绿色糖单孢复合胞外酶纸浆漂白效果及机理研究.doc

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1、绿色糖单孢菌复合胞外酶纸浆漂白效果及机理研究（作者：张勇，导师：蒲俊文教授、谢响明副教授）摘要经化学蒸煮得到的纸浆均具有一定的颜色，主要是由纸浆中的木素引起的。传统的纸浆漂白是通过含氯漂剂的作用除去纸浆中的木素或者改变木素发色基团的结构来实现的，由于含氯漂剂与木素中的酚型及非酚型结构均可进行反应，且具有价格低廉、对木素选择性好等优点，在纸浆漂白领域一直受到广泛青睐，但其漂白废水严重污染环境，如常用的氯漂废水中就含有二恶英等强致癌性和持久性的有机氯化物，会在生物体内富集，通过生物链扰乱生态系统，危害人类健康。为此，有必要从生物学的角度

2、考虑改善传统的纸浆漂白过程。纸浆的生物酶漂白主要是利用微生物分泌的胞外酶处理纸浆，实现脱除木素或有利于脱除木素的过程。常用的生物酶主要包括木聚糖酶、木素过氧化物酶和漆酶等。纸浆在化学漂白前先经木聚糖酶助漂的生产工艺现已达到工业化水平，其主要目的在于催化降解纤维细胞壁内和沉积在纤维表面的木聚糖，以增加纸浆纤维的渗透性，使后续漂白的化学漂剂更易渗透到纤维内部降解木素。木素过氧化物酶是一种高选择性的木素降解酶，可直接断裂纸浆中基于木素结构的一系列发色和助色基团。目前国内外的研究中，使用单种酶漂白纸浆居多，同时使用两种酶协同漂白方面的研究十

3、分少见。近期有研究报道，由木聚糖酶和木素过氧化物酶共同参与的协同漂白，可更加高效地去除纸浆中的木聚糖和木素发色、助色基团，进一步减少后续漂白的化学漂剂用量及纸厂漂白废水中有机氯化物的含量，但所用木聚糖酶和木素降解酶是由不同菌种产生后经不同组合程序进行，或按照一定比例将两种酶人工复配后进行的生物漂白，采用一种菌自身产生两种酶直接进行协同生物漂白的研究目前还未见报道。国际上对白腐菌胞外酶纸浆生物漂白的研究已取得一定进展，但真菌胞外酶对热稳定性不高，最适pH值一般在酸性范围内。为适应碱法化学浆碱性、高温条件的要求，目前科学研究的发展趋势是

4、寻找并采用具有耐热嗜碱性能的复合胞外酶对纸浆进行生物漂白。经我们前期的探索性研究发现，放线菌来源的绿色糖单孢菌，在适宜的培养条件下，可产生同时含有木聚糖酶和木素过氧化物酶的复合胞外酶，无需人工复配即可对纸浆中的木聚糖和木素进行降解，经初步实验证明，其在较高温度和pH值范围内能表现出稳定活性，对纸浆生物漂白具有独特的优势和潜力。本论文即围绕绿色糖单孢菌复合胞外酶生物漂白纸浆这个核心，主要从菌种的活化培养，母液及粗酶液的制备及浓缩，最佳诱导产酶培养基的筛选，所产胞外酶活性和蛋白含量的时程分析等方面就绿色糖单孢菌的最佳发酵条件及产胞外酶的

5、变化规律进行了探索；从菌落和菌丝的形态学观察，胞外酶的耐碱性和热稳定性分析，胞外酶活性及其中木聚糖酶分子量的测定等方面就复合胞外酶的酶学特性进行了表征；从生物漂白的酶用量、pH值、温度、时间和浆浓等因素分析，摸索出了复合胞外酶漂白纸浆的最佳工艺条件；从漂后纸浆的白度提高、后续可漂性改善、物理性能变化及终漂废水污染等几个方面，评定了复合胞外酶漂白纸浆效果；从复合胞外酶与几种常用商品酶及人工复配酶漂后纸浆性能的比较分析，讨论了将其应用于纸浆生物漂白所具备的优势和潜力；利用扫描电镜、气相色谱、X射线衍射、红外光谱及核磁共振等仪器分析手段，

6、阐明了复合胞外酶漂白对纸浆中半纤维素、木素、LCC及纤维素的作用方式和机理。进行了绿色糖单孢菌发酵条件和产酶规律探索，结果表明，松木粉+棉纱培养基为最佳诱导绿色糖单孢菌产木聚糖酶培养基；所产胞外酶中几乎不含纤维素酶，而产木聚糖酶的规律和总蛋白量的时程基本一致；产酶培养156h为绿色糖单孢菌胞外酶的最佳取样点。进行了绿色糖单孢菌胞外酶酶学特性表征，结果表明，绿色糖单孢菌胞外酶中同时含有木聚糖酶、木素过氧化物酶和纤维素酶；与真菌及某些细菌胞外酶相比，胞外酶具有较好的耐碱性和热稳定性，酶学特性符合纸浆漂白工艺中碱性高温环境的要求；其中木聚

7、糖酶的分子量在31KD左右进行了绿色糖单孢菌复合胞外酶漂白纸浆效果评定，结果表明，其最佳纸浆漂白工艺条件为：酶用量30U/g（以木聚糖酶计），反应pH值7，反应温度80℃，漂白时间120min，纸浆浓度10%，环境H2O2含量0.1mmol/L；复合胞外酶漂白不仅可以直接提升纸浆白度，更重要是能够断裂部分木素或与木素相连的化学键，以改善纸浆的可漂性，使纸浆在后续化学漂段中更易脱除残余木素，从而使漂白过程更易进行；在后续化学漂白过程中具有提升纸浆终漂白度和减少后续化学漂剂用量的双重作用；在达到相近终漂白度情况下，可以大幅减少后续漂段的

8、化学药品用量，其漂白废水中化学及生物耗氧负荷远低于传统漂白方法，从而大大减轻化学漂剂对环境所造成的污染。进行了生物酶漂白纸浆效果对照分析，结果表明，绿色糖单孢菌复合胞外酶漂白纸浆，不仅漂白效果优于单纯商品酶，与人工复配酶相当，而且由于