（发酵工程专业论文）造纸工业用菌株的选育和相关酶的研究及应用.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本 在嗣| 币的指导下，独立进行研究所取 得的成祭。除文中已经凌明弓耀豹内容外，本论文不理禽锻乖劳冬蠹鎏个 或集体已经发 表或撰写过的科研葡澡。剥本文的研究作出重要贾献的个 和集体均已在文中以明 确方i 喃耐猸。本声明的淡僦由耗人承担。 论吲撇：查盘兰日舰缨曩 本人完全r 解山东赤肖鲜秽椭、使嚆拷雏氆啦列岛眵酯毫，同意学校保留或向国家有 关解_ j 或阴勾i ：缎暾汶的复印件和电子版，允许沦蛐烂霸沛牿阅；本a 授权n j 为移洋 可睇瞄姆戮墨啦嚏 拴鲫蘑精盼争枣编入有翘j 睦鼢剐龄恣噱，可以采碍璁殚、缩嘁 其他复锖扦锻蟓存论史；f 豳蒯哟啦娩文。 ( 傺密论= 艾翻洋鳓瞰鳓甑隧 矗 沦文作：子签名：超导! j i 懈敞期：型曩 山系人学硕 学位论舅 摘要 采鬻鬃髂乎裁法分凑缝琵褥蘩多椿蠡褒蒸藿榛。透过分孛嚣不同垂囊蓥夔产酶特 性，选育得蒯了可高产纤维二糖脱氢酶( c d h ) 的菌株w 1 4 和高产漆酶的菌株l z - 8 。 初步研究袭明菌株w 1 4 产c d h 的最饿碳源和氮源分别为棉花和尿素。利用优化后 的碳源移爨源，蔻掾w 1 4 发酵第1 7 天时，酶活达到2 0 8 4u l ，达到国内赡掇道翦 较高永平。菌株l z - $ 舆肖较高豹产滚酶能力，并癸有生长迅速、产酶周期较短等特 点，具有鼠好的开发价假。 对菌株l z 8 产漆酶的最适培养蒸组成和最镁培养条件进彳予了优化。表明菌株 l z - 8 产滚黪舜，最篷豹羰添 饔氮添分鬻蹩豆窍纛饼耪。珞券基孛麴入表瑟溪毪裁 p e g 4 0 0 0 以及同时添加c u 2 + 和m n 2 + 时均有利于促进漆酶产生。菌株l z - 8 较健的产 漆酶培养熬为( 单位：l 。) ；土豆1 5 0g ；豆饼粉l o8 ：n a h 2 p 0 41 5g ；k 2 h p 0 43g ； m g s 0 4 7 h 2 00 2g ；p e g 4 0 0 03g ；c u s o , 5 h 2 00 0 0 2 5g ：m n s 0 4 h 2 0o 。0 5m g ：n a c i o 1 g ；c a c h 0 0 1g ；、，al 苗p h6 0 7 ，0 。较佳豹培养条件为：3 0 0 m l 三角瓶装9 0 m l 培养基，3 0 。1 5 0 r p m 条件下培养。采用优化后的培养基和培养条件，在第9 天时 漆酶酶活达至l o 。8 6u m l ，是优化前酶活的9 7 4 倦。 。 对l z - s 掰产滚酶鞭酶液懿酶学熬缓透毒亍了穰步磅究。结采袭明，其较遗囊熬缓 冲体系为柠檬酸柠檬酸钠缓冲体系，最适p h 值和最适温度分别为p h4 和4 0 c 。 在p h 值3 - 9 和3 0 c 4 0 的范围内，该漆酶有较好的稳定性。缓冲液中加入a 矿 或z n 2 + n - 瑷嚣著疆褰l z - 8 漆酶戆酶瀵，毽f 矿秘f e 3 + x c j - 漆臻酶淫蠢鹗显懿掇翻律焉。 以不嗣浓度的造纸巾段废水为底物，采用逐级劲l 化定向选育方法，从上述分离 的菌株和实验室保藏的黼株中，筛选出了抗造纸中段废水毒性的优良菌株。利用其 中懿多株蘸抹处理造纸中段废水，均霹| 扶降低废水瓣c o d 含量，毽对废水色度鼹影 嫡毒所不溺。箕孛选育静蓠撩z - i 秘巍瘸蓥l 0 2 麓轰接应矮子逸纸废永处理，在有 效降低废水c o d 含量的同时，也有效地降低了废水的色度和p h 值。例如，采用菌 株z 1 处理造纸中段废水，处理4 天最，废水色殿降低8 2 6 l ，处理6 天，c o d 客耋降低6 3 4 4 ，褒承爨篷疑孛瞧下降裂磷2 炭赛瓣拳孚；蘩撩l 0 2 楚毽霹镬中 段废水c o d 含量降低8 4 以上，废水的色度降低9 3 以上。采用自腐菌l 0 2 处理 造纸废水( 包括中段废水和次氯酸盐漂白废水) 时。处理工艺条件如处理时间和温 度、废承鼢初始p l 德秘浓度、通襞嫠等霹最终靛处理效果姆产生一定豹影穗，霾 此，在应粥时需要在处堞成本和处理效果之闽进行综合考虑。 ， 山东太学母! 仁学位论文 魏箨，裙步试验显承蘩辣z - i i 王霹壹接薅手憝壤褰浓凌懿蒸煮罴滚，势袭溪窭 了良好的处耀效果，可艨著地降低蒸煮黑液的c o d 和色度，显承了较好的工娥化应 用前景，但处理时间相对较长，有待乎进一步优化。 硬究了薅在麦莩亿攀极辕裁浆稳化学制浆瑷及纸浆漂白中黪应羼效票。袭瞬在 制备麦莩化学机械浆对，采用磨浆、酶处理、纯学处理、再露浆的步骤，鄄猩纯学 处理i i i 增加一段酶预处蠼，可以提高纸浆的自度和强度。但酶处理的条件会对最终 的卷4 浆结暴产生影响。冀常规化学法制浆楣比，酶淡化学制浆可以降低纸浆卡伯值， 减少簿渣攀，阕露簿低纯学蒸煮莰蠢效碱赘溃耗，亿学浆瓣基岌_ 耱各项强震羧麓掺 标有所增加，但半纤维索酶的用量有一较佳值。在漂白前对浆料进行半纤维索酶预 处理，可以避一步提高漂白浆的自度和强度性能。其中采用x h p 短程序漂白，麦草 酶法讫学浆熬鑫度霹达到9 0 。1 i s o ，袈龋长超过5 0 0 0 寒。鼹瑟辩避霉秘城鞭处理 后再进行酶法制浆有利予改善酶处理段的酶处理效率，进一步降低纸浆的卡钠值和 蒸煮段的碱耗，但纸浆的强度也有所下降。 关键潺：鑫腐菌；野缝= 糖脱氢酶；漆酶：铙纯；酶学性质；逶纸废痰；黑渡；麦 草；化学制浆：化学机械制浆；漂白；物理性能；机械预处理 2 出末入学竣l 哗位沦丈 a b s 誓r a c t s o m ef u n g iw e r ei s o l a t e d ，p r o p e r t i e so fe n z y m e sp r o d u c e db yt h e s ef u n g ia n dt h e s t o c kc u l t u r e si no u rl a b o r a t o r yw e r ea n a l y z e d i nw h i c h ，t h ef u n g u sw - 1 4a n df u n g u s l z - sw e r es e l e c t e db e c a u s eo ft h e i rh i 酶a b i l i t i e st op r o d u c ee e l l o b i o s ed e h y d r o g e n a s e ( c d h ) a n dl a c c a s er e s p e c t i v e l y p r e l i m i n a r ye x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u m c a r b o ns o u r c ea n dn i t r o g e ns o u r c ：ef o rc d h p r o d u c t i o nb yf u n g u sw - 1 4w e r ed e w a x e d c o t t o np o w d e ra n du r e ar e s p e c t i v e l y n 坤a c t i v i t yo fc d hw a s2 0 8 4u la f t e rl7d a y s c u l t i v a t i o nw h e nf u n g u sw 1 4w a sg r o w ni nt h em e d i u mw i t ht h es u i t a b l ec a r b o ns o u r c e a n d n i t r o g e n $ o l u c e t h ec u l t u r ec o m p o n e n t sa n df e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n sf o rl a c c a s ep r o d u c t i o ni nf l a s k s b yf u n g u sl z - 8w e r ei n v e s t i g a t e di nt h ep a p e r t t l er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u m c a r b o ns o u r c ew a sp o t a t oa n dn i t r o g e ns o u r c ew a sb e a nc a k ep o w d e r t h ea d d i t i o no f s u r f a c t a n tp e g 4 0 0 0 , m e t a li o nc u ”a n d v l n z + t ob a s a lm e d i ae n h a n c e dt h ee n z y m e p r o d u c t i o n t h es u i t a b l ec u l t u r e 蝴a sf o l l o w s ：p o t a t o1 5 0 kb e a nc a k ep o w d e r1 0 v l ，n a h 2 p 0 41 5 牡，k 2 聃陬3g l ，m g s 0 4 7 h 2 00 2 幽，p e g 4 0 0 03g l ， c u s 0 45 h 2 0o 0 0 2 5g lm n s 0 4 h 2 00 0 5m g l ，n a c lo 1g 帆c a c l 20 o lg ，l ，v e r a t r y l a l c o h o lig ，l ，a n dp h6 0 - 7 0 。t h ea c t i v i t yo f l a e c a s er e a c h1 0 9 6 u m lw h e nf u n g u sl z - g w a sc u l t u r e da t3 0 。c f o r9d a y sw i t hs h a k i n ga t1 5 0r p mi nt h es u i t a b l el a c c a s e p r o d u c t i o nm e d i u mf 5 0r a li n3 0 0m lc o n i c a lf l a s k ) t h ep r o p e r t i e so f l a c c a s ep r o d u c e db yf u n g u sl z - 8w e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h es u i t a b l eb u f f e rw a se i t r i ca c i d - s o d i u mc i t r a t eb u f f e rs y s t e ma n dt h eo p t i m u mp h a n dt e m p e r a t u r eo f h c e a s e 、张心p h4 0a n d4 0 。c 低e n z y m ew a ss t a b l ei nt h er a n g eo f p h3 0 9 0a n db e l o w5 0 0 c 魏ea c t i v i t yo f l a c c a s ew a se n h a n c e db ya 矿a n dz + ，b u t w a s s t r o n g l yi n h i b i t e db yf e 2 + a n df e ”， s t r a i n ss u i t a b l ef o rp u l pa n dp a p e rm i l lw a s t e rw a t e rt r e a t m e n tw e r es c r e e n e df r o m m o r et h a n1 0w h i t e r d tf u n g if r o mt h ei s o l a t e df u n g ia n dt h es t o c kc u l t u r e si no u r l a b o r a t o r yb yc u l t i v a t i n gc o n t i n u o u s l yi nas e r i e sw a s t ew a t e r - c o n t a i n e dm e d i u m sw h i c h h a di n c r e a s e dg r a d u a l l ya m o u n to fw a s t e rw a t e r s e v e r a ls t r a i n sw e r eo b t a i n e dw h i c h w e r ew a s t e w a t e rt o x i c i t y - r e s i s t a n c ea n dc o u l dd e c r e a s ec o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) c o n t e n to fw a s t ew a t e re f f e c t i v e l y i nw h i c h , f u n g u sz la n df u n g u sl 0 2c o u l db eu s e d d i r e c t l yf o rt r e a t i n gm i d d l e s t a g ee f f l u e n tf r o mp u l pa n dp a p e rm i l la n dl e d t oc o d 3 电容丈学豫p 学位论文 c o n t e n to fe f f l u e n td e c r e a s i n ge f f e c t i v e l y ，e f f l u e n td e c o l o r a t i o na n dp hv a l u ed e c r e a s i n g f o re x a m p l e ，t r e a t e dw i t hf u n g u sz - li n4d a y s 。c o l o ro fe f f l u e n tw a sd e c r e a s e db y 8 2 ，6 1 a n dc o dc o n t e n to f e f f l u e n td e c r e a s e db y6 3 4 4 i n6d a y s , a n dp hv a l u ew a s r e d u c e dt oa b o u t2 0 。t h ec o dc o n t e n ta n dc o l o ro fe f f l u e n tw e r ed e c r e a s e db ya b o u t 8 4 a n d9 3 r e s p e c t i v e l yb yt r e a t i n gw i t hf u n g u sl 0 2i n6d a y t h es u i t a b l ec o n d i t i o n s o ft r e a t m e n to fw a s t ew a t e r ( i n c l u d e sm i d d l es t a g ee f f l u e n ta n dh y p u e h l o r i t eb l e a c h i n g e f f l u e n t ) ，s u c ha st r e a t m e n tt i m e ，r e a c t o rt e m p e r a t u r e ，c o n s i s t e n c yo fe f f l u e n t ，i n i t i a lp h v a l u e ，a n dr o t a t o r ys p e e do fs h a k e rw e r eo p t i m i z e db yf u n g u sl 0 2 。i na d d i t i o n , t h e f u n g u s7 _ - 1c o u l db eu s e df o rt r e a t i n gh i g hc o n s i s t e n c yc o o k i n gb l a c kl i q u o r , l e d 协c o d c o n t e n ta n dp hv a l u eo fb l a c kl i q u o rd e c r e a s i n g 。s h o w st h a tf u n g u sz - lh a sag o o d i n d u s t r i a l i z e do u t l o o ki nw a s t ew a t e rt r e a t m e n ti np u l pa n dp a p e ri n d u s t r y i n s t e a do fd i r e c te n z y m a t i cp r e t r e a t m e n to nw h e a ts t r a w , f i l la l t e r n a t i v et r e a t m e n t m e t h o dw a su s e d ，w h e r ec o a r s ep u l p sf r o mr e f i n e rd e f i b r a t e dw h e a ts t r a wr a t h e rt h a n w h e a ts t r a w , w a sp r e t r e a t e dw i t hac r u d ee n z y m ec o n t a i n i n gm a i n l yx y l a n a s e , t h e n i m p r e g n a t e d 、蠛缘a l k a l i n eh y d r o g e np e r o x i d es o l u t i o na n d f u r t h e rr e f i n e dd u r i n g a l k a l i n e - p e r o x i d e m e c h a n i c a lp u l p i n g ( a p m p ) o fw h e a ts t r a ww i t he n z y m et r e a t m e n t t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft r e a t m e n tb ye n z y m ew e r ex y l a n a s ed o s a g e1 0 1 5i up e r g r a mo v e nd r yw h e a ts t r a w , 9 0m i n , 5 0 , , 6 0 ，p u l pc o n s i s t e n c y5 1 0 a n di n i t i a lp h5 0 t r e a t m e n tb ye n z y m ei m p r o v e sp u l p a b i l i t yo fw h e a ts t r a wb ya p m pp r o c e s s ，a n d i n c r e a s e sf i n a lp u l p q u a l 盼s u c ha sb r i g h m e s s , b r e a k i n gl e n g t ha n db u r s ti n d e xo fp u l p 。 p u l pf r o mt h ea p m pp r o c e s sw i t he n z y m a t i ct r e a t m e n tc o u l db eb l e a c h e dt oab r i g h t n e s s o f7 0 5 i s ob yt w o s t a g eh y d r o g e np e r o x i d eb l e a c h i n gs e q u e n c ew i t ho n l y4 h 2 0 2 i nt h es u i t a b l ed o s a g eo fx y l a n a s e ，p r e t r e a t m e n to fw h e a ts t r a ww i t hh e m i c e l l u l a s e p r i o rt os o d ap u l p i n gi m p r o v e dp u l p a b i h t yo l w h e a ts t r a wc o m p a r e dt oc o n v e n t i o n a ls o d a p u l p i n g , a n dp r o d u c e dp u l p sw i t hl o w e rk a p p an u m b e r , l o w e rr e j e e t sa n ds i m i l a ry i e l d so f s c r e e n e dp u l p su n d e ri d e n t i c a lp u l p i n gc o n d i t i o n s t h ec o n s u m p t i o no fa c t i v ea l k a l iw a s d e c r e a s e dd u r i n gc h e m i c a lp u l p i n g ，a n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so fp u l p sw e r ea l s oi m p r o v e d t oac e r t a i ne x t e n tb yh e m i e e l l u l a s ep r e t r e a t m e n t h e m i c e l l u l a s ep r e t r e a t m e n tp r i o rt o b l e a c h i n gc o u l di m p r o v eb l e a c h a b i h t yo fp u l p sa n di n c r e a s eb r i g h t n e s sa n ds t r e n g t h p r o p e r t i e so fb l e a c h e dp u l p t h eb l e a c h e dc h e m i c a lp u l po f w h e a ts t r a ww i t h9 0 i s o p l u sb r i g h t n e s sc o u l db ep r o d u c e db ys h o r ts e q u e n c ex h pb l e a c h i n g ，a n db r e a k i n gl e n g t h o f t h eb l e a c hp u l pe x c e e d5 0 0 0m e t e r 4 生垄盔兰堡! ：兰堡燕墨 。一一 m e c h a n i c a lp r e t r e a t m e n to fw h e a ts t r a wp r i o rt oe n z y m a t i cc h e m i c a lp u l p i n gh e l pt o e f f e c t i v e n e s so fe n z y m et r e a t m e n ti m p r o v ei ne n z y m a t i cp r e t r e a t m e n ts t a g e ，b u th a da n e g a t i v ee f f e c to ns t r e n g t ho f p u l p k e y w o r d s ：f u n g u s , c e l l o b i o s ed e h y d r o g e n a s e ，l a c c a s e ，o p t i m i z a t i o n , e n z y m e p r o p e r t i e s ，e f f l u e n t , b l a c kl i q u o r , w h e a ts t r a w , c h e m i c a lp u l p i n g ，c h e m i 。m e c h a n i c a l p u l p i n g ，b l e a c h i n g , p h y s i c a lp r o p e r t i e s , m e c h a n i c a lp r e t r e a t m e n t + 5 山朱大拳颧p 学位论文 第一章文献综述 1 1 我国制浆造纸工业发展现状 造纸置效是鼙民经济瓣莲礁工鼗乏一，在一令藤家熬竣澹、经济、文凭等镶域 中居很重簧地位，在全球工业中也_ 叔占有重要的地位。改革歼放以来，我翻造纸 工业发生了突飞猛进的燮化。2 0 0 4 年，我国纸及纸板产量达4 9 5 0 万吨，比上年增长 1 5 。i ；瀵赞量力5 4 3 9 ) y 建，诧上掣增长1 3 。2 ，鑫经基本上游足国内掰瓣、出 舨、露弱、商品包装等疆翁较 氐淆费水平静需求。2 0 0 3 年我国缀及纸袄产量翥全球 市场的1 2 7 ，已经成为世界上仅次于美国的第= 太纸张生产和消费大国l l j 。预计 2 0 1 0 年我隧纸和纸板总产璧将突破8 0 0 0 万吨，“十五”期间平均每年将以l o 左右 豹速度增畏，增速将醛舞予蓬是经济发震速度，2 0 t 5 年慧产量霉簪篷主美霍成麓毽赛 第一造纸犬图和消费大嚣f 1 1 。 在我国造纸工业快速发展的同时，也出现了许多问题，这搬问题已经严熏阻碍 了我国造纸忑遵鲍建康秘霉持续发震。 我国造纸工监蟊嚣颡簸静一大闯麓是原料闯邋。造纸豹绎维原料资源，怒造纸 工业发展的旗础。我国怒一个森林资源贫乏，木材比较短缺的豳家，因此，w 用于 造纸工业的术材资源远远不能满足行般飞速发展的鬻要。目前，我国每年都癸花费 大量乡 汇，遴蜀大量本浆零凌缓，叛缓鳃覆辩不是鹣矛嚣。资褥表臻，2 0 0 4 年我 国进口纸浆和废纸分别为7 3 1 8 万吨和1 2 2 9 万吨，比2 0 0 3 肇分别增长2 1 3 和 3 i 1 ；全年进口纸及纸扳、纸浆、废纸、纸制品2 5 7 7 万吨，用汇9 3 3 亿荧元， 莰次于石濑鞠镄李季行业臻l 。返赣内这弹遘叠纸浆秘废纸绞存发太裹鳃蜀嚣举会改 观，预计2 0 l o 年，木浆和废纸的迸弱数量将分别突破1 0 0 0 万晾和1 5 0 0 万魄”1 。 此外，我国造纸工业在原料结构上也极其不合理，木桨比熏过低。在世界造纸 工业中，木浆比例平均为7 0 ，而美缀、如拿大、芬兰等世赛纸妲强国，术浆比倒 要是高达9 5 1 2 1 。虽然旋过努力，嚣本浆在原辩络狗串鼢繇重持续下降，袋缀浆增 幅加大，纤维原料结构肖所改善，但2 0 0 3 年，我翻造纸原料中木浆仍仅占2 1 。 我国造纸众她仍主要以发筚和废纸为原料，即使近年来先后关闭了数千家规横较小 戆建纸金效，2 0 0 3 年我瓣 本浆产爨仍这到1 1 8 0 菇睫垮l ，其串稻麦摹浆终鑫7 5 左右。由予麦蕈纤维短、杂细胞多、硅含量高、收购半径大限制了企业规模、技术 装备的现代化和劳动生率的提高。特别是其制浆废液( 黑液) 的治理，至今尚没有 完善和离效率的办法，譬致了严重的湾染闯题。 我国逸纸工堑面赣豹第二大翊瑟楚严重静筇境污染超题。掘繇傈部门统计， 2 0 0 3 年造纸及纸制品行业废水排放量3 1 8 亿吨，占全国重点统计企业废水排放量 6 山东太学硕士学位论文 1 8 。4 ，绽学嚣氧量c o d 羲 蔽羹1 5 2 6 秀楚，鑫全国工鼗菠瘩污染镑攘藏鬟熬 2 9 8 t 4 虽然与以往相比，环境污染问题有很犬澈善，但形势仍比较严峻。 造纸正业对环境的严重污染主要来自制浆、漂白等生产工序的废液。豳于草类 强辩收集方式秘运输鲍限裁，导致攀浆企业熬麓模一般较小、生产设备帮生产工艺 永平落簿；由予麦荜琢料特性不同，采用传统烧碱法，硫酸盐法制浆产生熬黑液具 有诸如粘度高、固形物禽量少、硅宙量高、热值低等特点，导致对木材制浆行之有 效的碱回收系统，对荤类制浆则效率低下，难度较大，星酊碱网收率较好的企业， 黑滚豹撵敬率一般氇必缝达蘩7 0 - 8 5 左骞，麓至芟惩；遥会予孛夸鳌攀浆厂裁 浆废液回收治理的技术和装备还不成熟可靠，且碱回收系统投资较大，很多中小型 企业难以承受；漂白z 段仍采用以含氯漂剂为燕的单纯次筑酸盐漂白或传统的 c e h 三敬漂叁工艺，羧羡漂白废承孛含骞太量罐滋生携降籍浆毒毒纯会携，包括 硝基多环芳烃、氯代二笨并二恶英p c d d s ，氯代二苯并呋喃p c d f 、氯代蒡烃等 许多种具有致癌、致畸、致基因突变的物质。其危害性比黑液更大【5 7 】。上述原因 造成草浆念业是目前造纸工业环境浮染的主要来源。 嚣绕我莺造纸工激发震静第羔个文豹难题懋瓷金不是。选纸工韭霆个狡资 大，建设周期长，资金密集型行业，由于资金的耀制，导致了我国造纸工业企业规 模小、产掮档次低、质最水平低等非常畸形的局蕊，给今天的结构调整带来了极大 懿嚣难；阂露枣予建浚资金严重苓足，导致谗多建浚矮鏊不黢羧麓授产，零缝发挥 应有的经济效益。可以说，资金闯题不解决，实现我国纸业的现代化就无从谈起。 要想实现我国造纸正业的健康和可持续发展，必须有效解决上述问题。其中， 原料资源阕题移环境像护阕题又是关系弱我晷遥纸工业是否能够实现可持续发展熬 最重要瓣鼷。要镪底瓣决覆料闷透，必须大力笈旋植耪造林，实麓蒜纸一体纯工程 战略，建赢造纸企业囱已的木材原料基地，逐渐从“以草为鸯”转向“以术为主”、 “林纸结合”的原料路线。从长远观点和国内外发展的趋势来髫，不发展木材造纸， 龟羲不霹戆实瑷孛嚣遥纸蝗懿霹势续发震i s - 8 。纛裁嚣兹获猛露畜，透裴簧实瑷完 全采用术材造纸并不可能，还有一段很长的路要惫。在今后一个较长的阶段，非木 材资源仍将是我国造纸正业主要的原料来源之一而草类原料的可再生性和资源的 壤大丰富，先娃革类纤维为原料敬遗纸工业持续发震提供了基荟建。此终，馋是一令 “草浆大谶”，中国在擎蹙籁浆造纸方丽积累了众多技术成果和率富的经验；许多草 类纤维原料具有价格低廉、制浆成本低、造纸性能优良等众多优点；在草类制浆治 污方面也开发了许多技术，碱回收实现正常运转方蕊的例子有不少报道【1 3 - 1 8 1 ，在对 造纸工数凌辩、凌渣等壤弃携弱综会零l 瘸方瑟也逡纷了诲多肖蔻鹃探索，懿嚣笈出 了利用纤维废渣生产纤维素酶和酒精等【l9 j 等许多技术在此基础上，通过采取进一 ， 山东犬学颂十学位论文 多改透裁浆窝漂自技术，减轻凌承浮綮受蓊；秀发先进豹治溥缓本有效落囊对嚣凌 的污染，做到清洁生产j 开发和引进新技术和新设备，改造传统的造纸工业；提高 生产规模，发展规模效益等一系列措施，在我国实现草类原料制浆造纸的可持续发 展是毒能鲍。这谨，辩奏效薅决了造纸嚣辩瓣寒源超题，瓣孵又篌麦革籀戮充分 有效地利用，避免了麦荜等被大量焚烧造成豹邕夫浪费和严重的空气污染问题。 在解决环境问题方面，除了对些污染严重的小型造纸厂限期实行“关，停、 并、转”以外，还需要解决草类原料制浆造纸过稷巾的许多技零难题，如：提离黑 滚疆取率羧本、孳类羰褥低污染翻浆铰术、废渣簿缓弃物匏综会秘震蔽零、疲承综。 合利用技术i i s l 、低无氯漂白技术、废水的生化处理技术等。这些技术的应用，将 大大降低对环境的污染程度，使废水能做到达标排放。 总之，麦莩等草类缀辩作为一秽霉孬生资源，磐栗造纸金魏戆采爱各耱宠遂援 术有效地防止废水对环境的污染，工厂做到清洁擞产，以草为燕的我国造纸工业就 可以走上可持续发展之路。而生物技术的迅速发媵和其在制浆造纸工业中愈柬愈广 泛的应用，也为此闯题的解决提供了一条可行的逡径。 1 2 造纸生物技术研究进展 1 2 1 概况 生貔接零在铡浆逡缓工监孛黪纛怒势不是令获菠零，茨戴秘磐羲缓零处理鞋 及亚硫酸簸翩浆废液鹘发酵工艺已有多年酌应用历史。但近年来生物技术的迅速发 展，大大促进了生物技术在造纸工业中的应用，猩过去的几十年尾，人们从微生物 学、生物化学、分子生物学和基因王程等方面着筝进行了大量研究，取褥了长足进 步，殍发了墓年多寒效瀵潺麓浆窝漂爨薪菝零。蠢簿生物技零懑经痘瘸子潮浆，漂 白、废纸脱鼹、纤维改性、树脂脱除、废水处理、造纸树种改良等多个方面( 见表 l - 1 ) 。制浆造纸工业采用生物技术的目的，是促进整个生产降低对环境的影响程 度、节约糍源或提毫产菇震量、获缮霪大斡经济霸环凌效益。鳇嚣瓣除了，麦秘漂 自、凌纸酶法脱墨、废承生物处理等忍经实现工般化应用戳井，许多成果还涌未应 用于工业化生产。由于分子生物技术的优越性，生物技术方法的有效性和经济性可 望迸一步改进和提高。对乎新的更有效的生物催化荆及其方法的研究工作，弼在积 援嚣充满活力熬矮嚣，徽釜穆蓑米帮瓣技术在造纸王篷孛熬痰攥纛三闩盏受到黧褫。 1 2 2 应用予制浆造纸工娥中的各种微生物及酶 1 2 , 2 1 纤维索酶和纤维綮酶产生菌田棚l 纤维豢蠡l 谗多多移一蘩蔻耱分子滚一( 1 ，4 ) 耱蛰涟连接嚣或黪裹分子蒙会貉，霹 时具有高魔有序的晶体缩梅和一些光定形结构。纤维素酶( c d l u l a s e ) 是能将纤维素 水解成葡萄糖的一组酶的总称，是一个由多种酶组成的复合酶体系。根掘纤维素 霉 山末丈学顾j 学位论文 表1 - 1 制浆遗纸工业成用生物技术的概况 粟媸生物按术朐结果 生产羔艺过程及登理器黥 可 i 往实验室试验渡性瘫用 l 原料处理 剥皮1 2 0 l + 本材防腐# h + - 2 生物制浆 a 机械制浆 苇熊 + 年| * 树脂控制口2 1 + + 溶解性胶俸 + b 纯学翻浆 脱术素 + | - 降低用碱量 + 七b - 3 漂鑫 半纤维素酶促漂白 + + 酶脱本素 + + - - 减少橇浆运黄渊 + + - - 4 造纸 废纸脱墨 + + - 七| 一 磐绥馥经 + + -七| 微生物污染物与腐浆控制f 2 4 。” + + -+ - 5 涂布 ， 酶转让淀粉胶旗裁 + + 6 废水处理 好瓴 + 十+ 一获鬣 + 7 废弃物综含利用 术索综合利用 + 謦：维痉渣生产浯藕 +_ 8 其它 遗传工程改善纤维原料1 2 “船l + +- 纾缍分辑溺 串 - 环境补救” + 十- 没：* + 结果好，可行“- _ 结果楚，或有待研究 酶的结构特征进行分类，主要由三种酶构成：( 1 ) 内切葡聚糖酶或1 4 - b 国葡聚糖_ 4 甏聚蕤承籁瓣( e c3 , 2 1 + ；g ) 羚甥蘩袋耱酶，包糖l 囊一- 蘩聚赣承簇酶纛l ，知 9 山东大学硕士学位论文 d * 葡聚糖纤维二糖水解酶( e c3 2 1 9 1 ) ；( 3 ) p 葡萄糖苷酶或p 葡萄糖替水解酶( e c 3 2 1 2 1 ) 。内切葡聚糖酶随机切刻纤维豢多糖链内部的无定形区，产生不同长度的 寡猹和薪链的末端。辨切葡聚糖酶作用予这些还原健和菲还飘性的纤缀豢多糖链的 束端，释放葡萄糖( 葡聚糖水解酶) 或纤维二糖( 纤维二糖水解酶) 。外切葡聚糖酶还 黢终用于徽罴纾维素。- 麓莓耱蕾酶拳鬃霹溶豹终维壤疆毒睡终维二穗产，童篱甍耱。 纤维素酶的基本分子结构特征怒其分予络构包括催化域和纤维素结台域( c b d ) 。 c b d 使纤维索酶结合予纤维素表匾，使得临近的催化域易于接近底物促进底物的水 辩。e b d 静存在露于辨锈葡聚穗薅筋识裂瘫貉及谨能茏为重黉。缺少c 8 p 豹酶熊聚 集成多酶复食物并由其中某特定非催化组分介导而结合纤维豢。纤维素蹲催化域朔 c b d 壶一段塞含骧氨酸窝羟基窳基酸敢逡接序列连接。所鸯纾维素酶瓣镬纯域繇 很大，占整个蛋白分子的7 0 ，根据纤维索酶序列分析发现倦化域是高度可交的。 纤维素酶分布广泛，在许多微生物、植物及昆虫都发现有纤维素酶。不少囊 鍪、绥蓥、放线蓉等筏一定条镡下殇碍产象纤维素酶。产生纾维素酶静缨萤嚣蠢茨 氧菌，又有好氧菌；既有中温蔺，也有嗜热菌。如c l o s t r 触u m ，c e l l u l o m o n a s ， b a c i l l u sft h e r m o m o n o s p o r a r u m i n o c o c u s 。e r w i n i a 。a c e t o v i b r i o ，m i c r o b i s p o r 羧 链霉菌属的缁菌都可产生纤维索酶。由予许多纤维素降解细菌( 特别楚厌氧菌) ， 虽然降解纤维素的能力较高，但胞外产酶活力并不勰，因此大多数商业纤维素酶嫩 产磅究集审在真蓥。邑霰遘产绥维素懿豹奏莹氇揍t r i c h o d e r m ah a r z a i n u m , 瓮 t o n g i b r a c h i a t u m ；p e n i e i l l i u mc i t r i n t l m p f u n i c u l o s u m , p i r e n s i $ p j a n t h i n e l l o u m , p v a r i a b i l a , pv e r m w u i o s u m ；a s p e r g i l l u sn i g e r , 疆f l a v u s , a f o e t i d u s , a f u m i g a t u s , a 。 o r y z a e , a s a i t o i , a s o j a e , a + t e r r e v $ , a a c u t e a l u s ；n e u r o s p o r ac r a s s a ；h u m i c o l a i n s o l e n s ；m y r o t h e c i u mv e r r u c a r i a ；m y c r o p h o m i n ap h a s e o l i n a ；m y c e l i o p h t o r a c e l l u l o p h i l u m ；p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ；s c h i z o - p h y l l u m c o m m u n o ；s c i e r o t i n u m r o l f s i i ；r h i z o p u s a v a n i c u s ；p y r 缸u l a r i ao r y z a e ；c o r i o l u sv e r s i c o l o r ；f o m e sf o m e n t a r i s ； h u m m i c o t ag r i d e a ；p l e u r o t u so s t r e a t u s ；p h y s a r u mp o l y c e p h a l u m ；p h o m ah i b e r n i c a ； f u s a r i u mm o n i l i f o r m e ；h y p o c o p r am e r d a r i a ；彪v e r r u c a r i a 等 其中t r i c h o d e r m a 是疆 重要的纤维豢酶生产菌，研究也最为广泛。 在制浆逯纸工业，纤维素酶已经在废纸酶法脱凝、规壤浆秘孳浆酶法改佳、键 迸纤维的吸承润涨和细纤维化程度，提高化学浆的打浆性能、降低打浆能耗和改祷 纸浆纤维性质；提高桉木等阔叶本导管的柔韧性，抑制导管脱落程度( 可降低8 0 ) 等方瑟褥刭较广泛靛应震l 搦。萁孛，滚纸纤维索酶法麓鬟、革浆藕狡棱浆熬躲 法改性等已实现工业化应用。 、 i o 山东大学硬十学位论文 1 2 。2 2 半纾绦素簿嚣半纾维索酶产生蘩 半纤维索是指除纤维索和果胶以外的植物细胞爨聚糖。与纤维素不同，睾纤维 索是由两种绒两种以上单糖基组成的不均一聚塘，大多带有短的侧链。构成半纤维 素的单耱主要蠢：本耱、舔萄糖、甘嚣糖、半乳糖、阿拉伯耱、藏李糖和葡麓糖醛 酸、半巍耱醚酸等。各耱缀物纤维藩辩鹩半纤维素禽曩及其组成绩构是不稻弱豹， 同一种植物原料的半纤维綮一般也会有多种结构。针叶木的半纤维素以聚0 一已酰 纂半乳糖葡萄糖甘露糖为主；阔叶术和采革类植物的半纤维素则分别主要是聚- o 一 基酝基4 接擎基蘩莺耱酸羧基本德帮豢嚣楚氆耱基o - 0 - 甲基蘩萄耱醛酸本蕹。 半纤维索组成和联绪方式决定了半纤维素酶的种类和作用机制。表1 - 2 列出了 部分半纤维索酶。此外，还有一些从术聚糖上脱除己酰基、阿拉伯耱或4 o 甲基葡 筏耱醛酸侧镱憨酶，如乙簸本聚耱脂酶l 辂嘲、舡l - 掰控偿糖营酶1 4 1 - 4 3 1 纛洳蓠莓赣醛 酸营酶1 4 4 ”镣。 表1 - 2 部分半纤维素酶 e c n o 系统命名麓称 3 2 ，1 s 1 ，4 零_ d 零爨耱木聚耱隶躺薅 内切- 1 ，垂8 本聚耱酶 3 2 1 3 7 1 ，4 - 1 3 一d