造紙工業的“酶”好未來

近年來隨著生物技術的發展，生物酶制劑的生產水平不斷提高，不僅促進了酶制劑在生物制漿、生物漂白、廢紙生物脫墨、酶法紙漿改善性能及樹脂生物控制等方面的應用，還體現出酶技術在減輕制漿造紙工業環境污染、改善紙漿性能等方面的潛力。

傳統工業化學品消耗嚴重

造紙工業中的制漿工段是通過機械或化學方法破壞植物細胞壁，去除木質纖維素原料中纏繞著纖維素的木質素及半纖維素等，使纖維素得到分離和利用。因此，造紙制漿工段需要消耗大量能量和化學品，同時可能對纖維素產生損害。

以木材纖維為原料的制漿造紙工業為例，為了溶解除去木質素和半纖維素，釋放纖維素，利用化學法制漿時需要在木屑蒸煮制漿過程中大量使用氫氧化鈉、硫化鈉、亞硫酸鈉等化學品;使用廢紙為原料的制漿和脫墨過程，則主要使用氫氧化鈉、硅酸鈉和表面活性劑等;在制漿漂白工段則主要使用含氯化合物、過氧化氫、臭氧等氧化劑。

為了改善造紙工藝及紙漿性能，造紙過程還使用各種化學助劑、增強劑、漿紗助劑及涂布膠黏劑等化學品，使得制漿造紙工業成為化學品使用及排放的主要輕工業之一。

酶制劑助力綠色發展

隨著工業生物技術的不斷發展，新的酶分子逐步被挖掘，高效的酶制劑發酵生產及應用水平的不斷提升，如何提高酶制劑在制漿造紙工業的應用效率、降低生產成本成為科學家與工業界關注的熱點。

近十年來，通過生物科學家與制漿造紙工程人員的協同，酶制劑應用于制漿造紙，并在生物制漿中減少能耗及有害物質的使用等方面取得顯著性成果。

生物制漿是指通過產酶微生物或酶制劑對木質纖維的預處理，破壞木質素或半纖維素的結構，促進其在機械或化學制漿過程中的脫落速度，有利于纖維素的分離，同時達到減少能量和堿的消耗，縮短制漿時間，改善制漿質量的目的。

例如，白腐菌就已被廣泛應用于生物制漿的研究。白腐菌含有豐富的漆酶，可以有效分解木質纖維中的木質素，更重要的是白腐菌作為擔子菌綱絲狀真菌，在木材等原材料混合培養預處理中能穿透木質原材料釋放胞外酶，促進木質素分解。

隨著人們環保意識的增強，為了減少造紙工業中氯排放對環境的影響，開發無氯漂白工藝也是制漿造紙工業的重點，紙漿生物酶漂白是具有開發前景的無氯漂白途徑之一。木聚糖酶和漆酶就是造紙工業中應用于生物漂白主要酶種。

另外，以木材或非木材的一年生草本纖維原料的制漿造紙工藝中存在一些脂溶性抽提物，這些物質脫落后，不能溶于水被除去，若沉積于紙漿帶進紙張中將形成“紙病”，若沉積于紙機上會引起機械故障，需要耗時進行清理。

而利用變色菌、白腐菌等微生物對木屑進行預處理，可以明顯達到樹脂控制的目的。與其相比較，酶制劑主要是通過作用紙漿達到除掉制漿的脂溶性抽提物的目的，利用酶制劑進行樹脂控制具有作用時間短、專一性好等特點。

不僅如此，利用酶制劑進行廢紙脫墨的應用，還可以減少廢水排放、節約水和能源的耗費。

另外，酶還對造紙纖維性能具有改善作用。在制漿工藝中有一個精煉工段，即制漿纖維素的疏解和整理，主要目的是提高纖維素的抄紙性和強度，截斷過長纖維提高抄紙的均一性，改善抄紙的吸收率、孔隙率和白度。傳統方法主要通過機械作用或化學物質的作用達到要求的目標，而利用微生物酶的作用進行紙漿纖維的生物修飾有利于節省能源和減少化學試劑對纖維的破壞。

繼續推動生物技術的應用

在造紙工業中化學制漿的粗漿洗滌、機械漿漂白、廢紙打漿及脫墨等工段中已經有造紙酶工業規模使用的案例，主要包括纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶、錳過氧化物酶和漆酶。

另外，一些商業化的纖維素酶，如fibercare、fiberzymlbr和celluclast1.5l也已在造紙工業中應用。

此外，在具有商業開發潛力的細菌纖維素酶中，大部分生產的內切葡聚糖酶主要水解非結晶纖維素，少數的芽胞桿菌和類芽胞桿菌產生的內切葡聚糖酶可以水解微晶纖維素，坎皮納斯類芽胞桿菌生產的耐熱中性纖維素酶已被開發應用于制漿修飾和打漿酶，取得了很好的效果。

可以說，酶在制漿造紙工業的高效應用不僅可以提升生產效率，還可提高紙漿質量、減少能耗和水耗。但是，酶制劑在造紙工業的應用仍然存在成本高、穩定性不足、不易混合、駐留時間不夠及成漿質量不穩定等問題。

不過，隨著分子進化及基因重組技術的提高，將有利于提升酶的穩定性及生產水平。此外，生物科學家與造紙工程師的協同攻關也是推動生物技術在紙漿造紙專業應用的另一關鍵。

(作者系華南理工大學生物科學與工程學院教授)