木聚糖酶在纸浆漂白中应用的研究现状

木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，酶系的组成比较复杂，它主要包括作用于主链的内切一1，4一p木聚糖酶和木糖苷酶，一般而言，前者从主链内部作用于木糖苷链，可随机将木聚糖主链降解成短链的低聚木糖；而后者作用于短链的低聚木糖，从非还原性末端释放出木糖。木聚糖酶在制浆造纸工业中有着广泛的应用前景，它可以应用于生物制浆、纸浆漂白、废纸二次纤维回收、废纸脱墨处理及纸张表面处理等，特别是其在纸浆生物漂白中的巨大应用潜力早已引起各界同行的高度关注。

　　研究发现，无论是阔叶材还是针叶材硫酸盐浆及其他化学浆，无论是与传统的氯漂序配合还是与先进的无氯漂序相配合，采用木聚糖酶处理均可以促使纸浆中残余木质素的降解和溶解性木质素的抽除，不但可以提高纸浆的白度和白度稳定性，改善纤维的滤水性和造纸性能，而且可以大大减少后续漂序化学试剂的用量，从而降低纸浆漂白对环境产生的污染。许多微生物以木质纤维原料为碳源会同时产生木聚糖酶和纤维素酶。在采用木聚糖酶进行生物漂白时，其中或多或少存在一定量的纤维素酶，纤维素酶主要包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和纤维二糖酶，纤维素酶会降解纤维素，导致浆料强度下降，得率降低，但是少量纤维素酶活的存在，不仅能够更有效地脱除木质素，而且会改善浆料的滤水性和脆性。木聚糖酶和纤维素酶各组分对纸浆的作用效果和对纸浆强度的影响也会有所不同。本文系统的评述了木聚糖酶系的结构对纸浆性能的影响，以及木聚糖酶的助漂机理。

　　1 纸浆中的半纤维素

　　纸浆中的半纤维素对纤维形态和纸的物理性质起着十分重要的作用，适当的保留半纤维素不但可以提高浆的得率，而且可以增强浆的强度。尽管天然木材中的半纤维素分布在整个纤维细胞壁中，但是硫酸盐浆中的半纤维素集中在微纤丝的外层，因此，半纤维素对纤维、水和制浆化学品之间的化学反应起着非常重要的决定作用。在制浆过程中，半纤维素的结构发生了很大变化。在硫酸盐制浆过程中，木片被氢氧化钠和硫化钠蒸煮，半纤维素中的乙酰基被完全除去，葡萄糖醛酸基的数量也显著减少。

　　在常规的硫酸盐蒸煮过程中，针叶材木聚糖比阔叶材木聚糖表现出较大的抗拒性，主要由于存在阿拉伯糖基，在剥皮反应时阿拉伯糖基易从主链上消去，同时生成偏变糖酸首端基，从而抗拒进一步发生剥皮反应，使主链稳定。在硫酸盐蒸煮过程的加热阶段，碱浓度相对较高，部分木聚糖溶解在浆液中，随着蒸煮的进行，碱浓度不停下降，当降至临界点时，短链木聚糖或多或少以结晶形式沉积到微纤丝表面上，很明显阿拉伯糖基和葡萄糖醛酸基在1，4一吡喃木糖链上突出，妨碍了结晶的形成，在蒸煮过程中它们的除去提高了木聚糖的结晶趋势。木糖基的构型允许木聚糖和纤维素之间有紧密的联系，这可能是由于部分木聚糖除去取代基后趋向于与浆中纤维素发生共结晶，吸附在纤维表面上，尽管部分木聚糖在蒸煮过程中没有溶解，但有相当一部分木聚糖是通过再吸附和沉积的方式存在于纸浆中的。在硫酸盐蒸煮过程中，木聚糖的沉积和木质素的沉积是同时进行的，这些沉积的聚合物通过化学键互相连接，针叶材中部分葡甘聚糖也溶解在碱液中，但由于其不稳定，在130摄氏度时很短的时间内就会被完全降解，因此，无论是针叶材还是阔叶材，浆中葡甘聚糖的量比木聚糖都要低，然而，存在于纤维中的葡甘聚糖是非常稳定的，它们不溶解。在常规的松树硫酸盐浆中，木聚糖大约有1／2是沉积木聚糖；在桦木硫酸盐浆中，沉积木聚糖大约占浆量的3％，是浆中全部木聚糖的5％-10％，木聚糖分子似乎更偏爱吸附那些低糖醛酸基溶解木聚糖。在亚硫酸盐蒸煮过程中，半纤维素更加彻底溶解成单糖和低聚糖，没有沉积现象发生，因此，残留半纤维素分布在整个细胞纤维中，亚硫酸盐浆比硫酸盐浆具有更低的戊糖含量和更多的可溶性半纤维素成分。在亚硫酸盐蒸煮过程中，由于阿拉伯糖基的除去，针叶材中的O一甲基葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖变成4一O一甲基葡萄糖醛酸木聚糖，酸性亚硫酸盐浆比硫酸盐浆具有更多葡甘聚糖。