生物技术 理后的浆上升，卡伯值下降。与 5木素降解酶漂白机理及 用与所处的微环境有很大的关 未经处理的对照浆相比，经过木 其研究应用 系，它需要一个适宜的催化环 聚糖酶预处理再后续票白，纸浆 境，才能表现出降解木素的活 目前，许多实验室都致力于 卡伯值下降，白度有所上升。 性。在适合的缓冲溶液条件下， 木素酶票白技术的研究与应用， 王治艳等采用木聚糖酶 木素过氧化物酶单独或和其他 木素酶漂白不同于半纤维素酶， 对麦草烧碱蒽醌浆进行预处理， 酶适当配合，对氧脱木素处理后 它是通过木素降解酶直接作用 以期提高和改进浆料的ECF漂 的按木硫酸盐浆具有一定的提 和那降解纸浆中的残余木素，以脱 白性能，优化并制定出木聚糖酶 出残余木素并有利于纸浆进一 高白度、降低Kappa值的效果2。 AU2PE89的预处理条件。实验 周学飞等研究了硫酸盐 步漂白。目前木素降解酶主要 结果表明，木聚糖酶AU2PE89 包括三个酶体系：木素过氧化物 浆木素过氧化物酶一过氧化氢 的最佳处理条件为pH值6，温 协同漂白作用。结果表明，木素 酶(LP)、锰过氧化氢酶(MnP) 度50℃，酶用量6Ug绝干浆。 和漆酶(Laccase)。 过氧化物酶预处理可提高H,O2 这表明用木聚糖酶进行生物漂 漂白浆白度，减少H○2漂白废 5.1木素过氧化物酶及锰过 白，能有效降低漂白时化学品用 氧化物酶 液色度和COD。较适宜的木 量。 5.1.1木素过氧化物酶及锰过 素过氧化物酶处理条件为：温 木聚糖酶在欧美等国的多 氧化物酶漂白机理 度50℃，时间3h,pH值3.7，酶 家纸厂已成功用于漂白纸浆。 木素过氧化物酶和锰过氧 用量2mLg。木素过氧化物 在我国目前更多地处于实验室 化伽酶含血红素铺基，可经单电 酶-H,O2协同漂白中，木素过 研究阶段，由于所选菌株本身的 子传递体攻击木素生成木素自由 氧化物酶预处理为H2O2漂白提 适应性及所产晦的性质等方面 基。该酶系一般反应式如下四： 供了有利条件，可加强漂剂与木 的问题，生产应用尚未形成规 过氧化物酶+H2O2 素酚型结构单元和紫丁香基结 模。 →酶复合物I+H,O…(1) 构单元的反应，使得发色基团、 4.2甘露糖酶 酶复合物I+SH2 助色基团减少，纸浆白度提高， B-1-4甘露聚糖酶，简称 →SH+酶复合物Ⅱ…(2) 结晶度增加。 B-甘露聚糖酶，是水解B-1- 酶复合物Ⅱ+SH2 5.1.3锰过氧化物酶研究及应 4-D一此喃甘露糖为主链的内切 →SH+过氧化物酶…(3) 用 水解酶，其作用底物是半乳甘露 2SH+2木素 锰过氧化物酶(MnP)处理 聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳葡萄 →2木素自由基+2SH,·(4) 纸浆，可以改善纸浆性能，减少 糖甘露聚糖以及甘露聚糖。甘 总反应： 化学药品用量，降低污染负荷。 露聚糖经B-甘露聚糖酶作用 H,O,+2木素一→2木素自由基+H,O Bermek等研究了阔叶木硫酸 后，通过高效液相色谱法或纸层 其中SH,为对酶系专一的 盐浆锰过氧化物酶和木聚糖酶 析方法分析，主要产物是寡聚 传递电子体。对于木素过氧化 协同漂白。结果表明，阔叶木硫 糖，寡聚糖是一种新型的功能性 物酶，VA(藜芦醇)是其自然底 酸盐浆用锰过氧化物酶和木聚 低聚糖，能明显地促进人体和动 物，而锰过氧化物酶中，Mn2+是 糖酶共同处理时的白度最高， 物肠道内有益菌一双歧杆菌 活性电子传递体。通常VA和木 卡伯值最低。而MnP-Xyl和 的增殖，改善肠道内菌群结构， 素过氧化物酶两者合成是相伴 Xyl-MnP处理的效果要差些。 是一种很好的双歧因子四。 的.这可保证基质中Mn+缺乏 Moreira等a,可就纸浆的不 由于技术的发展大大降低 时，酶仍然有降解木素的活性。 同类型、MP不同来源以及漂 了甘露聚糖酶的生产成本，使甘 5.1.2木素过氧化物酶研究及 白工艺条件等进行了大量的探 露聚糖酶在纸浆漂白中健康大 应用 索，显著地提高了纸浆白度。在 规模应用成为现实。 木素过氧化物酶的漂白作 改进漂白纸浆工艺条件的同时， Paper and Paper Making Vol.29 No.10 Oct.2010 57生物技术 Paper and Paper Making Vol.29 No.10 Oct. 2010 57 理后的浆上升，卡伯值下降。与 未经处理的对照浆相比，经过木 聚糖酶预处理再后续漂白，纸浆 卡伯值下降，白度有所上升。 王治艳等 [20] 采用木聚糖酶 对麦草烧碱蒽醌浆进行预处理， 以期提高和改进浆料的 ECF 漂 白性能，优化并制定出木聚糖酶 AU2PE89 的预处理条件。实验 结果表明，木聚糖酶 AU2PE89 的最佳处理条件为 ：pH 值 6，温 度 50℃，酶用量 6IU·g -1 绝干浆。 这表明用木聚糖酶进行生物漂 白，能有效降低漂白时化学品用 量。 木聚糖酶在欧美等国的多 家纸厂已成功用于漂白纸浆。 在我国目前更多地处于实验室 研究阶段，由于所选菌株本身的 适应性及所产酶的性质等方面 的问题，生产应用尚未形成规 模。 4.2 甘露糖酶 β-1-4 甘 露 聚 糖 酶，简 称 β-甘露聚糖酶，是水解 β-1- 4-D-吡喃甘露糖为主链的内切 水解酶，其作用底物是半乳甘露 聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳葡萄 糖甘露聚糖以及甘露聚糖。甘 露聚糖经β-甘露聚糖酶作用 后，通过高效液相色谱法或纸层 析方法分析，主要产物是寡聚 糖，寡聚糖是一种新型的功能性 低聚糖，能明显地促进人体和动 物肠道内有益菌——双歧杆菌 的增殖，改善肠道内菌群结构， 是一种很好的双歧因子[21]。 由于技术的发展大大降低 了甘露聚糖酶的生产成本，使甘 露聚糖酶在纸浆漂白中健康大 规模应用成为现实。 5 木素降解酶漂白机理及 其研究应用 目前，许多实验室都致力于 木素酶漂白技术的研究与应用， 木素酶漂白不同于半纤维素酶， 它是通过木素降解酶直接作用 和降解纸浆中的残余木素，以脱 出残余木素并有利于纸浆进一 步漂白。目前木素降解酶主要 包括三个酶体系 ：木素过氧化物 酶（LiP）、锰过氧化氢酶（MnP） 和漆酶（Laccase）。 5.1 木素过氧化物酶及锰过 氧化物酶 5.1.1 木素过氧化物酶及锰过 氧化物酶漂白机理 木素过氧化物酶和锰过氧 化物酶含血红素辅基，可经单电 子传递体攻击木素生成木素自由 基。该酶系一般反应式如下 [22] ： 过氧化物酶 +H2O2 → 酶复合物Ⅰ +H2O…… (1) 酶复合物Ⅰ +SH2 → SH·+ 酶复合物Ⅱ………(2) 酶复合物Ⅱ +SH2 → SH·+ 过氧化物酶 ……(3) 2SH·+2 木素 → 2 木素自由基 +2SH2…(4) 总反应 ： H2O2+2 木素→ 2 木素自由基 +H2O 其中 SH2 为对酶系专一的 传递电子体。对于木素过氧化 物酶，VA( 藜芦醇 ) 是其自然底 物，而锰过氧化物酶中，Mn2+ 是 活性电子传递体。通常 VA 和木 素过氧化物酶两者合成是相伴 的，这可保证基质中 Mn2+ 缺乏 时，酶仍然有降解木素的活性。 5.1.2 木素过氧化物酶研究及 应用 木素过氧化物酶的漂白作 用与所处的微环境有很大的关 系，它需要一个适宜的催化环 境，才能表现出降解木素的活 性。在适合的缓冲溶液条件下， 木素过氧化物酶单独或和其他 酶适当配合，对氧脱木素处理后 的桉木硫酸盐浆具有一定的提 高白度、降低 Kappa 值的效果[23]。 周学飞等[24] 研究了硫酸盐 浆木素过氧化物酶-过氧化氢 协同漂白作用。结果表明，木素 过氧化物酶预处理可提高 H2O2 漂白浆白度，减少 H2O2 漂白废 液色度和 COD。较适宜的木 素过氧化物酶处理条件为 ：温 度 50℃，时间 3h，pH 值 3.7，酶 用 量 2mL·g -1。木素过氧化物 酶 -H2O2 协同漂白中，木素过 氧化物酶预处理为 H2O2 漂白提 供了有利条件，可加强漂剂与木 素酚型结构单元和紫丁香基结 构单元的反应，使得发色基团、 助色基团减少，纸浆白度提高， 结晶度增加。 5.1.3 锰过氧化物酶研究及应 用 锰过氧化物酶 (MnP) 处理 纸浆，可以改善纸浆性能，减少 化学药品用量， 降低污染负荷。 Bermek等[25] 研究了阔叶木硫酸 盐浆锰过氧化物酶和木聚糖酶 协同漂白。结果表明，阔叶木硫 酸盐浆用锰过氧化物酶和木聚 糖酶共同处理时的白度最高， 卡 伯 值 最 低。 而 MnP-Xyl 和 Xyl-MnP 处理的效果要差些。 Moreira等[26,27] 就纸浆的不 同类型、MnP 不同来源以及漂 白工艺条件等进行了大量的探 索，显著地提高了纸浆白度。在 改进漂白纸浆工艺条件的同时