漆酶用于纸浆脱木素及其漂白的研究

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漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,能够氧化多种酚类和芳胺类化合物,并同时将氧分子还原为水。漆酶能够直接作用于木质素,氧化降解酚型木质素结构单元,在某些能够传递电子的小分子介体存在条件下,可以对非酚型的木质素结构单元起到氧化降解的作用。因此漆酶在纸浆生物漂白、工业废水处理、有机染料脱色和高分子催化合成等方面,表现出了很大的研究价值和应用潜力,漆酶被认为是制浆造纸工业中最具有发展前景的酶。目前可作为漆酶反应的介体大都由人工合成,这些介体的价格昂贵不利于企业经济效益的实现;另外人工合成介体都具有很强的毒性,会对环境产生污染。在这一背景的基础上,本文首先用响应面分析法优化漆酶/介体体系对NaOH-AQ玉米秆浆的处理工艺,以降低介体(HBT)用量为第一目标,其次是缩短反应时间,目标白度为85%ISO。经过响应面的分析优化得出漆酶/介体体系处理的最优反应工艺条件为:漆酶用量27.7IU/g,HBT用量为1%odp,处理时间为4.2h。漆酶与H2O2之间在反应时,在二者之间会生成一种稳定的具有高亲和力的复合物,在无氧条件下漆酶能被氢醌还原,生成氢醌-酶中间复合物,而后中间复合物转变为半醌和带一价铜的漆酶L-Cu(Ⅰ),用H2O2可代替O2氧化带一价铜的漆酶,转换成为原来带二价铜的漆酶。H2O2和漆酶之间在较短时间内存在协同作用,加入少量H2O2能提高漆酶催化反应的速率,漆酶能够在较短的时间内催化H2O2的分解。但是有关漆酶/H2O2协同作用处理纸浆的研究尚未见报道,本文首次提出在漆酶处理阶段添加少量H2O2,组成漆酶/过氧化氢体系(LHPS),探讨H2O2是否利于漆酶对纸浆的漂白。用单因素实验方法优化实验室自行培养的毛柄金钱菌漆酶处理硫酸盐桉木浆的最优工艺条件:漆酶10IU/g,55℃,pH4,90min。在最优漆酶处理工艺基础上优化LHPS体系中H2O2的最优用量为0.4%odp。比较产自不同菌种的漆酶采用不同的漂白体系(漆酶、漆酶/介体体系、漆酶/木聚糖酶体系、漆酶/H2O2体系)对纸张物理强度性质和返黄值的影响,结果表明,用漆酶/介体体系处理的纸浆可以保持很好的物理强度性质和较高的白度稳定性。为了进一步求证漆酶/H2O2体系对是否对纸浆漂白确实存在积极作用,选用两种不同的漆酶(商品漆酶、实验室自行培养的贝壳状革耳菌漆酶)组成不同的生物漂白体系处理苇浆,测定不同体系的卡伯值、白度以及纸张的物理强度性质和返黄值。结果表明,在获得较高白度和较低卡伯值的同时,用漆酶/H2O2体系处理纸浆可以保持较好的物理强度性质,并且不易返黄。不同漆酶体系对苇浆的处理结果表明漆酶/H2O2体系对纸浆的漂白能起到积极的作用,而不是只对于特定菌种的漆酶和特定的浆种有效,从而为漆酶在制浆造纸工业中的实际应用奠定了基础。
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