酶在造紙工業中的應用

1木素的生物降解
天然的造紙原料有草類、木材、麻類、棉花等，這些原料主要由三部分組成即纖維素、半纖維素和木素。造紙廠的蒸煮過程就是用化學藥品溶出、脫除木素的過程，一般的化學法制漿，不但要用到各種化學藥品，而且成本高、能耗大。而用生物酶降解木素，方法簡單，對環境無污染。
用于木素降解的酶，主要有漆酶、木素酶（木素過氧化物酶，錳過氧化物酶）。漆酶是一類含銅的胞外氧化酶，漆酶可以讓木素生物降解。木素降解酶分為木素過氧化物酶( Liganin peroxidase, Lips ,EC, 1.11.1.7 )和錳過氧化物酶（Manganese-dependent peroxidase, MnPs. EC.1.11.1. 7)，它們能催化木素的降解。
造紙原料，特別是木材經過木素生物降解可以去除原料中的大部分木素。
木素降解酶典型的模式有：①木素過氧化物酶＋錳過氧化物酶；②錳過氧化物酶＋漆酶型；③木素過氧化物酶＋漆酶型及其他酶型。
基本機理為；原料的木素經過酶的降解成低分子質量木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，從而實現木素與纖維素、半纖維素的分離。但這種降解過程比較費時，需要與化學或機械制漿的過程結合才能滿足現代化生產的需求。

2 生物制漿
經過木素生物降解的原料，結合化學、機械制漿和其他生物酶再進一步分離出纖維原料的過程叫生物制漿。不同的原料會用到不同的生物酶。如韌皮纖維會有果膠質，可選用果膠酶分解果膠質，釋放出纖維素。用于分解果膠質的果膠酶主要有果膠解聚酶和果膠酯酶兩大類。
而草漿和木漿均含有較多的木素，可以通過木素降解酶與化學制漿、機械制漿相結合的方式來制漿。生物硫酸鹽制漿和生物亞硫酸鹽制漿就是將造紙原料先進行生物處理再進行硫酸鹽制漿和亞硫酸鹽制漿的方法，是生物法與傳統的硫酸鹽制漿和亞硫酸鹽制漿和方法的結合。生物機械制漿也是如此。
生物制漿的基本生產工藝：木片→酶或菌處理30天→化學或機械制漿。
生物化學漿和生物機械漿與傳統的制漿比較，能耗低，環境壓力輕，耗堿量大幅下降，據報道可以降40%，制漿得率提高，殘堿降低，強度性能好，已有一些工廠開始工業化生產，但由于缺乏提供穩定的商業酶的廠家，使這一有良好發展前景的技術的應用受到限制。

3 紙漿的生物漂白
生物漂白就是利用微生物或其產生的酶與紙漿中的某些成分作用，改善和提高紙漿白度的過程。
紙漿生物漂白用酶主要有兩類：半纖維素酶和木素降解酶。半纖維素酶包括聚木糖酶和聚甘露糖酶；木素降解酶主要有木素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶。也有直接用白腐菌（white rot fungus）漂白紙漿的。
生物漂白的目的主要是不用或少用化學漂白劑來改善紙漿的性能和減少漂白的污染。
大量的研究結果表明，不管是闊葉木漿還是針葉木漿，是硫酸鹽漿還是亞硫酸鹽漿，不論是與傳統的CED或D/CEDED漂白流程配合，還是與一些含氧漂白劑如臭氧、過氧化氫、過氧酸配合，利用半纖維素酶預處理助漂都能改善紙漿的可漂性，減少后續漂白劑的用量。另外還可以增加漂白紙漿的產量，降低漂白廢水中的AOX的含量。
半纖維素酶對紙漿的輔助漂白應用很成功，但半纖維素酶不能直接降解漿中的殘余木素，而微生物 （白腐菌）可以直接與漿中的殘余木素作用而達到脫木素和漂白紙漿的效果。
木素過氧化物酶、錳過氧化物酶、漆酶能直接氧化和降解紙漿中的殘余木素，降低紙漿卡伯值，提高白度而用于紙漿的生物漂白。
紙漿的生物漂白已從實驗室發展到工業化生產，芬蘭、西班牙及新西蘭已有造紙廠使用生物漂白替代化學漂白工藝。
不同的原料有不同的工藝過程：
(1)松木生物硫酸鹽制漿：松木→酶處理（聚甘露糖酶和聚木糖酶100 ~ 500 nkat/g) →DoED漂白或QPPP漂白；桉木生物亞硫酸鹽制漿：桉木→聚木糖酶處理OD1EoD2P漂白；
(2)草類紙漿的半纖維素酶漂白：麥草→酶處理（聚木糖酶3~6 IU/g漿，pH值4.5~5.5，50℃ 100 min，漿質量分數為8% ) →次氯酸鹽漂白；蘆葦→酶處理（聚木精酶0.2 mL/kg漿，pH值6~7，漿質量分數為10%，50℃90 min) →XAPDTNPA漂白。
紙漿的漂白工段是造紙工業主要污染源之一，特別是采用氯漂所產生廢水含有的有機氯化物具有劇毒、致癌、致突變的作用，因此借鑒國外成功的經驗在我國大力發展生物漂白工藝具有廣闊的前景。

4廢紙的生物脫墨
廢紙的再生利用已成為解決造紙行業原料短缺的重要途徑。廢紙再生的關鍵是必須有效地去除各類印刷在紙上的油墨，用化學方法脫墨白度低、濾水性差、適應性差、化學藥品使用量大、環境負荷大。而生物脫墨可以解決上述的一系列問題，不同的廢紙可選用不同生物酶，可以用一種酶，也可以用幾種酶。對廢舊新聞紙，可選用纖維素酶脫墨，也可用纖維素酶和聚木糖酶脫墨；其作用機理為剪切纖維素表面的細小纖維，改變纖維分子的側鏈結構，剝離表面油墨。所用的酶有酸性酶、中性酶和堿性酶。
一般的工藝過程為：碎漿→酶脫墨→酶失活→浮選。
酶脫墨的工藝參數為：pH值5.0，酶用量1.0IU/g（絕干漿),50℃×30 min,酶失活100℃×50min，不同的研究人員工藝略有不同。
與化學脫墨法相比，廢報紙酶脫墨疏解時間短、耗能少、脫墨漿易于漂白、紙漿白度高。
現在發行的報紙有許多版面是彩色膠印的，特別是廣告版面。這些彩色膠印報紙的油墨中含有大量的顏料填充劑、干燥劑等成分，印刷密度高，用常規的化學法脫墨難以達到理想的脫墨效果和成漿質量，并對環境造成較為嚴重的污染，而用纖維素酶和淀粉酶的混合酶液對形色印刷廢報紙進行脫墨處理，得到理想的脫墨效果。其脫墨工藝流程為：ONP(彩色膠印廢報紙）→碎漿→酶處理（30min 50℃，漿質量分數為6%，pH值為7.5) →浮選。也有直接用白腐菌直接脫墨的。
對混合辦公廢紙，特別是非接觸印刷的辦公廢紙，包括靜電復印紙和激光打印紙、照相打印紙，常用淀粉作為表面施膠劑或濕部添加劑。因此，單用纖維素酶或半纖維素酶，不能取得很好的脫墨效果，這時考慮纖維素酶與淀粉酶混合，可以取得較好的脫墨效果。有關這方面的報道比較多，一般工藝過程為：碎漿→酶處理→浮選→洗滌。
不同的辦公廢紙工藝會略有調整。實驗結果表明，淀粉酶輔助脫墨可使脫墨率提高25％一30%，可省去第二段浮選，因而提高纖維回收率，用水量減少，節省設備投資，減少污泥及處理費用。
隨著環境保護和印刷質量要求的提高，植物油基印刷油易迅速發展，與礦物油基油墨相比，植物油基油墨可降解和再生，符合環境要求，用這類油墨印刷的廢紙，可以用脂肪酶來脫墨，可以取得很好的脫墨效果。
一般工藝流程為：碎漿→脂肪酶處理（0.1一5.0U/g絕干漿）→浮選。漿質量分數一般為7.5%，在合適的pH值和溫度下酶處理，再行浮選。
廢紙酶脫墨是20世紀90年代發展起來的一種新型脫墨方法，與化學脫墨法相比具有明顯優勢：降能耗、減污染、脫墨漿的物理強度好、白度高、塵埃度低、油墨殘留少、濾水性好。經實驗室和工業化生產證實，是一種對環境無污染、效果好、經濟可行的脫墨方法。

5 造紙度水的生物處理
自然界中有大量的微生物依靠有機物生存，它們能將有機物轉化為對環境無害的無機物和簡單的有機物。制漿造紙污染物主要是有機物，是木質纖維氧化降解產物，可作為微生物的碳源、氮源和潛在能源。利用微生物降解和轉化有機物的能力，人為地創造適合于微生物生存、繁殖的條件和環境，使特定種類的微生物大量繁殖，提高其降解和轉化有機物的效率，從而達到適應處理大容量制漿造紙廢水的能力，是生物技術處理廢水的主要內容。當然還可利用一些特異性植物如水生植物、陸生植物對廢水進行處理，但植物處理的效率相對較低，占地面積大，所以，微生物是廢水處理的主要種類。
紙漿造紙廢水的生物處理，就是利用環境存在的好氧生物和厭氧生物處理廢水的過程，相應地分為好氧生物處理和厭氧生物處理。這兩種方法廢水生物處理的過程中，會用到許多細菌、真菌、藻類、原生物等微生物和許多生物酶類。
生物處理廢水的方法還有氧化塘法、表面曝氣法、生物轉盤法、厭氧消化法等。