新一代脱墨酶生物活性的研究

潘明等

摘要：新一代脱墨酶是已经由纤维素酶和木聚糖酶1∶1复配而成的复合酶，该酶充分利用两者的互补作用和协同效应对废纸进行脱墨从而获得最佳的脱墨效果。研究主要探索了脱墨酶在不同温度、pH、碎浆时间下的脱墨效果；在适宜条件下，利用脱墨酶脱墨和化学脱墨法脱墨的性能进行比较，酶法脱墨与化学脱墨相比，脱墨效果更好，返黄值较低。

关键词：脱墨酶；脱墨剂；生物活性

中图分类号：TS745 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0013-03

1 概述

随着社会经济的发展，纸张的使用量迅速上升，与此同时，废纸也因此大量的产生，中国作为世界第二大纸张消费国，2003年纸张的消费量为4806万吨，废纸的回收量保守估计为1400万吨。由于利用原木造浆造纸消耗大量的木材、破坏生态环境，同时还造成了严重的环境污染，因此，废纸的循环利用已经成为现代造纸业的一大发展趋势。但是，由于近年来造纸和印刷技术的改进，加大了印刷效果，使得印刷后的纸面与油墨牢固结合，造成了脱墨的难度大大增加。传统的脱墨方法采用的是表面活性剂脱墨，但是存在很多弊端，例如脱墨后的成浆细小纤维颗粒含量高、滤水性能差、纤维的结合力很低，使得纸物理强度等主要指标下降。利用脱墨酶法进行脱墨已经成为国内外废纸回收利用的研究重点。

目前发现能用于脱墨的生物酶主要有纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶、果胶酶、淀粉酶、木质素降解酶等。其中脱墨效果好的主要是纤维素酶和木聚糖酶，它们都是以改变油墨粒子附近的纤维表面或连接价键释放油墨粒子的方式脱墨，纤维素酶的脱墨效果比木聚糖酶好，但是对纤维的损伤程度更大。本研究采用的新一代脱墨酶是已经由纤维素酶和木聚糖酶1∶1复配而成的复合酶，该酶充分利用两者的互补作用和协同效应对废纸进行脱墨从而获得最佳的脱墨效果。研究主要探索了脱墨酶在不同温度、pH、碎浆时间下的脱墨效果；在适宜条件下，利用脱墨酶脱墨和化学脱墨法脱墨的性能比较。

2 材料与方法

2.1 实验材料

废纸选用8#新闻纸，原浆白度43.5%，残留油墨量为48.3%；脱墨酶由济南诺能生物工程有限公司提供，化学脱墨剂采用***公司的国产脱墨剂（1#）和进口脱墨剂（2#）。

2.2 实验方法

2.2.1 备料：废纸撕碎后浸泡，疏解至纤维基本解离，挤干、分散后装入塑料袋中备用。

2.2.2 脱墨酶在不同温度、pH、碎浆时间下的脱墨

实验。

（1）脱墨酶不同温度下的脱墨实验。称取一定量的废纸浆疏解后与酶液、缓冲溶液在聚乙烯塑料袋中充分混匀后置于35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀，一定时间后进行浮选，测定其白度。

（2）脱墨酶在不同pH下的脱墨实验。称取一定量的废纸浆疏解后与酶液、缓冲溶液在聚乙烯塑料袋中充分混匀后，调节pH于4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，置于恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀，一定时间后进行浮选，测定其白度。

（3）脱墨酶在不同碎浆时间下的脱墨实验。选取碎浆时间为20min、25min、30min、35min、40min的碎浆液疏解后与酶液、缓冲溶液在聚乙烯塑料袋中充分混匀后置于恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀，一定时间后进行浮选，测定其白度。

2.2.3 脱墨酶脱墨与化学脱墨法性能比较实验：

酶法脱墨：称取一定量的废纸浆，疏解后与酶液、缓冲溶液在聚乙烯塑料袋中充分混匀后置于恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀，一定时间后进行浮选。

化学脱墨：称取一定量的废纸浆，疏解后与脱墨剂、缓冲液在聚乙烯塑料袋中充分混匀后置于恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀，一定时间后进行浮选。

漂白：称取一定量的脱墨浆料，疏解后与H2O2、Na2SiO3、NaOH、螯合剂EDTA在聚乙烯塑料袋中充分混匀后置于70℃的恒温水浴中，每10min揉搓一次，一定时间后取出洗涤。

浮选：将脱墨浆料倒入浮选器中，调节浆浓至1%加入0.2%CaCl2和0.1%浮选剂进行浮选，一定时间后倒入滤袋挤干、分散，用于抄片。

白度、返黄值、物理强度等按标准方法测定；油墨量使用Autospec计算机软件测定。

3 结果与讨论

3.1 脱墨酶在不同温度、pH、碎浆时间下的脱墨结果

3.1.1 脱墨酶不同温度下的脱墨实验。实验进行了不同温度下的脱墨实验，实验结果如图1：

由图1可知，脱墨酶在55℃～70℃下白度较高，因而脱墨效果更好，随着温度的升高，酶的活性也随之降低，因而在75℃后，白度逐渐降低，脱墨效果因此减弱，因此该种脱墨酶在55℃～70℃条件下的脱墨效果更好。

3.1.2 脱墨酶在不同pH下的脱墨实验。实验进行了不同pH条件下的脱墨实验，实验结果如下图2。由图2可知，脱墨酶在pH6.0～pH10.0下白度值相差不大，因而脱墨效果差别不大，因此脱墨酶在此pH范围内的脱墨效果比较好，耐受pH范围广。

3.1.3 脱墨酶在不同碎浆时间下的脱墨实验。实验进行了不同碎浆时间下的脱墨实验，实验结果如下图3。

由图3可知，随着碎浆时间的增加，脱墨浆的白度值也在逐渐增加，但是碎浆时间达到30min后，碎浆经脱墨后的白度值变化不大，脱墨效果也相近，因此在实验过程中，会选取30min作为最佳碎浆时间。

3.2 脱墨酶脱墨与化学脱墨法性能的比较

3.2.1 化学脱墨浆与脱墨酶脱墨浆的脱墨性能

比较。实验将化学脱墨浆与脱墨酶脱墨浆进行了脱墨性能的对比，脱墨酶脱墨采用最佳工艺条件进行实验；化学脱墨法采用国产脱墨剂和进口脱墨剂，实验结果如表1。

由表1可知，使用脱墨酶进行脱墨后的脱墨浆的白度要高于化学脱墨浆，酶脱墨浆的白度要比国产脱墨剂高出2.4个百分点，比进口脱墨剂高出0.9个百分点。进口化学脱墨浆的油墨脱除率最高，但是因碱会产生碱性发黑现象，因而浆料的白度低于酶脱墨浆。

使用脱墨酶脱墨的脱墨浆的得率要高于化学脱墨浆。酶脱墨浆的得率分别比国产和进口化学脱墨浆提高了3.0和6.3个百分点，使用脱墨酶进行脱墨可以降低纸浆纤维的降解程度，从而提高得率。

3.2.2 化学脱墨浆与脱墨酶脱墨浆的漂白性能

比较。研究以H2O2作为漂白剂，对唾沫所得废纸浆进行漂白，实验结果如下表2：

由表2可知，经漂白后，酶脱墨浆的白度高于化学脱墨浆，因为脱墨酶对浆料中的纤维有更强的剥离作用，促使漂白剂深入渗透到纤维中，因而漂白效果更好。

通过比较可知，经脱墨酶脱墨后返黄值较低，脱墨剂返黄值较高，这主要是因为化学脱墨剂中含有碱性物质，所以返黄程度较大。脱墨酶在剥离纤维后，有利于浆中部分木质素和木聚糖等的溶出，因而浆料不容易发生返黄。

4 结语

脱墨酶在不同温度、pH、碎浆时间下的脱墨实验研究中，碎浆时间为30min时，脱墨酶在55℃～70℃条件下的脱墨效果更好，有较广的温度耐受范围，因而适用于工业化大规模的生产；同时该脱墨酶还具有良好的耐碱性，pH的耐受范围为6.0～10.0，在此范围内脱墨效果最佳。

通过实验研究可知，脱墨酶法脱墨与传统的化学脱墨法相比具有明显的技术优势：

（1）消除油墨的障碍，提高了脱墨浆的产品质量，使用脱墨酶脱墨，提高了废纸的脱墨效率，所得脱墨浆白度高，残留的油墨少，滤水的性能好，经脱墨酶脱墨后的纤维暴露出更多的表面，增强了纤维的柔软度，从而有利于纤维间的结合，增加纸的强度。

（2）降低了生产成本。使用脱墨酶进行脱墨，减少了表面活性剂、消泡剂、杀菌剂以及废水处理絮凝剂等化学用品的用量。使用脱墨酶脱墨的成浆具有良好的可漂性，在相同的白度下，脱墨酶脱墨法的双氧水用量明显比化学法用量少。同时由于脱墨酶脱墨改善了纸浆的强度和游离度，因此大大减少了助留助滤剂、增强剂的用量。

（3）有利于环境的保护。脱墨酶法脱墨减少了化学用品的用量，使废水中的BOD和COD含量大大降低，从而减轻了对环境的污染。

参考文献

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