專利名稱：化學(xué)紙漿的木聚糖酶處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漂白紙漿的方法。更特別地，本發(fā)明涉及使用木聚糖酶漂白紙漿的方法。
背景技術(shù)：
漂白的化學(xué)紙漿的生產(chǎn)是世界范圍內(nèi)的一項主要工業(yè)。每年要生產(chǎn)5千萬噸以上的漂白紙漿。漂白的化學(xué)紙漿是所有類型白紙包括在影印紙、書寫紙及包裝紙中所用白紙的最大成分。另外，漂白的化學(xué)紙漿還用于賦予低廉紙張以強(qiáng)度，如新聞用紙。漂白的化學(xué)紙漿由于其白度及潔凈度高、白度穩(wěn)定性、高強(qiáng)度及其提供的方便及均勻的印刷表面而具有很大的市場。當(dāng)有顏色的而且降低纖維素的纖維內(nèi)結(jié)合的木質(zhì)素幾乎完全從紙漿中除去后可獲得這些品質(zhì)。
在化學(xué)制漿過程中，配料(或原料)主要由木材碎片組成，將其加入稱為蒸煮器的一個反應(yīng)室中，用化學(xué)物處理以溶解紙漿中的木質(zhì)素。本領(lǐng)域已知一些化學(xué)制漿方法。兩種主要的化學(xué)制漿方法是硫酸鹽制漿，其中將紙漿在堿性液體中蒸煮，和亞硫酸鹽制漿，其中將紙漿在酸性液體中蒸煮。硫酸鹽制漿和亞硫酸鹽制漿均可以批次或連續(xù)在蒸煮器中進(jìn)行。
制漿過程的一個主要目的是釋放原料中與纖維素纖維結(jié)合的木質(zhì)素。制漿溶解原材料中85％到95％的木質(zhì)素。在制漿步驟后，將紙漿用水洗滌以除去溶解的木質(zhì)素。
雖然制漿除去原材料中大多數(shù)木質(zhì)素，但其不能除去所有的木質(zhì)素而且不破壞原料的纖維素纖維。剩余的木質(zhì)素通過漂白從紙漿中除去。
紙漿漂白方法可以由許多步驟組成。例如，在制漿后，紙漿漂白方法可包括堿性氧脫木素步驟(0)、酶處理步驟(X)、一或多次二氧化氯步驟(D)及一或多次堿抽提步驟(E)。紙漿漂白方法還可以包括一或多次水洗，或者每個步驟均可包含一個作為最后步驟的水洗步驟。因此，其中紙漿使用三次二氧化氯漂白步驟及兩次堿抽提步驟漂白的一個代表性的紙漿漂白順序可以表示為D-E-D-E-D。相似地，其中紙漿進(jìn)行一次堿性氧脫木素步驟、一次酶處理步驟、三次二氧化氯漂白步驟及兩次堿抽提步驟的紙漿漂白順序可以表示為O-X-D-E-D-E-D，其中每個步驟后均加以水洗。
造紙廠普遍在進(jìn)行紙漿化學(xué)漂白之前進(jìn)行堿性氧脫木素步驟。這個方法由將紙漿與氧和堿在高溫(大約100℃)反應(yīng)大約1小時組成。堿性氧脫木素使紙漿中木質(zhì)素量減少35-50％，但這個方法對紙漿不利而且通常伴隨紙漿中一些纖維素纖維的破壞。在堿性氧脫木素后，將紙漿如前述洗滌以除去溶解的木質(zhì)素。
在堿性氧脫木素之后的漂白步驟通常是用氧化化學(xué)物進(jìn)行化學(xué)漂白，最常用的是二氧化氯(ClO2)。然而，已經(jīng)描述了一些方法可以在化學(xué)漂白之前促進(jìn)或增強(qiáng)紙漿漂白。例如，用木聚糖酶的酶處理可用于在化學(xué)漂白之前增強(qiáng)紙漿漂白。
在制漿及造紙業(yè)中使用木聚糖酶可以增強(qiáng)紙漿的漂白及降低漂白步驟中使用的氯化物量(Erickson，1990；Paice等，1988；Pommier等，1989)。就木聚糖酶的漂白作用已經(jīng)提出了一些機(jī)制。一個機(jī)制是木質(zhì)素通過木聚糖與晶體纖維素連接，而木聚糖酶通過水解木聚糖從紙漿中釋出有色的木質(zhì)素而促進(jìn)紙漿漂白。另一個提出的機(jī)制是木聚糖酶除去木聚糖從而改善紙漿的堿抽取能力。不論機(jī)制如何，木聚糖酶處理使得隨后的漂白化學(xué)物如氯、二氧化氯、過氧化氫或這些化合物的組合與沒有木聚糖酶的情況相比更有效地漂白紙漿。在化學(xué)漂白之前用木聚糖酶預(yù)處理紙漿可以增加最終紙制品的白度和質(zhì)量，并降低必須用于漂白紙漿的氯化物量。這樣又減少了這種方法產(chǎn)生的氯化物污水。
木聚糖酶已經(jīng)從許多生物體包括細(xì)菌和真菌中分離。通常，真菌木聚糖酶在酸性pH，大約3.5到5.5的范圍內(nèi)，及大約50℃溫度下呈現(xiàn)最佳活性。相反，細(xì)菌木聚糖酶在pH5到pH7及50℃和70℃之間的溫度呈現(xiàn)最佳活性。然而，有在其它條件下呈現(xiàn)最佳活性的其它木聚糖酶。例如，Campbell等的US 5405789揭示了構(gòu)建的來自環(huán)狀芽孢桿菌(Bacillus circulans)的低分子量木聚糖酶的熱穩(wěn)定突變體。Sung等的US 5759840揭示了修飾來自里氏木霉(Trichoderma reesei)的木聚糖酶11家族以與天然木聚糖酶相比改良了嗜熱性、嗜堿性和熱穩(wěn)定性。Fukunaga等的US 5916795揭示了來自桿菌(Bacillus)的熱穩(wěn)定木聚糖酶。Shah等的題目為“Xylanase Treatment ofOxygen-Bleached Hardwood Kraft Pulp at High Temperature andAlkaline pH Levels Gives Substantial Savings in Bleaching Chemicals”的文章(J.of Pulp and Paper Science，vol26 No.1，2000年1月No.1，在此并入?yún)⒖?揭示了用來自海棲熱袍菌(Thermotoga maritime)的木聚糖酶在pH10及90℃下處理氧脫木素化的硬木紙漿，并隨后漂白該紙漿。這些文獻(xiàn)揭示了在化學(xué)漂白之前使用木聚糖酶酶促處理紙漿。然而，這些文獻(xiàn)無一提示在化學(xué)漂白步驟之后使用木聚糖酶處理紙漿。
在典型的紙漿漂白過程中的下一步驟通常是用二氧化氯、氯或者在一些情況中使用二氧化氯及其它氧化漂白劑組合進(jìn)行漂白。例如，在化學(xué)漂白過程中第一次二氧化氯漂白步驟通常稱為D0或D100步驟。隨后的二氧化氯漂白步驟稱為D1，D2等等。在沒有堿性氧脫木素步驟的漂白紙漿的工廠中，D0步驟是第一個化學(xué)漂白步驟。D0步驟通常在pH1.5到3.0進(jìn)行。在少數(shù)工廠中，可以在ClO2中加入最多30％到50％的氯氣以努力實現(xiàn)較高效地除去木質(zhì)素，這樣的工廠越來越少。這個步驟稱為CD步驟。在D0或CD步驟后，將紙漿進(jìn)行水洗及堿抽提。堿抽提是用氫氧化鈉或碳酸鈉將紙漿pH調(diào)節(jié)為9.0到12.0在60℃到120℃溫度下進(jìn)行30到90分鐘。在堿抽提步驟后，將紙漿用水洗。重復(fù)二氧化氯漂白步驟、水洗及堿抽提步驟直至紙漿適當(dāng)漂白。在大多數(shù)情況中，在紙漿適當(dāng)漂白之前需要在二氧化氯步驟和堿抽提步驟之間交替進(jìn)行兩到三次的酸性和堿性漂白。
在目前所有商業(yè)應(yīng)用中，木聚糖酶的應(yīng)用包括在第一次二氧化氯步驟之前進(jìn)行木聚糖酶處理步驟。這導(dǎo)致紙漿與以相似方式處理但未用木聚糖酶處理的紙漿相比亮度增加?；蛘?，當(dāng)紙漿在漂白之前用木聚糖酶處理時，與在漂白之前未用木聚糖酶處理的紙漿相比，使用較少量的漂白化學(xué)品即可達(dá)到特異的亮度水平。
美國專利No.5645686揭示了通過一系列處理步驟漂白化學(xué)紙漿的一種方法，包括至少一個用過氧化氫的步驟及至少一個用過氧酸的步驟。該專利還揭示了與紙漿漂白順序組合的一個木聚糖酶處理步驟。該專利未提示在紙漿漂白過程中的二氧化氯漂白后進(jìn)行木聚糖酶處理，其僅應(yīng)用一次二氧化氯漂白步驟。另外，沒有關(guān)于是否在第一次二氧化氯漂白步驟之后進(jìn)行的木聚糖酶處理步驟與其中木聚糖酶處理是在第一次二氧化氯漂白步驟之前進(jìn)行的木聚糖酶處理的紙漿漂白順序相比在增強(qiáng)紙漿漂白中是更有效的教導(dǎo)。
WO 91/05908揭示了一種生產(chǎn)漂白的木質(zhì)纖維紙漿的方法，所述紙漿與氯的有機(jī)結(jié)合降低及回色降低。該方法要求在主要應(yīng)用氯的化學(xué)漂白步驟之后用木聚糖酶處理紙漿。該參考文獻(xiàn)教導(dǎo)在氯漂白步驟之后進(jìn)行木聚糖酶處理與在氯漂白步驟之前進(jìn)行木聚糖酶處理對紙漿漂白的效力不同。該參考文獻(xiàn)未說明在目前大多數(shù)工廠應(yīng)用的隨后進(jìn)行木聚糖酶處理步驟的二氧化氯漂白步驟是否能增強(qiáng)紙漿的漂白。
Wong等發(fā)表的題目為“Xylanase Pre-and Post-treatments ofBleached Pulps Decrease Absorption Coefficient”的文章(2000.J.ofPulp and Paper Sciecnce Vol.26 No.10 377-383，在此并入?yún)⒖?教導(dǎo)對紙漿進(jìn)行木聚糖酶處理作為部分或全部化學(xué)漂白過程的最后步驟。然而，該參考文獻(xiàn)教導(dǎo)在化學(xué)漂白之后用木聚糖酶處理紙漿與常規(guī)在化學(xué)漂白之前用木聚糖酶處理紙漿相比，紙漿的亮度僅少量增加。
在紙漿漂白過程中用木聚糖酶處理與不包含木聚糖酶處理的相同紙漿漂白過程相比，一般導(dǎo)致紙漿漂白增強(qiáng)，本領(lǐng)域需要提高木聚糖酶處理的效力。制漿業(yè)面臨減少含氯漂白化學(xué)品如氯及二氧化氯應(yīng)用的壓力，因此可以整合入紙漿漂白過程中以降低含氯漂白化學(xué)品的應(yīng)用或者降低使用這些化學(xué)制劑所產(chǎn)生的毒性污水的任何方法對制漿業(yè)而言都是非常重要及有價值的。工業(yè)上在漂白步驟中使用的化合物如二氧化氯量及在堿抽提步驟中使用的氫氧化鈉和過氧化氫量的減少還可以節(jié)約資金。改良木聚糖酶處理的效力可以進(jìn)一步減少化學(xué)品的應(yīng)用。
本領(lǐng)域需要漂白紙漿的新方法及更有效的方法。另外，本領(lǐng)域需要可以整合入現(xiàn)有紙漿漂白過程中的方法以提高漂白過程的效力并降低含氯漂白化合物的使用或者降低使用這種化學(xué)品所產(chǎn)生的毒性污水。本領(lǐng)域還需要通過減少化學(xué)品的應(yīng)用而節(jié)約資金。
本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中的缺點。
上述目的通過主要權(quán)利要求的特征組合來體現(xiàn)。副權(quán)利要求揭示了本發(fā)明實施方案的進(jìn)一步的優(yōu)點。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及漂白紙漿的方法。更特別地，本發(fā)明涉及使用木聚糖酶漂白紙漿的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種漂白化學(xué)紙漿的方法，所述方法包括如下步驟a)將化學(xué)紙漿暴露于二氧化氯漂白步驟以產(chǎn)生部分漂白的紙漿；b)在溫和抽提步驟中將部分漂白的紙漿用木聚糖酶在pH為大約3到8，更優(yōu)選大約5到8的條件下處理；c)將經(jīng)酶處理的紙漿暴露于第二次二氧化氯漂白步驟，在第一次二氧化氯漂白步驟和第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。
本發(fā)明的方法用更溫和的抽提步驟代替常規(guī)的堿抽提步驟，所述堿抽提步驟典型地是在pH10.0-12.0在70℃到120℃進(jìn)行。在存在木聚糖酶的情況中，所述抽提步驟在接近中性至酸性pH條件下，在低如60℃的溫度下進(jìn)行。通過使用溫和的抽提步驟，工廠可以減少用于達(dá)到高pH所使用的氫氧化鈉或其它堿的使用。工廠還可以減少使用漂白化學(xué)品如二氧化氯的使用。工廠還可以避免可導(dǎo)致纖維素纖維破壞或降解的不利抽提條件，因此使得生產(chǎn)的紙漿與常規(guī)生產(chǎn)的紙漿相比具有較高的強(qiáng)度和/或較高的產(chǎn)量。
在工廠中紙漿漂白方法可作為較大紙漿漂白過程的一部分進(jìn)行。另外，化學(xué)紙漿可包括硫酸鹽漿、堿法紙漿或亞硫酸鹽漿。
根據(jù)本發(fā)明方法，在第一個漂白步驟之前可以進(jìn)行堿性氧脫木素步驟。
本發(fā)明的方法中可以使用在溫和抽提步驟的條件下是活性的任何木聚糖酶。例如但非限于，所述木聚糖酶可選自BioBriteTMEB木聚糖酶、野生型里氏木霉(Trichoderma reesei)木聚糖酶II，TrX-HML-AHAE，TrX-HML-GHAE，TrX-HML-ARAE，TrX-HML-GRAE，TrX-HML-GPHAE及TrX-HML-GPRAE。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種漂白化學(xué)紙漿的方法，所述方法包括如下步驟a)在第一次酶處理步驟中用第一種木聚糖酶處理化學(xué)紙漿以生產(chǎn)酶處理的紙漿；
b)將酶處理的紙漿暴露于第一次二氧化氯漂白步驟以生產(chǎn)部分漂白的紙漿；及c)將部分漂白的紙漿在溫和抽提步驟中用第二種木聚糖酶在pH為大約3到8，優(yōu)選大約5到8的條件下處理；及d)將酶處理的紙漿暴露于第二次二氧化氯漂白步驟，在第一次二氧化氯漂白步驟和第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。
還是根據(jù)上述本發(fā)明的方法，在第一次酶處理步驟中用第一種木聚糖酶處理化學(xué)紙漿的第一個步驟之前進(jìn)行堿性氧脫木素步驟。
另外，如上根據(jù)本發(fā)明，第一種木聚糖酶與第二種木聚糖酶可以不同，或者第一種木聚糖酶可以與第二種木聚糖酶相同。第一種木聚糖酶或第二種木聚糖酶可選自如下一組可商購自Iogen公司的BioBriteTMEB木聚糖酶，野生型里氏木霉木聚糖酶II，或者其它合適的木聚糖酶。另外，第一次酶處理步驟的條件與第二次酶處理步驟的條件可以不同，或者第一次酶處理步驟的條件可以與第二次酶處理步驟的條件相同。
根據(jù)上述本發(fā)明的方法，所述方法之后可以進(jìn)行一或多次酶處理步驟、化學(xué)漂白步驟、水洗及抽提步驟。因此，本發(fā)明的紙漿漂白方法可以形成一更詳盡或更復(fù)雜的紙漿漂白過程的一部分。
本發(fā)明的紙漿漂白方法與本領(lǐng)域已知的常規(guī)紙漿漂白方法相比，其增強(qiáng)了紙漿的漂白。另外，本發(fā)明的紙漿漂白方法易于整合入本領(lǐng)域目前應(yīng)用的紙漿漂白方法中。
上述方法中使用的二氧化氯漂白步驟可以包含二氧化氯或者二氧化氯與至少一種其它漂白劑，所述其它漂白劑選自氯、臭氧、過氧化氫或其組合，由此二氧化氯在二氧化氯漂白步驟中是更豐富的漂白劑。二氧化氯漂白可以在pH為大約1和大約5之間，但優(yōu)選在大約1.5到大約3之間進(jìn)行。
并且，根據(jù)上述本發(fā)明的方法，在酶處理步驟中用木聚糖酶處理化學(xué)紙漿步驟之前可進(jìn)行堿性氧脫木素步驟。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種紙漿漂白方法，所述方法包含選自如下一組的順序a)Do-X-D-E-D；b)Do-X-D-X-D；c)Do-X-D-D；d)O-Do-X-D-E-D；e)O-Do-X-D-D；f)Do-Xop-D-E-D；g)X-Do-Xop-D-E-D；及h)X-Do-X-D-E-D其中，Do是二氧化氯漂白步驟，X是溫和抽提木聚糖酶處理步驟，D是二氧化氯漂白步驟，E是堿抽提步驟，Xop是包含木聚糖酶、氧和過氧化氫的溫和抽提步驟。
這個概述不需要描述本發(fā)明的所有必需特征，本發(fā)明也可以在于所述特征的亞組合。
優(yōu)選的實施方案描述本發(fā)明涉及漂白紙漿的方法。更特別地，本發(fā)明涉及使用木聚糖酶漂白紙漿的方法。
以下描述僅是例證了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案而無限制進(jìn)行本發(fā)明產(chǎn)生效果的必需特征組合之意。
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供了一種漂白化學(xué)紙漿的方法，所述方法包括如下步驟a)將化學(xué)紙漿暴露于二氧化氯漂白步驟以產(chǎn)生部分漂白的紙漿；b)在溫和抽提步驟中將部分漂白的紙漿用木聚糖酶在pH為大約3到8，優(yōu)選大約5到8的條件下處理以產(chǎn)生酶處理的紙漿，及；c)將經(jīng)酶處理的紙漿暴露于第二次二氧化氯漂白步驟，在第一次二氧化氯漂白步驟和第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。
優(yōu)選第一次二氧化氯漂白步驟在該步驟最后包含一個水洗步驟，之后在溫和抽提步驟中用木聚糖酶處理部分漂白的紙漿。更優(yōu)選二氧化氯漂白步驟和溫和抽提步驟在每個步驟最后均包含一個水洗步驟。另外，本發(fā)明的紙漿漂白方法可以在工廠中作為復(fù)雜的紙漿漂白過程的一部分進(jìn)行。
本發(fā)明還涉及一種如上述的漂白化學(xué)紙漿的方法，其中一些漂白步驟包含過氧酸。
術(shù)語“化學(xué)紙漿”是指已經(jīng)通過化學(xué)制漿處理的任何類型的原始(virgin)纖維、二級纖維、木質(zhì)或非木質(zhì)纖維、軟木、硬木或其混合物，例如但非限于硫酸鹽漿、堿法紙漿或亞硫酸鹽漿，隨后處于適于漂白的形式。優(yōu)選地，所述化學(xué)紙漿包含原始纖維?；瘜W(xué)紙漿還包括在進(jìn)行本發(fā)明方法之前已經(jīng)暴露于堿性氧脫木素步驟的硫酸鹽漿、堿法紙漿或亞硫酸鹽漿。所述堿性氧脫木素步驟優(yōu)選隨后水洗，之后再進(jìn)行第一次二氧化氯步驟。與生產(chǎn)化學(xué)紙漿包括硫酸鹽和亞硫酸鹽漿相關(guān)的其它條件見“Pulp BleachingPrinciples and Practice”所述(Dence和Reeve編輯，1996，在此并入?yún)⒖?。
術(shù)語“二氧化氯漂白步驟”是指用二氧化氯或者二氧化氯與氯、臭氧、過氧化氫、氯和臭氧或者氯和過氧化氫的組合物處理紙漿。優(yōu)選二氧化氯在二氧化氯漂白步驟中是更豐富的漂白劑?？捎糜诒景l(fā)明方法中的二氧化氯漂白的其它方面見Dence和Reeve所述(1996，PulpBleachingPrinciples and Practice)。
在一個優(yōu)選的實施方案中，第一次二氧化氯漂白步驟在pH為大約1到大約5，優(yōu)選在大約1.5到大約3的范圍內(nèi)進(jìn)行。該步驟的溫度優(yōu)選為50℃到70℃，反應(yīng)時間為5分鐘到60分鐘。加入紙漿中的二氧化氯量為5到25kg/噸紙漿。這些條件與制漿廠中第一次二氧化氯漂白步驟的條件相似，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知這些條件。
溫和抽提步驟在pH為大約3到8下進(jìn)行。在這個范圍內(nèi)，與在pH10到12.5，70℃到120℃溫度下的常規(guī)堿抽提相比，需要明顯較低量的氫氧化鈉或其它堿調(diào)節(jié)紙漿的pH。優(yōu)選溫和抽提步驟的pH為大約5到8，最優(yōu)選為pH7到8。該pH在該步驟結(jié)束時、在塔末端或在洗滌槽(washer vat)中測定。紙漿濃度優(yōu)選為5％到10％。
溫和抽提步驟任選包括過氧化氫、氧或者在常規(guī)堿抽提步驟中經(jīng)常使用的這些化合物的組合。當(dāng)使用氧時，優(yōu)選以相應(yīng)于3到9kg/噸紙漿的水平加入。過氧化氫優(yōu)選以2到7kg/噸紙漿水平應(yīng)用。在常規(guī)堿抽提步驟中通常使用的添加劑如硫酸鎂也可以在溫和抽提步驟中使用。
所述溫和抽提步驟優(yōu)選在50℃到80℃溫度下進(jìn)行。在溫和抽提步驟的條件下能水解木聚糖并增強(qiáng)紙漿漂白的任何木聚糖酶均可以用于本發(fā)明的方法中。所述木聚糖酶在該步驟的pH值和溫度下必須是活性的，而且必須對也許存在的氧、過氧化氫和添加劑有抗性。
所述木聚糖酶劑量優(yōu)選為0.5到2.0木聚糖酶單位/g紙漿。測定木聚糖酶單位的方法在實施例2中描述。
野生型和遺傳修飾的木聚糖酶均可以應(yīng)用于本發(fā)明的方法中。例如但非限于，可用于本發(fā)明方法中的木聚糖酶包括真菌木聚糖酶和細(xì)菌木聚糖酶，真菌木聚糖酶在大約3.5到大約5.5的酸性pH范圍內(nèi)及大約50℃的溫度下呈現(xiàn)最佳活性，細(xì)菌木聚糖酶在pH5到7及在大約50℃和70℃溫度之間的范圍內(nèi)呈現(xiàn)最佳活性。而且本發(fā)明還涵蓋了在其它條件下使用其它木聚糖酶如但非限于野生型、熱穩(wěn)定及耐堿木聚糖酶，如US 5405789和Sung的US Serial No.60/213803所教導(dǎo)(在此并入?yún)⒖?，US 5405789揭示了來自環(huán)狀芽孢桿菌的低分子量突變體，US Serial No.60/213803揭示了相對于野生型木霉木聚糖酶或者野生型嗜熱酶，具有提高的嗜熱性和嗜堿性的木聚糖酶。另外，可用于本發(fā)明方法中的其它木聚糖酶包括熱穩(wěn)定木聚糖酶如Caldocellum saccharolyticum，海棲熱袍菌和棲熱袍菌屬(Thermotogasp.)菌株FJSS-B.1(Luthi等，1990；Winterhalter等，1995；Simpson等，1991；在此并入?yún)⒖?。本發(fā)明的方法還涵蓋了衍生自但非限于里氏木霉木聚糖酶I、綠色木霉(Trichoderma viride)木聚糖酶、淺青紫鏈霉菌(Streptomyces lividans)木聚糖酶B、淺青紫鏈霉菌木聚糖酶C或者其它非11家族木聚糖酶例如但非限于Caldocellumsaccharolyticum、海棲熱袍菌和棲熱袍菌屬菌株FJSS-B.1的木聚糖酶的應(yīng)用。
這些木聚糖酶的遺傳修飾的變體也可以組合或單獨用于本發(fā)明的酶處理步驟中，只要其在溫和抽提步驟的條件下能增強(qiáng)紙漿的漂白，即增強(qiáng)從紙漿中除去木質(zhì)素。遺傳修飾的變體與相應(yīng)的野生型木聚糖酶相比在更廣泛的pH、溫度或者氧或過氧化氫濃度的范圍內(nèi)可具有較好的能力。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然了解一些天然木聚糖酶呈現(xiàn)木聚糖酶和纖維素酶的雙重活性。額外的纖維分解活性由于其對紙漿纖維中的主要原料，纖維素的不利作用而對紙漿漂白而言是非所需的。優(yōu)選本發(fā)明的方法使用沒有纖維分解活性或者纖維分解活性降低的一或多種木聚糖酶。優(yōu)選地，本發(fā)明的方法使用降低或削弱的纖維分解活性的一或多種木聚糖酶。
在溫和抽提步驟之后，與紙漿相關(guān)的木質(zhì)素量可以通過確定紙漿的κ數(shù)(kappa number)而評估，如實施例1所述進(jìn)行。與其它方法、過程或步驟相比較大程度降低紙漿κ數(shù)的方法、過程或步驟認(rèn)為更有效地除去與紙漿相關(guān)的木質(zhì)素，因此在增強(qiáng)紙漿漂白中更有效。
第二次二氧化氯步驟使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的那些方法進(jìn)行，如Dence和Reeve所述。優(yōu)選地，這個步驟在pH3到6，60℃到90℃溫度進(jìn)行1到4小時。溫和抽提步驟的應(yīng)用可以減少在第二次二氧化氯步驟中如果需要調(diào)節(jié)pH的酸量。
在實踐本發(fā)明中，在第一次和第二次二氧化氯步驟之間無堿抽提步驟。本領(lǐng)域熟知堿抽提步驟在pH8.5到13，通常在pH9到11，溫度為60℃到90℃或者最高120℃的“熱”堿抽提條件下進(jìn)行。本發(fā)明的溫和抽提在與常規(guī)堿抽提相比較低pH范圍內(nèi)進(jìn)行。
在第二次二氧化氯步驟之后，紙漿的亮度可以如實施例7所示確定。與其它方法、過程或步驟相比生產(chǎn)更高ISO亮度數(shù)的紙漿的方法、過程或步驟在增強(qiáng)紙漿漂白中更有效。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用木聚糖酶漂白化學(xué)紙漿的方法。在本發(fā)明的實施方案的一個方面中，提供了一種漂白化學(xué)紙漿的方法，所述方法包括如下步驟a)在第一次酶處理步驟中用第一種木聚糖酶處理化學(xué)紙漿以生產(chǎn)酶處理的紙漿，b)將酶處理的紙漿暴露于二氧化氯漂白步驟以生產(chǎn)部分漂白的紙漿，及；c)在第二次酶處理步驟中用第二種木聚糖酶在pH為大約3到8，優(yōu)選大約5到8下處理部分漂白的紙漿；d)將酶處理的紙漿暴露于第二次二氧化氯漂白步驟，在第一次二氧化氯漂白步驟和第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有沒有堿抽提步驟。
在第一次木聚糖酶處理步驟之前可以進(jìn)行堿性氧脫木素步驟。
在第一次酶處理步驟中應(yīng)用的第一種木聚糖酶與在第二次酶處理步驟中應(yīng)用的第二種木聚糖酶可以相同，或者第一種木聚糖酶與第二種木聚糖酶可以不同。另外，第一次酶處理步驟的條件與第二次酶處理步驟的條件可以相同或不同。酶處理步驟的條件包括但非限于溫度、pH、孵育時間、木聚糖酶使用量、孵溫育培養(yǎng)基的成分及紙漿濃度。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然了解優(yōu)選酶處理步驟的條件應(yīng)與酶處理步驟中使用的木聚糖酶或者酶相適應(yīng)。特別地，每次酶處理步驟的條件應(yīng)使得酶處理步驟中使用的木聚糖酶在酶處理步驟條件下呈現(xiàn)其最大活性的10％以上，優(yōu)選大于其最大活性的30％。因此，在第一次酶處理步驟中使用的極端嗜堿性的木聚糖酶在第二次酶處理步驟的條件即在pH3和8之間的條件下呈現(xiàn)其最大活性的10％以下是可能的。優(yōu)選在第二次酶處理步驟中不使用這種嗜堿性木聚糖酶。木聚糖酶的活性可以通過本領(lǐng)域已知的任何方法例如但非限于如實施例2所述方法確定。
非限制性地，第一種木聚糖酶、第二種木聚糖酶或者這兩種木聚糖酶可以包含野生型里氏木霉木聚糖酶或者其遺傳修飾的變體，例如但非限于BioBrite EB木聚糖酶(可商購自加拿大Iogen公司)TrX-HML-AHAE*，TrX-HML-GHAE*，TrX-HML-ARAE*，TrX-HML-GRAE*，TrX-HML-GPHAE*，或者TrX-HML-GPRAE*，(*在WO 01/92487中揭示，在此并入?yún)⒖?，或者WO 01/92487所揭示的呈現(xiàn)上述木聚糖酶性質(zhì)的其它修飾的木聚糖酶。所述木聚糖酶還可以包含US 5935836(在此并入?yún)⒖?所述的柔曲馬杜拉放線菌(Actinomadura flexuosa)木聚糖酶A，這是一個35kDa的木聚糖酶。
本發(fā)明的紙漿漂白方法與本領(lǐng)域已知的常規(guī)紙漿漂白方法相比增強(qiáng)了紙漿漂白。另外，本發(fā)明的紙漿漂白方法易于整合入現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中的紙漿漂白過程中。
本發(fā)明涵蓋的代表性紙漿漂白順序在

圖1中描述。所述紙漿漂白順序只是例證本發(fā)明而無以任何方式限制本發(fā)明之意。本發(fā)明的方法涵蓋了紙漿漂白順序，包括二氧化氯步驟，然后是用木聚糖酶處理的溫和抽提步驟，然后是二氧化氯漂白步驟(Do-X-D)，兩次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。這個漂白順序可以如下但非限于如下所示Do-X-D-E-D，Do-X-D-X-D，O-Do-X-D-E-D，O-Do-X-D-X-D，Do-X-D-D，O-Do-X-D-D，Do-Xop-D-E-D，X-Do-Xop-D-E-D，及X-Do-X-D-E-D，其中，Do是二氧化氯漂白步驟，X是溫和抽提木聚糖酶處理步驟，D是二氧化氯漂白步驟，E是堿抽提步驟，Xop是包含木聚糖酶、氧和過氧化氫的溫和抽提步驟。
另外，包含相同特性的兩或多個步驟的一個紙漿漂白順序可以在相同或不同條件下進(jìn)行。例如但非限于，包含三個D步驟的一個紙漿漂白順序在每個步驟可以包含相同或不同的處理條件。在紙漿漂白序列例如但非限于Do-X-D-E-D和Do-X-D-X-D紙漿漂白順序中的二氧化氯漂白步驟之后進(jìn)行的木聚糖酶處理步驟的情況中，木聚糖酶處理步驟可以取代堿抽提步驟。在這個實施方案中，用木聚糖酶處理步驟取代堿抽提步驟可以降低堿例如但非限于氫氧化鈉調(diào)節(jié)紙漿pH的使用量。
本發(fā)明的方法還涵蓋了在二氧化氯漂白步驟之后進(jìn)行的包含木聚糖酶的酶處理步驟可以取代堿抽提步驟。例如但非以任何方式限于，本發(fā)明的紙漿漂白順序例如但非限于Do-X-E-D-E-D可以修改為Do-X-D-E-D或者Do-X-D-X-D。本發(fā)明的方法涵蓋了這些紙漿漂白順序及描述相似漂白順序的其它順序。在上述所有紙漿漂白順序中，在二氧化氯漂白步驟后進(jìn)行的溫和抽提步驟在pH為大約3到8的條件下進(jìn)行。
如表2(實施例8)，示出了用溫和抽提步驟處理紙漿的效果，所述溫和抽提步驟包含二氧化氯漂白步驟后的木聚糖酶，如本發(fā)明方法的紙漿漂白順序所涵蓋的那樣。實施例8描述了紙漿漂白順序的詳細(xì)內(nèi)容。
表2的結(jié)果示出了在二氧化氯漂白步驟后的堿抽提步驟中，木聚糖酶未處理的對照紙漿漂白順序(Do-E)需要應(yīng)用大約紙漿質(zhì)量的1.2％(w/w)的氫氧化鈉調(diào)節(jié)紙漿的pH到大約11.2。紙漿漂白順序(Do-E)生產(chǎn)了具有大約6.3的κ數(shù)的紙漿。用木聚糖酶處理紙漿，例如但非限于，i)二氧化氯漂白步驟后，在大約6.8的pH的Biobrite木聚糖酶(Do-X)需要應(yīng)用大約紙漿質(zhì)量0.2％(w/w)的氫氧化鈉。紙漿漂白順序生產(chǎn)了具有大約5.4的κ數(shù)的紙漿；
ii)二氧化氯漂白步驟后，在大約7.2的pH的HTX-18木聚糖酶(也是Do-X)需要應(yīng)用大約紙漿質(zhì)量0.2％(w/w)的氫氧化鈉。紙漿漂白順序生產(chǎn)了具有大約6.1的κ數(shù)的紙漿；iii)二氧化氯漂白步驟后，在大約6.8的pH的EcopulpTX-1200C木聚糖酶(也是Do-X)需要應(yīng)用大約紙漿質(zhì)量0.2％(w/w)的氫氧化鈉。紙漿漂白順序生產(chǎn)了具有大約5.7的κ數(shù)的紙漿；iv)二氧化氯漂白步驟后，在大約7.2的pH的EcopulpTX-1200C木聚糖酶(也是Do-X)需要應(yīng)用大約紙漿質(zhì)量0.3％(w/w)的氫氧化鈉。紙漿漂白順序生產(chǎn)了具有大約5.5的κ數(shù)的紙漿表2所示的結(jié)果提示按照本發(fā)明的方法在二氧化氯漂白步驟后的用木聚糖酶處理紙漿減少了需要調(diào)節(jié)紙漿pH到大約9和12之間的堿如但非限于NaOH的量，這是大多數(shù)堿抽提步驟的典型特征。而且，表2提示用木聚糖酶處理的溫和抽提步驟可以替代堿抽提步驟并且產(chǎn)生的紙漿比在沒有木聚糖酶的堿抽提步驟中處理的紙漿更亮。這樣沒有堿抽提步驟漂白的酶處理的、溫和抽提的紙漿可以產(chǎn)生比常規(guī)漂白的紙漿更高的紙漿強(qiáng)度、產(chǎn)量或二者。
本發(fā)明的方法在表1中也加以了闡明(實施例6)，其示出在存在木聚糖酶、氧和過氧化氫的情況下的溫和抽提步驟。這些“Xop”步驟可以優(yōu)于常規(guī)的Eop步驟，同時減少了氫氧化鈉的使用。例如在表1所示的情況中，氫氧化鈉的使用量減少大約50％，同時達(dá)到相同的漂白亮度值。在Xop步驟中還觀測到節(jié)約ClO2的使用量。
本發(fā)明的方法在表3中也得以闡明(實施例9)，其示出了與常規(guī)木聚糖酶步驟相比，在存在木聚糖酶、氧和過氧化氫的情況下的溫和抽提步驟。包含木聚糖酶的溫和抽提步驟(Xop)如常規(guī)抽提步驟同樣進(jìn)行，然而達(dá)到同樣漂白亮度所需的氫氧化鈉的量明顯減少。另外，在使用Xop步驟中達(dá)到相似漂白亮度水平所需的ClO2的量也減少了。
本發(fā)明的方法包含在溫和抽提步驟在pH大約3到8下用木聚糖酶處理部分漂白的紙漿。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然了解溫和抽提步驟的pH在該步驟期間可以變化。因此，本發(fā)明的方法還涵蓋了在初始pH為大約3到大約8之外開始而在pH在大約3到大約8之內(nèi)結(jié)束的溫和抽提步驟。
以上描述內(nèi)容無以任何方式限制本發(fā)明之意。另外，這里討論的特征組合也許不是本發(fā)明技術(shù)方案所絕對必需的。
本發(fā)明在如下實施例中得以進(jìn)一步闡明。然而，應(yīng)理解這些實施例只是為闡明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明范圍。
κ數(shù)的確定在25℃±0.2℃恒溫持續(xù)攪動下進(jìn)行。然而，可以如下所述校正溫度變化。
紙漿的水分含量根據(jù)TAPPI T 210“Sampling and Testing WoodPulp Shipments for Moisture”所述確定，所述文獻(xiàn)在此并入?yún)⒖?。簡而言之，將紙漿樣品分散于大約800mL的蒸餾水中并攪動。向該紙漿中加入100mL的0.1N高錳酸鉀和100mL的4N硫酸(至總體積為大約1L)，使其反應(yīng)10分鐘。在10分鐘結(jié)束時，加入20mL的1.0N的碘化鉀終止反應(yīng)并將該溶液用0.2N硫代硫酸鈉滴定。紙漿的κ數(shù)可以使用如下公式計算K＝(p×f)/w其中p＝(b-a)N/0.1，及其中；
K是κ數(shù)；f是根據(jù)p值校正為50％高錳酸鹽消耗量的因子(f＝10(0.00093×(p-50)))；w是樣品中無水紙漿的重量(g)；p是測試樣品消耗的0.1N高錳酸鉀溶液的量(mL)；b是空白測試中消耗的硫代硫酸鹽溶液的量(mL)a是測試樣品消耗的硫代硫酸鹽溶液的量(mL)；及N＝硫代硫酸鹽溶液的當(dāng)量濃度可使用如下公式校正在20℃和30℃之間的溫度下確定的紙漿κ數(shù)K＝p×f(1+0.013(25-t))/w其中t是實際反應(yīng)溫度(℃)，p、f和w如上所述。
實施例2測定木聚糖酶活性的標(biāo)準(zhǔn)分析木聚糖酶分析#1所述內(nèi)切木聚糖酶分析特異于內(nèi)切-1，4-β-D-木聚糖酶活性。在偶氮木聚糖(azo-xylan)(燕麥)與木聚糖酶孵育時，底物解聚產(chǎn)生低分子量的染色片段，所述片段通過向反應(yīng)混合物中加入乙醇而保留在溶液中。高分子量的物質(zhì)通過離心除去，測定上清的顏色。該分析溶液中的木聚糖酶活性通過參考標(biāo)準(zhǔn)曲線確定。
底物所述底物是純化的(以除去淀粉和β-葡聚糖)。將多糖用Remazolbrilliant Blue R染色至大約1個染料分子/30個糖基的程度。將粉末狀的底物溶解于水和乙酸鈉緩沖液中，將pH調(diào)節(jié)為4.5。
分析將木聚糖酶在0.5M乙酸鹽緩沖液pH4.5中稀釋。將2ml該溶液在40℃加熱5分鐘。向該酶溶液中加入0.25mL預(yù)熱的偶氮木聚糖。將混合物孵育10分鐘。終止反應(yīng)并將高分子量底物通過加入1.0mL乙醇(95％v/v)在渦旋混合儀上攪動10秒鐘而沉淀。將反應(yīng)試管在室溫平衡10分鐘，然后在2000rpm離心6-10分鐘。將上清溶液移至一個分光光度計比色杯中，在590nm測定空白和反應(yīng)溶液的吸光度。通過參考標(biāo)準(zhǔn)曲線確定活性?？瞻资窃诩尤朊钢皩⒁掖技尤氲孜镏卸苽涞?。
如下分析可用于量化木聚糖酶活性木聚糖酶分析#2所述量化分析確定了從可溶木聚糖中產(chǎn)生的還原糖末端數(shù)。這個分析的底物是樺木木聚糖部分，其是樺木木聚糖的5％懸浮液(SigmaChemical Co.)溶解于水中形成的。在除去不溶部分后，將上清凍干并貯存在干燥器中。如下進(jìn)行特異性活性測定在40℃(或者在被測試木聚糖酶的最佳溫度)孵育反應(yīng)混合物，所述反應(yīng)混合物含有預(yù)先在分析緩沖液(50mM檸檬酸鈉，pH5.5或者被測試木聚糖酶的最佳pH)中稀釋的100μL的30mg/mL的木聚糖、150μL分析緩沖液及在分析緩沖液中稀釋的50μL的酶。在不同的時間間隔取出50μL的部分，并將反應(yīng)通過在1mL的5mM NaOH中稀釋而終止。還原糖的量使用羥基苯甲酸肼試劑(HBAH)確定(Lever，1972，AnalyticalBiochem 47273-279)。一單位的酶活性定義為在40℃(或者在酶的最佳pH和溫度下)在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生1μmol還原糖的酶量。
實施例3制備二氧化氯二氧化氯在實驗室中通過標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)，即將氯氣和氮氣的混合物經(jīng)過含有氯化鈉的一系列柱子并收集冷卻水中的離析氣體。將二氧化氯在水中以10.4g/L的濃度冷藏貯存。關(guān)于制備二氧化氯的進(jìn)一步詳細(xì)描述可參見Paprican，Pointe Claire，Quebec所出版的《ChlorineDioxide Generation》(在此并入?yún)⒖?。
實施例4紙漿的常規(guī)木聚糖酶處理這是在Do步驟中漂白紙漿之前進(jìn)行常規(guī)木聚糖酶處理的方法。將具有預(yù)定κ數(shù)的15g紙漿樣品用去離子水調(diào)節(jié)至10％(wt/vol)濃度，并將該紙漿的pH用10％的Na2CO3溶液調(diào)節(jié)為6.8和7之間。在加入購自Iogen公司的Biobrite EB木聚糖酶之前將該紙漿樣品加熱至57℃。將酶加入樣品中并將該紙漿樣品在57℃孵育60分鐘。孵育之后，通過加入鹽酸將pH降低至2.5和3之間及將樣品在冰水浴中冷卻而終止反應(yīng)。
酶的劑量為0.5到2單位木聚糖酶活性/g紙漿(如實施例2所述的第一次木聚糖酶分析測定)。為進(jìn)行對比，紙漿樣品可以在沒有木聚糖酶的條件下模擬處理以便于對比不同的漂白順序。
實施例5二氧化氯漂白硬木紙漿樣品與在此并入?yún)⒖嫉腉lossary of Bleaching Terms CPPA TechnicalSection所述相似地將紙漿樣品進(jìn)行二氧化氯漂白步驟，該文獻(xiàn)描述了1.0％-2.3％的ClO2漂白紙漿的最佳條件40-60℃、3-10％紙漿濃度、30-60分鐘孵育時間、pH2.5到3.0。
二氧化氯漂白(Do)步驟第一次二氧化氯漂白步驟是Do步驟。在加入二氧化氯之前，將紙漿混合物冷卻至4℃以使蒸發(fā)最小化。將ClO2加入紙漿中并將該系統(tǒng)保持在可熱密封的塑料袋中。0.15、0.17、0.19和0.21的紙漿κ因數(shù)用于計算在漂白步驟中所需要的二氧化氯量。所述二氧化氯量可以使用如下公式確定二氧化氯量(kg/噸紙漿)＝10×κ因數(shù)×κ數(shù)/2.63基于κ因數(shù)為0.17及紙漿κ數(shù)為13.9，相應(yīng)的二氧化氯使用量為9kg/噸紙漿。在加入ClO2之后，紙漿濃度為4％，pH為2.5到3.0。將該塑料袋置于50℃水浴中60分鐘。在孵育后，將紙漿樣品用2L自來水洗滌。隨后將Do紙漿樣品進(jìn)行使用木聚糖酶的溫和抽提(X)，或者進(jìn)行常規(guī)堿抽提步驟(Eop)。
溫和抽提(Xop)如實施例4所述在溫和抽提Xop步驟中進(jìn)行木聚糖酶處理，其中有如下變化。在第一次二氧化氯漂白步驟(Do)之后將紙漿樣品進(jìn)行溫和抽提步驟(Xop)。該Xop步驟包括將紙漿樣品在60℃、10％(wt/vol)濃度與0.2-0.4％的氫氧化鈉、0.3％(wt/wt)的過氧化氫及5psig的氧壓孵育60分鐘，每噸紙漿消耗6kg氧。在孵育結(jié)束時抽提介質(zhì)的pH為大約7.5。孵育后，將每個紙漿樣品均用2L自來水洗滌。
抽提步驟(Eop)在第一次二氧化氯漂白步驟(Do)之后，將對照紙漿樣品進(jìn)行堿抽提步驟(Eop)。Eop步驟包括將紙漿樣品在75℃、10％(wt/vol)濃度與1.2％的氫氧化鈉、0.3％(wt/wt)的過氧化氫及5psig的氧壓孵育60分鐘，每噸紙漿消耗6kg氧。在孵育結(jié)束時抽提介質(zhì)的pH為大約11.5。孵育后，將每個紙漿樣品均用2L自來水洗滌。
二氧化氯漂白(D1)步驟不管抽提步驟是溫和的或是常規(guī)的，所有紙漿均進(jìn)行相似的D1步驟。所述D1步驟以與Do步驟相似的方式進(jìn)行。簡而言之，將紙漿樣品調(diào)節(jié)為10％(wt/vol)濃度并在pH3.6到大約4、75℃孵育180分鐘。選擇相應(yīng)于κ因數(shù)為0.11、0.13、0.15和0.17的D1二氧化氯量。孵育后，將每個紙漿樣品均用2L自來水洗滌。抽提后，紙漿的亮度可以根據(jù)實施例7所述測定。這是紙漿的D1亮度。紙漿還可以通過進(jìn)行第二次抽提步驟和第三次二氧化氯漂白步驟進(jìn)一步漂白。
第二次抽提步驟(E2)D1步驟之后，將紙漿進(jìn)行第二次抽提步驟。該抽提步驟包括將紙漿在75℃與1％NaOH孵育90分鐘。紙漿濃度為10％(wt/vol)，孵育后紙漿的pH為大約11.3。在抽提步驟之后，將每個紙漿樣品均用2L自來水洗滌。
二氧化氯漂白(D2)步驟D2步驟以與其它二氧化氯漂白步驟相似的方式進(jìn)行。將紙漿樣品調(diào)節(jié)為10％(wt/vol)濃度。每個樣品的二氧化氯使用量為0.29％(w/w)。將樣品在75℃孵育180分鐘。二氧化氧漂白步驟最終的pH為大約pH4。
在二氧化氯漂白(D2)步驟后，紙漿的亮度可以根據(jù)實施例7所述測定。這是紙漿的D2亮度。
實施例6用木聚糖酶溫和抽提以減少氫氧化鈉和二氧化氯的使用將得自Quebec工廠的未漂白的硬木硫酸鹽漿(κ數(shù)為15.6)如實施例5所述進(jìn)行D步驟。在此之后，將紙漿如實施例5所述進(jìn)行溫和X抽提步驟，使用得自Iogen公司的1 Iu/g的BioBrite EB木聚糖酶或者如美國專利No.5935836所述生產(chǎn)的1 IU/g柔曲馬杜拉放線菌木聚糖酶A。對照紙漿如實施例5所述進(jìn)行常規(guī)Eop步驟。在溫和或常規(guī)抽提后，使用如實施例5所述的DED順序充分漂白紙漿。
結(jié)果示于表1。含有木聚糖酶的溫和抽提步驟的應(yīng)用可以在大范圍的漂白化學(xué)品使用下提高紙漿的漂白亮度，通過總κ因數(shù)反映。溫和抽提步驟還減少了氫氧化鈉和二氧化氯的使用，從而使工廠可以減少漂白化學(xué)品的成本費用。
表1具有溫和抽提步驟的漂白
實施例7測定紙漿亮度紙漿亮度根據(jù)PAPTAC-標(biāo)準(zhǔn)測試方法，1997年7月(Standard E1Brightness of Pulp，Paper and Paperboard，在此并入?yún)⒖?揭示的方法測定。
簡而言之，將3.75g紙漿樣品用于形成亮度襯墊紙(brightnesspad)。將紙漿樣品置于一500mL容器中，加入大約200mL水。在每個廣口瓶中加入大約2mL硫酸溶液并充分混合。通過將紙漿倒入一真空漏斗中形成一個襯墊紙，隨后用活塞壓擠該襯墊紙。將每個襯墊紙使用液壓機(jī)在吸水紙之間加壓。將該紙漿襯墊紙在室溫干燥過夜。
ISO亮度測定使用白度計(Elrephometer)測定亮度。將樣品使用高反射集成球(integrated sphere)廣泛照亮。在樣品的右側(cè)角測定反射光。將反射系數(shù)與基于完全反射、完全散射表面的認(rèn)為其亮度為100％的絕對反射系數(shù)對比。氧化鎂是一個標(biāo)準(zhǔn)，其用于對比紙漿亮度。波長457nm的藍(lán)光用于亮度讀數(shù)。
實施例8用木聚糖酶溫和抽提以減少氫氧化鈉的使用κ數(shù)為14.9的未漂白的硬木紙漿得自Quebec的工廠。將該紙漿用水洗滌并使用HCl將pH調(diào)節(jié)至2.5到3.0之間。將幾個10g紙漿樣品根據(jù)在此并入?yún)⒖嫉腉lossary of Bleaching Terms of the CPPATechnical Section所述進(jìn)行二氧化氯(Do)漂白步驟，，其描述了1.0-2.3％的ClO2進(jìn)行紙漿漂白的最佳條件為3-10％的紙漿濃度，30-60分鐘孵育時間，pH2.5-3.0。簡而言之，將ClO2加入紙漿中并將此系統(tǒng)保持在可加熱密封的塑料袋中。在加入ClO2之前將紙漿混合物冷卻至4℃以使蒸發(fā)最小化。推薦κ因數(shù)為大約0.17以避免呋喃和二氧芑的形成(Glossary of Bleaching Terms of CPPA TechnicalSection，在此并入?yún)⒖?。二氧化氯量可以使用實施例5中的公式估算。
基于0.17的κ因數(shù)，相應(yīng)的二氧化氯量為9.6kg/噸紙漿。在加入ClO2后，紙漿濃度為4％。將該塑料袋置于50℃水浴中60分鐘。
在D步驟后，將紙漿通過真空漏斗用自來水洗滌。將紙漿用去離子水將濃度調(diào)節(jié)為10％。對酶處理的紙漿如實施例5所述進(jìn)行溫和抽提，有如下的不同之處。
對第一次酶處理的紙漿，用氫氧化鈉將紙漿的初始pH調(diào)節(jié)為6.7。將紙漿加熱至60℃，并向紙漿中加入購自Iogen公司的木聚糖酶BioBrite EB。酶劑量為0.7單位/g紙漿。將該紙漿袋置于60℃水浴中1小時。
對第二次酶處理的紙漿，用氫氧化鈉將紙漿的初始pH調(diào)節(jié)為7.4。將紙漿加熱至60℃，并向紙漿中加入購自Iogen公司的木聚糖酶HTX18。酶劑量為0.8單位/g紙漿。將該紙漿袋置于60℃水浴中1小時。
對第三次酶處理的紙漿，用氫氧化鈉將紙漿的初始pH調(diào)節(jié)為7.4。將紙漿加熱至60℃，并向紙漿中加入如美國專利No.5935836所述生產(chǎn)的柔曲馬杜拉放線菌木聚糖酶A。酶劑量為0.7單位/g紙漿。將該紙漿袋置于60℃水浴中1小時。
對第四次酶處理的紙漿，用氫氧化鈉將紙漿的初始pH調(diào)節(jié)為6.7。將紙漿加熱至60℃，并向紙漿中加入如美國專利No.5935836所述生產(chǎn)的柔曲馬杜拉放線菌木聚糖酶A。酶劑量為0.7單位/g紙漿。將該紙漿袋置于60℃水浴中1小時。
對未處理的對照紙漿，如實施例5所述進(jìn)行常規(guī)抽提，有如下不同之處。用氫氧化鈉將紙漿的初始pH調(diào)節(jié)為11.4。將紙漿加熱至60℃，并將該紙漿袋置于60℃水浴中1小時。
在孵育后，將所有紙漿隨后用自來水洗滌，確定紙漿的κ數(shù)。結(jié)果示于表2。
表2使用常規(guī)抽提步驟(E)或者使用木聚糖酶的溫和抽提步驟(X)的漂白
這些結(jié)果示出可以使用木聚糖酶溫和抽提步驟并減少氫氧化鈉的使用。在用木聚糖酶的溫和抽提步驟后的紙漿κ數(shù)低于常規(guī)抽提步驟后的κ數(shù)。這表明進(jìn)一步節(jié)約二氧化氯是可能的。
實施例9用木聚糖酶的溫和抽提與常規(guī)及雙木聚糖酶步驟的對比如實施例4所述將得自Quebec工廠的未漂白的硬木硫酸鹽漿(κ數(shù)15.6)使用0、0.5或1iu/g的BioBrite EB在pH6.5、55℃進(jìn)行1小時常規(guī)酶處理(X)步驟。然后將該紙漿進(jìn)行如實施例5所述的Do步驟。在此之后，將紙漿如實施例5所述使用得自Iogen公司的0、0.5或1Iu/g的BioBrite EB木聚糖酶進(jìn)行溫和Xop抽提步驟。對照紙漿如實施例5所述進(jìn)行常規(guī)D和E步驟，不用木聚糖酶處理。在溫和或常規(guī)抽提之后，將紙漿如實施例5所述使用DED順序充分漂白。
結(jié)果示于表3。含有木聚糖酶的溫和抽提步驟的應(yīng)用可以在大范圍漂白化學(xué)量下提高紙漿的漂白亮度，如通過總κ因數(shù)所反映的。溫和抽提步驟還減少了氫氧化鈉和二氧化氯的使用，從而使工廠可以減少漂白化學(xué)品的成本。
表3用溫和抽提步驟的漂白
*總κ因數(shù)(TKf)包括由過氧化氫所帶來的一小部分值表3結(jié)果表明在溫和抽提步驟中的單一(Xop)和多個(X和Xop)木聚糖酶處理比不包括Xop步驟的漂白順序處理更有效。另外，上述結(jié)果證實當(dāng)整個漂白過程中使用固定量的木聚糖酶時，多個木聚糖酶處理比單一木聚糖酶處理更有效，而同時使用較少的NaOH和ClO2就獲得了類似程度的漂白亮度。
溫和抽提步驟提供了超出常規(guī)木聚糖酶處理步驟之外的優(yōu)點。使用木聚糖酶的溫和抽提步驟與常規(guī)木聚糖酶步驟具有相似的漂白亮度。然而，溫和木聚糖酶抽提步驟還節(jié)約了調(diào)節(jié)pH所需的大量氫氧化鈉。
常規(guī)木聚糖酶處理和溫和抽提步驟的組合特別有利于工廠。其優(yōu)點包括在所用木聚糖酶劑量與常規(guī)或溫和抽提處理本身所用劑量相同情況下，更大程度地節(jié)約了二氧化氯，并節(jié)約了氫氧化鈉。
本文所引用的參考文獻(xiàn)均并入本文做參考。
本發(fā)明已參照優(yōu)選實施方案進(jìn)行了描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是在不偏離本發(fā)明所述范圍的前提下可以作出若干變化和改變。
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權(quán)利要求
1.一種漂白化學(xué)紙漿的方法，包括a)將所述化學(xué)紙漿暴露于第一次二氧化氯漂白步驟以產(chǎn)生部分漂白的紙漿；b)在溫和抽提步驟中在pH為大約3到8下用木聚糖酶處理所述部分漂白的紙漿以產(chǎn)生酶處理的紙漿；及c)將所述酶處理的紙漿暴露于第二次二氧化氯漂白步驟，在所述第一次二氧化氯漂白和所述第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述化學(xué)紙漿包含硫酸鹽漿、堿法紙漿或亞硫酸鹽漿。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法在制漿廠中進(jìn)行。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在所述暴露步驟(步驟a)中，所述第一次二氧化氯漂白步驟包含二氧化氯和至少一種其它漂白劑，所述漂白劑選自氯、臭氧、過氧化氫或其組合。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在所述暴露步驟(步驟a)中，所述第一次二氧化氯漂白步驟是在pH為大約1和大約5之間進(jìn)行的。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述pH在大約1.5到大約3之間。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在所述暴露步驟(步驟a)中，在所述第一次二氧化氯漂白步驟之前進(jìn)行一或多次堿性氧脫木素步驟。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟b)中，所述木聚糖酶選自BioBriteTMEB木聚糖酶、野生型里氏木霉(Trichoderma reesei)木聚糖酶II，TrX-HML-AHAE，TrX-HML-GHAE，TrX-HML-ARAE，TrX-HML-GRAE，TrX-HML-GPHAE，TrX-HML-GPRAE及柔曲馬杜拉放線菌(Actinomadura flexinosa)木聚糖酶I。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在所述暴露步驟(步驟a)之前進(jìn)行一或多次木聚糖酶處理步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中在所述方法之前進(jìn)行一或多次堿性氧脫木素步驟。
11.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟b)中，所述pH在大約5和8之間。
12.一種漂白化學(xué)紙漿的方法，包括a)在第一次酶處理步驟中用第一種木聚糖酶處理化學(xué)紙漿以產(chǎn)生一種酶處理過的紙漿；b)將所述酶處理過的紙漿暴露于第一次二氧化氯漂白步驟以產(chǎn)生部分漂白的紙漿；c)在溫和抽提步驟中在pH為大約3到8將所述部分漂白的紙漿用第二種木聚糖酶再次處理以產(chǎn)生第二種酶處理過的紙漿；及d)將所述第二種酶處理過的紙漿進(jìn)行第二次二氧化氯漂白步驟，在所述第一次二氧化氯漂白步驟和第二次二氧化氯漂白步驟之間沒有堿抽提步驟。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述化學(xué)紙漿包含硫酸鹽漿、堿法紙漿或亞硫酸鹽漿。
14.權(quán)利要求12的方法，其中在所述暴露步驟(步驟b)中，所述第一次二氧化氯漂白步驟包含二氧化氯及至少一種其它漂白劑，所述漂白劑選自氯、臭氧、過氧化氫或其組合。
15.權(quán)利要求12的方法，其中在所述暴露步驟(步驟b)中，所述第一次二氧化氯漂白步驟在pH為大約1和大約5之間進(jìn)行。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述pH在大約1.5到大約3之間。
17.權(quán)利要求12的方法，其中在所述處理步驟(步驟a)及所述再次處理步驟(步驟c)中，所述木聚糖酶及所述第二種木聚糖酶是相同或不同的，并選自BioBriteTMEB木聚糖酶、野生型里氏木霉木聚糖酶II，TrX-HML-AHAE，TrX-HML-GHAE，TrX-HML-ARAE，TrX-HML-GRAE，TrX-HML-GPHAE，TrX-HML-GPRAE及柔曲馬杜拉放線菌木聚糖酶A。
18.權(quán)利要求15的方法，其中在所述再次處理步驟(步驟c)中，所述pH在大約5和8之間。
19.權(quán)利要求12的方法，其中在所述處理步驟(步驟a)中，所述化學(xué)紙漿先進(jìn)行堿性氧脫木素。
20.一種紙漿漂白方法，其中所述方法包含選自如下一組的一個順序a)Do-X-D-E-D；b)Do-X-D-X-D；c)Do-X-D-D；d)O-Do-X-D-E-D；e)O-Do-X-D-D；f)Do-Xop-D-E-D；g)X-Do-Xop-D-E-D；及h)X-Do-X-D-E-D其中，Do是二氧化氯漂白步驟，X是溫和抽提木聚糖酶處理步驟，D是二氧化氯漂白步驟，E是堿抽提步驟，及Xop是包含木聚糖酶、氧和過氧化氫的溫和抽提步驟。
全文摘要
本發(fā)明揭示了在化學(xué)漂白后使用木聚糖酶漂白化學(xué)紙漿的方法。所述方法包括以下步驟進(jìn)行二氧化氯漂白步驟以產(chǎn)生部分漂白的紙漿、在溫和抽提步驟中任選在氧和過氧化氫的存在下用木聚糖酶處理該部分漂白的紙漿、然后再次用二氧化氯漂白該紙漿。這個方法使得工廠可以減少氫氧化鈉或其它堿的應(yīng)用，同時減少二氧化氯的應(yīng)用，并可以改良紙漿的產(chǎn)量和強(qiáng)度，同時保持相似水平的紙漿漂白亮度。本發(fā)明的紙漿漂白方法可以在制漿廠中作為復(fù)合紙漿漂白方法的一部分。
文檔編號D21C9/10GK1639417SQ03805278
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者杰弗里·S·托蘭, 科麗娜·波波維奇 申請人:埃歐金生物制品公司