[发明专利]用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物及造纸方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物酶和使用生物酶改善纤维物理化学性质的技术领域，具体地，涉及一种用纤维氧化酶改变和改善纤维表面性质的组合物及造纸方法和应用。

背景技术

中国造纸工业在2000-2010年间连续10年保持高增长率，到2011年我国纸及纸板的生产量和消费量均超过1亿吨，均居世界第一位。纸或纸板的组成原料主要是纤维，由于制浆、造纸需要大量的原料，而且对环境有一定的影响，目前世界各国造纸行业都在压缩制浆生产，以保证森林资源，加上国内原料林基地建设迟缓，供材有限，而非木浆发展受到清洁生产新技术开发滞后的影响，中国造纸工业发展面临的资源、能源和环境的约束日益突显。

目前，中国造纸企业近80％的生产原料为非木纤维的原料，其中约70％为回收纤维和10％为草浆、芦苇浆和甘蔗渣浆等。这些原料的纤维本身很多性能远比木纤维差，而且其表面活性低，纤维之间的结合力差，由此带来很多生产和产品质量问题。

例如，为使产品的物理指标满足要求，造纸企业目前采用的办法是：

(1)增加产品的定量，增加纸张密度；此方法的缺点是增加生产成本，浪费资源；

(2)增加磨浆，提高纤维表面分丝帚化，提高纸张强度；此方法的缺点是能耗高，降低制浆的游离度，降低纤维得率和增加烘干能耗；

(3)使用干强剂/湿强剂等化学品，例如使用阳离子淀粉、阴离子淀粉、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺，以及低分子量阳离子聚合物等，来增加纸浆的脱水性能或强度，此方法的缺点是成本高，钝化纤维，对造纸水系统循环不利，增加COD排放；和

(4)提高木纤维浆料比例，此方法缺点是成本高，增加进口原料的依赖性。可见，这些方法有多方面的问题，制浆造纸工业目前迫切需要一种高效的方法来解决这些难题。

早在上世纪六十年代,人们开始研究使用生物酶来改变纸浆和改善造纸。1986年努等人报道了木聚糖酶对漂白化学浆的酶法打浆作用(NoeP.etal.,Action of xylanases on chemical pulp fibers,J.Wood Chern.Techno.,6:167,1986)。近一二十年来，人们对生物技术在制浆造纸工业的应用进行了大量的研究，研究范围几乎涉及了制浆造纸工业的各个方面(Bajpai，Biotechnology for Pulp and Paper Processing，2012，Springer,ISBN978-1-4614-1408-7)。美国专利US4,923,565，US5,110,412和US5,308,449提出使用纤维素酶或半纤维素酶提高造纸纸浆的脱水性。US5,725,732提出使用纤维素酶和半纤维素酶解决纤维的掉毛缺陷，US6,066,233建议用纤维素酶和果胶酶结合使用可通过纸浆的滤水性。美国专利US5,582,681提出用纤维素酶、半纤维素酶和脂肪水解酶等混合酶制剂提高卫生纸的柔韧性。此外用纤维素酶、半纤维素酶处理纸浆，还可改善纤维压缩性，使纸页微孔性下降，密度提高，透明度提高。

造纸行业目前使用的所谓“纤维改性酶”都是利用纤维素水解酶，包括内切纤维素酶和外切纤维素酶，对纤维的(-1,4苷糖键(b-1,4-linked D-glucose units)进行水解反应，逐步降解(depolymerization)成为较小分子量的多糖。应用的结果显示，纤维素水解酶对于降低磨浆能耗和提高网部脱水有一定的效果。但是，基于纤维水解酶的“打浆酶”技术有几个极大弊病：

(a)纤维素水解酶对纤维的作用在造纸过程中具有不可控性和不可逆性，当纤维素的浓度或作用时间过长时，纤维素酶会首先溃解纤维细胞，对纤维表面的纤丝象剃胡须一样的剪除，甚至对纤维整体进行切断，致使纤维损伤，其结果导致纸产品“发脆”和强度指标(特别是撕裂度和耐破度等)大幅度下降，甚至导致纸浆作废，给企业造成经济损失。

(b)纤维素水解酶对纤维的(-1,4苷糖键进行水解反应，降低纤维的聚合度(degree of polymerization),最终产生葡聚糖和单糖，致使纤维溶解。当纤维素酶的用量过高或者停留时间过长时，纤维的降解率可高达1％，不仅造成纤维损失，降低纤维的综合利用率，而且大大增加白水中的COD含量，不利于节能减排。