木聚糖酶在紙漿漂白中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

木聚糖酶是降解半纖維素木聚糖的一組酶的總稱，酶系的組成比較復(fù)雜，它主要包括作用于主鏈的內(nèi)切一1，4一p木聚糖酶和木糖苷酶，一般而言，前者從主鏈內(nèi)部作用于木糖苷鏈，可隨機將木聚糖主鏈降解成短鏈的低聚木糖；而后者作用于短鏈的低聚木糖，從非還原性末端釋放出木糖。木聚糖酶在制漿造紙工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景，它可以應(yīng)用于生物制漿、紙漿漂白、廢紙二次纖維回收、廢紙脫墨處理及紙張表面處理等，特別是其在紙漿生物漂白中的巨大應(yīng)用潛力早已引起各界同行的高度關(guān)注。

　　研究發(fā)現(xiàn)，無論是闊葉材還是針葉材硫酸鹽漿及其他化學(xué)漿，無論是與傳統(tǒng)的氯漂序配合還是與先進的無氯漂序相配合，采用木聚糖酶處理均可以促使紙漿中殘余木質(zhì)素的降解和溶解性木質(zhì)素的抽除，不但可以提高紙漿的白度和白度穩(wěn)定性，改善纖維的濾水性和造紙性能，而且可以大大減少后續(xù)漂序化學(xué)試劑的用量，從而降低紙漿漂白對環(huán)境產(chǎn)生的污染。許多微生物以木質(zhì)纖維原料為碳源會同時產(chǎn)生木聚糖酶和纖維素酶。在采用木聚糖酶進行生物漂白時，其中或多或少存在一定量的纖維素酶，纖維素酶主要包括內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和纖維二糖酶，纖維素酶會降解纖維素，導(dǎo)致漿料強度下降，得率降低，但是少量纖維素酶活的存在，不僅能夠更有效地脫除木質(zhì)素，而且會改善漿料的濾水性和脆性。木聚糖酶和纖維素酶各組分對紙漿的作用效果和對紙漿強度的影響也會有所不同。本文系統(tǒng)的評述了木聚糖酶系的結(jié)構(gòu)對紙漿性能的影響，以及木聚糖酶的助漂機理。

　　1 紙漿中的半纖維素

　　紙漿中的半纖維素對纖維形態(tài)和紙的物理性質(zhì)起著十分重要的作用，適當(dāng)?shù)谋Ａ舭肜w維素不但可以提高漿的得率，而且可以增強漿的強度。盡管天然木材中的半纖維素分布在整個纖維細胞壁中，但是硫酸鹽漿中的半纖維素集中在微纖絲的外層，因此，半纖維素對纖維、水和制漿化學(xué)品之間的化學(xué)反應(yīng)起著非常重要的決定作用。在制漿過程中，半纖維素的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。在硫酸鹽制漿過程中，木片被氫氧化鈉和硫化鈉蒸煮，半纖維素中的乙酰基被完全除去，葡萄糖醛酸基的數(shù)量也顯著減少。

　　在常規(guī)的硫酸鹽蒸煮過程中，針葉材木聚糖比闊葉材木聚糖表現(xiàn)出較大的抗拒性，主要由于存在阿拉伯糖基，在剝皮反應(yīng)時阿拉伯糖基易從主鏈上消去，同時生成偏變糖酸首端基，從而抗拒進一步發(fā)生剝皮反應(yīng)，使主鏈穩(wěn)定。在硫酸鹽蒸煮過程的加熱階段，堿濃度相對較高，部分木聚糖溶解在漿液中，隨著蒸煮的進行，堿濃度不停下降，當(dāng)降至臨界點時，短鏈木聚糖或多或少以結(jié)晶形式沉積到微纖絲表面上，很明顯阿拉伯糖基和葡萄糖醛酸基在1，4一吡喃木糖鏈上突出，妨礙了結(jié)晶的形成，在蒸煮過程中它們的除去提高了木聚糖的結(jié)晶趨勢。木糖基的構(gòu)型允許木聚糖和纖維素之間有緊密的聯(lián)系，這可能是由于部分木聚糖除去取代基后趨向于與漿中纖維素發(fā)生共結(jié)晶，吸附在纖維表面上，盡管部分木聚糖在蒸煮過程中沒有溶解，但有相當(dāng)一部分木聚糖是通過再吸附和沉積的方式存在于紙漿中的。在硫酸鹽蒸煮過程中，木聚糖的沉積和木質(zhì)素的沉積是同時進行的，這些沉積的聚合物通過化學(xué)鍵互相連接，針葉材中部分葡甘聚糖也溶解在堿液中，但由于其不穩(wěn)定，在130攝氏度時很短的時間內(nèi)就會被完全降解，因此，無論是針葉材還是闊葉材，漿中葡甘聚糖的量比木聚糖都要低，然而，存在于纖維中的葡甘聚糖是非常穩(wěn)定的，它們不溶解。在常規(guī)的松樹硫酸鹽漿中，木聚糖大約有1／2是沉積木聚糖；在樺木硫酸鹽漿中，沉積木聚糖大約占漿量的3％，是漿中全部木聚糖的5％-10％，木聚糖分子似乎更偏愛吸附那些低糖醛酸基溶解木聚糖。在亞硫酸鹽蒸煮過程中，半纖維素更加徹底溶解成單糖和低聚糖，沒有沉積現(xiàn)象發(fā)生，因此，殘留半纖維素分布在整個細胞纖維中，亞硫酸鹽漿比硫酸鹽漿具有更低的戊糖含量和更多的可溶性半纖維素成分。在亞硫酸鹽蒸煮過程中，由于阿拉伯糖基的除去，針葉材中的O一甲基葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖變成4一O一甲基葡萄糖醛酸木聚糖，酸性亞硫酸鹽漿比硫酸鹽漿具有更多葡甘聚糖。