一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，包括以下：采用角質(zhì)酶控制二次膠黏物、脫墨或以聚丙烯酸酯為底物的模擬白水處理，屬于造紙廢水處理領(lǐng)域。角質(zhì)酶為來源于Thermobifidafusca，氨基酸序列如Genbank編號AAZ54920.1或AAZ54921.1所示；或氨基酸序列與Thermobifidafusca的角質(zhì)酶至少有90%同源性且具有角質(zhì)酶活性的酶，將其添加到各種要處理的水體中，利用角質(zhì)酶對設(shè)備中的二次膠黏物進(jìn)行處理、脫墨、對循環(huán)白水進(jìn)行處理，相對于原有方法以及脂肪酶法效果好、成本低，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低單位產(chǎn)品的能源消耗，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，屬于酶工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)中國造紙協(xié)會統(tǒng)計，近10年中國對紙張的需求年增長率為8.77%,高于⑶P的增長率。到2015年紙及紙板的消費(fèi)總量約為8000萬噸。資源、能源和環(huán)境保護(hù)依舊是造紙工業(yè)發(fā)展所面臨的幾個主要問題。
[0003]廢紙回用具有節(jié)省原生纖維資源，減少環(huán)境污染，簡化工藝流程，降低能耗等優(yōu)點(diǎn)。廢紙中含有的油墨是主要的雜質(zhì)，特別是油墨的殘存量，它左右著脫墨紙漿的質(zhì)量，并決定紙漿的用途。脫墨，就是采用合理的方法破壞油墨粒子對纖維的黏附，將油墨從廢紙中除去。油墨大致由色料、連接料、助劑組成。連接料是由少量天然樹脂、合成樹脂、纖維素、橡膠衍生物等溶于干性油或溶劑中制得。對顏料起保護(hù)作用，使其難以脫落，由于本身的黏性，在脫墨過程中很難將其包含的色料除去，從而對再生漿產(chǎn)生影響。普通的化學(xué)法需要大量使用堿性物質(zhì)，水的直接排放會嚴(yán)重污染環(huán)境。角質(zhì)酶能選擇性作用于纖維表面，降解植物油基油墨。在機(jī)械力的作用下使油墨和纖維分離，不需要加入堿性物質(zhì)，使得脫墨過程更加環(huán)保。
[0004]根據(jù)目前的造紙工業(yè)實(shí)際情況在造紙過程首先實(shí)行清潔生產(chǎn)，最有可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)該是造紙機(jī)的白水回用。造紙白水的處理回用不僅可以節(jié)約用水，減少纖維和化學(xué)品的流失，節(jié)省資源和降低生產(chǎn)成本，而且對降低環(huán)境污染也具有十分重要的意義。但是當(dāng)白水系統(tǒng)封閉后，進(jìn)入系統(tǒng)的新鮮水量和排出的廢水量都大大減少，使系統(tǒng)中的膠體、溶解物質(zhì)和固體懸浮物含量增加，對紙機(jī)的運(yùn)行和紙頁的性質(zhì)都會產(chǎn)生不利影響技術(shù)。隨著白水封閉循環(huán)程度的提高和循環(huán)次數(shù)的不斷增加，白水中的有害物質(zhì)也會逐漸積累。在這些有害物質(zhì)中，對造紙濕部化學(xué)影響最大、最難處理的是白水中的膠黏物(DCS)。
[0005]造紙工業(yè)上以膠黏物在漿料中存在的形式和行為為依據(jù)，可以劃分為原生膠黏物和二次膠黏物。原生膠黏物是指廢紙中原有的不溶于水的大膠黏物及其破碎而來的微膠黏物，顆粒較大以固體形式分散在漿水系統(tǒng)中的可用機(jī)械方法除去。二次膠黏物是指碎解和漂白時已溶解在漿料中形成穩(wěn)定膠體狀態(tài)的膠黏物，比原生膠黏物更難除去且不具有粘性，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，更加難于控制和更嚴(yán)重的危害性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，具體是通過角質(zhì)酶控制二次膠黏物、脫墨以及白水處理。
[0007]所述的角質(zhì)酶來自嗜熱單孢菌Thermobifidafusca或氨基酸序列與得自Thermobifidafusca的角質(zhì)酶至少有60%，特別是65%，更準(zhǔn)確地說70%，或75%，或80%，或85%，或90%，或92%，或95%，或97%，或至少99%的同源性且具有角質(zhì)酶活性的酶。
[0008]嗜熱單抱菌Thermobifidafusca角質(zhì)酶氨基酸序列如Genbank編號AAZ54920.1或 AAZ54921.1 所示。
[0009]所述角質(zhì)酶的生產(chǎn)方法為在一定培養(yǎng)條件下，以生產(chǎn)角質(zhì)酶的重組大腸桿菌(ChenS, TongX, WoodardRff, DuGC, WuJ, ChenJ, IdentificationandCharacterizationofBacteriaI Cutinase, ThejournalofBiologicalChemistry, 2008, 283 (28) 25854-25862)發(fā)酵一定時間，經(jīng)過12000rpm,離心IOmin,去除菌體,上清即為粗酶液。
[0010]所述的角質(zhì)酶的酶活測定方法:在37°C下，采用連續(xù)分光光度法測定酶活力。反應(yīng)總體積為1.5mL,包括30 μ L酶液和1470 μ L含50mmol/L硫磺脫氧膽酸鈉和50mmol/L對硝基苯丁酸酯(pNPB)的Tris-HCl緩沖液(pH8.0),在波長405nm處，記錄對硝基酚的生成速率。酶活的定義為:在37°C，每分鐘將對硝基苯丁酸酯催化水解生成I μ mol對硝基酚的酶量即為一個酶活力單位。
[0011]所述的脂肪酶購于濟(jì)南天天香有限公司。
[0012]本發(fā)明公開的一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0013](I)控制二次膠黏物
[0014](a)模擬白水的制備
[0015]取紙漿用蒸餾水在一定溫度下攪拌下洗滌2~6小時，然后脫水濃縮，收集洗滌水；
[0016](b)酶處理白水
[0017]向白水中加入占白水質(zhì)量0.001-0.5%的角質(zhì)酶或脂肪酶處理，角質(zhì)酶活性>100U/mL，脂肪酶活性> 100U/mL處理溫度為20_60°C，處理時間為30_200min ；
[0018](C)將處理后的白水離心分離后得到二次膠黏物含量符合要求的白水；
[0019](d)濁度差測定
[0020]取離心后的紙漿水樣和白水測定濁度，然后使用硫酸調(diào)節(jié)pH為4后再進(jìn)行濁度測定，計算PH調(diào)節(jié)前后的濁度差異，計算二次膠黏物的去除率，所述的二次膠黏物去除率計算公式為:
[0021]
二臟粘物去除率=酶處理前If my池度差

酶處理前濁度差
[0022]所述離心的轉(zhuǎn)速為1000-3000r/min，離心時間為10_20min。
[0023](2)角質(zhì)酶脫墨
[0024](a)碎漿
[0025]取漿料100~200g (絕干漿)，調(diào)節(jié)漿濃為10~20%，轉(zhuǎn)數(shù)200~250r/min，時間20~30分鐘。
[0026](b)酶處理
[0027]控制溫度為40~60°C，處理時間100_200min，加入酶量10-100U/g絕干漿。
[0028](c)漿料洗滌脫水
[0029]用4~6L去離子水稀釋生物酶處理后的廢紙漿，然后用洗滌袋洗滌紙漿，最后將漿餅撕成小片，室溫下風(fēng)干。
[0030](d)浮選
[0031]酶處理后的廢紙漿用實(shí)驗(yàn)室浮選槽進(jìn)行浮選，浮選條件:加熱水調(diào)節(jié)漿料濃度至1%，加入脫墨劑0.2% (絕干漿)，溫度為45°C，浮選時間為60min。浮選后的漿料濾水后室溫下風(fēng)干。
[0032](e)廢紙漿物理性能分析
[0033]對于浮選后的漿樣，用標(biāo)準(zhǔn)抄片器進(jìn)行抄片，定量為60g/m2，采用白度儀測定儀測定手抄片白度.[0034](3)以聚丙烯酸酯為底物的模擬白水處理
[0035](a)聚丙烯酸樹脂溶液的配制:用IOmL移液管移取IOml固含為50%的聚丙烯酸樹脂溶液至500mL容量瓶中，定容，搖勻得濃度為1%的溶液，備用。再用IOmL移液管移取濃度為1%的聚丙烯酸樹脂溶液至50mL容量瓶中，定容，搖勻得濃度為0.1%的溶液，備用。
[0036](b)取5?IOmL濃度為0.1%的聚丙烯酸酯溶液于25mL具塞三角瓶中，加入2U/mL?20U/mL酶，放入30?50°C水浴搖床中，50?150rpm，反應(yīng)I?2小時，結(jié)束時加入無水乙醇終止反應(yīng).[0037](C)濁度差測定
[0038]取反應(yīng)結(jié)束后的水樣和反應(yīng)結(jié)束前的水樣進(jìn)行濁度測定,計算反應(yīng)前后的濁度差
巳
[0039]利用角質(zhì)酶對設(shè)備中的二次膠黏物進(jìn)行處理、脫墨、對循環(huán)白水進(jìn)行處理，相對于原有方法以及脂肪酶法效果好、成本低，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低單位產(chǎn)品的能源消耗。同時，利用廢紙回用具有節(jié)省原生纖維資源，減少環(huán)境污染，簡化工藝流程，降低能耗等優(yōu)點(diǎn)。利用角質(zhì)酶對二次膠黏物處理，減少二次膠黏物帶來的對設(shè)備的損壞以及提高設(shè)備效率；利用角質(zhì)酶脫墨提高現(xiàn)有廢紙的再利用率，加大二次纖維在造紙原料中的比重，減少化學(xué)品的用量，同時脫墨效率增加；利用角質(zhì)酶對循環(huán)白水進(jìn)行處理，減少水用量，提高循環(huán)水利用率，降低水污染。這些優(yōu)勢在環(huán)境保護(hù)日益受到重視的當(dāng)今社會，顯得尤為重要。
【具體實(shí)施方式】
[0040]實(shí)施例1:采用角質(zhì)酶控制廢紙漿生產(chǎn)過程中二次膠黏物
[0041]取200ml舊新聞紙DIP、OCC漿白水在不同角質(zhì)酶添加量下進(jìn)行處理，設(shè)置平行試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計。角質(zhì)酶酶活400U/mL，添加量為DIP和OCC絕干漿重量的0.001?0.5%，溫度20?60°C,時間30?200min。角質(zhì)酶為嗜熱單孢菌Thermobif ida fusca角質(zhì)酶,氨基酸序列如Genbank編號AAZ54920.1或AAZ54921.1所示。
[0042]對處理后的紙漿白水在3000r/min下離心IOmin去除細(xì)小纖維等組分；測試離心后白水的陽離子需求量和濁度，然后使用硫酸調(diào)節(jié)PH為4后再進(jìn)行濁度測定，計算pH調(diào)節(jié)前后的濁度差異。酶用量為0.002%,0.1%、0.5%時測試結(jié)果如下，膠黏物去除率以濁度差變化計算。
[0043]結(jié)果如表I所示:
[0044]表I角質(zhì)酶對DIP漿白水膠黏物的處理效果[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種角質(zhì)酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，包括以下:采用角質(zhì)酶控制二次膠黏物、脫墨或以聚丙烯酸酯為底物的模擬白水處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述角質(zhì)酶為來源于Thermobif idafusca,氨基酸序列如 Genbank 編號 AAZ54920.1 或 AAZ54921.1 所不；或氨基酸序列與Thermobifidafusca的角質(zhì)酶至少有90%同源性且具有角質(zhì)酶活性的酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用角質(zhì)酶控制二次膠黏物，包括以下步驟:模擬白水的制備，角質(zhì)酶處理白水，將處理后的白水離心分離后得到二次膠黏物含量符合要求的白水；所述模擬白水制備方法為取紙漿用蒸餾水在40?60°C下攪拌下洗滌2-6h小時，然后脫水濃縮，收集洗滌水；所述角質(zhì)酶處理白水工藝為:加入占白水質(zhì)量百分比為0.001-0.5%的角質(zhì)酶，角質(zhì)酶活性>100U/ml，處理溫度為20_60°C，處理時間為30_200min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用角質(zhì)酶脫墨，包括以下步驟:碎漿，酶處理，漿料洗滌脫水，浮選，抄片；所述碎漿的制備方法為:取絕干漿漿料100-200g，調(diào)節(jié)漿濃為10-20%，轉(zhuǎn)數(shù)200-250r/min，時間20-30分鐘；所述酶處理工藝為:控制溫度為40?60°C，處理時間100-200min，加入酶量10-100U/g絕干漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用角質(zhì)酶進(jìn)行以聚丙烯酸酯為底物的模擬白水處理，包括以下步驟:聚丙烯酸樹脂溶液的配制，角質(zhì)酶降解聚丙烯酸酯，濁度差測定；所述丙烯酸樹脂溶液的配制方法為:用IOml移液管移取IOml固含為50%的聚丙烯酸樹脂溶液至500ml容量瓶中，定容，搖勻得濃度為1%的溶液，備用；再用IOml移液管移取濃度為1%的聚丙烯酸樹脂溶液至50ml容量瓶中，定容，搖勻得濃度為0.1%的溶液，備用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的角質(zhì)酶降解聚丙烯酸酯工藝為取5?IOml濃度為0.1%的聚丙烯酸酯溶液于25ml具塞三角瓶中，加入2U/ml?20U/ml角質(zhì)酶，放入30?50°C水浴搖床中，50?150rpm，反應(yīng)I?2小時，結(jié)束時加入無水乙醇終止反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述角質(zhì)酶處理白水工藝為:加入占白水質(zhì)量百分比為0.1%的角質(zhì)酶，角質(zhì)酶活性400U/ml，處理溫度為40°C，處理時間為lOOmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述浮選條件為加熱水調(diào)節(jié)漿料濃度至I?2%，加入占絕干漿0.2-0.4%質(zhì)量百分比的脫墨劑，溫度為40-50 °C，浮選時間為60_120mino
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述抄片條件定量為60g/m2。
【文檔編號】D21C9/08GK103757960SQ201310749747
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】吳敬, 洪若宇, 宿玲恰 申請人:江南大學(xué)