生物制浆与生物漂白修改课件.ppt

1、2022-8-5生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修生物制浆与生物漂白修改改生物制浆与生物漂白修改一 生物制浆概述n对微生物的要求n繁殖速度快，分解木素能力极强，尽可能少分解或不分解纤维素等。目前从自然界分离到的白腐菌菌株及经诱变处理选育得到的木素降解酶产生菌，其降解木素的能力还远没有达到生物制浆的要求。生物制浆的种类n生物机械制浆（BMP）n生物化学机械制浆（BCMP）n麻类原料生物制浆生物制浆的优点n减少制浆的能耗、提高纸质量、减少制浆对环境的污染。生物制浆与生物漂白修改1、黄孢原毛平革菌预处理麦草生物制浆的研究、黄孢原毛平革菌预处理麦草生物制浆的研究北京林业大学学报，2006年1月

2、麦草生物预处理麦草生物预处理:经湿热经湿热(125)灭菌灭菌30min后进行后进行接种接种,将接种完毕的麦草放入恒温将接种完毕的麦草放入恒温(28)生物培养箱生物培养箱中进行培养中进行培养.二 生物制浆研究情况生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改2、白腐菌预处理制蔗渣生物机械浆、白腐菌预处理制蔗渣生物机械浆实验方法：实验方法：将蔗渣在将蔗渣在120下于蒸煮锅中处理下于蒸煮锅中处理45min，加水使水分提高，加水使水分提高到到75%，再将白腐菌培养基和营养液加到原料中并充分混合。，再将白腐菌培养基和营养液加到原料中并充分混合。采用固定床反应器培

3、养，反应器在培养前用高压蒸汽消毒采用固定床反应器培养，反应器在培养前用高压蒸汽消毒10min。接种了的原料在。接种了的原料在27和和60%的相对湿度下培养的相对湿度下培养14天。天。无白腐菌预处理蔗渣和有白腐菌预处理蔗渣用盘磨机磨浆，无白腐菌预处理蔗渣和有白腐菌预处理蔗渣用盘磨机磨浆，测定能源消耗、制浆得率及性能等。测定能源消耗、制浆得率及性能等。李建军 詹怀宇 生物技术，2001年3月第二期生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改真菌能源节省/%强度特性光学特性耐破指数/kN.g-1撕裂指数/mN.m2.g-1抗张指数/N.m.g-1白度/%不透明度/%光散射系数/m2.kg-1Pc14

4、14119-27-2.3-29.8Hs261232-12-21-3.6-27.6Pb28-421-9-24-2.9-28.1Ps32-299-36-28-3.7-34.6Pt36-1812-17-24-4.5-32.6Cs423267-1-22-4.4-30.93、不同白色腐朽真菌的火炬松木片生物机械浆的能源节省和物理特性变化 生物制浆与生物漂白修改4、生物预处理化学浆、生物预处理化学浆 意义意义n利用生物预处理的手段，在达到相同纸浆硬度的利用生物预处理的手段，在达到相同纸浆硬度的前提下，可以减少化学药品和能源的消耗，或者前提下，可以减少化学药品和能源的消耗，或者是在化学药品不减少的情况下降低

5、纸浆的硬度，是在化学药品不减少的情况下降低纸浆的硬度，以适应无氯漂白的需要。以适应无氯漂白的需要。生物制浆与生物漂白修改由白腐菌变异株IZO-154进行生物预处理化学制浆的研究n以桦木为原料，以白腐菌变异株以桦木为原料，以白腐菌变异株IZO-154进行预处理后，进行预处理后，用用KP法制浆，结果与不进行预处理的制浆结果相比较。法制浆，结果与不进行预处理的制浆结果相比较。发现，经过真菌预处理的材料浆的得率或脱木素程度提高，发现，经过真菌预处理的材料浆的得率或脱木素程度提高，而化学品的用量大大减少，蒸煮热能降低，纸的机械性能而化学品的用量大大减少，蒸煮热能降低，纸的机械性能得到很大改善。得到很大改

6、善。生物制浆与生物漂白修改5、韧皮纤维生物脱胶制浆、韧皮纤维生物脱胶制浆 造纸工业中，包括麻类在内的韧皮纤维生物法造纸工业中，包括麻类在内的韧皮纤维生物法制浆是应用果胶酶或接种产果胶酶的微生物降解原制浆是应用果胶酶或接种产果胶酶的微生物降解原料中的果胶质料中的果胶质,使原料分散成纤维束或单纤维的过程。使原料分散成纤维束或单纤维的过程。近年来近年来,国内外对韧皮纤维脱胶的微生物种类及国内外对韧皮纤维脱胶的微生物种类及其酶学特征、影响脱胶的诸多因素以及酶解产物的其酶学特征、影响脱胶的诸多因素以及酶解产物的动态变化开展了广泛的研究。动态变化开展了广泛的研究。生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修

7、改（1)直接法（浸渍法）n将能产生使纤维彼此离解的酶的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，使与纤维黏结在一起的物质分解、溶出，从纤维彼此分离成浆。与浸渍法有关的微生物以曲霉、青霉、毛霉、根霉与浸渍法有关的微生物以曲霉、青霉、毛霉、根霉等为主体，还有其他菌如半知菌的葡萄孢霉、镰刀等为主体，还有其他菌如半知菌的葡萄孢霉、镰刀霉，细菌如芽孢杆菌等。霉，细菌如芽孢杆菌等。生物制浆与生物漂白修改(2)间接法（酶浸渍法或酶法制浆）n指将微生物维持在一定的环境条件下，使其产生大量的酶，再将酶浓缩、提取出来，加入到纤维原料的处理过程。生物制浆与生物漂白修改三、对生物制浆的评价n1

8、、纤维素、半纤维素含量变化n2、木质素含量n3、对能耗、化学品用量、纸张性能等的影响生物制浆与生物漂白修改生物制浆过程中生物处理过程与效果的评价方法生物制浆过程中生物处理过程与效果的评价方法李春呜李春呜 赵赵 建建 陈嘉川陈嘉川中国造纸学报中国造纸学报,Vo121，No1，2O06生物制浆与生物漂白修改四、生物制浆存在的问题四、生物制浆存在的问题1 木素的存在状况2 生物制浆过程中存在的主要困难n（1）木素生物降解的困难性n（2）木素降解酶产生菌扩大培养的困难性n（3）生物制浆过程中伴有纤维素的降解生物制浆与生物漂白修改1 木素的存在状况木素的存在状况n木素的含量与结构随原料种类不同而不同。原

9、料细胞壁中，不同区域的木素含量与结构也不同。木素和半纤维素的混合物填充于微细纤维之间，木素与半纤维素之间存在化学连接，形成木素与碳水化合物复合体（LCC）。生物制浆与生物漂白修改2 生物制浆过程中存在的主要困难（1）木素生物降解的困难性n木素是植物组织进化的产物，它使树干的化学和物理性能得以强化，以增强对恶劣环境的抵抗能力，因此对生物降解有较强的抵抗性。生物制浆与生物漂白修改（1）木素生物降解的困难性）木素生物降解的困难性木素难以被微生物利用n木素是多种酚类单体的聚合体，结构不均一，分布不均一，理化性质相对稳定，生物降解很困难。n木素的生物降解包括氧化还原过程和水解过程。各种酶活力高低与酶作用

10、环境适宜性的不同使木素生物降解较困难。n自然界中具有木素降解能力的微生物较少。生物制浆与生物漂白修改木素降解酶活力较低n相对多糖降解酶产生菌而言，木素降解酶产生菌生长缓慢，扩大培养困难；另外，野生型菌株产生的木素降解酶酶活力低，产酶受诸多因素的限制。通常白腐菌对木片进行生物制浆预处理需要10天以上的时间。木素降解酶是复合酶系，受到多种调节因子的控制制备天然木素困难，难以测定真正的木素生物降解活力。生物制浆与生物漂白修改（2）木素降解酶产生菌扩大培养的困难性n木素化学结构复杂，增加了了解木素生物降解机制的难度；n自然界能降解木素的微生物不多；n木素降解酶产生菌多为真菌担子菌纲，生长缓慢，扩大培养

11、较困难；n菌株对被分解介质的选择性较差，造成碳水化合物损失；n白腐菌分泌木素降解酶对培养介质要求较苛刻；生物制浆与生物漂白修改n木素分解代谢产物不能成为白腐菌生长或产酶的有效碳源和能源，必须补加葡萄糖等容易利用的碳源；n由于对木素生物降解的机制不十分了解，所以在利用基因工程手段对该菌进行改良与菌株筛选方面较欠缺；n发酵工业规模远小于制浆工业。生物制浆与生物漂白修改生物制浆的技术难度以及木素降解酶的应用前景生物制浆的技术难度以及木素降解酶的应用前景管管 斌斌 孙艳玲孙艳玲 谢来苏谢来苏 隆言泉隆言泉 詹怀宇詹怀宇中国造纸学报中国造纸学报,V0117，No2，2OO2生物制浆与生物漂白修改生物漂白

12、n一 生物漂白n1 生物漂白的定义与作用n2 利用白腐菌的生物漂白n3 利用木素降解酶的生物漂白n二 木聚糖酶的辅助漂白作用n1 原料和纸浆中的半纤维素n2 木聚糖酶在去除LCC过程中辅助作用的机制 n3 木聚糖酶在生物漂白过程中的效能n4 生物漂白过程生物制浆与生物漂白修改（1）定义n最早是指利用降解木素的微生物分解纸浆中的残余木素，使之降解溶出，达到提高纸浆白度的目的。n现在是指利用白腐菌分泌的木素降解酶系，在木聚糖酶的协同作用下，分解纸浆中的残余木素，并使之溶出的过程。（2）作用n提高纸浆的可漂性（以纸浆kappa值、黏度和白度的变化作为衡量方法），降低漂白过程的用氯量，减轻漂白过程的污

13、染程度。1 生物漂白的定义与作用生物制浆与生物漂白修改2 利用白腐菌的生物漂白（1）生物漂白利用的微生物n主要有黄孢原毛平革菌、杂色木云芝菌、黄孢原毛平革菌突变株IZU-154等。日本林业和林产品研究所科技人员采用脱色试验改善阔叶日本林业和林产品研究所科技人员采用脱色试验改善阔叶木硫酸盐浆的漂白性能，发现，以木硫酸盐浆的漂白性能，发现，以P Crassa WD1694漂漂白阔叶木硫酸盐浆产生的溶解木素高，且漂白性能最好。白阔叶木硫酸盐浆产生的溶解木素高，且漂白性能最好。用该菌株培育阔叶木硫酸盐浆用该菌株培育阔叶木硫酸盐浆10 日和碱抽提后，阔叶木日和碱抽提后，阔叶木硫酸盐浆的硫酸盐浆的卡伯值从

14、卡伯值从16 降至降至6，而，而白度从白度从28增至增至54。该。该菌株在阔叶木硫酸盐浆生物漂白过程中，起主要作用的木菌株在阔叶木硫酸盐浆生物漂白过程中，起主要作用的木素溶解酶是么锰过氧化物酶。素溶解酶是么锰过氧化物酶。生物制浆与生物漂白修改（2）白腐菌生物漂白的主要问题）白腐菌生物漂白的主要问题伴随纸浆可漂性提高，纸浆黏度降低，进而伴随纸浆可漂性提高，纸浆黏度降低，进而使纤维强度性能受到影响，这是纤维素酶作用使纤维强度性能受到影响，这是纤维素酶作用的结果。的结果。处理时间太长，大大影响纸浆速度，难以满处理时间太长，大大影响纸浆速度，难以满足工业化生产的要求。足工业化生产的要求。生物制浆与生物

15、漂白修改3 利用木素降解酶的生物漂白n（1）漆酶）漆酶/介体系统（介体系统（LMS）生物漂白）生物漂白n（2）锰过氧化物酶（）锰过氧化物酶（MnP）生物漂白）生物漂白n（3）木素过氧化物酶（）木素过氧化物酶（LiP）生物漂白）生物漂白生物制浆与生物漂白修改漆酶/介体系统（LMS）生物漂白指漆酶在氧和介体的存在下进行脱木素和漂白的过程。指漆酶在氧和介体的存在下进行脱木素和漂白的过程。n漆酶的氧化还原电位较低，不能氧化还原电位较高的非酚漆酶的氧化还原电位较低，不能氧化还原电位较高的非酚型木素，需要低氧化还原电位的中介体。中介体化合物容型木素，需要低氧化还原电位的中介体。中介体化合物容易得失电子，起

16、电子传递的作用。在漆酶的作用下，中介易得失电子，起电子传递的作用。在漆酶的作用下，中介体的活性增加，能从分子氧获得电子，并传递给木素分子体的活性增加，能从分子氧获得电子，并传递给木素分子从而使木素氧化降解。从而使木素氧化降解。生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改（1）漆酶/介体系统（LMS）生物漂白典型的中介体典型的中介体木素降解酶在漂白过程中的应用关键是寻找高效、价廉、低木素降解酶在漂白过程中的应用关键是寻找高效、价廉、低毒的中介体。典型的中介体如下表所示。毒的中介体。典型的中介体如下表所示。名称氧化还原电位/V纸浆脱木素率/%HBT 1-羟基苯并三唑1.0445NHA N-羟基乙酰

17、苯胺0.83-1.0142Violuric acid 紫尿酸0.9142ABTs 2,2-联氮-二-(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)0.67-1.0937HNNS 2-亚硝基-1-萘酚-4-磺酸0.91-1.1034NNDS 1-亚硝基-2-萘酚-3,6-二磺酸0.8229Promazine 10-(3-二甲氨基苯基)-吩噻嗪0.77-1.0618生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改生物制浆与生物漂白修改三、木聚糖酶的辅助漂白作用n1 原料和纸浆中的半纤维素（1）原料中的LCC（2）纸浆中的半纤维素以及半纤维素的回吸n在蒸煮后期，伴随药液浓度降低，溶出的半纤维素有一部分回吸到纤维素上。

18、半纤维素回吸降低了纤维表面的通透性，对纸浆洗涤和漂白过程中的残余木素溶出起到了屏蔽作用。除此以外，部分回吸的半纤维素分子与残余木素分子形成化学键合的LCC，使残余木素更难去除。生物制浆与生物漂白修改2 木聚糖酶在去除LCC过程中辅助作用的机制（1）木聚糖酶分解、溶解回吸或沉积在纤维表面的木聚糖酶种类溶出碳水化合物/%碳水化合物中各种糖占总糖的含量/%Kappa值ManAraGalXylGluT.reesei的Xylanase3.3710.889.219.5Asp.niger的Mannanase0.2586.713.321.0对照21.3酶处理对云杉ASAM浆碳水化合物溶出和kappa值的影响生

19、物制浆与生物漂白修改n半纤维素酶处理后，kappa值有少许下降，说明有一部分残余木素溶出，纤维通透性提高。但是纸浆的白度没有明显提高。因此认为，木聚糖酶处理不能直接起到大量去除残余木素的作用。木聚糖酶的主要作用是改善纸浆的可漂性，而不能完全取代纸浆的化学漂白处理。生物制浆与生物漂白修改（2）半纤维素酶分解LCCn半纤维素酶在生物漂白过程中的另一作用是分解LCC分子中的半纤维素部分，使木素与半纤维素形成的复合物（LCC）被降解，分子聚合度降低，体积减小，有助于残余木素的溶出。生物制浆与生物漂白修改（3）木聚糖酶与其他类型酶的协同作用木聚糖酶与聚半乳糖葡萄糖甘露糖酶的协同作用n在用木聚糖酶处理后，

20、再用聚半乳糖葡萄糖甘露糖酶处理，能提高聚半乳糖葡萄糖甘露糖的溶出率。木聚糖酶和木素降解酶的协同作用n预先对回吸到纸浆表面的木聚糖用木聚糖酶处理，再用木素降解酶处理纸浆，能促进木素与LCC的分解，有利于残余木素的溶出。生物制浆与生物漂白修改3 木聚糖酶在生物漂白过程中的效能（1）降低漂白过程化学药品的消耗n可以大大降低氯气等的消耗。（2）降低漂白液中有害成分含量生物制浆与生物漂白修改5 生物漂白过程（1）生物辅助漂白的具体操作过程n纸浆洗涤n洗涤除去蒸煮时溶出的木素、半纤维素和降解的纤维素，提高纸浆洁净程度，为酶的使用提供有利环境。n生物辅助漂白过程n洗涤后，调节pH接近中性或偏酸性，温度4060内，加入酶液，在混合器中混合均匀，再打入酶反应器中进行生物辅助漂白，提高纸浆的可漂性。n化学漂白过程n除去残余木素，使纸浆达到白度要求。生物制浆与生物漂白修改65生物漂白过程（2）生物辅助漂白流程n主要有两种方式：n酶处理作为生物漂白的第一段n酶处理安排在传统漂白流程的前面，作为预处理，节约随后的化学漂剂。n酶处理在氧脱木素工序之后n当有氧脱木素工序时，酶处理端可安排在其后，以利于木聚糖酶能发挥更大的效用。生物制浆与生物漂白修改例：生物木聚糖酶在漂白生产中的试用生物制浆与生物漂白修改2022-8-5生物制浆与生物漂白修改