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漆酶的分离纯化及其应用研究漆酶是一种生物催化剂，被广泛应用于漆木器、皮革、纺织品、造纸、食品等领域。
漆酶的分离纯化及其应用已经成为当前生物技术领域研究的热点之一。
一、漆酶的分离纯化方法漆酶在微生物中的合成量较少，因此，为了进行漆酶的高效生产和利用，需要对漆酶进行分离纯化。
常见的漆酶分离纯化方法有：超滤法、离子交换层析法、凝胶过滤层析法等。
超滤法是通过超滤膜将酶与其他杂质分离，可以得到相对较为纯净的漆酶。
离子交换层析法是利用离子交换树脂将需要分离的物质分离出来。
凝胶过滤层析法则是利用化学性质不同的凝胶将需要分离的物质分离出来。
二、漆酶的应用研究漆酶的应用研究主要集中在以下几个领域：1.漆木器颜色、光泽度的成型漆木器的颜色和光泽度可以通过打磨、上光等方式达到，但这种方法比较费时费力，而且不够持久。
采用漆酶涂料，可以使漆木器的颜色和光泽度更加饱满，而且能够更持久地保持。
2.制作皮革中的保护剂对皮革进行漆酶处理，可以使皮革更加柔软、舒适，同时具有保护作用，可以延长皮革的使用寿命。
3.纺织品整理在染色后，使用漆酶整理纺织品，可以提高纺织品的匀染性和光泽度，使其更加柔软舒适。
4.造纸生产漆酶在造纸生产中也起着重要的作用。
已经有不少研究表明，使用漆酶可以比传统方法更加高效地从纸浆中分离木质素，使得纸张更加柔韧、实心、白度高。
5.食品加工漆酶被广泛应用于味精、酱油等食品加工领域。
将其添加到食品中可以改善食品口感和口感质量。
结语漆酶具有一定的生物技术优势，不仅能够提高生产效率和质量，而且还能够在生态保护方面发挥重要的作用。
不过，需要在其分离纯化和应用研究方面进一步深入探索，以更好地推动其应用。
第25卷第2期森 林 工 程Vol 25No 22009年3月FORES T E NGINEERINGMar.,2009漆酶在生物造纸中的应用赵 敏,刘 欣,王秋玉*(东北林业大学哈尔滨 150040)摘 要:利用生物酶(如漆酶)预处理可以降低化学浆的残余木素量,减少制浆中的能源消耗,提高纸浆强度特性和光泽度等。
在介体参与下,漆酶能够降解木素,使残余木素的摩尔质量减少、木素中的酚羟基减少、羰基和羧基增加,对后续的漂白过程起到活化木素的作用。
漆酶等酶活系统能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和C O 2,破坏发色基团组织和结构,降低漂白废水中的TOCl 、BOD 、COD 和色度。
漆酶在氧气和介体存在下能使木素产生自由基的缩合,提高纤维间的粘合性,改善高木素含量和纸浆的性能。
漆酶作为一种非专一型聚酚酶,在一定程度上可与树脂反应,可以催化好氧污染物的酚羟基基团,生成苯氧自由基和水。
关键词:漆酶;生物制浆;漆酶介体;脱木素中图分类号:Q55 文献标识码:A 文章编号:1001-005X (2009)02-0028-04Application of Laccase in Biological Paper Making Zhao Min,Liu Xin,Wang Qiuyu (Northeast Forestry Universi ty,Harbin 150040)Abstract :As biolog ical preparation namely acti ve agent,laccase is wildly applied in the research of Pulp and Paper Indus try,meanwhile,posi tive results of which are gained.The application of Lacase in the field s of bio pulping and bleaching pulp,water recycling and wastewater treatment in refining,etc.was in troduced.Through pretreatment with enzyme,such as lacccase,residual lignin of chemical pulp can be decreased,energy consumpti on can be reduced,and in tensity and glossiness of paper pulp be ccase may degrade li gni n to decrease amount of residual lignin and phenolic hydroxyl of li gnin and to increase the amounts of carbonyl groups and carboxyl groups wi th the paticipation of amboceptor,which actived lignin in the following proce dure of bleached pulp.The system of Laccase can lead organochlorine compound in waste water to transform into inorganic chlorine and CO2,destroy structure of chromophoric group s,and decrease TOCl 、BOD 、COD and enzyme activity system in waste water.With oxygen and mediator,laccase made free radicals of lignin condensation and increased adhesiveness between fi bers to develop contents of high li gnin and pulp properties.As a ki nd of olymerize phenolic enzymes,Laccase to some extent may react with lignin and catalyzed hydroxyestrogen groups of aerobic pollutants to produce phenoxy radicals and water.Key words :laccase;bio pulping;laccase mediator;delignification收稿日期:2008-10-02基金项目:黑龙江省科技攻关重点项目(G A06B301)第一作者简介:赵 敏(1983-),女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生。
漆酶在制浆造纸工业中的应用漆酶在制浆造纸工业中的应用漆酶(Laccase)是一种多基因聚合蛋白，具有发光、氧化、转化和修复等多项功能，常被用于制浆造纸、纤维素转化、木材防腐、代谢工程、环境污染修复等方面。
特别是近年来，漆酶在制浆造纸工业中的应用日益受到重视。
漆酶在制浆造纸工业中主要用于去除漂白剂和污染物，从而达到净化浆料和节省能源的效果。
漆酶作为一种生物酶技术，可以实现对漂白剂和污染物的高效降解，减少对浆料的污染，改善浆料的质量，提高造纸企业的生产效率。
漆酶主要分为三类：单形的漆酶、多形的漆酶和双形的漆酶。
单形的漆酶可以用于去除水中的氟化物和有机污染物，如氯代烃、芳烃、醇类、醛类等。
它具有极强的氧化性，可以在低温条件下有效地去除这些污染物，从而减少对浆料的污染。
多形的漆酶也可以用来去除水中的氟化物和有机污染物，但它的氧化性比单形的漆酶要弱得多，所以通常不被用于降解污染物。
双形的漆酶具有极强的氧化性，可以有效降解水中的氟化物和有机污染物，从而有效地净化浆料。
此外，漆酶还能够改善造纸浆料的纤维抗拉强度，从而提高造纸企业的生产效率。
漆酶能够分解浆料中的纤维素聚合物，使纤维素更易于被洗涤和润湿，从而提高纤维素的抗拉强度。
此外，漆酶还能够改善浆料的纤维素形态，使得浆料的抗拉强度大大提高，从而提高造纸企业的生产效率。
另外，漆酶还可以用于降低空气中的有毒污染物，从而减少空气污染。
漆酶具有高效氧化作用，可以有效降低空气中的污染物，从而降低空气污染程度。
总之，漆酶在制浆造纸工业中的应用已经成为当今社会发展的必要条件。
漆酶不仅可以有效降低浆料和空气中的污染物，而且还可以改善浆料的质量和提高造纸企业的生产效率。
因此，漆酶将在制浆造纸工业中发挥重要作用，这将有助于实现可持续发展。
酶在制浆造纸中的应用摘要：综合论述酶在制浆造纸各个工序中的应用，并将之与相应的物理化学处理方法比较，说明酶的特殊优势及其发展前景。
关键词：制浆造纸酶造纸工业是我国和世界经济的重要支柱产业之一，随着国家经济的迅速发展，对纸的需求迅速增加。
同时，随着人们环保意识的提高，对于造纸工业中产生的污染问题也越来越重视。
因此，需要我们发展更高效率、低能耗、低污染的制浆造纸技术。
在众多新兴的技术中，酶在制浆造纸工业中的应用具有很大的优势和潜力，拥有良好的发展前景。
1 酶在制浆过程中的应用1.1酶用于去皮（毛）在制浆造纸工艺中，备料是整个工艺流程的第一步。
高质量的机械浆或化学浆需要完全去皮，因为即使少量的树皮残留也会造成产品颜色变暗。
去皮要消耗大量能量而且导致原材料损失。
树皮以及形成层中果胶含量比较高，还含有半纤维素。
因此，果胶酶显得特别重要。
另外，木聚糖酶可能也有重要作用。
运用能水解果胶的酶预处理后在进行去皮，能耗下降80%。
但酶应用在该工序中最大的问题在于酶对形成层的渗透困难。
（毛[1]）1.2酶法除树脂（王）木片或纸浆中的树脂含有脂肪酸、树脂酸、甾醇、脂肪酸甘油脂、其他脂质和蜡类等，可能造成树脂粘附，导致停机与纸的质量下降等问题。
用不同的酯酶去除树脂非常有效。
不仅可以解决上述问题，还可以提高纸浆和纸的质量、减少化学漂白剂的小号、减低废水负荷以及节省存放木材的空间和投资。
这个方法已经在商业上取得应用。
树脂障碍是由树脂中的非极性成分，即甘油三酯造成的。
在使用以松木为生产原料造纸时，树脂障碍尤为严重。
树脂沉积在筛选机筛板、浓缩机下唇板、管道内壁及浆池表面、毛毯和吸水箱中，也可沉积在浆池、筛板、网前箱、造纸网、伏辊、压榨辊、烘缸、压光辊上。
这些沉积物降低脱水效率及纸页匀度、强度，形成树脂斑点和孔洞，造成产品质量下降，引起纸幅断头，树脂障碍严重的影响了生产。
传统控制树脂障碍的方法是将大批原木放在储木场老化和使用化学方法，用滑石粉、硫酸铝、分散剂或表面活性剂、螯合剂等使树脂或附着在纤维表面或稳定分散在浆水系统中而除去，但大量使用硫酸铝，对设备腐蚀严重，滑石粉用量相对较多，容易磨损设备，造成纸张容易掉粉掉毛，都不能从根本上解决树脂障碍问题。
酶在制浆造纸中的应用酶在制浆造纸中的应用漂白促进用木聚糖酶来促进硫酸盐浆ECF和TCF漂白，能够节约漂剂和/或提高浆料漂后白度。
纤维改性和脱墨淀粉酶和纤维素酶用于纤维改性和脱墨，能够促进油墨脱除、提高脱墨浆白度；改善滤水性及提高卫生纸的柔软度。
木素改性/废水处理漆酶用于木素改性和废水处理，可提高含机械浆浆料的湿强度和降低废水色度及BOD/COD值。
过氧化氢控制过氧化氢酶可监控和优化漂白中过氧化氢的用量。
漂白结束后，加入过氧化氢酶可降解残余过氧化氢。
树脂障碍控制用机械浆造纸过程中，脂肪酶用于树脂障碍控制可提高纸张强度，减少纸病，缩短停机时间并减少纸毯及辊子的清洗次数，从而改善纸品质量并提高生产经济效益。
淀粉改性淀粉酶使得纸厂可在现场对原淀粉进行改性用于表面涂布施胶，较直接购买商品变性淀粉，这样更为经济实用。
漂白促进经酶处理后，浆中可被洗出的木质素量增多，而且使残余的木质素也更易被漂剂脱除。
木聚糖酶能改善产品性能和工艺。
浆厂使用木聚糖酶助漂的主要优点在于：·节约无元素氯ECF和全无氯TCF漂白中的漂剂和/或提高浆料漂后白度·提高漂白能力不足的纸厂的产能·降低废水中可吸附卤化物AOX含量当漂白化学品用量不变时，用Pulpzyme HC对浆料进行处理可降低浆料卡伯值并提高其白度。
当保持同样的白度值时，Pulpzyme HC 预处理可节约漂白化学品用量。
此外，使用Pulpzyme HC对硫酸盐浆助漂，不需在设备上进行大额投资，也不必大规模改动工艺。
树脂障碍控制-- Resinase?脂肪酶可解决树脂障碍问题。
使用脂肪酶可避免由树脂障碍所引发的问题，如：停机损失、损纸和产品质量问题。
使用脂肪酶控制树脂的益处主要有以下两类：改善纸页质量·提高成纸强度·减少纸病提高生产经济效益和灵活度·减少纸幅断头引起的停机时间·减少纸毯和辊子的清洗次数·增加未经陈化的木材用量，提高成浆白度，使木材库存管理更容易·提高成纸强度，从而降低新闻纸厂的原料成本用于控制树脂的脂肪酶Resinase?，可大幅减轻由树脂引起的问题。
收稿日期:2004 07 19(修改稿)作者简介:张爱萍,女,1980年生;山东轻工业学院硕士研究生;主要研究方向:纤维资源的制浆造纸特性与生物技术应用。
E mail:zhap@漆酶在制浆造纸中的应用研究进展张爱萍 秦梦华 徐清华(山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科,山东济南,250100)摘 要:漆酶是一种多酚氧化酶,参与木素的降解或聚合,具有氧化木素的能力,在制浆造纸中的应用已拓展到脱墨、漂白、制浆、废水处理、增加湿强性能等诸多方面。
本文综述了近年来漆酶在制浆造纸工业中的应用研究进展。
关键词:漆酶;脱墨;漂白;湿强中图分类号:Q55文献标识码:A文章编号:1000 6842(2004)02 0161 05漆酶是一种含酮的多酚氧化酶(p diphenol oxidore ductase,EC 1 10 3 2),最早是1883年Yoshida 从漆树的分泌物中发现的[1],以后的研究进一步发现漆酶广泛存在于昆虫、植物和真菌中,尤其在一些能够降解天然木素的白腐菌(T versicolo r )中大量存在。
作为一种木素降解酶,漆酶可以降解生物体中的木素。
漆酶的氧化还原电势比较低,为300~800m V (对标准氢电极)[2],只能氧化降解木素中的酚型结构单元(图1),而不能氧化占木素90%的非酚型结构。
1990年[3]发现如果有低分子质量的化合物作为氧化还原介体,漆酶能氧化非酚型木素结构(图2),最适合的介体是一些酚型化合物和杂环如卟啉类化合物,这些介体物质有的来自真菌次生代谢产物或木素降解产物,如紫丁香醛和来自P ycno porus cinnabarinus 的3 羟基邻氨基苯甲酸(3 hydroxyanthranilicacid,3 HAA);有的来自人工合成化合物,如AB TS[2,2 联氨 二(3 乙基 苯并噻唑 6 磺酸)]、HB T (1 羟基苯并三唑)、VI O (紫尿酸)、NHA(N 羟基 N 乙酰苯胺)等[4]。
据报道,在氧气存在的条件下,漆酶能将介体转化成共介体,由于这种共介体尺寸较小,能够渗透进入纤维而与木素反应,脱木素机理基于自由基的形成[5 6]。
目前,漆酶在制浆造纸工业的诸多方面得到了广泛的应用,如二次纤维回用、漂白、制浆、废水处理、纤维性能的改善,湿强剂及纤维板制造等,本文就这些方面的研究进展进行了综述。
1 漆酶在二次纤维回用中的应用近年来,二次纤维在原料中所占的比例日益增加,脱墨技术引起了越来越多的关注,酶法脱墨是一种经济有效的脱墨方法,可以减少化学脱墨带来的环境污染,而且酶处理可以改善浆料滤水性能和纸页强度,降低漂白化学品用量。
图1 漆酶氧化酚型木素结构图2 漆酶介体体系氧化非酚型木素结构161Vol 19,No.2,2004Transactions of China Pulp and Paper中 国 造 纸 学 报酶脱墨有两种途径[7],一种是利用酶直接攻击油墨使油墨降解,如脂肪酶、酯酶等;另一种是通过改变纤维表面或附近的联接键使油墨脱离,并借助洗涤、浮选或两者结合的方法将脱离下来的油墨粒子除去,如纤维素酶、半纤维素酶、木素降解酶等。
木素降解酶可以通过氧化降解纤维表面的木素来达到脱除油墨的目的,这对于木素含量高的纸种(如新闻纸)的脱墨具有重要意义。
漆酶是一种木素降解酶,它在某些具有传递电子能力的介体和氧气的存在下,能够使木素发生氧化降解,在酶法脱墨中具有广阔的应用前景。
据Call 等报道[8],利用漆酶/介体体系对旧报纸进行脱墨,脱墨浆白度及可漂性略有提高。
徐清华、秦梦华等研究了漆酶介体体系对旧报纸的脱墨效果及其对后续漂白的影响,在通氧气的条件下加入漆酶和介体VIO(Violuric acid,紫尿酸)后脱墨浆的白度下降,并且随着漆酶用量的增加,脱墨浆的白度呈现下降趋势,这归因于漆酶/介体体系氧化木素时产生的发色基团[9],但脱墨浆可漂性明显提高,漂白后纸浆白度达到52 4%ISO,比对照浆提高4 2%ISO,物理性能也得到改善,裂断长和撕裂指数分别比对照浆提高了20%和13%。
研究还发现,漆酶与半纤维素酶的协同作用对旧报纸脱墨后漂白浆的质量有明显改善,漂白浆白度提高到60 4%ISO,比对照样提高了6 1%ISO,裂断长和撕裂指数分别比对照浆提高了22%和14%,这可能是由于木聚糖酶提高了漆酶/介体体系对纸浆的可及性[10]。
该研究结果已申请国家专利[11]。
2 漆酶在生物制浆中的应用2 1 漆酶在机械制浆中的应用生物机械制浆是指在机械制浆前利用真菌或酶对木片进行预处理,其原理是利用具有木素降解能力的微生物或酶选择性地分解植物纤维原料中的木素。
白腐菌能产生木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶,可以对木素进行有效的降解,成为近年来研究的热点。
瑞典造纸研究所率先开展这方面的工作,利用能降解木素的白腐菌对木片进行预处理,研究发现,经预处理后的木片进行磨浆可以显著降低磨浆能耗。
随后,美国研究者也对此进行研究,试验结果显示节能达30%,而且成纸强度也有提高,中试效果达到实验室水平[12]。
但是用真菌进行预处理周期较长,直接采用木素降解酶尤其是漆酶进行预处理,引起了广大研究者的兴趣。
据Jujiop [13]研究,在20~90 、pH 值2~10条件下用漆酶进行预处理,可以对原料中的木素进行改性,磨浆能耗明显降低,每吨浆能耗从1300kW h 降到850kW h,节省动力约30%,且机械浆的物理性能得到改善,纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平。
在漆酶活性0 5U/mL 、初始氧化还原电势100mV 及20 下,对云杉TMP 进行预处理,磨浆能耗降为1 27MJ/kg [14]。
研究还发现[15],用虫漆酶浸透辐射松可使磨浆能耗减少5%~8%,而且不影响纸浆的光学性质,撕裂度有所提高,用动态成形器抄纸的强度降低也比较小。
2 2 漆酶在化学制浆中的应用随着环境压力的增大,对制浆造纸废水尤其是含氯漂白工段的废水有了更严格的限制,降低进入漂白工段纸浆中的木素含量是降低废水毒性的一种行之有效的方法,也是目前常采用的方法。
在制浆前对原料进行生物处理,可以降低化学浆的残余木素量。
秦梦华等[16]研究发现,用漆酶和介体HBT 在蒸煮前对麦草进行预处理,可降低纸浆的卡伯值,提高纸浆的白度和强度。
漆酶和聚木糖酶的协同作用使纸浆的卡伯值进一步降低,与未经酶处理的化学浆相比,卡伯值降低19%,而且具有更高的裂断长和撕裂指数。
3 漆酶介体体系在漂白中的应用传统的含氯漂白产生大量有毒和强致癌性物质,对环境和人类造成了巨大危害,已逐渐被无氯漂白取代。
酶法漂白作为一种对环境友好的漂白技术引起了研究者的广泛兴趣,自1990年报道了漆酶在传递电子的介体帮助下能氧化非酚型木素模型化合物(图3)以来,漆酶介体的生物漂白成为研究的热点。
图3 生物漂白过程漆酶/介体体系降解木素机理示意图1994年Call 和Mucke [17]报道了一个漆酶介体系统,该系统能成功地处理硫酸盐浆、亚硫酸盐浆和溶剂浆,使纸浆卡伯值下降50%甚至更多,并进行了工厂中试,试验采用漆酶介体漂白+碱抽提+螯合处理+过氧化氢漂白(LEQP)的无氯漂白流程,纸浆得率、白度和物理性能都取得较好的结果,显示了良好的应用前景。
1996年,Bourbonnais 和Paice [18]用漆酶-AB TS 系统处理硫酸盐浆和亚硫酸盐浆,后经碱抽提,纸浆的卡伯值分别下降25%~40%和50%,也证明了漆酶介体漂白是一个很有发展潜力的生物漂白技术。
付时雨162中 国 造 纸 学 报第19卷 第2期等[19]利用漆酶添加介体NHA(N 羟基 N 乙酰苯胺)处理尾叶桉硫酸盐浆,再进行过氧化氢漂白,纸浆的卡伯值降低56%,白度可达81%ISO。
有研究证明[20],半纤维素酶处理不但可以作为过氧化氢漂白的预处理段,也可以作为漆酶处理硫酸盐浆进行脱木素的预处理段。
喻利等人[21]对漆酶和聚木糖酶协同漂白蔗渣硫酸盐浆进行了研究,发现漆酶介体体系与聚木糖酶同时或前后处理蔗渣硫酸盐浆,在一定程度上提高了纸浆的漂终白度和强度。
据林鹿等[22]报道,用不同的酶处理桉木硫酸盐浆,以漆酶与木聚糖酶的协同作用最好,处理后纸浆白度提高,粘度降低较小,而且可以明显提高后续过氧化氢的漂白效果,这主要是由于经漆酶和木聚糖酶处理后,木素与半纤维素可直接降解溶出。
最近新发现了一种虫漆酶载体asiumoctacyanomolybdate,一般情况下,氧漂针叶木浆与虫漆酶充分反应后,后续的碱处理可以脱除约50%的木素,如果再进行一次酶处理,后续的碱处理还可以脱除20%的木素,这样可以提高氧及过氧化氢的漂白效果,把麦草化学浆用木聚糖酶和虫漆酶的载体处理之后,可以使碱抽提段木素含量减少60%[15]。
4 漆酶在造纸废水处理中的应用在处理造纸废水方面,漆酶及能产生漆酶的真菌已显示出它特有的作用。
氯化木素及其氧化产物是漂白废水颜色和毒性的主要来源[23]。
据J Dec和J M Bollay研究发现[24],漆酶的去毒作用是通过酚的聚合反应实现的,漆酶可催化氯酚生成低聚物,聚合产生的不溶性沉淀可以通过沉降、过滤去除,这样可以去除浓度高达1600mg/L的取代酚。
另外,研究表明[25],各种真菌系统中的漆酶都能迅速地将许多有毒的多氯酚和愈创木酚部分脱氯,但2 氯酚和4 氯酚除外。
据林鹿等人[26]研究发现,漆酶可以脱除桉木硫酸盐浆CEH漂白废水中40%以上的有毒物质。
与一般方法相比,采用漆酶处理造纸废液中有机氯化物,具有催化效能高,反应条件温和,对反应条件、反应设备的要求不苛刻等优点。
漆酶还可用于废水脱色,Elithbeth[27]等采用白腐菌对工业染料进行脱色,并对培养液的粗抽提液进行了分析,表明只有漆酶活力和染料的脱色效果呈正相关,说明漆酶在其中起到重要的作用。
单独用漆酶对桉木硫酸盐浆CE H漂白废水进行脱色,脱色率为24%左右[26]。
将漆酶和辣根过氧化物酶与L-酪氨酸共聚形成有酶活性的水不溶性聚合物,将此聚合物固定于凝胶颗粒,能进一步提高酶处理对纸浆厂废水的脱色效率[28]。
5 漆酶对改善纸浆纤维性能的作用Ken K Y Wong等人[29]用漆酶介体体系预处理卡伯值为70和94的辐射松硫酸盐浆,卡伯值为70的纸浆成纸后抗张强度有提高,而卡伯值90的纸浆成纸后物理性能提高不大,他们认为漆酶预处理可能对卡伯值低于70的纸浆成纸物理性能提高较显著。
另外对低卡伯值的化学浆研究表明,在全无氯漂白前用漆酶介体体系进行预处理,可以提高纸浆的结合强度[30],赋予成纸更高的撕裂-抗张关系[31]。
Mansfield[32]用漆酶处理经蒸汽和螺旋挤压后的木片,在相同游离度时提高了机械浆的抗张强度。
