因为造纸、制浆的生产环境多为碱性，用碱性果胶酶能与造纸和制浆工艺相适应，但对酶的质量要求相当高，目前国内可以生产高活力碱性果胶酶的只有浣溪沙酶技术有限公司等少数几个厂家。
一、浸渍法制浆
浸渍法制浆是指将微生物直接接种于纤维原料中,在微生物生长繁殖的同时,分泌大量的酶,使得将纤维粘在一起的物质分解、溶出,从而使纤维彼此分离成浆。
麻类纤维木素含量较少,果胶质较多,麻类纤维制浆主要是脱胶。微生物脱胶与微生物产生的酶有关。有人将这种决定脱胶的物质叫做浸软因子。1986年,h.tanabe和y.kobayashi从erewinia caro- tovora ferm p-7576菌的粗酶液纯化了内切果胶裂解酶并验证了这就是浸软因子。一般来说在脱胶酶中果胶酶对于脱胶效果有直接影响,因此可以作为脱胶酶制剂优劣的一个重要指标。
中国农业科学院麻类研究所进行了几十年的麻类生物脱胶试验,筛选到了较多的适于快速脱胶的菌种,并提出了“胶养菌,菌产酶,酶脱胶”理论。湖南农业大学的刘向华等人把高效脱胶菌t85-260用于龙须草生物制浆,取得了理想的效果。
浣溪沙酶技术有限公司用自己独有专利和菌种生产的碱性果胶酶在浸解韧皮纤维方面效果独特，在麻脱胶方面效果显著。日本的小林良生用欧氏菌gir-277液体发酵山桠皮3天可成浆,得率79%。
二、酶法制浆
把树皮纤维先在0.1%naoh溶液中浸渍2h,再用35单位的β-木聚糖酶在30℃、ph6.0的条件下处理3h,此后用800单位的果胶酶在30℃、ph值9.5条件下处理3h,所得的纸浆中未分离韧皮纤维仅为0.4%,而未经处理的浆样中未分离的韧皮纤维为17.9%。另外,北爱尔兰采用果胶酶脱去麻类如亚麻中的果胶质和果胶酸。日本对韧皮纤维进行酶处理,主要是除去纤维胞间层中的果胶质,取得了满意的制浆效果,目前已处于实用阶段。郑来久等以红麻干皮为原料研究了全酶法脱胶的工艺和机理,通过正交试验确定了全酶法脱胶工艺的基本范围,并在其基础上确定最佳工艺参数分别为:温度50℃,浴比1∶15,预处理35 min,起始ph值2.5,酶与原麻比1∶200,回用脱胶池底的10%废液,再加90%水和80%的首次脱胶酶量。
三、生物——机械法联合制浆
生物机械制浆即在机械磨浆前用微生物或酶代替化学药品对原料进行预处理。目前对生物机械制浆的研究已达到中试和工业化规模,并获得成功。瑞典stockholm制浆和造纸研究所科技人员采用酶-机械制浆方法后,亚麻、大麻韧皮纤维经纤维素酶和果胶酶处理后制得的漂白机械浆保水值分别为(26.0±1.5)wrv和(43.0±3.0)wrv,白度(74±0.4)% iso和(57±0.3)%iso,抗张指数(45.5±3.2)n·m·g-1和 (48.9±2.9)n·m·g-1,撕裂指数(10.8±0.11)mn·m2·g-1和 (14.8±1.1)mn·m2·g-1。韧皮纤维的酶处理优于酸水解,因为酶处理可软化纤维,而纤维素聚合度没有明显降低。工厂选用韧皮纤维酶-机械制浆制得的漂白浆,适用于制造高档纸张,同时还能节省能量消耗。
生物化学联合脱胶就是将经过微生物脱胶法或酶制剂脱胶法处理后的脱胶麻再用化学脱胶法处理一次,以提高纤维质量。江苏无锡纺织品研究所对罗布麻进行了微生物和化学相结合的方法进行脱胶, 利用微生物对原麻进行预处理,通过各种果胶分解酶的作用,使韧皮纤维的果胶质及部分杂质先去除, 并褪掉色素,然后再用化学方法进行处理,取得了较好的效果。
白延坤、刘秉钺等人研究了光叶楮白皮的机械--生物法制浆。与直接生物法相比,虽然纤维素脱除率略高,果胶脱除率也略低,但木素脱除率较高,戊聚糖也更多地得到了保留,且成浆周期缩短。
四、果胶酶用于处理dcs物质
1、作用机理
不同品种木材含有不等量的果胶。果胶是一种主要由半乳糖醛酸组成的多聚糖,其大部分的半乳糖醛酸上的羧基已甲基化。脱甲基果胶一般称为聚半乳糖醛酸或果胶酸。在机械制浆的磨浆过程中,由于高温和高强度的机械作用,部分果胶质从纤维中游离出来。未漂tmp浆中含有大约每吨浆2kg的溶解果胶。dcs物质主要产生在h2o2漂白过程中。果胶酸是漂白机械浆中dcs的阳离子需要量的重要贡献者。碱性h2o2漂白之后,溶解果胶的含量增加1倍。p.br’uer等人的研究发现,当机械浆漂白至74%iso时,纸浆对阳离子(聚二丙烯基二甲基 氯化铵)需求量约增加1.5 kg·t-1。这主要是因为碱性 h2o2漂白导致果胶的脱甲基反应,使果胶转变为聚半乳糖醛酸。这包括溶解在水中的果胶以及纤维中的果胶。纤维中果胶的脱甲基反应增加纤维的羧基含量,从而提高纤维的负电荷密度、亲水性及柔软度。
1994年,thornton j等人第一次把果胶酶应用于h2o2漂白的机械浆中。通过对北美地区两个工厂的工业化试验发现,在漂白热磨机械浆和漂白压力磨石磨木浆中加入一定量的果胶酶后,可使浆液 cd值降低约50%,提高了阳离子助留剂的助留效果。
又有研究表明,随酶用量增加,dcs的cd值降低,细小纤维留着率逐渐增加。当酶用量超过 100u·l-1时,dcs的阳电荷需要量降低了约30%, 继续增加酶用量cd值变化不大。所以,果胶酶处理 dcs使pei/cpam助留效果提高的原因是酶处理降解了造成阴离子垃圾的主要物质果胶酸,使体系 的阳电荷需要量降低,dcs中阴离子垃圾的减少提高了阳离子助剂的效率,从而提高了细小纤维留着率。
研究表明,各种果胶酶降低 tmp中阳离子需求的能力有很大差异,这可能是由于接近底物的能力、酶的结构和特性,以及果胶酯化程度不同。研究还表明,果胶酶在漂前也能降低阳离子需求。下图列出了在工艺中可选的酶制剂加入点。
2、影响因素
由于酶作用的专一性,只有在适当处理的条件下才能使其发生有效的作用。温度是酶活性的关键因素,温度低,酶活性得不到充分发挥,酶容易失活。兰颖辉的实验表明,聚半乳糖醛酸酶(pg)的最适作用温度为45℃,在45～65℃之间酶活较高,45℃以下不稳定,酶活较低。果胶酯酶(pe)的最适作用温度为50℃,在45～55℃之间酶活较高,超过55℃酶活力下降很大,65℃相对酶活仅为30.5%。果胶裂解酶 (pl)的最适作用温度为50℃,在45～55℃之间酶活较高,45℃以下酶活损失较大,35℃相对酶活仅为 32.5%。一般浆料从漂白塔到上网时温度变化大约为49～60℃,果胶酶在此环境下酶活较高,能较充分地与聚半乳糖醛酸发生作用。
另外,ph值也是影响酶活的关键因素。pg稳定的ph范围是2.0～7.0,在此范围内酶活可保持82%以上;pe稳定的ph范围是5.0～8.0,低于5.0时很不稳定,相对酶活只有2.3%;pl稳定的ph范围是 4.0～8.0,在此范围内酶活可保持84%以上。 ian reid等人通过生产试验发现约60%阳离子需求量的降低会发生在开始的8min内,处理 5min时,聚半乳糖醛酸的分解已近于稳定,时间达到2h时,再延长时间变化已很微弱,这说明酶处理并不需很长的时间。
3、果胶酶控制dcs物质的潜在优势
阴离子垃圾捕捉剂可与h2o2漂白过程中从 tmp浆中产生的聚半乳糖醛酸形成聚电解质化合物,利用果胶酶处理,使聚半乳糖醛酸分解,可以避免这种化合物的生成,并且与未经果胶酶处理的漂白浆相比,用于絮凝胶黏物的阴离子垃圾捕捉剂用量显著减少。有纸厂试验说明,果胶酶在h2o2漂白tmp或pgw浆的应用中有极大的优势。果胶酶在2个完全不同的纸厂进行了成功的应用,使h2o2漂白浆的阳离子需求量分别降低46%和36%。阳离子需求量降低,可以减少阳离子助剂的用量,包括增强剂、淀粉和凝结剂。而且,a纸厂可不再使用明矾。在b纸厂,因助剂量的减少每年节省200多万美元。所以,如果纸厂想添加洗涤器以减轻因阴离子垃圾导致的各种问题,可以考虑使用果胶酶来代替。
由于酶作用的专一性,添加果胶酶对纸浆中纤维的化学和物理性质没有影响,所以对成纸性能也没有负面影响。另外,尽管酶制剂包含大量的电解质,在经过果胶酶处理后,胶黏物中的离子强度并没有显著增加。