自成漆酶/介体体系应用于化学机械浆清洁漂白及树脂障碍控制的研究

制浆造纸是与国民经济和社会文明息息相关的重要产业，也是环境污染和资源消耗大户。传统漂白过程使用含氯漂剂，其废液中含氯酚等毒性物质，是主要污染源，开展无氯清洁漂白技术十分必要。以漆酶/介体体系为代表的生物漂白是重要的纸浆清洁漂白技术之一，但是由于介体价格昂贵，难以实现工业化。因此，无需外加介体的自成漆酶/介体体系漂白将具有重要的理论意义和实用价值。本课题针对化学机械浆木素含量高、漂后纸浆易返黄和树脂障碍严重这一行业技术难题，深入研究新型的自成漆酶/介体体系的产生、氧化还原特性及反应动力学等，建立该体系生成的理论模型；揭示其漂白化学机械浆的反应机理，和抑制纸浆返黄、控制树脂沉积的作用机制；首次将生物表面活性剂引入到漆酶漂白体系中，以提高木素降解效率和控制树脂障碍，最终建立以漆酶降解木素为基础的化学机械浆高效清洁漂白体系。本研究成果对提高造纸工业的经济效益和社会效益、发展循环经济具有长远意义。

目前，我国制浆造纸工业面临着原料短缺、能源紧张的现状。化学机械浆以其纸浆得率高、强度好、能耗低等优点，已成为制浆造纸工业的发展趋势。由于采取保留原料中绝大多数木素的制浆方式，化学机械浆比化学浆更难漂白。本课题通过优化自成漆酶/介体体系（ALMS，autogenic laccase-mediactor system）的培养条件，使其漆酶产量提高至48000IU/g，将其应用于桉木CTMP的漂白及控制树脂障碍的控制。.采用天然农业废弃物为主要原料，考察了培养方式、碳源、氮源、诱导剂对F. velutipes合成漆酶的影响，优化产酶条件，调节漆酶/介体比例，进一步提高漆酶产量。漂白化学机械浆的适宜条件为：漆酶用量4.5~6.0 IU/g，温度45-55℃，介体用量0~1%，pH值3.0~4.5，酶处理时间为60min。通过分离、分析残余木素的结构变化，推断化学键断裂情况，阐明了漆酶直接降解木素的机理：菌株在合成漆酶的过程中形成天然介体AM，从而构成自成漆酶/介体体系（ALMS）。应用ALMS结合过氧化氢漂白桉木CTMP，发现经LQP漂白后桉木CTMP的白度可达89.6%ISO，在达到相近白度情况下，ALMS漂白纸浆比对照浆粘度高，同时纸浆的强度也有提升。研究发现非离子表面活性剂Tween80等有助于漆酶在纸浆系统中得到良好的扩散和保持活性稳定，提高漆酶漂白纸浆的反应速率。 .结合AFM对生物酶处理后桉木CTMP纤维表面形态的研究结果显示，酶处理后CTMP表面变得光滑，部分碎片发生脱落，这是由于化学机械浆纤维表面木素含量较高，其表面被一层刚性的胞间层和软化的木素覆盖着，降低了纤维的柔韧性，影响了纤维间的结合力。经生物酶处理后，纤维强度方面有了明显的改善；纸浆纤维的数均长度略有降低，而且纤维粗度和长度变化较小，表明在预处理过程中，并未发生纤维的断裂，生物酶主要作用于纤维的表面。XPS考察证实漆酶处理后脱除了纤维表面部分木素，使其暴露出更多碳水化合物组分所致，有利于后续漂剂的渗入和提高纸浆的可漂性。同时纸浆表面分析表明，经生物酶处理后，纸浆受到一定程度的氧化。.添加漆酶处理工艺可以明显降低漂白废水中的树脂含量，可能是由于该漆酶粗酶液体系具有较强的氧化能力所致，利用紫外—可见分光光度计和Pyr-GC/MS进一步探讨了漆酶漂白的同时降低浆中树脂含量的效果及其作用机理。