CN1718918B - 一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法。本发明的方法为通过木素降解酶与脂肪酶的联合作用或复合作用脱除纸浆中的树脂。本发明能对纸浆中的树脂进行有效脱除，树脂脱除率超过90％，显著降低废水中的COD污染负荷，经一级生化处理后可以清洁回用。这是一种全新的树脂脱除方法。

Description

一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法
技术领域
本发明涉及一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，具体是涉及一种利用木素降解酶和脂肪酶的协同即联合或复合作用以脱除机械浆、亚硫酸盐浆和化学机械浆中树脂的方法。
背景技术
树脂是造纸原料的一种组成成份，一般占木材干重的2～6％左右。树脂类物质是存在于造纸原料并伴随整个生产过程中的主要污染物，难降解，不容易处理，这些污染物随造纸机***进入废水中，使得废水处理后虽能达标排放但无法进一步清洁回用，浪费了丰富的水资源。树脂类物质的存在导致制浆废水难以处理后清洁回用；存在于抄纸***中的树脂类物质会引起“树脂障碍”，即造成纸机断头、纸张白度和强度下降并导致机器设备严重堵塞等现象。目前，造纸工厂清除树脂是在一种电解膜上实现的，需消耗大量电能，而且这种方法只是一种转移树脂成份的方法，并没有将树脂成份清除；还有一种方法是加入一些分散剂如高岭土，使树脂类物质分散，不容易在纸张或设备表面上凝结成团。国内造纸工厂的现有脱除方法不但要耗费大量电能，而且也只是一种转移树脂的方法，并没有降解树脂，大量的树脂成份仍会进入抄纸和废水***中，使废水难以达标回用。
国内外近几年提出用真菌包括长喙壳菌(Ophiostoma piliferum)和白腐菌如射脉侧菌(Phlebia radiate)脱除木片或用脂肪酶脱除纸浆中树脂的专利技术，具有一定的脱脂效果。但存在作用时间长(真菌作用需3天以上)、脱脂效果少(脂肪酶单独作用脱脂率＜50％)。因此，发展具有自主知识产权的脱除树脂新技术是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法。该方法中的木素降解酶对树脂类物质有过氧化作用，而树脂酶对树脂类物质有水解作用。和目前的脱脂技术比较，具有更好的脱脂效果，从而消除树脂类物质引起的造纸工业“树脂障碍”问题，实现制浆过程清洁生产。
为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：
多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于为通过木素降解酶与脂肪酶的联合作用或复合作用脱除纸浆中的树脂。所述的纸浆为机械浆、亚硫酸盐浆或化学机械浆。
所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法为通过木素降解酶与脂肪酶的联合作用脱除纸浆中的树脂，具体包括如下步骤：
(1)木素降解酶单独作用纸浆；
将木素降解酶中的一种或按1∶1重量比混合的任二种或按1∶1∶1重量比混合的三种加入到纸浆中，与纸浆充分混合后，在pH 2～6.5的0.1～100mmol/L的柠檬酸或醋酸缓冲液中反应30～240min，反应温度为18～50℃；
木素降解酶的总加入量为纸浆干重的0.001～5％；
所述的木素降解酶分别为活性100～15000IU/ml的木素过氧化物酶、活性100～15000IU/ml的锰过氧化物酶和活性为100～15000IU/ml的漆酶；
(2)素降解酶反应后，再加入占纸浆干重0.001～5％的脂肪酶反应，脂肪酶活性10～20000IU/ml；反应在pH 3～7.5的0.025～2.5mol/L磷酸缓冲液中进行，作用时间30～240min，室温条件。
上述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法也可以为通过木素降解酶与脂肪酶的复合作用脱除纸浆中的树脂，具体包括如下步骤：
将木素降解酶中的任一种和脂肪酶按1∶1的重量比同时加入到纸浆中，脂肪酶活性10～20000IU/ml；反应在PH 2～6.5的0.1～100mmol/L的柠檬酸或醋酸缓冲液中进行，作用时间30～240min，温度为28～45℃；
所述的木素降解酶分别为活性100～15000IU/ml的木素过氧化物酶、活性100～15000IU/ml的锰过氧化物酶和活性为100～15000IU/ml的漆酶；
木素降解酶的总加入量为纸浆干重的0.001～5％。
上述技术方案中所述的木素降解酶来自白腐菌，白腐菌产酶液体培养基的组成为(g/L)：0.1～1gK2HPO4、1～10gKH2PO4、0.24～2.4gMgSO4、0.1～1.0gCaCl2、0.01～0.1g NaCl、0.1～1.0g FeSO4·7H2O2、0.01～0.1g ZnSO4·7H2O2、0.02～0.2gCuSO4·5H2O2、0.08～0.4g MnSO4·H2O2、0.01～0.1g CoCl2、0.01～0.1g盐酸吡哆醇、并加入1～5％的葡萄糖和0.1～1.0％的酒石酸铵作为碳源和氮源；培养时，pH2～6、温度为18～39℃；
白腐菌从森林中的腐朽木材经过分离和选择性培养基(孔径＞60目的木粉培养基)筛选得到，并进一步经过紫外线照射诱变，通过7～10代的遗传选育，筛选出的菌株，是公开使用的微生物。使用前作适应性驯化。
所述的脂肪酶为果丝孢酵母、扩展青霉菌、白地霉或根霉菌，丝孢酵母、扩展青霉菌、白地霉和根霉菌从马尾松等木片中自然产生的菌落中筛选，并用Co60幅照1～30min或40Wt紫外线照射1～5min；经10～18代遗传选育后获得的不产生蓝色代谢产物的菌株，是公开使用的微生物。使用前作适应性驯化。
上述的脂肪酶的发酵条件可为以下两种：
(1)全脂豆粉1～4％，MgSO40.01～1％、K2HPO40.1～1％、(NH4)2SO40.2～2％、花生油0.1～2％，pH自然。
(2)蚕蛹粉1～10％、蔗糖0.5～2％、橄榄油0.1～1.5％、(NH4)2SO40.1～2％、MgSO4·7H2O 0.05-2％、K2HPO40.01～1％，pH自然。
所述的脂肪酶的最佳产酶条件为：初始pH 6.5～9.5，30℃培养12～60h，产碱性脂肪酶活力10～20000IU/ml。
与已有技术相比，本发明具有的有益效果为：对纸浆中的树脂进行有效脱除，树脂总脱除率超过90％，制浆废水经一级生化处理后可以清洁回用。
具体实施方式
以下结合具体的实施例来对本发明作进一步的描述：
实施例1
原料：马尾松TMP浆，TG平均值1.86％。将木素降解酶(为活性153IU/ml的木素过氧化物酶)和脂肪酶(活性为178IU/ml)按1∶1液比加入到纸浆中，加入到纸浆中，总加入量为纸浆干重的0.01％(v/w)；和纸浆充分混合后，在pH 6.5的0.2mmol/L的柠檬酸或醋酸缓冲液中反应40min，温度为39℃；木素酶反应后，再加入占纸浆干重0.01％的脂肪酶，脂肪酶活性178IU/ml；反应在pH 7.2的0.25mol/L磷酸缓冲液中进行，作用时间50min；室温。
结果如表1所示：
表1.经实施例1所述条件处理后的纸浆脱脂结果
注：TG含量为纸浆中树脂物质的含量。
实施例2
原料：马尾松TMP浆，TG平均值1.86％。木素降解酶(为活性267IU/ml的木素过氧化物酶)和脂肪酶(活性为303IU/ml)按1∶1液比加入到纸浆中，总加入量为纸浆干重的0.03％(v/w)；反应在pH 6.5的0.3mmol/L柠檬酸缓冲液中进行，作用时间50min，温度为35℃。
结果如表2所示：
表1.经实施例1所述条件处理后的纸浆脱脂结果
注：TG含量为纸浆中树脂物质的含量。
实施例3
原料：马尾松磺化化机浆，TG平均值1.93％。木素降解酶(为活性219IU/ml的木素过氧化物酶)和脂肪酶(活性为248IU/ml)按1∶1液比加入到纸浆中，总加入量为纸浆干重的0.03％(v/w)；反应在pH6.5的0.15mmol/L柠檬酸缓冲液中进行，作用时间55min，温度为36℃。
结果如表2所示：
表1.经实施例1所述条件处理后的纸浆脱脂结果
注：TG含量为纸浆中树脂物质的含量。

Claims (10)

1.一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于为通过木素降解酶与脂肪酶的联合作用脱除纸浆中的树脂，具体包括如下步骤：
(1)木素降解酶单独作用纸浆；
将木素降解酶中的一种或按1∶1重量比混合的任二种或按1∶1∶1重量比混合的三种加入到纸浆中，与纸浆充分混合后，在pH 2～6.5的0.1～100mmol/L的柠檬酸或醋酸缓冲液中反应30～240min，反应温度为18～50℃；
木素降解酶的总加入量为纸浆干重的0.001～5％；
所述的木素降解酶分别为活性100～15000IU/ml的木素过氧化物酶、活性100～15000IU/ml的锰过氧化物酶和活性为100～15000IU/ml的漆酶；
(2)木素降解酶反应后，再加入占纸浆干重0.001～5％的脂肪酶反应，脂肪酶活性10～20000IU/ml；反应在pH 3～7.5的0.025～2.5mol/L磷酸缓冲液中进行，作用时间30～240min，室温条件。
2.根据权利要求1所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的木素降解酶来自白腐菌，白腐菌产酶液体培养基的组成和每升中的含量为：0.1～1g K2HPO4、1～10g KH2PO4、0.24～2.4g MgSO4、0.1～1.0g CaCl2、0.01～0.1g NaCl、0.1～1.0g FeSO4·7H2O2、0.01～0.1g ZnSO4·7H2O2、0.02～0.2g CuSO4·5H2O2、0.08～0.4g MnSO4·H2O2、0.01～0.1g CoCl2、0.01～0.1g盐酸吡哆醇，并加入1～5％的葡萄糖和0.1～1.0％的酒石酸铵作为碳源和氮源；
培养时，pH 2～6、温度为18～39℃。
3.根据权利要求2所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶为果丝孢酵母、扩展青霉菌、白地霉或根霉菌。
4.根据权利要求3所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶的发酵条件为：
(1)全脂豆粉1～4％，MgSO4 0.01～1％、K2HPO4 0.1～1％、(NH4)2SO4 0.2～2％、花生油0.1～2％，pH自然；或
(2)蚕蛹粉1～10％、蔗糖0.5～2％、橄榄油0.1～1.5％、(NH4)2SO4 0.1～2％、MgSO4·7H2O 0.05-2％、K2HPO4 0.01～1％，pH自然。
5.根据权利要求4所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶的产酶条件为：初始pH 6.5～9.5，30℃培养12～60h，产碱性脂肪酶活力10～20000IU/ml。
6.一种多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于为通过木素降解酶与脂肪酶的复合作用脱除纸浆中的树脂，具体包括如下步骤：
将木素降解酶中的任一种和脂肪酶按1∶1的重量比同时加入到纸浆中，脂肪酶活性10～20000IU/ml；反应在pH 2～6.5的0.1～100mmol/L的柠檬酸或醋酸缓冲液中进行，作用时间30～240min，温度为28～45℃；
所述的木素降解酶分别为活性100～15000IU/ml的木素过氧化物酶、活性100～15000IU/ml的锰过氧化物酶和活性为100～15000IU/ml的漆酶；
木素降解酶的总加入量为纸浆干重的0.001～5％。
7.根据权利要求6所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的木素降解酶来自白腐菌，白腐菌产酶液体培养基的组成和每升中的含量为：0.1～1gK2HPO4、1～10g KH2PO4、0.24～2.4g MgSO4、0.1～1.0g CaCl2、0.01～0.1g NaCl、0.1～1.0g FeSO4·7H2O2、0.01～0.1g ZnSO4·7H2O2、0.02～0.2g CuSO4·5H2O2、0.08～0.4g MnSO4·H2O2、0.01～0.1gCoCl2、0.01～0.1g盐酸吡哆醇、并加入1～5％的葡萄糖和0.1～1.0％的酒石酸铵作为碳源和氮源；
培养时，pH2～6、温度为18～39℃。
8.根据权利要求7所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶为果丝孢酵母、扩展青霉菌、白地霉或根霉菌。
9.根据权利要求8所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶的发酵条件为：
(1)全脂豆粉1～4％，MgSO4 0.01～1％、K2HPO4 0.1～1％、(NH4)2SO4 0.2～2％、花生油0.1～2％，pH自然；或
(2)蚕蛹粉1～10％、蔗糖0.5～2％、橄榄油0.1～1.5％、(NH4)2SO4 0.1～2％、MgSO4·7H2O 0.05-2％、K2HPO4 0.01～1％，pH自然。
10.根据权利要求9所述的多酶协同作用脱除纸浆中树脂的方法，其特征在于所述的脂肪酶的产酶条件为：初始pH 6.5～9.5，30℃培养12～60h，产碱性脂肪酶活力10～20000IU/ml。
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