酶促打浆制备瓦楞纸的方法

摘要

本申请提供了一种酶促打废纸浆制备瓦楞纸的方法，其中使用酶促打浆降低打浆转数，降低能耗的同时有效提高了产品抗张强度。

权利要求

1.一种酶促打浆制备瓦楞纸的方法，其特征在于，其中制备瓦楞纸的原料为OCC废纸浆；其中使用的酶为纤维素酶和β‑琼胶酶；纤维素酶用量为0.05‑0.2U/g绝干浆，β‑琼胶酶用量为0.05‑0.1U/g绝干浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其中纤维素酶用量为0.1U/g绝干浆，β‑琼胶酶用量为

0.08U/g绝干浆。

说明书

酶促打浆制备瓦楞纸的方法

技术领域

[0001] 本申请属于生物类酶制剂领域和造纸中的节能环保领域，具体地，本申请提供了一种酶促打废纸浆制备瓦楞纸的方法，其中使用纤维素酶和琼胶酶酶促打浆。

背景技术

[0002] 瓦楞纸是各种工农业产品最常用的包装材料之一，其由面纸板之间胶合一层或多层具有瓦楞结构芯纸的结构组成。瓦楞纸用途广泛、需求量大，但对颜色、光泽等表观指标
要求不高且一般不直接接触食品，因此使用木材原料生产会造成很大的浪费，因此使用部
分废纸或全部使用废纸制备瓦楞纸成为了业界主流的原料来源。纸浆的打浆过程一般需要
较高的转速和较长的时间，消耗大量能源，是造纸过程中的主要耗能点之一。

[0003] 目前，已有许多使用纤维素酶，多种半纤维素酶水解纤维进行酶促打浆的研究，结果显示酶促打浆可以有效节约能源和时间，但节约的幅度与酶促步骤增加的成本相比优势
还不够显著，因此尚未得到广泛应用。且多项研究结果显示，纤维素酶和半纤维素酶在酶促
打浆中的效果存在天花板效应，无法通过增加用量进一步提高效果，甚至过高的用量水解
纤维过度时会降低纸张性能。因此，探索其他酶用于酶促打浆很有必要。

[0004] 琼胶酶为以降解琼脂为主要特征的一类酶，具体包括α和β琼胶酶，其中β琼胶酶专一水解β‑1,4糖苷键。目前对琼胶酶的应用主要包括水解海藻制备食品/饲料、分子生物学
中的胶回收以及某些纤维的制备。尚未有将其用于造纸的报道。

发明内容

[0005] 基于合作单位对废纸纤维结构的研究，我们尝试将琼胶酶配合纤维素酶用于酶促打浆，取得进一步节能效果的同时，还提高了纸张的抗张强度。

[0006] 一方面，本申请提供了一种酶促打浆制备瓦楞纸的方法，其特征在于，其中使用的酶选自纤维素酶、琼胶酶。

[0007] 进一步地，制备瓦楞纸的原料为OCC废纸浆。

[0008] 进一步地，其中使用的酶为纤维素酶和β‑琼胶酶。

[0009] 进一步地，纤维素酶用量为0.05‑0.2U/g绝干浆，β‑琼胶酶用量为0.05‑0.1U/g绝干浆。

[0010] 进一步地，纤维素酶用量为0.1U/g绝干浆，β‑琼胶酶用量为0.08U/g绝干浆。

[0011] 另一方面，本申请提供了选自纤维素酶、琼胶酶的酶在以OCC废纸浆为原料酶促打浆制备瓦楞纸中的应用。

[0012] 进一步地，其中使用的酶为纤维素酶和β‑琼胶酶。

[0013] 进一步地，其中纤维素酶用量为0.05‑0.2U/g绝干浆，β‑琼胶酶用量为0.05‑0.1U/g绝干浆。

[0014] 另一方面，本申请提供了一种酶促打浆用复合酶制剂，其特征在于，其包含纤维素酶和β‑琼胶酶，其中纤维素酶和β‑琼胶酶的酶活比为5:4。

[0015] 另一方面，本申请提供了上述酶制剂在提高OCC废纸浆制备的瓦楞纸抗张强度中的用途。

[0016] 另一方面，本申请提供了上述酶制剂在降低OCC废纸浆制备瓦楞纸打浆能耗中的用途。

附图说明

[0017] 图1：纤维素酶用量与纸张抗张强度的关联；

[0018] 图2：两种转数下，纤维素酶用量与打浆度的关联；

[0019] 图3：复合酶中的琼胶酶用量与纸张抗张强度的关联；

[0020] 图4：两种转数下，复合酶中的琼胶酶用量与打浆度的关联。

具体实施方式

[0021] 主要材料、试剂和仪器：

[0022] 本申请全部申请文件中酶用量均以U/g绝干浆计算。

[0023] OCC废纸：申请人企业自行收购，按照中国再生资源回收利用协会制定的《废纸分类等级规范》属于一级废纸箱，试验用废纸经专门人工挑选彻底去除废塑料、覆膜等杂志并
去除受明显污染的部分。

[0024] 废纸浆：打浆度20°SR，使用上述OCC废纸自行制备并储存待用(将OCC废纸破碎成约2cm x 2cm的碎片；将碎片浸泡60分钟；以4％浓度纤维舒疏解5分钟；除沙器除沙备用)；

[0025] 纤维素酶：购自泉州市泓锐生物科技有限公司，最适pH约7.0；

[0026] β‑琼胶酶：Agarivorans HZ105所产粗酶液冻干粉(冷藏保存，14天内使用)，最适pH约8.0‑8.5；琼胶酶酶活采用目前本领域常见的定义：每分钟产生1umol还原糖所需的酶
量,DNS法测定((beta‑Agarase from Pseudomonas sp.W7:purification of the 
recombinant enzyme from Escherichia coli and the effecs of salt on its 
activity,Biotechnology and applied biochemistry.1997,26(Ptl):l‑6))。

[0027] 打浆设备：D型水力碎浆机，安德里茨(中国)有限公司

[0028] 抄片机：IMT‑CP‑03B，英特耐森；

[0029] 打浆度测试仪：YT‑DJ‑100，杭州研科；

[0030] 其他试剂和仪器均为常规国产。

[0031] 检测方法：

[0032] 打浆度：

[0033] 参照GB/T 3332‑2004，自行测定；

[0034] 成品强度：

[0035] 委托国家纸制品质量监督检验中心(广东省东莞市质量监督检测中心)进行(设备标注为“四川长江”品牌)

[0036] 抗张强度：参照GB/T 453‑1989

[0037] 环压强度：参照GB/T 2679.8‑1995。

[0038] 实施例1酶促打浆方法基本处理过程

[0039] 将废纸浆原料加水调节打浆浓度至8％，使用HCl或NaOH将pH调节pH至约7.0；加入‑2
所需量的酶；60摄氏度恒温处理30分钟；煮沸灭酶；打浆；抄造为120g/m 的纸片，干燥供测
试。

[0040] 实施例2纤维素酶对打浆过程的影响

[0041] 验证了不同纤维素酶用量—0、0.05、0.1、0.2U/g绝干浆对纸张抗张强度的影响，结果如图1所示，发现在一定酶用量限度内，纸张抗张强度基本仅与打浆度相关，与纤维素
酶的使用/用量没有明显的关联。环压强度方面也显示了类似的关联(数据未显示)。根据本
领域其他文献的研究结果和申请人先前的验证，酶用量过大容易导致纸张某些性能的下降
和成本的上升，因此应在平衡好性能的情况下尽量选择低用量。

[0042] 研究了1200r和2000r打浆转数下不同酶用量与打浆度的关系，结果如图2所示，发现相同转数下一定量的酶可以有效提高打浆度，但酶用量超过0.1U/g绝干浆后对打浆度没
有明显影响。即，一定量纤维素酶的应用可以促进打浆过程，降低打浆转数这一重要的耗能
指标。

[0043] 通过后续实践验证，0.1U/g绝干浆的纤维素酶用量可以降低40°SR时打浆转数约200r；对于其他多种半纤维素酶或混合酶的实验结果(数据未展示)表明，这些酶或者混合
酶的效果类似/不明显好于纤维素酶(即，一定用量内对纸张强度基本无影响，40°SR时降低
转数效果类似纤维素酶)，由于造价和产品性能的原因，0.1U/g绝干浆的纤维素酶为最优选
择。

[0044] 实施例3琼胶酶的加入对打浆过程的影响

[0045] 在前期研究和生产实践的基础上，将纤维素酶用量确定为0.1U/g绝干浆，配合不同用量的琼胶酶—0、0.01、0.02、0.05、0.08、0.1、0.2U/g绝干浆，研究了琼胶酶对纸张抗张
强度的影响，结果如图3所示，发现与纤维素酶不同，在相同打浆度下琼胶酶可以提高纸张
的抗张强度。在相同打浆度环压强度方面则没有明显提高(数据未显示)。

[0046] 研究了1200r和2000r打浆转数下不同酶用量与打浆度的关系，结果如图4所示，发现相同转数下一定量的酶可以有效提高打浆度，但酶用量超过0.05U/g绝干浆后对打浆度
没有明显影响。即，一定量琼胶酶酶的应用可以促进打浆过程，降低打浆转数这一重要的耗
能指标。结合上面对抗张强度的研究，选择0.08U/g绝干浆的琼胶酶用量。

[0047] 通过后续实践验证，在使用纤维素酶的基础上，0.08U/g绝干浆的纤维素酶用量可以将40°SR打浆度时的打浆转数再降低约400r。

[0048] 上述结果表明，在废纸浆制备瓦楞纸工艺中，加入纤维素酶可以有效促进打浆过程，减少能耗；而加入琼胶酶可以在进一步降低能耗的同时，提高纸张的抗张强度，同时纸
张的颜色，耐破，湿强度等其他主要性能保持不变。

[0049] 目前琼胶酶存在的主要问题在于：琼胶酶其制备菌种/方法研究不足，造成该酶造价/售价较高，寻找适合的发酵菌种/方法或货源降低琼胶酶的成本后，本申请的方法可实
现产业化生产，明显降低能耗的同时提高纸张的质量。