CN115443358A - 控制酶活性的方法及与其相关的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以下领域：纤维及其用途，如用于生产纤维幅材，如纸张、纸板或纸巾。具体地，本发明涉及监测和控制用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的方法。此外，本发明涉及制造纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等的方法，以及杀生物剂用于控制例如用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性的用途。另外，本发明涉及纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等、用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，和用于控制水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的***。

Description

控制酶活性的方法及与其相关的工具
技术领域
本发明涉及以下领域：纤维及其用途，如生产纤维幅材，如纸张、纸板或纸巾的用途。具体地，本发明涉及监测和控制用于包含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的方法。另外，本发明涉及制造纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等的方法，以及杀生物剂用于控制例如用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含至少一些再循环纤维的水性纤维素纤维悬浮液中或过程用水中的纤维素分解活性的用途。此外，本发明涉及纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等、用于包含至少一些再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，和用于控制至少部分再循环的水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的***。
背景技术
在造纸厂或纸板厂中，可以存在关于高微生物生长和不良操作条件的问题。例如，微生物产酸导致在所生产的纸张或纸板中产生气味，并且此外纸张或纸板生产过程中的高导电性干扰造纸化学品的性能并且降低机器生产能力。
在纸张和纸板行业中，目前存在用于控制例如过程用水或纤维悬浮液中微生物的实践。在纸张生产方法中，通常通过使用多种方式，例如，通过杀生物剂投料来监测和限制细菌生长。例如，WO2012/025228A1描述了用于制造纸张或纸板的方法，其中用一种或多种杀生物剂处理含有淀粉的纤维素材料，并且此外将特定离子型聚合物和辅助离子型聚合物加入至所述纤维素材料。所述一种或多种杀生物剂可以防止至少一部分淀粉的微生物降解。
然而，需要其它特定应用来控制或测量微生物或其特定性能以获得具有期望的性能的纤维幅材或过程用水。
发明内容
可以通过本发明克服现有技术缺陷，包括但不限于纸张、纸板或纸巾产品的较差质量(例如，气味、高导电性和/或低强度)。
可以通过使用特定方法步骤，包括测量或确定水性纤维素纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性来实现本发明的目标，即具有特定关注的性能的纤维状纤维素悬浮液或幅材(例如，纸张、纸板或纸巾产品)，和/或用于生产具有最小化或降低的强度损失的纤维素纤维产品的方法，使得例如所述纤维素纤维产品成本有效且质量均一。
实际上，目前已出乎意料地发现水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性可以高至导致获得的纤维幅材产品不希望的强度性能损失，并且可以通过控制纤维素分解活性防止所述不希望的性能。在监测水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性后，可以例如通过杀生物剂的使用来控制所述纤维素分解活性。可以通过一种或多种杀生物剂的使用来保护纤维素纤维避免细菌纤维素分解降解，并因此本发明能够改善纤维幅材最终产品的质量。
本发明使得可以在生产纤维幅材时确定和/或降低一个或多个步骤中的纤维素分解活性，必要时可以以特定方式降低纤维素分解活性或者纤维素分解活性可以降低至非常具体的水平。因此，本发明提供了用于监测和控制纸张或纸板生产的简单且成本有效的工业规模方法和工具。此外，通过控制方法，可以优化用于处理含纤维素悬浮液的杀生物组合物的量，并因此可以避免杀生物剂的过量使用。
在现有技术中，尚未在纸张或纸板的生产条件中或者为了改善最终产品质量来监测或控制纤维素降解微生物或酶的活性。因此，本发明的目标是提供在纸张或纸板生产方法期间，有效且特异性监测纤维素分解活性的工具和方法。
本发明涉及监测和控制用于含纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的方法，其中所述方法包括
确定或估计用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含再循环纤维素纤维的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性，和
可选地通过用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或所述过程用水一次或多次，或者如果确定的纤维素分解活性高于预定值，可选地用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或所述过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性。
另外，本发明涉及制造纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等的方法，其中所述方法包括
-由一种或多种原料流和/或过程用水形成包含再循环纤维素纤维的水性纤维悬浮液，
-确定或估计所述水性纤维素纤维悬浮液、原料流和/或过程用水的纤维素分解活性，
-可选地通过用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次，或者如果确定的纤维素分解活性高于预定值，用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性，
-将所述水性纤维素纤维悬浮液形成纤维幅材并干燥所述纤维幅材。
此外，本发明涉及杀生物剂用于控制用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的用途。
此外，本发明涉及用于控制用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的***，其中所述***包含一种或多种杀生物剂，和可选地用于确定水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素酶活性的工具和/或说明。
此外，本发明涉及纤维幅材，如卷筒印刷纸(web paper)、纸板、纸巾等，其中通过本发明方法获得所述纤维幅材。更具体地，本发明涉及纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等，其中所述纤维幅材具有提高的强度、拉伸强度、断裂应力、拉伸刚度、抗张能量吸收、断裂长度、撕裂强度和/或压缩强度(例如，通过SCT短跨压缩测试测量)，并且通过本发明方法获得所述纤维幅材。
此外，本发明涉及用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，其中通过本发明方法获得所述纤维悬浮液或过程用水。
根据以下附图、具体实施方式和实施例，本发明的其它目标、细节和优势将变得显而易见。
附图说明
图1显示RCF悬浮液和白水(WW)的总细菌密度(通过部分16S rRNA基因的qPCR和Illumina高通量测序，从一组使用RCF的制板机确定)达到5*1010个细胞/ml过程样品。根据序列分类，出乎意料地，许多过程细菌(54-98％)属于具有已知纤维素分解潜力的细菌门并且属于具有已知纤维素分解潜力的细菌目(27-89％)。
具体实施方式
本发明涉及纤维保护。用于纸张、纸板或纸巾生产的纤维材料包含纤维素，其是纤维素酶的底物。目前，本发明公开的发明人已出乎意料地发现造纸机或纸板机湿端中的这种纤维素酶活性水平可以影响纤维素纤维幅材产品的强度性能，并且出乎意料地发现可以通过在所述纤维幅材产品的生产方法期间维持或改变(例如，升高或降低)包含纤维素的纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性来控制包含再循环纤维的纤维素纤维幅材产品的强度性能。监测和控制用于纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的方法包括确定水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性。
从纤维素或木质纤维素纤维、可选的造纸添加剂和水形成水性纤维素纤维悬浮液或者纤维幅材，或者水性纤维素纤维悬浮液或者纤维幅材包含纤维素或木质纤维素纤维、可选的造纸添加剂和水。此外，用于纤维幅材的生产方法的过程用水可以包含纤维素纤维。纤维素纤维可以是通过任何已知的制浆方法获得的原生纤维和/或它们可以是再循环纤维和/或它们可以来源于损纸。例如，纤维储料可以包括通过机械制浆、化学制浆、化学热磨机械制浆或者通过再循环或回收纤维的再制浆获得的纤维素纤维。纤维素纤维可以是精制或非精制的，漂白或未漂白的。纤维素纤维可以是再循环的未漂白或漂白的牛皮纸浆纤维、硬木半化学纸浆纤维、草浆纤维或其任意混合物。在本发明的一个实施方式中，水性纤维素纤维悬浮液包含再循环纤维，水性纤维素纤维悬浮液的纤维是再循环纤维和/或过程用水用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法。在另一个实施方式中，纤维素纤维悬浮液或纤维幅材包含来自损纸的纤维或者悬浮液的纤维来自损纸。
造纸过程中微生物不受控制的生长可以干扰生产。使用漂白的原生纤维生产白纸产品，如复印纸的机器对于由粘液(slime)的脱离碎片所引起的流动性(runnability)问题(纸张缺陷或者纸幅破损)敏感。那些是由生物膜-形成细菌在机器表面上形成的。已在使用原生纤维素纤维的机器中积极研究了生物膜问题和致病微生物，如亚栖热菌属(Meiothermus)和异常球菌属(Deinococcus)。相反，在本研究之前，对于使用再循环纤维作为原材料的机器中的微生物学知之甚少。例如，在使用再循环的未漂白盒纸板作为原材料的机器中，已知该过程通常含有大量微生物，并且发酵可以在过程用水中引起不希望的pH降低和导电性升高。然而，导致其的微生物是未知的。
由于环境因素，造纸中再循环纤维的使用是期望的。本发明允许使用更大量的再循环纤维原材料，同时不损害制成品(例如，纸张、纸板或纸巾产品)的性能(如强度)。换言之，本发明允许在使用的全部纤维材料中使用甚至100％的再循环纤维。可替换地，本发明允许以更大量的纤维是低质量再循环纤维，例如，未分类的OCC、混合废纸或混合办公废纸的方式使用100％的再循环纤维。可替换地或另外地，本发明允许与原生纤维材料组合使用更大量的纤维材料的再循环纤维。再循环纤维的量可以包含至少40％、至少60％、至少80％、至少90％的总纤维材料，甚至高达100％的纤维材料。
可以通过将两种或更多种原料流(至少一种材料流包含来自一种或不同来源的纤维素纤维)和/或清水和/或循环过程用水合并来形成水性纤维素纤维悬浮液。水性纤维悬浮液可以含有在纸浆和造纸中使用的一种或几种已知的化学添加剂。
如本文所使用的“纤维素分解或纤维素酶活性”是指通过酶降解或水解纤维素的能力或潜在能力。在本发明中，可以检测或测量例如样品、多肽或微生物中纤维素分解或纤维素酶活性的潜力、存在、不存在、量或类型。例如，降解可以是纤维素的量降低小于1％、或约1％或以上、5％或以上、10％或以上、20％或以上、30％或以上、40％或以上、50％或以上、60％或以上、70％或以上、80％或以上、90％或以上。适合于本发明的检测或测量可以直接或间接显示纤维素分解活性。如本文所使用的“间接”检测或测量包括但不限于显示潜在纤维素分解活性或潜在纤维素分解微生物的那些。例如，当从样品检测到已知是纤维素分解或已知具有酶促纤维素降解的基因组潜力的特定微生物时，可以间接确定样品中纤维素分解活性的存在。在一个实施方式中，通过现有技术出版物、EC分类和/或碳水化合物-活性酶家族分类(Carbohydrate-Active enZYme families classification)(http://www.cazy.org/)已知特定微生物是纤维素分解或已知能够(酶促)纤维素降解。
用于检测或测量纤维素分解或纤维素酶活性的适合的方法的非限制性实例包括市售的试剂盒、酶促或蛋白测定、免疫学检测方法(例如，对于酶或多肽特异的抗体)、核苷酸或基于PCR的测定和测序(例如，PCR、qPCR、RT-PCR、次世代测序、高通量测序)及其任意组合。例如，商品化酶底物(如荧光团标记的酶底物)使得能够不考虑特定酶结构，灵敏定量降解或水解活性。商品化荧光团标记的酶底物可以例如在酶产生微生物的测试中使用。还可以通过利用羧甲基纤维素(CMC)形成对纤维素分解降解作用敏感的胶状表面的能力，通过基于琼脂的方法证实纤维素分解或纤维素酶活性。另外，滤纸测定是本领域技术人员已知的(参见，例如，Reddy等人,1998,Journal of Scientific&Industrial Research,57卷,617-620页)。为了确定一种类型或甚至几种不同类型的酶是否作用于纤维素，可以使用动力学实验。
在本发明的一个实施方式中，确定纤维素分解活性包括确定水性纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解或纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物。可以例如通过定量例如样品、微生物或多肽的纤维素分解微生物或纤维素酶或纤维素酶活性来评价纤维素分解活性。在一个实施方式中，方法包括确定纤维素分解或纤维素酶活性、纤维素酶和/或纤维素分解微生物的潜力、存在、不存在、量或类型。术语“纤维素分解酶”包括纤维素酶，但是还可以包括例如半纤维素酶。
纤维素酶是包含纤维素酶活性的多肽，即它们能够催化纤维素聚合物分解(溶纤、纤维素水解)。纤维素酶属于一组水解酶并且可以将纤维素分子分解成单糖，如β-葡萄糖，或较短的多糖和寡糖。纤维素降解可以由不同种类的纤维素酶，例如，至少内切葡聚糖酶和/或外切葡聚糖酶之间的协同过程造成。例如，细菌内切葡聚糖酶降解纤维素非晶区的β-1,4-葡聚糖键，而外切葡聚糖酶切割剩余的寡糖链，从而产生纤维二糖。几种不同种类的纤维素酶是已知的，其在结构上和机制上是不同的。“纤维素酶”不仅是指真菌或细菌纤维素酶，而且还是指来自任何微生物、生物或哺乳动物的任何其它纤维素酶同源物。另外，所有同工酶、同工型和变体包括在纤维素酶的范围内。熟知一个或几个氨基酸的缺失、添加或替换不必然改变酶的催化性能。因此，本发明还涵盖了具有关注的酶活性，即纤维素降解或水解活性的纤维素酶的变体和片段。在以下论文中识别了纤维素酶和编码纤维素酶的多核苷酸的一些实例：Flint等人、López-Mondéjar等人和Koeck等人(Flint H等人,2012,GutMicrobes Jul 1；3(4):289–306；López-Mondéjar R等人,2016,Scientific reports,6卷,论文号：25279；Koeck D等人,2014,Current Opinion in Biotechnology,29:171–183)。例如，可以将纤维素酶分类为EC 3.2.1.X(例如，EC 3.2.1.4、EC 3.2.1.91、EC 3.2.1.21)。在一个实施方式中，可以基于包括纤维素酶的碳水化合物-活性酶家族，即CAZY-家族(http://www.cazy.org/)对纤维素酶分类。例如，具有鉴定的纤维素分解活性的酶或纤维素酶可以属于选自下列的家族：GH1、GH3、GH5、GH6、GH8、GH9、GH12、GH45、GH48、GH51和GH748。
在本发明公开中，术语“多肽”和“蛋白”是可互换使用的以表示具有任何长度的氨基酸的聚合物。如本文所使用的“酶”是指能够加速或催化化学反应的蛋白或多肽。
如本文所使用的“多核苷酸”是指任何多核苷酸，如单链或双链DNA(例如，基因组DNA或cDNA)或者RNA(例如，mRNA、rRNA)，其可选地包含编码所讨论的多肽或其保守序列变体的核酸序列。保守核苷酸序列变体(即核苷酸序列修饰，其不显著改变编码多肽的生物学性能)包括由遗传密码简并和由沉默突变所产生的变体。
在本发明公开中，术语“微生物(micro-organism)”和“微生物(microbe)”是可互换使用的。“纤维素分解微生物(cellulolytic micro-organism)”或“纤维素分解微生物(cellulolytic microbe)”表示能够至少在生命周期的特定期中产生纤维素分解活性的微生物(micro-organism)或微生物(microbe)。
在本发明的一个实施方式中，通过基于核酸的方法确定纤维素分解微生物。可以通过核酸或蛋白测定捕获所有潜在纤维素酶基因或纤维素酶基因转录本的确定。可以通过测量已知的纤维素分解微生物分类单元来测量纤维素分解微生物。RNA和/或DNA基方法是适合于本发明的核酸方法并且包括但不限于杂交方法(例如，DNA或RNA印迹、狭缝/斑点印迹(slot/dot plot)、菌落印迹、荧光原位杂交、微阵列)、PCR方法(例如，qPCR、RT-PCR、qRT-PCR、多路-PCR、数字PCR、集落PCR)和测序方法(例如，基础克隆和Sanger测序方法、次世代测序、高通量测序)。
微生物细胞通常存在于制浆厂以及造纸厂和纸板厂的多种水相环境中。例如，每ml纤维悬浮液或过程用水(例如，白水)中可以存在超过100亿个微生物或细菌。
在本发明的一个实施方式中，在用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中确定的纤维素分解活性是微生物、真菌或细菌纤维素分解活性。独立于微生物名称或酶结构，通过例如这些水解酶促活性或活性在过程样品中的潜力的定量测量，纤维素降解物的一般检测是可能的。可以通过本发明确定任何纤维素分解活性、纤维素分解微生物或纤维素酶。纤维素分解微生物的非限制性实例包括但不限于或者选自细菌门放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)，和/或目棒状杆菌目(Corynebacteriales)、微球菌目(Micrococcales)、拟杆菌目(Bacteroidales)、芽孢杆菌目(Bacillales)、乳杆菌目(Lactobacillales)、梭菌目(Clostridiales)、嗜热厌氧菌目(Thermoanaerobacterales)、β-变形菌目(Betaproteobacteriales)、黄单胞菌目(Xanthomonadales)，和/或属于所述门或目的任何科或属，可选地根据Bergey's Manual of Systematic Bacteriology，第2版中的分类学和Silva v.132分类学。实际上，通过本发明，可以在用于纸张或纸板生产、纤维素纤维悬浮液和纤维幅材的***的常规或特定纤维素分解微生物(例如，特定门、目、科或属)中鉴定纤维素分解微生物。
在本发明的一个实施方式中，确定水性纤维素纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性并与预定纤维素分解活性值相比较。在一个实施方式中，预定的纤维素分解活性值大于0.1、0.2、0.5mU/ml或1.0mU/ml水性纤维悬浮液或过程用水，预定的纤维素分解活性值是ml水性纤维悬浮液或过程用水中大于1×106、1×107、1×108或1×109个微生物的纤维素分解微生物(纤维素酶产生微生物)水平，和/或预定的纤维素分解微生物水平大于水性纤维悬浮液或过程用水中总微生物(总数)的5％、10％、25％、40％、60％。
可以使用生产商的说明书和其中将乙酸钠缓冲液调节至pH 6.0并且将样品1/10稀释以最小化纤维抑制和淬灭的测量规程，使用Enzchek纤维素酶底物(LifeTechnologies,Thermo Fisher Scientific的一部分)获得在本文中作为“mU/ml”表示的纤维素酶活性。
如果确定的水性纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性例如不存在、较低或低于预定的纤维素分解活性值，则无需调整纤维素分解活性。然而，如果例如基于其它参数，认为有利或甚至必需，则可以进行调整。实际上，在确定纤维素分解活性(第一确定)之后，如果需要，可以通过使用一种或多种杀生物剂维持或调整(降低或升高)一次或多次来控制活性。
本发明涉及纤维幅材生产方法、机器或其部件，并且包括但不限于所有纸张、纸巾或纸板生产***以及中间停留实体(如贮浆塔、损纸塔、纤维悬浮液塔)和过程用水容器。水性纤维素纤维悬浮液由一些原料流，通常多种原料流，如水流和包含纤维素纤维的多种纸浆流形成。将原料流合并在一起并形成进料至中间停留实体的水性纤维悬浮液。可以在生产纤维幅材的任何步骤中确定纤维、纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性。在一个实施方式中，在中间停留实体的入口之前、在中间停留实体中和/或在中间停留实体的出口之后确定纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性。因此，可以将例如中间停留实体中所测量的纤维素分解活性水平控制或调节至例如中间停留实体中和/或在中间停留实体出口之后期望的水平。中间停留实体可以是任何纸浆、水、损纸储存塔或罐或相应实体。在一个实施方式中，在贮浆塔、储浆罐、损纸储存塔和/或损纸储罐之前、中或之后，或者从在贮浆塔、储浆罐、损纸储存塔和/或损纸储罐之前、来自它们或在它们之后所获得的样品确定纤维素分解活性。根据本发明的一个实施方式，方法包括串联布置的多个中间停留实体，如纸浆、水或损纸储存塔或罐或相应实体或它们的任意组合。
在本发明的方法中，例如，在水性纤维悬浮液中，例如，在中间停留实体或过程用水中确定纤维素分解活性。在一个实施方式中，本发明的方法包括确定得自水性纤维悬浮液或过程用水的样品的纤维素分解活性。要确定的样品可以来自中间停留实体。
中间停留实体可以在幅材形成之前具有至少一小时，优选地至少两小时的延迟时间。在本文中，延迟时间应被理解为中间停留实体中水性纤维素纤维悬浮液的平均停留时间。中间停留实体可以具有在1-48h、1-24h、1-12h、通常1-8h、更通常2-7h的范围内的延迟时间。在一个实施方式中，要确定的水性纤维素纤维悬浮液以1-48小时、1-24小时、1-12小时，通常至少1小时或2小时，例如，至少3、4、5、6、7、8、9、10或11小时的延迟时间处于或来自中间停留实体。通常，中间停留实体中水性纤维素纤维悬浮液的浓度为至少2g/l，通常在10-150g/l的范围内。
在确定纤维素分解活性，特别是纤维素酶活性后，如果需要，可以用一种或多种杀生物剂维持、升高或降低纤维素分解活性以获得期望的最终纤维素分解活性(例如，纤维素酶活性或微生物水平)。例如，可以将一种或多种杀生物剂在其中无杀生物剂时纤维素分解活性将升高的情况中用于维持纤维素分解活性。另一方面，仅少量的一种或多种杀生物剂可以导致纤维素分解活性一定程度的升高。在一个实施方式中，将一种或多种杀生物剂用于降低纤维素分解活性。此外，纤维素分解活性的控制还包括当不需要它们时，不使用一种或多种杀生物剂的选择。可以一次或多次确定杀生物剂处理的纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性以确认期望的所获得的纤维素分解活性。可能需要一个或多个杀生物剂处理步骤以获得期望的纤维素分解活性水平。实际上，可以可选地确定第二、第三或更多和/或最终纤维素分解活性水平以评价一种或多种杀生物剂处理的作用或进一步处理的需要。在一个实施方式中，使用了通过确定纤维素分解活性的连续监测和可选地通过剂量施用杀生物剂的过程控制。
确定的(第一或可选的第二、第三或更多或最终)水性纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解值可以用于控制纤维素分解活性，例如，在中间停留实体入口之前、在中间停留实体中和/或在中间停留实体(如贮浆塔和/或损纸储存塔)出口之后，但是在例如水性纤维悬浮液离开流浆箱等并形成幅材之前。
实际上，本发明公开的发明人已出乎意料地发现由微生物所引起的纤维素分解活性可以以其能够在纤维幅材最终产如纸张或纸板的强度中导致可检测的纤维降解的程度存在于水性含纤维过程中，并且如果需要任何控制，则可以用一种或多种杀生物剂控制纤维素分解活性。在方法的一个实施方式中，控制水性纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性以改善或维持纤维或纤维幅材的强度。如果在纸张产品制造期间不控制纤维素分解活性，则可以发生纸张强度的显著降低。
可以通过对纤维素分解微生物(微生物)进行杀生物剂处理以破坏、阻止、使其无害或对任何有害生物发挥控制作用来间接进行纤维素分解或纤维素酶活性调整。
在一个实施方式中，如果在两次或更多次确定后认为确定的纤维素分解活性过高或具有升高趋势，则通过用一种或多种杀生物剂处理水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次来控制或降低纤维素分解活性。在具体的实施方式中，如果确定的纤维素分解活性高于预定值，则通过用杀生物剂处理水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性。可以将能够抑制纤维素分解活性的至少一种杀生物剂应用于水性纤维素纤维悬浮液、至少一种原料流和/或过程用水。例如，可以将一种或多种杀生物剂(可选地与其它化学品或试剂一起)添加至损纸***、损纸储存塔、损纸储罐、纸浆、贮浆塔、贮浆罐、进入打浆机或任何储罐的水，和/或损纸储罐或贮浆罐之前的管路中。实际上，可以例如在损纸***、损纸储存塔、损纸储罐、纸浆、贮浆塔和/或贮浆罐中，用一种或多种杀生物剂处理水性纤维素纤维悬浮液。可以用一种或多种杀生物剂处理过程用水，例如，当进入打浆机或任何储罐和/或在损纸储罐或贮浆罐之前的管路中时。在一个实施方式中，可选地与其它一种或多种试剂一起，用一种或多种杀生物剂改变纤维素分解或纤维素酶活性或者纤维素分解微生物水平。例如，可以降低纤维素分解微生物的数目和水平，或者可以消除纤维素分解微生物。此外，或者作为另外一种选择，可以将微生物的纤维素分解或纤维素酶活性部分或完全抑制至例如背景水平。如果杀生物剂不用于抑制微生物的纤维素分解活性，则可以在纤维幅材制造方法期间保持或升高活性。
在一个实施方式中，如果确定的纤维素分解活性较高(例如，大于预定值)或预计将升高(例如，大于预定值)，则可以将纤维素分解活性控制在特定水平(例如，低于预定值)，例如，控制在纤维素分解或纤维素酶活性水平为0-0.1mU/ml、0-0.2mU/ml、0-0.3mU/ml、0-0.4mU/ml、0-0.5mU/ml或0-1.0mU/ml水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，控制在纤维素分解微生物水平为0-1×106、0-1×107、0-1×108或0-1×109个微生物/ml水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，和/或控制在纤维素分解微生物水平为水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中总微生物(每ml水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的微生物)的0-5％、0-6％、0-7％、0-8％、0-9％、0-10％、0-15％、0-20％或0-25％。
在本发明的一个实施方式中，在确定纤维素分解活性之后，通过将纤维素分解或纤维素酶活性降低至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％(mU/ml水性纤维素纤维悬浮液或过程用水)来控制纤维素分解活性，和/或通过降低至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％或甚至更高(每ml水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的微生物)来控制纤维素分解微生物水平。
在一个实施方式中，控制、降低或预定的纤维素分解活性范围或水平在生产包含纤维素的纤维幅材时提供了保护纤维的最优条件。可能需要一个或多个杀生物剂处理步骤以获得期望的纤维素分解活性水平。
在一个实施方式中，在本发明的方法或***中用于控制纤维素分解活性的杀生物剂是或包含氧化杀生物剂和/或非氧化杀生物剂。在一个实施方式中，杀生物剂是非氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组：2,2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇(溴硝丙二醇)；2-溴-2-硝基-丙-1-醇(BNP)；2,2-二溴-2-氰基-N-(3-羟丙基)乙酰胺；2,2-二溴丙二酰胺；1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷(DCB)；双(三氯甲基)砜；2-溴-2-硝基苯乙烯(BNS)；二癸基-二甲基氯化铵(DDAC)；N-烷基-N-苄基-N,N-二甲基氯化铵(ADBAC)及其它季铵化合物；3-碘代丙炔基-N-丁基氨甲酸酯(IPBC)；甲基和二甲基-硫代氨基甲酸酯以及它们的盐；5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)；2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和它们的混合物；2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)；4,5-二氯-2-(正辛基)-3(2H)-异噻唑酮(DCOIT)；4,5-二氯-1,2-二巯基-3-酮；1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)；2-(硫氰基甲基硫基)苯并噻唑(TCMBT)；2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3(2H)-酮(MBIT)；四羟甲基硫酸磷鎓(THPS)；四氢-3,5-二甲基-2H-1,3,5-噻二嗪-2-硫酮(Dazomet)；亚甲基双硫氰酸酯(MBT)；邻苯基苯酚(OPP)及其盐；戊二醛；邻苯二甲醛(OPA)；胍和双胍；N-十二烷胺或n-十二烷基胍；十二烷胺盐或十二烷基胍盐，如十二烷基胍盐酸盐；双-(3-氨基丙基)十二烷胺；羟基吡啶硫酮，如吡啶硫酮锌；三嗪，如六氢-1,3,5-三甲基-1,3,5-三嗪；3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-2-丙烯腈；3-苯基磺酰基-2-丙烯腈；3-[(4-三氟甲基苯基)磺酰]-2-丙烯腈；3-[(2,4,6-三甲基苯基)磺酰]-2-丙烯腈；3-(4-甲氧基苯基)磺酰-2-丙烯腈；3-[(4-甲基苯基)磺酰]丙-2-烯酰胺；和任何它们的异构体；及其任意组合；和/或
杀生物剂是氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组；氯；碱和碱土次氯酸盐；次氯酸；溴；碱和碱土次溴酸盐；次溴酸；二氧化氯；臭氧；过氧化氢；过氧化合物，如过甲酸、过乙酸、过碳酸盐或过硫酸盐；卤代乙内酰脲，如单卤代二甲基乙内酰脲；二卤代二甲基乙内酰脲；全卤代乙内酰脲；一氯胺；一溴胺；二卤胺；三卤胺；与氧化剂反应的脲，氧化剂为例如碱和碱土次氯酸盐或碱和碱土次溴酸盐；与氧化剂反应的铵盐，例如，溴化铵、硫酸铵或氨基甲酸铵，氧化剂优选地为碱和碱土次氯酸盐或碱和碱土次溴酸盐；及其任意组合。
在一个实施方式中，在本发明的方法或***中用于控制纤维素分解活性的杀生物剂是或包含氧化杀生物剂和/或非氧化杀生物剂。在一个实施方式中，杀生物剂是非氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组：2,2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇(溴硝丙二醇)；二癸基-二甲基氯化铵(DDAC)；N-烷基-N-苄基-N,N-二甲基氯化铵(ADBAC)；5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)；2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和它们的混合物；2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)；4,5-二氯-2-(正辛基)-3(2H)-异噻唑酮(DCOIT)；戊二醛；十二烷胺盐或十二烷基胍盐，如十二烷基胍盐酸盐；3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-2-丙烯腈和任何其异构体；及其任意组合；和/或
杀生物剂是氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组：过甲酸、一氯胺、与次氯酸盐反应的铵盐、卤代乙内酰脲，如一氯二甲基乙内酰脲或一溴二甲基乙内酰脲；及其任意组合。
在一个实施方式中，在本发明的方法或***中用于控制纤维素分解活性的杀生物剂是或包含氧化杀生物剂和非氧化杀生物剂。在一个实施方式中，非氧化杀生物剂包括选自由以下组成的组的一种或多种杀生物剂：2,2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇(溴硝丙二醇)；5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和它们的混合物；戊二醛；十二烷基胍盐酸盐；3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-2-丙烯腈和任何它的异构体；及其任意组合；并且氧化杀生物剂选自由以下组成的组：过甲酸、一氯胺、与次氯酸盐反应的铵盐、一氯二甲基乙内酰脲或一溴二甲基乙内酰脲；及其任意组合。
在一个实施方式中，在本发明的方法或***中用于控制纤维素分解活性的杀生物剂包括一种氧化杀生物剂，其选自由以下组成的列表：过甲酸、一氯胺、与次氯酸盐反应的铵盐、一氯二甲基乙内酰脲或一溴二甲基乙内酰脲，和两种或更多种非氧化杀生物剂，其选自由以下组成的列表：2,2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇(溴硝丙二醇)；5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和它们的混合物；戊二醛；和十二烷基胍盐酸盐；3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-2-丙烯腈和任何它的异构体；及其任意组合。
要使用的杀生物剂的量取决于例如使用的纤维悬浮液或过程用水的类型、悬浮液或过程用水的纤维素分解活性、中间实体中的延迟时间、用于制造纤维幅材的方法的持续时间、清水使用程度、杀生物剂类型和/或杀生物剂处理次数。在一个实施方式中，用一种或多种杀生物剂处理纤维悬浮液或过程用水。基于杀生物剂的活性化合物含量，添加的杀生物剂浓度可以是例如约0.1-1000ppm、1-800ppm、3-500ppm、5-250ppm，例如，约10、50、100、150或200ppm。如本文所使用的，ppm表示每体积的活性化合物重量。在一个实施方式中，基于杀生物剂的活性成分，添加的杀生物剂浓度可以是例如约0.1-1000mg/l、1-800mg/l、3-500mg/l、5-250mg/l，例如，约10、50、100、150或200mg/l。
在一个实施方式中，用一种或多种杀生物剂和(添加的)锌离子(例如，一种或多种锌盐)的组合处理水性纤维素纤维悬浮液或过程用水。可以将杀生物剂和锌离子同时(例如，作为预混物)或顺序添加至纤维素纤维悬浮液或过程用水；可以在锌离子添加前添加杀生物剂；和/或可以在添加杀生物剂前添加锌离子。另外，可以连续添加杀生物剂并间歇添加锌离子，或者连续添加锌离子并间歇添加杀生物剂。如果顺序添加杀生物剂和锌离子，则杀生物剂和锌离子添加之间的时间可以为例如1秒-180分钟、1-60分钟、5-30分钟或10-20分钟。
在一个实施方式中，锌离子来源于无机或有机锌盐；或者锌离子源选自：ZnBr2、ZnCl2、ZnF2、ZnI2、ZnO、Zn(OH)2、ZnS、ZnSe、ZnTe、Zn3N2、Zn3P2、Zn3As2、Zn3Sb2、ZnO2、ZnH2、ZnC2、ZnCO3、Zn(NO3)2、Zn(ClO3)2、ZnSO4、Zn3(PO4)2、ZnMoO4、ZnCrO4、Zn(AsO2)2、Zn(AsO4)2、Zn((O2CCH3)2)、锌金属及其组合。
要使用的锌离子的量取决于例如使用的纤维悬浮液或过程用水、杀生物剂的类型和/或锌离子的类型。在一个实施方式中，用一种或多种锌离子源处理纤维悬浮液或过程用水。添加的锌离子浓度可以是例如在水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的约0.1-500ppm、1-400ppm、3-250ppm、5-100ppm，例如，约10、20、30、40、50、60、70、80或90ppm锌离子。在一个实施方式中，添加的锌离子浓度可以是例如在要处理的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中约0.1-500mg/l、1-400mg/l、3-250mg/l、5-100mg/l，例如，约10、20、30、40、50、60、70、80或90mg/l的锌离子。
在一个实施方式中，以约1：1至100：1，通常1：10至100：1，如1：20至20：1、1：10至10：1、1：5至20：1、1：5至5：1、1：2至5：1或者1：2至2：1的比例使用锌离子和杀生物剂。
本发明还涉及在来自一个或多个原料流和/或过程用水的包含纤维素纤维的水性纤维悬浮液中保护纤维素和/或防止或降低纤维素分解活性的方法。
本发明还涉及制造纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等的幅材的方法，包括
-由一种或多种原料流和/或过程用水形成包含再循环纤维素纤维的水性纤维悬浮液，
-确定水性纤维素纤维悬浮液、原料流和/或过程用水的纤维素分解活性，
-可选地通过用一种或多种杀生物剂处理水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次，或者如果确定的纤维素分解活性高于预定值，可选地用一种或多种杀生物剂处理水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性，
-将水性纤维素纤维悬浮液形成纤维幅材并干燥纤维幅材。
可以将水性纤维悬浮液形成纤维幅材并以任何适合的方式(例如，通过加热和/或通过挤压除去液体或水)干燥。加热期间的温度可以为例如至少100℃，通常至少110℃，持续至少0.3min，例如，至少0.5min，有时至少1min。通过挤压除水期间的温度可以不同并且可以是例如至少RT，通常至少20℃、25℃、40℃、60℃、80℃或至少100℃。
本发明还涉及杀生物剂用于控制用于纤维幅材的生产方法的水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的用途。例如，可以将杀生物剂应用于损纸***、损纸储存塔、损纸储罐、纸浆、贮浆塔、贮浆罐、进入打浆机或任何储罐的水，和/或损纸储罐或贮浆罐之前的管路中。
例如，可以在其中杀生物剂计量泵是自动的过程中存在杀生物剂处理点，即分批给药频率基于过程参数，如贮浆塔的填充度(储存时间的指示)和过程用水的pH自动调整。可以以自动化逻辑的方式将过程中有关纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物的测量结果用作乘数，即基于结果值降低或升高剂量施用频率。在使用非自动计量泵的情况下，可以基于测量结果值手动调整剂量施用频率。
本发明还涉及纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等，其中纤维幅材的制造方法包括控制或降低水性纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性。生产的纤维幅材具有提高的强度、拉伸强度、断裂应力、拉伸刚度、抗张能量吸收、断裂长度、撕裂强度、压缩强度(例如，通过SCT(短跨压缩测试)测量)，并且可选地通过本发明方法获得纤维幅材。已通过控制或降低用于制备纤维幅材的水性纤维悬浮液或过程用水的纤维素分解活性来控制或降低纤维幅材的纤维素分解活性。在一个实施方式中，将纤维素分解活性控制或降低至纤维素分解或纤维素酶活性水平为0-0.1mU/ml、0-0.2mU/ml、0-0.5mU/ml或0-1.0mU/ml水性纤维悬浮液或过程用水，控制或降低至纤维素分解微生物水平为0-1×106、0-1×107、0-1×108或0-1×109个微生物/ml水性纤维悬浮液或过程用水，和/或控制或降低至纤维素分解微生物水平为水性纤维悬浮液或过程用水中微生物的0-5％、0-10％或0-25％；或者纤维素分解活性已降低至少5％，例如，至少10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％(mU/ml水性纤维悬浮液或过程用水)和/或纤维素分解微生物水平为至少5％，例如，至少10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％(ml水性纤维悬浮液或过程用水中的微生物)。
在一个实施方式中，升高的强度、拉伸强度、断裂应力、拉伸刚度、抗张能量吸收、断裂长度、撕裂强度或压缩强度(例如，通过SCT(短跨压缩测试)测量)是指与不控制纤维素分解活性和/或不使用一种或多种杀生物剂降低纤维素分解活性的情况下所生产的纤维幅材相比，升高至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、30％或40％。例如，在本发明的纤维幅材(最终产物，如纸张或纸板)中，拉伸强度可以为至少3kN/m；断裂应力为至少1.2mm或至少1.3mm；拉伸刚度为至少470kN/m或至少475kN/m；抗张能量吸收为至少21J/m2、至少25J/m2或至少28J/m2；断裂长度为至少3km；撕裂强度为至少620mN、650mN或680mN；和/或压缩强度为至少1.7kN/m。
当测量最终产品，如纸张或纸板的拉伸强度、撕裂强度和/或SCT强度(压缩强度，例如，通过SCT短跨压缩测试测量)时，本发明的优势通常是明显的。
在这方面，除非另作说明，否则始终在考虑无修改的各个值，但否则为各自条件的情况下估计与修改有关的测量值的升高或降低。
本发明还涉及用于含有纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，其中纤维悬浮液或过程用水已控制或降低纤维素分解活性，并且可选地通过本发明方法获得了纤维悬浮液或过程用水。在一个实施方式中，将纤维素分解活性控制或降低至纤维素分解或纤维素酶活性水平为0-0.1mU/ml、0-0.2mU/ml、0-0.5mU/ml或0-1.0mU/ml水性纤维悬浮液或过程用水，控制或降低至纤维素分解微生物水平为0-1×106、0-1×107、0-1×108或0-1×109个微生物/ml水性纤维悬浮液或过程用水，和/或控制或降低至纤维素分解微生物水平为水性纤维悬浮液或过程用水中微生物的0-5％、0-10％或0-25％；或者纤维素分解活性已降低(参考无控制样品)至少5％，例如，至少10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％(mU/ml水性纤维悬浮液或过程用水)和/或纤维素分解微生物水平为至少5％，例如，至少10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％(ml水性纤维悬浮液或过程用水中的微生物)。
本发明用于控制水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的***包含一种或多种杀生物剂，和可选地用于确定水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素酶活性的工具和/或说明。适合于确定或测量纤维素分解或纤维素酶活性的工具和试剂的非限制性实例包括市售的试剂盒的工具和试剂、用于酶促或蛋白测定的工具和试剂(例如，适合的酶底物)、免疫学检测方法的工具和试剂(例如，对于酶或多肽特异的抗体)、核苷酸或PCR-基测定和测序(例如，qPCR、RT-PCR、下一代测序、高通量测序)的工具和试剂，如引物或探针(例如，16S rRNA引物或探针或者用于确定纤维素酶的引物或探针)及其任意组合。实际上，本发明的工具可以使得能够确定纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物的潜力、存在、不存在、量或类型。另外，本发明的工具包括但不限于用于取样的工具。
本发明用于控制水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素分解活性的***可以包含用于确定水性纤维悬浮液中或过程用水中纤维素酶活性的说明。例如，说明可以包括选自下列的说明：用于控制纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物(例如，当取样时，当需要和当不需要杀生物剂处理时，需要哪种类型的杀生物剂处理(类型、浓度、处理时间段)等)的说明、用于实施确定纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物的方法的说明、用于采样的说明、用于解释结果的说明、用于实施统计分析的说明、一种或多种杀生物剂处理的说明和说明的任意组合。可选地，说明可以包括用于控制水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物水平的纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物水平的预定值；和/或对于最优纸张或纸板生产方法所获得的纤维素酶活性和/或纤维素分解微生物水平的适合值。
对于本领域技术人员显而易见地，随着技术进步，可以通过多种方式实现本发明的概念。本发明及其实施方式不限于以下所描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内改变。
实施例
实施例1：在使用再循环纤维(RCF)的过程中富含分解纤维细菌
通过部分16S rRNA基因的qPCR和Illumina高通量测序，从一组使用RCF的制板机确定RCF悬浮液和白水(WW)中细菌的量和群落组成。总细菌密度达到5*1010个细胞/ml过程样品。根据序列分类，出乎意料地，许多过程细菌(54-98％)属于具有已知纤维素分解潜力的细菌门并且属于具有已知纤维素分解潜力的细菌目(27-89％)(参见，例如，Flint H等人,2012,Gut Microbes Jul 1；3(4):289–306；López-Mondéjar R等人2016,Scientificreports,6卷,论文号：25279；Koeck D等人2014,Current Opinion in Biotechnology,29:171–183；Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology,第2版和Silva v.132分类学)(图1)。
实施例2：在RCF方法中测量，通过连续添加杀生物剂抑制的纤维素酶活性
例如，在土壤研究中，可以通过琼脂平板培养测试微生物的纤维素分解潜力，但是也存在用于测量直接来自水性样品(纤维素酶生产生物培养肉汤/提取物)的纤维素酶活性的可商购底物。我们通过对建议的测量规程进行下列修改，测试了它们的一种，Enzchek纤维素酶底物(Life Technologies,Thermo Fisher Scientific的一部分)对造纸行业过程样品的可应用性：
·将乙酸钠缓冲液调节至pH 6.0
·我们将样品1/10稀释以最小化通过纤维的抑制和淬灭
根据供应商，测定的试验限度为空白(缓冲液，而不是样品)的信号的～110％。另外，如推荐的，通过木霉属(Trichoderma)霉菌纤维素酶(在建议的pH 5.0下)测量标准曲线，但是另外还用解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)纤维素酶(Megazyme；在建议的pH 6.0下)测量标准曲线。两者均提供了具有良好灵敏度的接近直线的标准曲线。
通过再循环纤维(RCF)纸浆样品在40℃下的实验室培育，测试了杀生物剂对过程样品的纤维素酶活性的短期和长期作用。表1显示处理将可培养的总好氧细菌计数降低了4个数量级，但是杀生物剂(DBNPA、溴硝丙二醇和CMIT/MIT的混合物，总计作为活性物质20ppm+7ppm Zn)对纤维素酶活性无直接影响，这强调了连续过程控制的重要性。
表1.纤维素分解活性和好氧细菌计数
Figure BDA0003898220900000201
相反，在3天实验(表2)中，氧化杀生物剂一氯胺(MCA)的每日给药将纤维素酶活性降低至空白水平(并且将总CFU降低5个数量级)，然而未处理的参考培育物显示活性高20％。当将MCA处理的瓶进一步培育4天并且在最后一次杀生物剂剂量后5d测量纤维素酶活性时，活性跳跃至空白的134％，这对应于过程样品中～0.2mU/ml的活性。这些结果再次强调了通过定期监控相关参数并因此剂量施用杀生物剂的连续过程控制的重要性。
表2.处理和未处理的纸浆中的纤维素酶活性和细菌计数
Figure BDA0003898220900000211
实施例3.原生纸浆和再循环纤维中的pH和氧化还原降低
从使用再循环纤维的工厂收集过程用水。其具有高细菌活性(>107cfu/ml)。使用这种水制备了两种2％的纸浆悬浮液：用1.5升过程用水将30g干燥的原生桦木纸浆和再循环纤维(＝来自使用100％ RCF作为原材料和约50kg/吨淀粉的European包装纸板机的纸板)重新打浆。此后，将纸浆样品在轻轻振荡的情况下在+40℃培育。在培育后，根据纸浆悬浮液测量pH和氧化还原值。
表3显示RCF中pH变化较大，并且氧化还原值存在非常大的差异。这些测量显示RCF纸浆引起了比原生纤维纸浆明显更高的细菌活性。
表3.原生和再循环纤维纸浆悬浮液中的pH和ORP
Figure BDA0003898220900000212
实施例4.纤维素分解活性影响纤维强度
纸浆的制备和处理
通过来自使用再循环纤维的工厂的过程用水将50g纸板(liner board)重新打浆。纸浆的最终浓度为1.0％，并且纸板来自使用～50％未漂白牛皮纸浆和～50％再循环纤维的工厂。该工厂在生产纸板中使用约6kg/吨的湿端淀粉。将纸浆悬浮液分成12瓶。将6瓶置于无其它处理的培育箱。将另外6瓶首先巴氏杀菌(1h，+80℃)以使存在的任何酶失活。然后，用杀生物剂(DBNPA、溴硝丙二醇和CMIT/MIT的混合物，作为活性物质，100mg/l)和锌或含锌化合物中的任一种(作为Zn2+，25mg/l)的组合处理这些瓶。此后，将全部12个瓶子在振荡下在+40℃保持3天。在培育开始时，纸浆pH为6.64，氧化还原为+160mV并且电导率为5.46mS/cm。
手抄纸(handsheet)的制备
在3d后，测量每个瓶子的ORP以及总细菌和纤维素分解细菌的量。处理的样品具有显著较低的总细菌和纤维素分解细菌数，更高的pH和氧化还原，以及低导电率(表4和5)。
使用Rapid-Koethen纸张形成器，从每个瓶子中的纸浆(每个测试点总计6个)制备一张实验室手抄纸(100g/m2)。通过真空干燥器(93℃，10min)干燥形成的纸张。在实验室中测试前，根据标准ISO 187，将纸张在50％相对湿度中在23℃预处理24h。根据表6测量强度性能。结果显示手抄纸克数彼此非常接近，并且与未处理样品相比，处理的样品中的所有强度性能明显更高(表7)。例如，在处理的样品中，拉伸强度高出大于17％并且撕裂强度高出大于9％。同时，处理的样品中灰分含量更高，其对于强度也具有轻微降低作用。
表4. 3d培育后，未处理和处理的RCF纸浆样品的性能。
Figure BDA0003898220900000221
Figure BDA0003898220900000231
表5.在3d培育后，未处理和处理的RCF纸浆样品中纤维素分解细菌分类单元(门、目)的量。
Figure BDA0003898220900000232
表6.用于生产的纸张的纸张测试装置和标准方法
Figure BDA0003898220900000233
Figure BDA0003898220900000241
表7.从处理和未处理的纸浆制备的手抄纸的强度性能。
未处理 处理
克数，g/m<sup>2</sup> 65.3 65.6
灰分含量，％ 2.6 4.4
拉伸指数，Nm/g 30.72 36.19
撕裂指数，Nm<sup>2</sup>/kg 6.76 7.38
实施例5.通过抑制细菌活性，保留的纤维强度和降低的纤维素酶活性
纸浆的制备和处理
通过来自使用再循环纤维的第三工厂的过程用水将50g纸板(来自两个不同的工厂：50％来自使用～50％未漂牛皮纸浆和～50％再循环纤维的工厂，并且50％来自使用100％再循环纤维的工厂)重新打浆。纸浆的最终浓度为1.0％。将纸浆悬浮液分成12瓶，并且将淀粉悬浮液(天然马铃薯淀粉)加入至每个瓶，从而所添加的淀粉浓度为1.5g/l。将6瓶(编号1-6)置于无其它处理的培育箱。将另外6瓶(编号7-12)首先巴氏杀菌(1h，+80℃)以使存在的任何酶失活。然后，用杀生物剂(50mg/l一氯胺，作为活性氯)处理瓶子。此后，将全部12个瓶子在振荡下在+40℃保持4天。在培育期间，每天将10mg/l一氯胺添加至瓶(7-12)。在培育开始时，纸浆pH为6.0，氧化还原为-46mV并且导电率为4.8mS/cm。
手抄纸的制备
2d后，从每个瓶子测量ATP，并且与处理的瓶相比，未处理的瓶中高1000倍(分别为平均值71000pg/ml，标准偏差3800，相对于平均值70，标准偏差7pg/ml)。
在4d后，测量每个瓶的ORP、细菌量和纤维素酶活性。所处理的样品具有显著较低的细菌数和纤维素酶活性，但是具有更高的pH和氧化还原(表8)。
由每个瓶中的纸浆制备一张实验室手抄纸。在制备手抄纸之后，根据表9测量强度性能。手抄纸的克数彼此非常接近。作为替代，处理的样品中的强度性能明显更好。例如，处理的样品中拉伸强度约12％更好，撕裂强度高大于9％并且SCT高约3.5％。同时，处理的样品中灰分含量约8.8％更高，这是强度降低。
表8. 4d培育后，处理和未处理的RCF纸浆样品的性能。
Figure BDA0003898220900000251
表9.从处理和未处理的纸浆制备的手抄纸的性能。
未处理 处理
克数，g/m<sup>2</sup> 98.47 99.81
灰分含量，％ 4.00 4.35
拉伸指数，Nm/g 27.62 30.92
SCT指数，Nm/g 16.58 17.16
撕裂指数，Nm<sup>2</sup>/kg 6.23 6.84
。

Claims (19)

1.一种监测和控制用于含纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性的方法，其中所述方法包括
确定用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含再循环纤维素纤维的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性，和
可选地通过用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定纤维素分解活性包括确定获得自所述水性纤维素纤维悬浮液或过程用水的样品的纤维素分解活性。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定纤维素分解活性包括确定所述水性纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解或纤维素酶活性、纤维素酶、和/或纤维素分解微生物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过基于核酸的方法确定纤维素分解微生物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在中间停留实体的入口之前、在中间停留实体中和/或在中间停留实体的出口之后确定所述纤维素分解活性。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述纤维素分解活性是微生物或细菌纤维素分解活性，可选地纤维素分解微生物选自由以下组成的组：细菌门放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)，和/或目棒状杆菌目(Corynebacteriales)、微球菌目(Micrococcales)、拟杆菌目(Bacteroidales)、芽孢杆菌目(Bacillales)、乳杆菌目(Lactobacillales)、梭菌目(Clostridiales)、嗜热厌氧菌目(Thermoanaerobacterales)、β-变形菌目(Betaproteobacteriales)、黄单胞菌目(Xanthomonadales)，和/或属于所述门或所述目的任何科或属。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，
将所述纤维素分解活性控制在纤维素分解或纤维素酶活性水平为0-0.1mU/ml、0-0.2mU/ml、0-0.5mU/ml或0-1.0mU/ml所述水性纤维悬浮液或过程用水，控制在纤维素分解微生物水平为每ml所述水性纤维悬浮液或过程用水中0-1×106、0-1×107、0-1×108或0-1×109个微生物，和/或控制在纤维素分解微生物水平为所述水性纤维悬浮液或过程用水中总微生物的0-5％、0-10％或0-25％；或者
通过将纤维素分解或纤维素酶活性降低至少5％(mU/ml所述水性纤维悬浮液或过程用水)和/或将纤维素分解微生物水平降低至少5％(每ml所述水性纤维悬浮液或过程用水中的微生物)来控制所述纤维素分解活性。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，控制所述纤维素分解活性用于改善或维持纤维或纤维幅材的强度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述水性纤维悬浮液以1-48小时、1-24小时、1-12小时，通常至少1小时或2小时的延迟时间处于或来自中间停留实体。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，中间停留实体中所述水性纤维悬浮液的浓度为至少2g/l，通常在10-150g/l的范围内。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述水性纤维悬浮液包含再循环纤维或者所述水性纤维悬浮液的纤维是再循环纤维。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述杀生物剂是氧化杀生物剂和/或非氧化杀生物剂。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，
所述杀生物剂是非氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组：2,2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇(溴硝丙二醇)；2-溴-2-硝基-丙-1-醇(BNP)；2,2-二溴-2-氰基-N-(3-羟丙基)乙酰胺；2,2-二溴丙二酰胺；1,2-二溴-2,4-二氰基丁烷(DCB)；双(三氯甲基)砜；2-溴-2-硝基苯乙烯(BNS)；二癸基-二甲基氯化铵(DDAC)；ADBAC及其它季铵化合物；3-碘代丙炔基-N-丁基氨甲酸酯(IPBC)；甲基和二甲基-硫代氨基甲酸酯以及它们的盐；5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)；2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和它们的混合物；2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)；4,5-二氯-2-(正辛基)-3(2H)-异噻唑酮(DCOIT)；4,5-二氯-1,2-二巯基-3-酮；1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)；2-(硫氰基甲基硫基)苯并噻唑(TCMBT)；
2-甲基-1,2-苯并异噻唑啉-3(2H)-酮(MBIT)；四羟甲基硫酸磷鎓(THPS)；四氢-3,5-二甲基-2H-1,3,5-噻二嗪-2-硫酮(Dazomet)；亚甲基双硫氰酸酯(MBT)；邻苯基苯酚(OPP)及其盐；戊二醛；邻苯二甲醛(OPA)；胍和双胍；N-十二烷胺或n-十二烷基胍；十二烷胺盐或十二烷基胍盐，如十二烷基胍盐酸盐；双-(3-氨基丙基)十二烷胺；羟基吡啶硫酮，如吡啶硫酮锌；三嗪，如六氢-1,3,5-三甲基-1,3,5-三嗪；3-[(4-甲基苯基)磺酰基]-2-丙烯腈；3-苯基磺酰基-2-丙烯腈；3-[(4-三氟甲基苯基)磺酰]-2-丙烯腈；3-[(2,4,6-三甲基苯基)磺酰]-2-丙烯腈；3-(4-甲氧基苯基)磺酰-2-丙烯腈；3-[(4-甲基苯基)磺酰]丙-2-烯酰胺；和它们的任何异构体；以及它们的任意组合；和/或
所述杀生物剂是氧化杀生物剂并且选自由以下组成的组；氯；碱和碱土次氯酸盐；次氯酸；溴；碱和碱土次溴酸盐；次溴酸；二氧化氯；臭氧；过氧化氢；过氧化合物，如过甲酸、过乙酸、过碳酸盐或过硫酸盐；卤代乙内酰脲，如单卤代二甲基乙内酰脲；二卤代二甲基乙内酰脲；全卤代乙内酰脲；一氯胺；一溴胺；二卤胺；三卤胺；与氧化剂反应的脲，所述氧化剂为例如碱和碱土次氯酸盐或碱和碱土次溴酸盐；与氧化剂反应的铵盐，例如溴化铵、硫酸铵或氨基甲酸铵，所述氧化剂优选地为碱和碱土次氯酸盐或碱和碱土次溴酸盐。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，用一种或多种杀生物剂和锌离子的组合处理所述水性纤维素纤维悬浮液或过程用水。
15.一种制造纤维幅材，如纸张、纸板、纸巾等的方法，其中所述方法包括
-由一种或多种原料流和/或过程用水形成包含再循环纤维素纤维的水性纤维悬浮液，
-确定所述水性纤维素纤维悬浮液、所述原料流和/或所述过程用水的纤维素分解活性，
-可选地通过用一种或多种杀生物剂处理所述水性纤维素纤维悬浮液或所述过程用水一次或多次来控制纤维素分解活性，
-将所述水性纤维素纤维悬浮液形成纤维幅材并干燥所述纤维幅材。
16.杀生物剂用于控制用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含再循环纤维素纤维的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性的用途。
17.一种用于控制用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含再循环纤维素纤维的水性纤维悬浮液或过程用水中的纤维素分解活性的***，其中所述***包含一种或多种杀生物剂，和用于确定水性纤维悬浮液或过程用水中纤维素酶活性的工具和/或说明。
18.一种纤维幅材，如卷筒印刷纸、纸板、纸巾等，包含再循环纤维素纤维，其中所述纤维幅材通过根据前述权利要求1-15中任一项所述的方法获得。
19.一种用于含再循环纤维素纤维的纤维幅材的生产方法的包含再循环纤维素纤维的水性纤维素纤维悬浮液或过程用水，其中所述纤维悬浮液或过程用水通过根据前述权利要求1-15中任一项所述的方法获得。
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