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1 纤维素酶的来源及组成
一般来说，内切纤维素酶随机地水解磷酸膨胀纤维素，羧甲基纤维素和纤维素等无定形纤维素，释放纤维寡糖，而纤维二糖水解酶(CBH)可以水解纤维二糖以及磷酸膨胀纤维素，微晶纤维素Avice和棉花等结晶度高的纤维素，从纤维素链的非还原端或还原端释放纤维二糖。β-葡萄糖苷酶主要水解纤维二糖和纤维寡糖，产生葡萄糖。严格地讲，β-葡萄糖苷酶不能算作纤维素酶，但它的作用可以减轻纤维二糖对纤维素酶的反馈抑 制作用。
2 酶法脱墨的机理
酶法废纸脱墨是指利用生物酶代替化学药品处理废纸，使油墨从纤维上游离出来，然后用传统的脱墨工艺分离出油墨。
近期，关于酶法废纸脱墨的机理提出以下几种可能：
⑴ 酶把固定油墨的纤维素纤维部分水解和降解，使它们彼此分离，油墨粒子在碎浆过程中得到分离；
⑵酶处理通过提高细纤维化或去除单根纤维表层使纤维间结合力降低，进而分离出油墨；
⑶酶的催化水解并不是主要的，重要的是纤维素酶可使纤维表面遭到一定程度的降解，从而在碎浆中将油墨分离出去；
⑷纤维素酶从纤维表面剥离掉细小纤维使油墨粒子脱离分散到悬浮液中；
⑸酶的作用是间接的，通过去除微细纤维和细小组分来改善纸浆的滤水性能并促进洗涤或浮选；
⑹纤维素酶和半纤维素酶分解除去已剥离下来油墨粒子上残留纤维，增加油墨颗粒的疏水性，提高后续的浮选处理效果；
⑺机械作用使纤维表面或纤维上的纤维素分子链扭曲，从而增加酶的可及度和浸蚀性，因此机械作用对酶脱墨是非常重要和必要的。
3 纤维素酶的降解机理
一般认为是内切葡萄糖酶首先进攻纤维素的非结晶区，形成外切纤维素酶需要的新的游离末端，然后外切纤维素酶从多糖链的非还原端切下纤维二糖单位，β-葡萄糖苷酶再水解纤维二糖单位，形成葡萄糖。一般地说，协同作用与酶解底物的结晶度成正比，当酶组分的混合比例与霉菌发酵滤液中各组分比相近时，协同作用 大，不同菌源的内切与外切酶之间也具有协同作用。
目前，大多数有关纤维素生物降解的研究，重 都放在纤维素酶从纤维素分子链或水溶性纤维素衍生物中释放还原糖或可溶性产物的过程上，因此希望纤维素酶的水解活性越高越好。而在制浆造纸工业中，却不希望纤维素酶有较高的水解活性，因高的水解活性将造成纸浆纤维强度的快速下降。
4纤维素酶法脱墨的优点
酶法脱墨作为一种新的造纸生物技术，具有很多优点。首先酶法脱墨纸浆和化学脱墨纸浆相比具有很高的物理性能，如高白度和低残存墨粉等。酶法脱墨比化学脱墨的费用低!酶法脱墨即可节省能耗，降低生产成本，又可大量减少化学药品的使用，包括减少漂白需求，降低了漂白费用!酶法脱墨系统废水的需氧量和毒性也较低。研究表明，酶法脱墨中产生的废水的化学需氧量（COD）是化学脱墨废水的一半，因此也降低了废水处理负荷!同时酶法脱墨过程也使纸浆发生了改性，提高了滤水性能,更重要的是酶法脱墨巨大的社会效益，减轻了造纸厂对环境的污染，符合环境保护的要求。
生物酶酶法脱墨应用中还存在许多限制因素。酶的催化作用与环境温度有密切的关系，从酶学观点看，当酶浓度与底物浓度一定时，为酶所催化的反应速率有一个适∑的反应温度范围。因此，酶法脱墨时的温度也只能在一定限度的温度范围内进行，应当与所用纤维素酶的 适作用温度或亚适温度相适应。由于目前所用的纤维素酶的 适温度大多在45~56℃的范围内，因此大多数研究者的脱墨温度应选择50℃或56℃。由于纸浆纤维是纤维素酶的作用底物，反应时间的延长显然会对纸浆的强度起破坏作用。即要使脱墨完全，又要保持纸浆应有的强度性能，这就要求在一定的条件下，控制好酶处理反应的时间。
影响纤维素酶对废纸脱墨效果的因素有用值、浆浓、反应温度、脱墨时间和加酶量等。
5.1 PH值的影响
PH值是酶催化反应的主要环境条件，酶反应速度 大的PH值是 适当的PH值。静电复印纸和激光打印纸脱墨用的几种酶的 佳PH值在5.0至7.5之间，且多数为5.5。若PH值过高可以用硫酸或者磷酸调节，不同的废纸在选择纤维素酶脱墨时 好是废纸的PH值与酶 适应，以省去繁琐的PH值调节。
5.2 浆浓的影响
纸浆浓度的改变不仅会影响酶对纸浆纤维的可及性，也会影响纤维间的摩擦程度，从而直接影响油墨的脱除。当酸的浓度一定时，在较低的底物浓度范围内，酶反应的速度随着底物浓度的增加而增加，但增加到一定的数值后，反应速度不再增加。随着碎浆浓度的升高，纤维素酶与纸浆纤维接触充分，纤维素酶可以和纸浆中的纤维发生作用，分解纸浆中的纤维，使粘附在纸浆纤维上的油墨与纸浆纤维发生分离，提高纸浆白度。同时，随着碎浆浓度的提高，纤维间的摩擦加剧，油墨粒子细小化纤维也细小化导致毛细现象加剧，油墨粒子重新吸附在细小纤维中，又造成纸浆白度下降。
5.3 温度的影响
酶是具有生物活性的蛋白质，只有在一定的温度下才能发生催化生物化学反应，温度对酶的作用有两面性，它既可以加速酶的催化反应，也可以引起酶的失活。因此，正确控制反应温度是保证有效脱墨的重要因素。根据纸的性质制定相应的温度，低温40 ~60℃,高温80 ~90℃,适当提高温度以促进油墨的分散。
5.4 加酶量的影响
脱墨量随加酶量的增加而上升，但如果加酶量太高，脱墨率的增加幅度不大。相反，由于纤维素酶对纤维素的酶解作用而导致其裂断长下降， 适当的酶加量要看原料的性质而定。
5.5 时间的影响
随着反应时间的延长，脱墨率不断增加，与酶加量的影响类似。反应时间在1h左右，延长时间脱墨率增加较少，反而裂断长呈下降趋势。对静电复印纸油墨脱除率的影响，发现 佳反应时间为30min。
5.6 表面活性剂的影响
表面活性剂与酶应有 好的兼容性，使酶与表面活性剂之间存在一种协同作用。大多数用于办公废纸脱墨的表面活性剂是非离子型的。酶与表面活性剂的 佳用量比取决于废纸的质量、碎浆用白水的质量和达到可接受的系统运行性。选择合适的表面活性剂用量，以达到良好的系统运行性和有效的泡沫控制。当表面活性剂用量为0.05%时，脱墨浆的白度高，残留油墨减少；但当表面活性剂超过这个用量后，白度逐渐下降，残留油墨略有升高。可见，合适的表面活性剂用量有助于脱墨，它可以吸附在纤维的表面，降低表面张力，渗透到油墨和纤维之间，有利于油墨从纤维上分离。另外，表面活性剂的分散乳化作用，使油墨粒子易分散于水中，不易吸附在纤维表面。但当表面活性剂用量增 大时，油墨粒子的亲水性增加，难以用浮选法除去，从而导致脱墨浆白度下降，残留油墨量增加。
研究表明，纤维素酶对纤维与表面油墨粒子形成的链的可及度在酶法脱墨中有很重要的影响。
6 纤维素酶在废纸脱墨中的应用前景
酶法脱墨作为一种新的造纸生物技术，具有很多优点。但生物酶酶法脱墨应用中还存在许多限制因素，酶的催化作用与环境温度有密切的关系。因此，酶法脱墨时的温度只能在一定限度的温度范围内进行，应当与所用纤维素酶的 适作用温度或亚适温度相适应。
我国是造纸工业大国，传统造纸工业是耗能和环境污染大户，而纤维素酶在废纸脱墨方面的深入研究与逐步应用，不但能解决原料短缺、污染严重和能源紧张问题，而且会带来良好的经济效益，对造纸工业的发展、环境保护和清洁生产都具有重要的现实意义。因此，纤维素酶在造纸工业上的应用一定会有广阔的发展前景!
酶法脱墨所使用的酶种主要是纤维素酶。纤维素酶是一种蛋白质，是利用微生物发酵而得到的，它的特性是能催化纤维素及其衍生物的水解反应
酶法废纸脱墨是指利用生物酶代替化学药品处理废纸，使油墨从纤维上游离出来，然后用传统的脱墨工艺分离出油墨。目前，大多数研究 点都放在纤维素酶从纤维素分子链或水溶性纤维素衍生物中释放还原糖或可溶性产物的过程上，因此希望纤维素酶的水解活性越高越好。而在制浆造纸工业中，却不希望纤维素酶有较高的水解活性，因高的水解活性将造成纸浆纤维强度的快速下降。
酶法脱墨纸浆与化学脱墨纸浆相比具有很高的物理性能，如高白度和低残存墨粉等。可节省能耗，降低生产成本，又可大量减少化学药品的使用，包括减少漂白需求，降低漂白费用，废水的需氧量和毒性也较低。研究表明，酶法脱墨中产生的废水的化学需氧量(COD)是化学脱墨废水的一半，因此也降低了废水处理负荷，同时酶法脱墨过程也使纸浆发生了改性，提高了滤水性能。
影响纤维素酶对废纸脱墨效果的因素除PH值、浆浓、反应温度、脱墨时间、加酶量外，还有表面活性剂的用量。当表面活性剂用量为0.05%时，脱墨浆的白度高，残留油墨 少；但当表面活性剂超过这个用量后，白度逐渐下降，残留油墨略有升高。
我国是造纸工业大国，传统造纸工业是耗能和环境污染大户，而纤维素酶在废纸脱墨方面的深入研究与逐步应用，不但能解决原料短缺、污染严重和能源紧张问题，而且会带来良好的经济效益，对造纸工业的发展、环境保护和清洁生产都具有重要的现实意义。
文章出处:《造纸科学与技术》2007年第26卷第4期
原标题：纤维素酶用于废纸脱墨的研究进展
作者：李学凤 秦梦华
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