃度5～15％；磨漿條件為濃度10～20％，磨漿間隙0.05～0.3mm。
上述對原料進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理時，以選擇下列條件時處理效果為佳，0.2～0.5％EDTA，3～6％NaOH，4～8％H2O2，溫度60～80℃，時間60～120min，濃度8～15％；磨漿條件以選擇濃度15～20％，磨漿間隙0.05～0.2mm時為佳。
上述漿料經(jīng)過短程序漂白后，如采用HP漂白(次氯酸鹽和過氧化氫漂白)或兩段過氧化氫漂白，可制得漂白紙漿。
上述酶法制漿方法中的草類原料，可以為麥草，蔗渣、稻草、蘆葦、紅麻、龍須草或芒稈之一，比較適用于麥草和蔗渣原料。
與傳統(tǒng)的生物制漿方法相比，本發(fā)明的優(yōu)良效果是(1)該方法采用微生物的發(fā)酵產(chǎn)物酶液，代替直接使用微生物，對原料進(jìn)行處理，由于酶對底物反應(yīng)具有專一性、處理過程也比較容易控制、酶液與原料之間也易實(shí)現(xiàn)均勻混合，因而保證了生物處理后原料的質(zhì)量及其質(zhì)量均勻性。
(2)處理前原料不需要滅菌處理，降低了生產(chǎn)成本。
(3)首先對原料進(jìn)行機(jī)械處理，提高了酶處理的效率，縮短了生物處理時間，生物處理周期從通常的幾天縮短到1～10小時。
(4)與傳統(tǒng)的化學(xué)制漿生產(chǎn)方法相比，對原料進(jìn)行酶處理后，蒸煮化學(xué)藥品用量可降低40～60％，因而有效減少了環(huán)境污染。
(5)在進(jìn)行化學(xué)制漿前，首先用制漿廢液對酶處理后的原料進(jìn)行處理，可以有效地利用制漿廢液中殘余的有效堿(NaOH)，從而減少后續(xù)蒸煮段堿的用量，降低生產(chǎn)成本。同時，利用制漿廢液進(jìn)行處理，可以使酶處理過程中的一部分降解產(chǎn)物和水解產(chǎn)物，如寡聚糖，溶解出來，這樣，不僅可以減少這部分易耗堿物質(zhì)在蒸煮段消耗的堿量，降低生產(chǎn)成本，同時還可以使原料變得疏松多孔，提高了原料的滲透性，從而有利于蒸煮段堿液的滲透和蒸煮過程中木素降解產(chǎn)物的溶出。
(6)采用上述方法制備的草類化學(xué)漿和化學(xué)機(jī)械漿具有良好的強(qiáng)度性能和可漂性能，經(jīng)過簡單的HP或兩段過氧化氫漂白后，化學(xué)漿的白度可以達(dá)到85～90％ISO，裂斷長可以達(dá)到5000～7000米，化學(xué)機(jī)械漿的白度可以達(dá)到60～75％ISO，裂斷長超過4000米；可以滿足生產(chǎn)高檔次紙張產(chǎn)品的需要。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1原料為麥草，按水體積(毫升)與麥草絕干重量(克)之比為20∶1的比例加入水，用水浸透后，用磨漿機(jī)分散成纖維絲，磨盤間隙為4mm，將纖維絲在蒸煮鍋中與水、半纖維素酶粗酶液充分混合均勻，液比為1∶8，在pH5.5，50℃條件下保溫8小時，半纖維素酶用量為每克絕干原料10IU，酶處理后，原料首先用蒸煮廢液預(yù)浸10min，廢液的殘堿濃度為5g/l(NaOH計)，預(yù)浸完畢后，用螺旋擠壓機(jī)將廢液擠壓出，隨后將擠壓后的原料在蒸煮鍋中進(jìn)行蒸煮，蒸煮條件為8％NaOH，升溫時間90min，液比1∶6，最高蒸煮溫度150℃，保溫時間30min，蒸煮完畢后，放鍋，用螺旋擠壓機(jī)擠壓出漿料中的濃黑液，然后對漿料進(jìn)行洗滌，篩選，濃黑液輸送到黑液儲存罐，再用于下一次酶處理后原料的預(yù)浸。
上述漿料經(jīng)HP兩段漂白后，漂白漿白度達(dá)到90.1％ISO，裂斷長為5770米。
上述漿料經(jīng)HP兩段漂白后，漂白漿白度為89.5％ISO，裂斷長為6010米。
上述漿料經(jīng)兩段過氧化氫漂白后，漂白漿白度為75％ISO，裂斷長為6500米。實(shí)施例4原料為麥草，按水體積(毫升)與麥草絕干重量(克)之比為20∶1的比例加入水，用水浸透后，用磨漿機(jī)分散成纖維絲，磨盤間隙為0.5mm，將纖維絲在蒸煮鍋中與水、半纖維素酶液充分混合均勻，在液比1∶10，pH5.0，50℃條件下處理1小時，半纖維素酶用量為每克絕干原料10IU，酶處理后，原料用自來水徹底洗滌，然后在0.5％EDTA，6％NaOH，4％H2O2，60℃，濃度10％條件下處理60min，化學(xué)預(yù)處理后的原料經(jīng)過濃縮脫水，在常壓下用磨漿機(jī)進(jìn)行2段磨漿，磨漿濃度20％，磨漿間隙為0.2mm和0.1mm，磨后漿料經(jīng)洗滌、消潛、篩選后，用兩段過氧化氫(用量分別為3％H2O2和1％H2O2)進(jìn)行漂白，漂白漿白度達(dá)到70.5％，裂斷長為4750米。
權(quán)利要求
1.一種草類原料酶法制漿的方法，包括機(jī)械預(yù)處理段、酶處理段和化學(xué)制漿或化學(xué)機(jī)械制漿段；其特征在于，所述的機(jī)械預(yù)處理段可采用磨漿機(jī)進(jìn)行，水體積(毫升)與絕干原料重量(克)之比為15∶1～25∶1，磨漿間隙為0.2～4mm；所述的酶處理段，所用酶液為半纖維素酶粗酶液，或者為半纖維素酶粗酶液和木素過氧化物酶粗酶液的混合酶液。
2.如權(quán)利要求1所述一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，使用的半纖維素酶粗酶液要求粗酶液中的木聚糖酶活與纖維素酶活之比要大于70，木素過氧化物酶粗酶液中不含有纖維素酶酶活；酶處理條件為液比1∶6～10，pH3.5～6.5，溫度40～60℃，處理時間1～10小時，木聚糖酶用量為每克絕干原料2～30IU，木素過氧化物酶用量為每克絕干原料0.1～1.0IU。
3.如權(quán)利要求2所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，酶處理條件為液比1∶6～8，pH4.0～5.5，溫度45～55℃，處理時間2～8小時，木聚糖酶用量為每克絕干原料4～30IU，木素過氧化物酶用量為0.2～1.0IU。
4.如權(quán)利要求1所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，在化學(xué)制漿時，酶處理后的原料首先用制漿廢液預(yù)浸5～30min，廢液中的殘堿濃度為2～10克/升(NaOH計)，預(yù)浸后擠壓出廢液，對原料進(jìn)行蒸煮。
5.如權(quán)利要求4所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，制漿廢液預(yù)浸時間為10～20min，廢液中的殘堿濃度為5～8克/升(NaOH計)，預(yù)浸后擠壓出廢液，對原料進(jìn)行蒸煮。
6.如權(quán)利要求1所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械制漿時，化學(xué)預(yù)處理條件為0.2～1％EDTA，1～6％NaOH，1～8％H2O2，溫度40～80℃，時間30～120min，濃度5～15％；磨漿條件為濃度10～20％，磨漿間隙0.05～0.3mm。
7.如權(quán)利要求6所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械制漿時，化學(xué)預(yù)處理條件為0.2～0.5％EDTA，3～6％NaOH，4～8％H2O2，溫度60～80℃，時間60～120min，濃度8～15％；磨漿條件為濃度15～20％，磨漿間隙0.05～0.2mm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，草類原料可以為麥草，蔗渣、稻草、蘆葦、紅麻、龍須草或芒稈之一。
9.如權(quán)利要求8所述的一種草類原料酶法制漿的方法，其特征在于，草類原料為麥草或蔗渣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種草類原料酶法制漿的方法，該方法包括機(jī)械預(yù)處理、酶處理和化學(xué)制漿或化學(xué)機(jī)械制漿三個階段，機(jī)械預(yù)處理可采用磨漿機(jī)進(jìn)行。磨漿間隙0.2～4mm；然后用半纖維素酶液或半纖維素酶與木素過氧化物酶的混合酶液在液比1∶6～10，pH3.5～6.5，40～60℃條件下處理1～10小時，木聚糖酶和木素過氧化物酶用量分別為每克絕干原料2～30 IU和0.1～1.0 IU；化學(xué)制漿時，原料用濃度2～10克/升的制漿廢液預(yù)浸5～30min，擠出廢液后蒸煮；化學(xué)機(jī)械制漿時，原料在0.2～1％EDTA，1～6％NaOH，1～8％H
文檔編號D21H11/02GK1421570SQ0213598
公開日2003年6月4日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者趙建, 李雪芝, 曲音波, 高培基 申請人:山東大學(xué)