專利名稱：機(jī)械紙漿的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紙漿的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及使用酶制備機(jī)械紙漿的方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械紙漿的制備是主要工業(yè)，每年全世界制備4千萬噸以上紙漿。機(jī)械紙漿用于各式各樣的紙。本色紙漿的或略微漂白的紙漿用于制備新聞紙并構(gòu)成了機(jī)械紙漿的最大的專門用途。中度漂白過的機(jī)械紙漿用來制造無涂層的產(chǎn)品例如超級(jí)壓光紙、和有涂層的產(chǎn)品例如輕量涂布紙、紙板和薄紙產(chǎn)品。高度漂白的機(jī)械紙漿用于涂布高級(jí)紙和無涂布高級(jí)紙例如影印紙、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品例如無碳產(chǎn)品和薄紙產(chǎn)品。機(jī)械紙漿的特征在于具有由木材制造超過80％的高產(chǎn)率，有利的機(jī)械性能例如溶質(zhì)性(bulk)和光學(xué)性能如不透明性，和比牛皮紙漿低的制造成本。
機(jī)械紙漿的主要特性在于通過機(jī)械作用將木屑片中的纖維分離而不是如在牛皮制造漿中那樣通過化學(xué)作用。本領(lǐng)域中有幾種已知的機(jī)械制漿方法，所述方法由Smook，(1992)Handbook for Pulp & PaperTechnologists教導(dǎo)(該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)。少數(shù)機(jī)械紙漿使用磨石磨木方法制備，該方法由用紙漿磨石研磨去皮的木材來分離纖維構(gòu)成。
大多數(shù)機(jī)械紙漿使用精制機(jī)方法制備，其中讓木屑片或紙漿在具有凸器(棒和壩)和凹陷(凹槽)段的板之間通過。所述板安裝在精制機(jī)中且讓所述板中至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)。屑片或紙漿從板的中心移動(dòng)到邊緣并且屑片由屑片變成粗紙漿或者粗紙漿在板的作用下進(jìn)一步精制。這一將屑片轉(zhuǎn)變成粗紙漿的工藝稱為初級(jí)精制或脫纖維并且在初級(jí)精制機(jī)中進(jìn)行，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的精制。將粗紙漿精制成精制紙漿的工藝稱為二級(jí)精制并且在二級(jí)精制機(jī)中進(jìn)行，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的精制。將紙漿進(jìn)一步精制的其它精制階段可以在二級(jí)精制工藝之后進(jìn)行。隨后進(jìn)行二級(jí)精制和其它精制階段的的脫纖維工藝稱為精制。
在精制機(jī)方法的工藝中，將由軟木或硬木屑片或它們的混合物構(gòu)成的配料洗滌以除去污垢和碎屑片。然后在精制之前可以將屑片汽蒸以除去空氣和加熱屑片。也可以在諸如螺旋壓榨機(jī)的裝置中將屑片壓縮來預(yù)處理，接著引入化學(xué)溶液中，在該化學(xué)溶液中，屑片吸收溶液發(fā)生松弛，本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱該工藝為浸漬。然后將屑片引入常壓或加壓初級(jí)精制機(jī)中并轉(zhuǎn)變成粗紙漿。通常在二級(jí)精制機(jī)中精制所述粗紙漿，之后可以將它篩選、清洗或既篩選又清洗。將來自該篩選-清洗工藝的不合格品重精制然后添加到主漿料中?？梢詫⒓垵{合格品還原漂白和/或氧化漂白。在送到造紙機(jī)之前，可以將成品紙漿干燥并包裝或儲(chǔ)存。
所述工業(yè)一直面對(duì)的一個(gè)問題是高的且日益增加的電成本。將一噸機(jī)械紙漿精制通常需要800-3500kWh電。例如，以$0.10/kWh的成本，電成本是$80-$350/噸紙漿。這一高成本使紙漿在一些應(yīng)用中的競(jìng)爭(zhēng)力降低并且使操作的收益減少。此外，由于消耗這么多電能，在一些區(qū)域中可獲得的電的有限量可能使得研磨機(jī)難以運(yùn)轉(zhuǎn)。
與高用電相關(guān)的第二個(gè)問題是由高能輸入所引起的對(duì)紙漿纖維的損害。這一損害可能負(fù)面地影響最終產(chǎn)品的性能。
使用生物產(chǎn)品諸如真菌、細(xì)菌和酶來降低加工牛皮紙漿所需要的化學(xué)品的量是已知的。例如，US 5,591,304(Tolan等人)公開了在7.0到9.0的pH值范圍中對(duì)牛皮紙粗紙漿使用半纖維素酶，以減少對(duì)漂白化學(xué)品的使用。
在機(jī)械制漿中已研究了生物產(chǎn)品的使用。這包括木屑片或精制紙漿的處理。例如，WO 97/40194(Eachus和Kaphammer)教導(dǎo)了用擬蠟菌屬真菌(Ceriporiopsis fungi)、CLARIANTCARTAZYMEHS酶(包含木聚糖酶)或CLARIANT CARTAZYMENS酶(包含木聚糖酶)與SIGMA脂肪酶的混合物預(yù)處理火炬松木屑片較長(zhǎng)時(shí)間，這在研磨機(jī)中是不實(shí)用的。例如，真菌處理是8-14天，酶處理(例如CLARIANT CARTAZYMEHS或CLARIANT CARTAZYMENS酶和SIGMA脂肪酶)是48小時(shí)。另外，這么長(zhǎng)的真菌處理時(shí)間在冷或暖氣候中是不適合的，這歸因于在這些氣候中溫度的極端值。當(dāng)通過在緩沖過的溶液中浸沒木屑片來添加酶時(shí)，酶處理(CLARIANTCARTAZYMEHS)對(duì)精制機(jī)能量沒有影響，但是當(dāng)使用IMPRESSAFINER(屑片浸漬裝置)添加酶時(shí)，酶處理將精制機(jī)能量略微減少100kWh/t。在這一方法中獲得一些所述工業(yè)所需的利益(例如改進(jìn)的紙漿性能)；然而，精制機(jī)能量消費(fèi)方面沒有明顯的減少且處理時(shí)間的長(zhǎng)度是不切實(shí)際的。
WO 2004/022842 A1(Peng等人)教導(dǎo)了在屑片的初級(jí)精制之前用果膠酶處理屑片。與未處理過的對(duì)比物相比獲得不超過500kWh/t的能量節(jié)省。這一處理可以在螯合劑(二(-1，2-)亞乙基三胺五乙酸)或亞硫酸鹽的存在下進(jìn)行，但是在沒有螯合劑的情況下，沒有觀察到由果膠酶提供的上述額外的能量減少。由于果膠酶的費(fèi)用，此種處理在研磨裝置中不會(huì)是實(shí)用的。
Viikari等人(Pretreatments of Wood Chips in Pulp Processing，inPaavilainen，L.ed.，F(xiàn)inal report-Finnish Forest Cluster ResearchProgramme，WOOD WISDOM，1998-2001，Report 3，PP.115-121；通過引用的方式加入本文)論述了在精制之前用真菌或酶預(yù)處理挪威杉軟木屑片。真菌處理過的屑片需要少15％的精制能量來制備具有給定打漿度的并具有改進(jìn)的拉伸強(qiáng)度但是亮度更低的紙漿。通過使用將木質(zhì)素改性的酶，精制的能量消耗得到降低，并且當(dāng)使用將纖維素或半纖維素改性的酶時(shí)精制的能量降低10-20％。沒有提供預(yù)處理的方法、條件或所使用的酶的細(xì)節(jié)。
也研究了在初級(jí)精制之后將紙漿加以處理以降低能量需求。US6,267,841(Burton)教導(dǎo)了用酶處理初級(jí)精制硬木或軟木紙漿以降低二級(jí)精制操作的能量需求。EP 0687320 B1和EP 0692043 B1(Viikari等人)公開了在二級(jí)精制之前用纖維素酶或纖維素酶/甘露聚糖酶混合物處理一次精制的紙漿以降低精制能量。在初級(jí)精制之后處理紙漿的一個(gè)缺點(diǎn)在于大部分的精制能量在初級(jí)精制中消耗，所以在初級(jí)精制之后處理紙漿僅能具有有限的效果。另一個(gè)缺點(diǎn)在于大多數(shù)研磨機(jī)將紙漿直接地從初級(jí)精制機(jī)轉(zhuǎn)移到二級(jí)精制機(jī)，并且不提供用來處理兩個(gè)精制階段之間的紙漿的設(shè)備或儲(chǔ)槽。為了實(shí)施這一工藝，將需要附加的儲(chǔ)槽。
EP 0430915 A1(Vaheri‘915)教導(dǎo)了使用來自曲霉屬或木霉屬真菌的水解酶來降低精制能量?？梢詫⑺雒概c精制了至少一次的木材、木屑片或紙漿混合之后進(jìn)行隨后的精制。提供了涉及在20℃將脫纖維云杉(一次精制)紙漿進(jìn)行木聚糖酶處理3小時(shí)的實(shí)例。獲得了大約300kWh/噸的能量節(jié)省。然而，所規(guī)定的條件對(duì)在研磨裝置中的使用是不實(shí)際的。
WO 91/11552(Vaheri‘552)公開了同時(shí)用水解酶和氧化酶處理纖維材料(包括木屑片和紙漿)和在初級(jí)或二級(jí)精制之前將氧化還原電勢(shì)調(diào)節(jié)到200 mV和相應(yīng)的精制能量減少的方法。然而，Vaheri‘552(WO 91/11552)描述的氧化酶不是商購的且調(diào)節(jié)氧化還原電勢(shì)是昂貴的。
因此，盡管有先前的努力，仍沒有商業(yè)上可行的使用生物產(chǎn)品的手段或降低精制能量的方法。本領(lǐng)域中仍需要降低精制能量、導(dǎo)致改進(jìn)的纖維性能且商業(yè)上可行的新型產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及紙漿的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及使用酶制備機(jī)械紙漿的方法。
本發(fā)明的目的是提供機(jī)械制漿的改進(jìn)了的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供硬木紙漿的制備方法(A)，該方法包括a.在沒有添加氧化酶的情況下，用第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物；和b.將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿。
所述硬木屑片可以選自山楊、楊樹、樺樹、楓樹、橡樹、桉樹和金合歡樹硬木品種和它們的組合。
本發(fā)明還提供上面定義的方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)中，所述第11族木聚糖酶選自木霉屬、馬杜拉放線菌屬、曲霉屬、短柄霉屬、芽孢桿菌屬、纖維單孢菌屬、毛殼菌屬、欽氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、絲狀桿菌屬、腐質(zhì)菌屬、neocallimasterix、擬諾卡氏菌屬、瘤胃球菌屬、裂褶菌屬、鏈霉菌屬、熱單孢屬和嗜熱真菌屬(thermomyces)。另外，如果所述酶是木霉屬酶木聚糖酶，則優(yōu)選所述酶是瑞氏木霉(Trichoderma reesei)木聚糖酶II。
本發(fā)明涉及上述方法(A)，其中所述處理步驟(步驟a.)在大約35℃到大約95℃的溫度，大約pH3到大約pH11的pH值下進(jìn)行且其中所述第11族木聚糖酶以大約0.01-大約600木聚糖酶單位/克硬木屑片的量存在或以大約0.1-大約600克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸硬木屑片的量存在。
本發(fā)明還涉及上述方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)中，使用浸泡箱或木材壓縮-松弛裝置將所述第11族木聚糖酶添加到所述硬木屑片中。如果使用木材壓縮-松弛裝置，則優(yōu)選所述裝置包括螺旋壓榨機(jī)和浸漬機(jī)。另外，所述木材壓縮-松弛裝置也可以用來將化學(xué)試劑添加到所述硬木屑片中，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。
本發(fā)明還涉及上述方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)之前，可以在浸泡裝置或木材壓縮-松弛裝置中用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述硬木屑片，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。或者，本發(fā)明還涉及上述方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)之后且在所述精制步驟(步驟b.)之前，可以在浸泡裝置或木材壓縮-松弛裝置中用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述硬木屑片，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。所述木材壓縮-松弛裝置可以包括螺旋壓榨機(jī)和浸漬機(jī)。
本發(fā)明還提供上述方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)之前，將所述硬木屑片熱處理?；蛘?，可以在所述處理步驟(步驟a.)之后且在所述精制步驟(步驟b.)之前將所述硬木屑片熱處理。在兩種情況的任一種下，熱處理可以包括用蒸汽或熱水處理所述硬木屑片。
本發(fā)明還涉及上述方法(A)，其中，在所述處理步驟(步驟a.)中，將所述第11族木聚糖酶與纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶或它們的結(jié)合物一起添加。半纖維素酶可以選自甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和它們的結(jié)合物；細(xì)胞壁酶可以選自蘋果菌素、里氏木霉(swollenin)、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶(Xyloglucanendotransglycosylase)(XET)和它們的結(jié)合物；和酯酶可以包括阿魏酸酯酶(ferulic esterases)。
本發(fā)明還涉及上述方法(A)，其中所述處理步驟(步驟a.)在沒有添加脂肪酶的情況下進(jìn)行。
本發(fā)明提供硬木紙漿的制備方法(B)，該方法包括
a.用一種或多于一種第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物；和b.將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿，其中在所述處理步驟(步驟a.)之前或之后將一種或多于一種氧化酶添加到所述硬木屑片中。另外，所述氧化酶可以選自漆酶、木質(zhì)酶(ligninase)、錳過氧化物酶(manganese peroxidase)和它們的結(jié)合物。
本發(fā)明涉及將硬木屑片精制成紙漿的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及在精制木屑片之前用酶處理該屑片然后將所述屑片精制以將所述屑片轉(zhuǎn)化成紙漿的方法。
本發(fā)明方法取代常規(guī)的精制方法，常規(guī)精制方法在不使用酶的情況下進(jìn)行并且將木屑片轉(zhuǎn)化成紙漿需要更高的精制能量。如本文所述，在一種或多于一種第11族木聚糖酶和任選存在的其它酶的存在下，可以比常規(guī)方法使用更少的精制能量將硬木屑片轉(zhuǎn)化成紙漿。與其中沒有用第11族酶或與其它酶組合的第11族酶處理木屑片的對(duì)比方法相比，使用本發(fā)明的方法獲得的能量減少是大約10-50％。然而，還應(yīng)指出，與未處理過的軟木對(duì)比物的加工相比，在精制之前使用本文所述的方法對(duì)軟木屑片進(jìn)行木聚糖酶處理不會(huì)降低精制機(jī)能量。因此，本發(fā)明的方法涉及硬木屑片的加工。
本發(fā)明的方法可以在任何研磨機(jī)上進(jìn)行，作為較大型屑片處理、精制和紙漿漂白工藝的一部分。另外，所述工藝可以包括精制機(jī)機(jī)械制漿(RMP)、熱機(jī)械制漿(TMP)、化學(xué)熱機(jī)械制漿(CTMP)、漂白熱機(jī)械制漿(BTMP)、漂白化學(xué)熱機(jī)械制漿(BCTMP)、堿性過氧化氫機(jī)械制漿(APMP)或中密度纖維板(MDF)的制備。
這一發(fā)明內(nèi)容不一定描述本發(fā)明的所有特征。


本發(fā)明的這些和其它特征將通過其中參照附圖的以下說明變得更加明顯，在附圖中圖1示出了對(duì)于由楊樹屑片在沒有酶的情況下制備的紙漿(對(duì)比)或已用BIOBRITEEB酶在20XU/g屑片的劑量下處理30分鐘或60分鐘的屑片，紙漿的打漿度(CSF；加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)與能量消耗(比能)之間的關(guān)系，如實(shí)施例6所述。
圖2示出了對(duì)于由云杉屑片在沒有酶的情況下制備的紙漿(對(duì)比)或已用PULPZYME酶在20XU/g屑片的劑量下處理30分鐘或70分鐘的屑片，紙漿的打漿度(CSF；加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)與能量消耗(比能)之間的關(guān)系，如實(shí)施例7所述。
圖3示出了對(duì)于由楊樹屑片在沒有酶的情況下制備的紙漿(對(duì)比)或已用BIOBRITEHTX酶在0.72XU/g屑片的劑量下處理60分鐘的屑片，紙漿的打漿度(CSF；加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)與能量消耗(比能)之間的關(guān)系，如實(shí)施例8所述。
圖4示出了對(duì)于由楊樹屑片在沒有酶的情況下制備的紙漿(對(duì)比)或已用BIOBRITEHTX酶在1.44XU/g屑片的劑量下處理60分鐘的屑片，紙漿的打漿度(CSF；加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)與能量消耗(比能)之間的關(guān)系，如實(shí)施例8所述。
圖5示出了對(duì)于由山楊屑片在沒有酶的情況下制備的紙漿(對(duì)比)或已用BIOBRITEHTX酶在0.19XU/g屑片和0.77XU/g屑片的劑量下處理60分鐘的屑片，紙漿的打漿度(CSF；加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)和能量消耗(比能)之間的關(guān)系，如實(shí)施例8所述。
具體實(shí)施例方式
以下描述是優(yōu)選的實(shí)施方案的描述。
本發(fā)明涉及紙漿的制備方法。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及使用酶制備機(jī)械紙漿的方法并提供了將硬木屑片精制成紙漿的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及將硬木屑片精制并將它們轉(zhuǎn)化成紙漿之前用酶處理硬木屑片的方法。
以下描述僅是用來舉例說明的實(shí)施方案，并對(duì)實(shí)施本發(fā)明所必要的特征的組合沒限制。
根據(jù)本發(fā)明，提供在精制之前處理硬木屑片的方法，其中與使用對(duì)比處理所加工的屑片相比，使用本發(fā)明方法所加工的屑片實(shí)現(xiàn)了10-50％的精制能量減少。本發(fā)明的方法包括在精制過程中將硬木屑片轉(zhuǎn)化成紙漿之前用酶處理該屑片。優(yōu)選地，屑片的酶處理涉及使用一種或多于一種木聚糖酶，例如第11族木聚糖酶。酶處理混合物也可以任選地包含其它酶?？梢栽谟玫?1族木聚糖酶處理硬木屑片之前、同時(shí)或之后，將其它酶，例如纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶或這些酶的結(jié)合物添加到反應(yīng)混合物中。這包括添加純化或半純化的酶制劑或粗提物?？梢栽谟玫?1族木聚糖酶處理硬木屑片之前或之后添加氧化酶、優(yōu)選在沒有木聚糖酶的情況下添加。
在用第11族木聚糖酶處理硬木屑片之前，可以用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述屑片，所述化學(xué)試劑例如酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。此外，在用第11族木聚糖酶處理硬木屑片之后且在機(jī)械精制該硬木屑片之前，可以用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述屑片，所述化學(xué)試劑例如酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。
因此，本發(fā)明提供硬木紙漿的制備方法，該方法包括a.在沒有添加氧化酶的情況下，用一種或多于一種第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物；和b.將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿。
硬木是指這樣一種木材品種，其特征在于纖維短于2.5厘米，存在導(dǎo)管分子和木質(zhì)素濃度不超過25wt％，例如Smook(1992)教導(dǎo)的。硬木可以通過美國農(nóng)業(yè)部(2004)公布的方案來分類。在表1中提供了硬木的實(shí)例，它們沒有限制的意圖。
表1硬木

硬木屑片(屑片)可以由以下物質(zhì)制備已去皮并切片以用于紙漿生產(chǎn)的整個(gè)紙漿木材，或是鋸木廠的或本領(lǐng)域中已知的其它木材轉(zhuǎn)化過程的副產(chǎn)品的殘余木材，例如但不限于US 5,103,883(Viikari等人，該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)。
在酶處理之前，可以任選地對(duì)硬木屑片進(jìn)行熱、化學(xué)或機(jī)械處理。適合的熱處理可以包括汽蒸所述屑片，例如但不限于US 2,008,898(Asplund；該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)中描述的方法。適合的化學(xué)處理可以包括采用一種或多于一種酶、酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑和它們的組合，使用以下文獻(xiàn)中描述的方法進(jìn)行浸漬，所述文獻(xiàn)例如但不限于WO 97/40194(Eachus)、WO 95/09267(Aho)、US 4,145,246(Goheen等人)、US 5,055,159(Blanchette等人)或Messner等人(Fungal Treatment of Wood Chips forChemical Pulping，in Environmentally Friendly Technologies for the Pulpand Paper Industry，Young，R.A.和Akhtar，M.，eds.，John Wiley & Sons1998，pp.385-419)，所有這些文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文。適合的機(jī)械處理可以包括在螺旋壓榨機(jī)或輥壓機(jī)中壓制硬木屑片。預(yù)處理如剛才所述硬木屑片的方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是已知的。
可以在酶預(yù)處理之后但是在脫纖維步驟(亦稱為精制)之前任選地對(duì)硬木屑片進(jìn)行熱、化學(xué)或機(jī)械處理。適合的熱處理可以包括汽蒸屑片或用熱水加熱屑片。適合的化學(xué)處理可以包括用一種或多于一種酶、酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑和它們的結(jié)合物進(jìn)行浸漬。適合的機(jī)械處理可以包括在螺旋壓榨機(jī)或輥壓機(jī)中壓制硬木屑片。
術(shù)語“酶處理”或“酶預(yù)處理”是指用酶溶液接觸屑片。酶處理可以包括-用包含酶的溶液噴淋屑片，-在包含酶的溶液中浸泡屑片，-在機(jī)械壓縮裝置，例如但不限于在螺旋壓榨機(jī)中將屑片壓縮，將該壓縮過的屑片排放到包含酶的溶液中，并在屑片已吸收酶溶液之后，將屑片從酶溶液中取出并將屑片放入儲(chǔ)存容器一段時(shí)間，或-在機(jī)械壓縮裝置，例如但不限于在螺旋壓榨機(jī)中將屑片壓縮，并將該壓縮過的屑片排放到包含酶的溶液，并該在酶溶液中浸泡屑片一段時(shí)間。
另外，可以將這些處理組合。優(yōu)選的處理方法是將屑片壓縮并排放到含酶的溶液中并在該酶溶液中浸泡屑片。隨著屑片松弛，它們減壓并吸收溶液和包含在該溶液中的酶。壓縮-松弛循環(huán)被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作浸漬。在屑片已經(jīng)吸收溶液和包含在該溶液中的酶之后，可以將其從溶液中取出并放入儲(chǔ)存容器中一段時(shí)間以使酶與屑片反應(yīng)。木屑片的壓縮方法的非限制性實(shí)例在WO97/40194(Eachus等人；該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)中進(jìn)行了公開。
可以在大約35℃到大約95℃的溫度或它們之間的任何溫度，和在大約3到大約11的pH值或它們之間的任何pH值下，讓浸漬的硬木屑片與酶溶液中的酶反應(yīng)大約5到大約120分鐘或它們之間的任何時(shí)間間隔。例如，可以在大約35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃或它們之間的任何數(shù)量的溫度下，和在大約3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5或11或它們之間的任何數(shù)量的pH值下，處理浸漬的屑片大約5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115或120分鐘或它們之間的任何數(shù)量的時(shí)間間隔。然而，應(yīng)該理解的是可以使用落在剛才限定的全部參數(shù)內(nèi)的其它處理?xiàng)l件，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要容易地調(diào)節(jié)反應(yīng)條件。另外，如上所述，在涉及第11族木聚糖酶的處理之前、期間或之后可以將其它的酶，例如纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶或這些酶的組合添加到處理混合物中。
優(yōu)選地，在酶處理中所使用的木聚糖酶是第11族木聚糖酶。第11族木聚糖酶(EC 3.2.1.8)包括自然型或改性型第11族木聚糖酶，例如但不限于WO 03/0461 69(Sung等人，該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)中公開的那些。第11族木聚糖酶是指包含對(duì)其它的第11族木聚糖酶來說常見的氨基酸的木聚糖酶，其包括可以用作催化殘基的兩個(gè)谷氨酸(E)殘基?；赥r2氨基酸編號(hào)(瑞氏木霉木聚糖酶II酶)，發(fā)現(xiàn)谷氨酸殘基在86和177位(參見WO 03/0461 69的圖1；Sung；該文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)。在WO 03/046169的圖1中可以看出，第11族木聚糖酶共有廣泛的氨基酸序列相似性。第11族木聚糖酶的實(shí)例包括，但不限于，從以下酶獲得的自然型或改性型酶木霉屬、馬杜拉放線菌屬、曲霉屬、短柄霉屬、芽孢桿菌屬、纖維單孢菌屬、毛殼菌屬、欽氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、絲狀桿菌屬、腐質(zhì)菌屬、Neocallimasterix、擬諾卡氏菌屬、瘤胃球菌屬、裂褶菌屬、鏈霉菌屬、熱單孢屬和嗜熱真菌屬。根據(jù)本發(fā)明可以使用的第11族木聚糖酶的其它實(shí)例包括，但不限于黑曲霉(Aspergillus niger) Xyn A白曲霉(Aspergillus awamori var.kawachii) Xyn B川地曲霉 Xyn CAspergillus tubigensis Xyn A環(huán)狀芽孢桿菌 Xyn A短小芽孢桿菌 Xyn A枯草芽孢桿菌 Xyn A糞肥桿菌(Cellulomonas fimi)Xyn D欽氏菌(Chainia spp.) Xyn丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌 Xyn B梭狀芽孢桿菌(Clostridium stecorarium) Xyn A絲狀桿菌(Fibrobacter succinognees) Xyn IINeocallimasterix patriciarum Xyn A擬諾卡氏菌(nocardiopsis dassonvillei) Xyn II
生黃瘤胃球菌(Ruminococcus fiavefaciens) Xyn ASchizophyllum cimmuneXyn變青鏈霉菌 Xyn B變青鏈霉菌 Xyn C鏈霉菌36a號(hào)菌種(Streptomyces sp.No.36a) Xyn熱紫鏈霉菌(Streptomyces thermoviolaceus) Xyn II褐色熱單孢(Thermomonospora fusca)Xyn A嗜熱真菌(Thermomyces Lanuginosus)Xyn哈茨木霉(Trichoderma harzianum) Xyn瑞氏木霉 Xyn I瑞氏木霉 Xyn II綠色木霉(Trichoderma viride) Xyn對(duì)若干第11族木聚糖酶的結(jié)構(gòu)研究說明來自細(xì)菌和真菌的第11族木聚糖酶共有相同的通用分子結(jié)構(gòu)(US專利5,405,769；Campbell等人；Arase等人，1993，F(xiàn)EBS Lett.；該兩篇文獻(xiàn)都通過引用的方式加入本文)。此外，迄今為止所鑒定的大多數(shù)第11族木聚糖酶顯示三類二級(jí)結(jié)構(gòu)，包括β-片狀、翻轉(zhuǎn)和單一α螺旋。
如本文所述，可以用一種或多于一種第11族酶或包含一種或多于一種第11族木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和細(xì)胞壁酶的各種組合的酶混合物處理硬木屑片。優(yōu)選地，這排除添加與第11族木聚糖酶組合的脂肪酶。然而，應(yīng)該理解的是，可以將少量脂肪酶添加到屑片中，或可以存在低水平的脂肪酶活性，而不會(huì)顯著地影響木聚糖酶處理的結(jié)果。
在本發(fā)明所采用的條件下呈活性的任何第11族木聚糖酶可以用于所述方法。另外，第11族木聚糖酶可以是選自以下的改性的木聚糖酶TrX-DS1；TrX-162H-DS1；TrX-162H-DS2；TrX-162H-DS4；TrX-162H-DS8；TrX-75A；TrX-HML-105H；TrX-HML-75A-105H；TrX-HML-75C-105R；TrX-HML-75G-105R；TrX-HML-75G-105R-125A-129E；TrX-HML-75G-105H-125A-129E；TrX-HML-75A-105H-125A-129E；TrX-HML-75A-105R-125A-129E；TrX-157D-161R-162H-165H；TrX-HML-AHAE；TrX-HML-AHAE-R；TrX-HML-AHAE-RR；TrX-HML-AHAE-RRR；TrX-HML-AHA-RR-DRHH；rX-HML-AHAE-RR-DRHH；TrX-HML-AHAE-RRR-DRHH；TrX-116G；TrX-118C；TrX-HML-AHCAE-R；TrX-H-11D-ML-AHGAE-RR；TrX-HML-AHGAE-R；TrX-H-11D-ML-AHGCAE-RR；TrX-H-11D-ML-AHCAE-RR；TrX-HML；HTX13；HTX18；ITX1；ITX2；ITX2′；ITX3；ITX3′；ITX4；ITX4′；ITX5；ITX5′；Xlnl-131N；HTX44；HTX44-131N(參見W003/046169；US 60/556,061；PCT/CA2005/000448，所有這些文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文)。第11族木聚糖酶也可以是BIOBRITEUHB木聚糖酶、BIOBRITEEB木聚糖酶、BIOBRITEHTX木聚糖酶或天然型瑞氏木霉木聚糖酶II。
在酶處理屑片(包括噴淋、浸泡、壓縮和排放，壓縮和排出后讓屑片與酶溶液中的酶反應(yīng)、或它們的組合)的過程中，所使用的木聚糖酶劑量可以為大約0.01-大約600木聚糖酶單位/克屑片(XU/g)或它們之間的任何數(shù)量。例如，不應(yīng)看作是限制性的，在屑片處理過程中，木聚糖酶劑量可以為大約0.1-大約150XU/g硬木屑片，或它們之間的任何數(shù)量，或可以為大約5-大約200XU/g硬木屑片或它們之間的任何數(shù)量。例如，木聚糖酶劑量可以為0.01、0.1、5、25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575或600XU/g硬木屑片，或它們之間的任何數(shù)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能根據(jù)需要容易地改變酶與屑片比例的量，并且剛才提供的具體量不應(yīng)該看作是限制性的。木聚糖酶活性的測(cè)定方法在實(shí)施例2中給出。
在酶處理屑片過程中所使用的木聚糖酶劑量也可以按照木聚糖酶蛋白質(zhì)的克數(shù)/噸硬木屑片表示。例如，不應(yīng)看作是限制性的，木聚糖酶劑量可以為大約0.1到600克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸屑片，或它們之間的任何數(shù)量；或可以為大約2.0到15克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸屑片，或它們之間的任何數(shù)量；或大約2.5到12克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸屑片，或它們之間的任何數(shù)量；或大約3.5到9克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸屑片，或它們之間的任何數(shù)量。例如，木聚糖酶劑量可以為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0，5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10、12、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575或600克總蛋白質(zhì)/噸屑片，或它們之間的任何數(shù)量。例如，在實(shí)施例4中，在第11族木聚糖酶濃度(10-100克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸屑片)范圍內(nèi)培養(yǎng)硬木屑片并且也可以選擇酶的其它用量。
稠度定義為木纖維在木纖維與水的淤漿中的質(zhì)量百分率。在稠度測(cè)量中，木纖維可以包含屑片或紙漿。稠度如下測(cè)量取已知質(zhì)量的淤漿，并在烘箱中在105℃將它干燥直到該樣品達(dá)到恒定質(zhì)量，此時(shí)已從紙漿中除去了所有水。然后測(cè)定剩余的木纖維的烘干質(zhì)量。木纖維的烘干質(zhì)量除以淤漿的質(zhì)量的商計(jì)算為稠度并按百分率表示。
將在處理階段中使用的屑片稠度可以是總處理混合物的大約0.1％(w/w)到大約50％(w/w)，或它們之間的任何數(shù)量。在處理階段中屑片稠度的非限制性實(shí)例是大約5％(w/w)到大約40％(w/w)，或它們之間的任何數(shù)量。在處理階段中所使用的屑片稠度的另一個(gè)非限制性實(shí)例是大約15％(w/w)到大約35％(w/w)，或它們之間的任何數(shù)量。然而，應(yīng)該理解的是，在處理混合物中所存在的屑片稠度可以根據(jù)需要而變化。
可以在酶處理過程中應(yīng)用于屑片的其它酶包括纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶和酯酶。如果在采用第11族木聚糖酶處理的處理之前或之后添加氧化-還原酶，則可以添加它們。半纖維素酶可以包括甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶或它們的結(jié)合物。細(xì)胞壁酶包括蘋果菌素、里氏木霉、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶(XET)或它們的結(jié)合物，以及酯酶可以包括阿魏酸酯酶。
用于浸漬的酸可以包括鹽酸、硫酸、碳酸氫鈉、甲酸、乙酸、草酸和羥基乙酸，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。羥基乙酸也被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作乙醇酸。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在浸漬過程中可以使用硫酸。
用于浸漬的堿可以包括氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和硅酸鈉，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在浸漬過程中可以使用氫氧化鈉和硅酸鈉。
在浸漬過程中也可以使用氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑和表面活性劑。氧化劑的非限制性實(shí)例包括過氧化氫、二氧化氯、氧、過甲酸、過乙酸和臭氧，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。如果使用氧化劑，則優(yōu)選的氧化劑是過氧化氫。還原劑的非限制性實(shí)例包括亞硫酸鈉、甲脒亞磺酸、連二亞硫酸鈉(也稱為保險(xiǎn)粉(sodium dithionte))和硼氫化鈉，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。優(yōu)選的還原劑是亞硫酸鈉和連二亞硫酸鈉。螯合劑的非限制性實(shí)例包括乙二胺四乙酸和其鈉和鉀鹽(EDTA)、二(-1，2-)亞乙基三胺五乙酸和其鈉和鉀鹽(DTPA)、次氨基三乙酸和其鈉和鉀鹽(NTA)、羥基乙酸和其鈉和鉀鹽以及草酸和其鈉和鉀鹽，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。優(yōu)選的螯合劑包括EDTA和DTPA。穩(wěn)定劑的非限制性實(shí)例包括硅酸鈉、硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂和氫氧化鎂，基于烘干的屑片以0.01％(w/w)到10％(w/w)的添加比率使用。優(yōu)選的穩(wěn)定劑是硅酸鈉、硫酸鎂和它們的結(jié)合物。表面活性劑的非限制性實(shí)例包括非離子型表面活性劑例如壬基苯酚乙氧基化物，陰離子型表面活性劑例如月桂基硫酸鈉，陽離子型表面活性劑例如季銨類和兩性表面活性劑例如甜菜堿。
在酶處理結(jié)束時(shí)，將木屑片作為原料供應(yīng)給機(jī)械精制裝置，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。可以在初級(jí)精制機(jī)中將木屑片脫纖維并將其轉(zhuǎn)化成粗紙漿，和在二級(jí)精制機(jī)中通過二級(jí)精制操作精制所得粗紙漿。
脫纖維或初級(jí)精制通常涉及將屑片引入機(jī)械精制裝置，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。在機(jī)械精制裝置中，讓木屑片在具有凸起(棒和壩)和凹陷(凹槽)段的板之間通過，并且其中所述板中至少一個(gè)是旋轉(zhuǎn)的。屑片從板的中心移動(dòng)到邊緣并在板的作用下從屑片轉(zhuǎn)化成紙漿。
二級(jí)精制，是指將粗紙漿引入機(jī)械精制裝置，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，其中粗紙漿在具有凸起(棒和壩)和凹陷(凹槽)段的板之間通過。所述板安裝在精制機(jī)中且讓所述板中至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)。所述粗紙漿從該板的中心移動(dòng)到邊緣并且在板的作用下被精制。
機(jī)械精制過程，是指如下將屑片轉(zhuǎn)化成精制紙漿在初級(jí)精制機(jī)中將屑片脫纖維成粗紙漿和在二級(jí)精制機(jī)中將所述粗紙漿精制。在二級(jí)提煉過程之后可以進(jìn)行另外的精制過程，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
本文所述的方法可以在研磨機(jī)上作為任何正規(guī)屑片處理、精制和紙漿漂白工藝的一部分進(jìn)行。例如，所述工藝可以包括精制機(jī)機(jī)械制漿(RMP)、熱機(jī)械制漿(TMP)、化學(xué)熱機(jī)械制漿(CTMP)、漂白熱機(jī)械制漿(BTMP)、漂白化學(xué)熱機(jī)械制漿(BCTMP)、或中密度纖維板的制備(MDF)。
可以在以下實(shí)施例中說明本發(fā)明。然而，應(yīng)該理解的是這些實(shí)施例僅是用于說明性目的而不應(yīng)用來以任何方式限制本發(fā)明范圍。
實(shí)施例實(shí)施例1木聚糖酶溶液的蛋白質(zhì)濃度的測(cè)定通過Bio-Rad/Coomasie方法測(cè)定木聚糖酶混合物的蛋白質(zhì)濃度，其中用考馬斯亮藍(lán)染料處理溶液中的蛋白質(zhì)以形成著色的絡(luò)合物。與作為蛋白質(zhì)溶液處理的標(biāo)準(zhǔn)纖維素酶相比，測(cè)量在595nm下的光吸收并測(cè)定酶的量。木聚糖酶混合物中的蛋白質(zhì)包含至少70％木聚糖酶蛋白質(zhì)。
實(shí)施例2測(cè)量木聚糖酶活性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)內(nèi)木聚糖酶試驗(yàn)特別針對(duì)在內(nèi)-1，4-β-D-木聚糖酶活性。當(dāng)用木聚糖酶培養(yǎng)偶氮木聚糖(燕麥)時(shí)，當(dāng)將乙醇添加到該反應(yīng)混合物中時(shí)，底物發(fā)生解聚產(chǎn)生保留在溶液中的低分子量的著色的碎片。通過離心分離除去高分子量材料并測(cè)量浮于上層的溶液的顏色。通過參考標(biāo)準(zhǔn)曲線來測(cè)定試驗(yàn)溶液中的木聚糖酶活性。該方法基于由MegazymeInternational Ireland Limited(2003)公布的方法且產(chǎn)品名稱是S-AXYO燕麥偶氮木聚糖。將底物純化(以除去淀粉和β-葡聚糖)。用Remazolbrilliant Blue R將多糖染色到大約1個(gè)染料分子/30個(gè)糖殘基的程度。
將粉末狀底物溶于水和乙酸鈉緩沖液中并將pH值調(diào)節(jié)到4.5以提供濃度的2％w/v的最終溶液。對(duì)于這些試驗(yàn)來說，除非另有說明，將木聚糖酶在pH值為4.5的0.5M乙酸鹽緩沖液中稀釋。在40℃加熱2毫升所述木聚糖酶溶液5分鐘并將0.25mL預(yù)加熱過的偶氮-木聚糖添加到所述酶溶液中。在40℃培養(yǎng)所得混合物10分鐘。結(jié)束該反應(yīng)，并如下將高分子量底物沉淀添加1.0mL乙醇(95％v/v)并在渦旋混合器上劇烈攪拌10秒。使反應(yīng)管平衡到室溫10分鐘，然后在2000rpm下離心分離6-10分鐘。將浮于上層的溶液轉(zhuǎn)移到分光光度計(jì)比色杯中并在590nm下測(cè)量空白溶液和反應(yīng)溶液的吸光度。如下測(cè)定活性測(cè)量酶樣品在590nm下達(dá)到0.5個(gè)吸光度單位的吸光度的稀釋度水平。通過在添加酶之前將乙醇添加底物中制備空白樣，并從樣品的吸光度中減去空白樣的吸光度。然后通過公式(1)計(jì)算樣品的木聚糖酶活性A＝1.07 D(1)其中A＝酶活性，XU/mLD＝達(dá)到0.5吸光度的酶樣品的稀釋度實(shí)施例3木聚糖酶處理釋放的木聚糖和木糖的量的測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室研究中，用木聚糖酶處理屑片所釋放的木糖的量如下測(cè)定。首先，在聚乙烯袋中在5.0％的固體稠度、63℃的溫度和～5.7到6.3的pH值下用酶處理屑片懸浮液60分鐘。紙漿懸浮液的pH值如下調(diào)節(jié)若該懸浮液過于酸性則添加0.1N苛性堿，或者若所述溶液過于堿性則添加0.1N硫酸。在向屑片添加木聚糖酶之前，在恒溫水浴中將屑片樣品預(yù)熱到所需溫度以模仿在研磨機(jī)中的操作，其中將酶添加到熱屑片中。用與木聚糖酶處理的屑片完全一樣的方法處理屑片對(duì)比樣品，不同在于使用水代替木聚糖酶制劑，這相當(dāng)于0XU/g紙漿的劑量。在處理之后，使用具有細(xì)濾紙的漏斗將每個(gè)屑片懸浮液過濾，細(xì)濾紙保留所有固體顆粒，并在小瓶中收集濾液。在處理屑片之后釋放的木聚糖和木糖的量如下測(cè)定將在溶液中的所有木聚糖低聚物轉(zhuǎn)化成木糖單體且不破壞木糖單體。這如下完成將1mL 4％w/v硫酸添加到lmL濾液的等分試樣中，然后將該酸化過的等分試樣放在121℃的高壓釜中60分鐘以使所有木聚糖低聚物水解成木糖單體。通過在使用Carbopac PA1柱和電化學(xué)檢測(cè)器的Dionex高效液相色譜儀上使用木糖標(biāo)準(zhǔn)樣品，來測(cè)定每個(gè)已水解等分試樣中的木糖的量。釋放的木糖的量計(jì)算為酶處理過的屑片與未處理過的對(duì)比切屑片的已水解等分試樣中測(cè)量的木糖的量之間的差值，并用mg木糖/克初始屑片(烘干基準(zhǔn))來表示。
實(shí)施例4用木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计帽?所示的來自真菌和細(xì)菌的木聚糖酶分別地處理?xiàng)顦湫计娜舾蓸悠?。酶族還基于Henrissat(1991，Biochem.J.；和Davies和Henrissat，1995；它們通過引用的方式加入本文)進(jìn)行注釋。使用實(shí)施例1的方法測(cè)定蛋白質(zhì)濃度，使用實(shí)施例2的方法測(cè)定木聚糖酶活性。
表2所測(cè)試的酶和每種酶的木聚糖酶活性

*對(duì)于Thermotoga maritima來說，試驗(yàn)在pH值為pH6和90℃下進(jìn)行。
用0、0.01、0.04、0.08和0.1mg蛋白質(zhì)/g楊樹屑片處理屑片。還以0.02mg蛋白質(zhì)/g屑片的劑量將木聚糖酶T6(來自嗜熱脂肪芽孢桿菌T6)、Thermotoga maritima木聚糖酶、天然型瑞氏木霉XynII和BIOBRITEEB用于屑片。對(duì)于所有屑片與酶的混合物來說，溫度維持在63℃，pH值維持在pH5.7和6.3之間，屑片維持在5％的稠度，并且反應(yīng)持續(xù)60分鐘。在反應(yīng)期釋放的木糖的量使用實(shí)施例3的方法測(cè)量。表3中給出的在0.1mg蛋白質(zhì)/g屑片下的結(jié)果是根據(jù)木糖釋放量對(duì)劑量的半對(duì)數(shù)圖的最佳擬合線測(cè)定。
表3通過用0.1mg木聚糖酶/g屑片處理?xiàng)顦湫计尫诺哪咎?

對(duì)于表3中的酶來說，在0.1mg蛋白質(zhì)/g屑片下的木糖釋放量比是0.01mg蛋白質(zhì)/g屑片下的木糖釋放量的2到3倍。這些結(jié)果說明可以在相應(yīng)的木糖釋放量下用木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计?。然而，不是所有的木聚糖酶在釋放木糖方面是等效的，因?yàn)橛玫?1族木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计扔玫?0族木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计a(chǎn)生更大的木糖釋放量。不希望受到理論的束縛，這些說明第11族木聚糖酶比第10族木聚糖酶更能滲透纖維和使木聚糖水解。
實(shí)施例5加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度的測(cè)量加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量紙漿的排水能力，紙漿排水能力是從紙漿物質(zhì)除去水的容易性。CSF使用國際標(biāo)準(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)#ISO 5267-2測(cè)量，且其單位是毫升(mL)。CSF是說明機(jī)械制漿的程度的參數(shù)。通過將木屑片精制到CSF的規(guī)定水平來進(jìn)行機(jī)械制漿。
實(shí)施例6在浸泡箱中的木聚糖酶處理之后楊樹屑片的精制在10％的稠度和60℃的溫度下， 以20XU/g屑片的劑量將BIOBRITEEB木聚糖酶(可以從Iogen Corp.獲得)應(yīng)用于硬木屑片，在這種情況下屑片來自楊樹。將處理過的屑片培養(yǎng)30分鐘或60分鐘。用與木聚糖酶處理過的屑片完全一樣的方法處理對(duì)比屑片，不同在于使用水代替木聚糖酶。在處理結(jié)束時(shí)，在大氣壓下使用12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)將屑片脫纖維。將在脫纖維中制備的粗紙漿在大氣壓下在12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)中進(jìn)一步精制，精制紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量為精制的比能的函數(shù)。
由屑片的各種酶處理制備具體的CSF所要求的比能與所述CSF之間的關(guān)系在圖1中示出。在精制之前用木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计沟眠_(dá)到給定CSF的精制能量顯著減小。例如，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，在精制之前用BIOBRITEEB處理?xiàng)顦湫计?0分鐘的反應(yīng)時(shí)間使得能量需求減少了至少350kWh/噸。用BIOBRITEEB處理屑片60分鐘的反應(yīng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)了甚至更大的至少500kWh/噸的能量減少。
這些結(jié)果證實(shí)木聚糖酶處理硬木屑片90分鐘或更少的培育期使得隨后的屑片精制需要減少的能量。
實(shí)施例7在浸泡箱中的木聚糖酶處理之后云杉屑片的精制通過對(duì)比給出這一實(shí)施例。在大氣壓下汽蒸云杉屑片5分鐘。在10％的稠度和60℃的溫度下，以20XU/g屑片的劑量將PULPZYMEHC木聚糖酶(NovoNordisk，1000XU/g產(chǎn)品)應(yīng)用于屑片。將所得溶液培養(yǎng)30分鐘或60分鐘。用與木聚糖酶處理過的屑片完全一樣的方法處理對(duì)比屑片，不同在于使用水代替木聚糖酶。在酶處理之后，在110℃下汽蒸屑片3分鐘。汽蒸之后，在壓力下使用12英寸精制機(jī)將屑片脫纖維然后在大氣壓下在12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)中進(jìn)行精制。精制紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量為精制的比能的函數(shù)。所獲得的曲線中圖2中示出。在精制之前用木聚糖酶處理云杉屑片導(dǎo)致達(dá)到給定CSF的精制能量顯著增加。在PULPZYMEHC處理屑片30分鐘的情況下，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，能量增加是350kWh/噸。在PULPZYMEHC處理屑片60分鐘的情況下，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，能量增加是300kWh/噸。這些結(jié)果說明，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，用木聚糖酶處理軟木屑片不會(huì)減小精制能量。
實(shí)施例8在浸漬裝置中的木聚糖酶處理之后楊樹屑片的精制在0.72XU/g屑片的劑量和60℃的溫度下，將BIOBRITEHTX木聚糖酶(可以從Iogen Corp.獲得)應(yīng)用于硬木楊樹屑片。將木聚糖酶應(yīng)用于經(jīng)過如下處理的屑片已在壓縮比為4∶1的螺旋壓榨機(jī)中壓制并從螺旋壓榨機(jī)排放到包含木聚糖酶的酶溶液。屑片吸收酶溶液然后將其輸送到反應(yīng)容器中，在該反應(yīng)容器中，它們反應(yīng)60分鐘。用與木聚糖酶處理過的屑片完全一樣的方法處理對(duì)比紙漿，不同在于使用水代替木聚糖酶。在處理結(jié)束時(shí)，在加壓的12英寸精制機(jī)中將屑片脫纖維。在大氣壓下在12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)中精制所得粗紙漿，精制紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量為精制的比能的函數(shù)。
在1.44XU/g屑片的劑量和60℃的溫度下，將BIOBRITEHTX木聚糖酶(可以從Iogen Corp.獲得)應(yīng)用于硬木楊樹屑片。將木聚糖酶應(yīng)用于經(jīng)過如下處理的屑片已在壓縮比為4∶1的螺旋壓榨機(jī)中壓制并從螺旋壓榨機(jī)排放到包含木聚糖酶的酶溶液。屑片吸收酶溶液然后將其輸送到反應(yīng)容器中，在該反應(yīng)容器中，它們反應(yīng)60分鐘。用與木聚糖酶處理過的紙漿完全一樣的方法處理對(duì)比紙漿，不同在于使用水代替木聚糖酶。在處理結(jié)束時(shí)，在加壓的12英寸精制機(jī)中將屑片脫纖維。在大氣壓下在12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)中精制所得粗紙漿，精制紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量為精制的比能的函數(shù)。
由在0.72XU/g屑片下酶處理?xiàng)顦湫计a(chǎn)生具體的CSF所要求的比能與所述CSF之間的關(guān)系在圖3中示出。在精制之前用木聚糖酶處理?xiàng)顦湫计沟眠_(dá)到給定CSF的精制能量顯著減小。例如，在200mL的CSF下，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，在精制之前用0.72XUBIOBRITEHTX/g屑片處理?xiàng)顦湫计?0分鐘的反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生至少130kwh/噸的比能減少。如圖4所示，在CSF 200mL下，用1.44XUBIOBRITEHTX處理屑片60分鐘的時(shí)間實(shí)現(xiàn)甚至更大的至少210kWh/噸的比能減少。
木聚糖酶劑量的效果也在圖5中示出了，其中在獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)中用BIOBRITEHTX處理硬木山楊屑片。在63℃的溫度下，以0.19和0.77XU/g屑片的劑量將BIOBRITEHTX木聚糖酶(可以從Iogen Corp.獲得)應(yīng)用于硬木山楊屑片。將木聚糖酶應(yīng)用于經(jīng)過如下處理的屑片已在壓縮比為2∶1的螺旋壓榨機(jī)中壓制并從螺旋壓榨機(jī)排放到包含該木聚糖酶的酶溶液。屑片吸收酶溶液然后將其輸送到反應(yīng)容器中，在反應(yīng)容器中，它們反應(yīng)60分鐘。用與木聚糖酶處理過的屑片完全一樣的方法處理對(duì)比紙漿，不同在于使用水代替木聚糖酶。在處理結(jié)束時(shí)，在加壓的12英寸精制機(jī)中將屑片脫纖維。在大氣壓下在12英寸實(shí)驗(yàn)室精制機(jī)中精制所得粗紙漿，精制紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)測(cè)量為精制的比能的函數(shù)。在這些實(shí)驗(yàn)中，在350mL的CSF下，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，在精制之前用0.19XU BIOBRITEHTX/g屑片處理?xiàng)顦湫计?0分鐘的反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生至少260kWh/噸的比能減少。在350mL的CSF下，相對(duì)于未處理過的對(duì)比樣品，在精制之前用0.77XUBIOBRITEHTX/g屑片增加對(duì)楊樹屑片的木聚糖酶處理60分鐘的反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生至少370kWh/噸的比能減少并證實(shí)了增加木聚糖酶劑量對(duì)精制能量的減少具有有利影響。
這些結(jié)果證實(shí)用0.19XU/g屑片或更高，酶處理硬木屑片60分鐘的反應(yīng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)隨后精制屑片的能量需求減少，并且增加應(yīng)用于屑片的木聚糖酶的劑量實(shí)現(xiàn)能量減少方面的增加。
所有的引用文獻(xiàn)通過引用的方式加入本文。
已根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案描述了本發(fā)明。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍的情況下可以作出許多變化和修改。
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權(quán)利要求
1.一種硬木紙漿的制備方法，其包括a.在沒有添加氧化酶的情況下，用一種或多于一種第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物；和b.將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)中，所述硬木屑片選自山楊、楊樹、樺樹、楓樹、橡樹、桉樹和金合歡樹硬木品種和它們的組合。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)中，所述一種或多于一種第11族木聚糖酶選自木霉屬、馬杜拉放線菌屬、曲霉屬、短柄霉屬、芽孢桿菌屬、纖維單孢菌屬、毛殼菌屬、欽氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、絲狀桿菌屬、腐質(zhì)菌屬、neocallimasterix、擬諾卡氏菌屬、瘤胃球菌屬、裂褶菌屬、鏈霉菌屬、熱單孢屬和嗜熱真菌屬。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述木霉屬酶是瑞氏木霉木聚糖酶II。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)中，使用浸泡箱或木材壓縮-松弛裝置將所述一種或多于一種第11族木聚糖酶添加到所述硬木屑片中。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述木材壓縮-松弛裝置包括螺旋壓榨機(jī)和浸漬機(jī)。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述木材壓縮-松弛裝置也用來將化學(xué)試劑添加到所述硬木屑片中，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)之前，在浸泡裝置或木材壓縮-松弛裝置中用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述硬木屑片，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)之后且在所述精制步驟(步驟b.)之前，在浸泡裝置或木材壓縮-松弛裝置中用一種或多于一種化學(xué)試劑處理所述硬木屑片，所述化學(xué)試劑選自酸、堿、氧化劑、還原劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、酶和它們的結(jié)合物。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述木材壓縮-松弛裝置包括螺旋壓榨機(jī)和浸漬機(jī)。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述木材壓縮-松弛裝置包括螺旋壓榨機(jī)和浸漬機(jī)。
12.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)之前將所述硬木屑片熱處理。
13.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)之后且在所述精制步驟(步驟b.)之前，將所述硬木屑片熱處理。
14.權(quán)利要求7的方法，其中-所述酸選自鹽酸、硫酸、碳酸氫鈉、甲酸、乙酸、草酸、羥基乙酸和它們的結(jié)合物；-所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述氧化劑選自過氧化氫、二氧化氯、氧、過甲酸、過乙酸、臭氧和它們的結(jié)合物；-所述還原劑選自亞硫酸鈉、甲脒亞磺酸、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉和它們的結(jié)合物；-所述螯合劑選自乙二胺四乙酸、二(-1，2-)亞乙基三胺五乙酸、次氨基三乙酸、羥基乙酸、草酸和它們的結(jié)合物；-所述穩(wěn)定劑選自硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、氫氧化鎂、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述表面活性劑選自非離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性表面活性劑和它們的結(jié)合物；和-所述酶選自纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶和它們的結(jié)合物。
15.權(quán)利要求8的方法，其中-所述酸選自鹽酸、硫酸、碳酸氫鈉、甲酸、乙酸、草酸、羥基乙酸和它們的結(jié)合物；-所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述氧化劑選自過氧化氫、二氧化氯、氧、過甲酸、過乙酸、臭氧和它們的結(jié)合物；-所述還原劑選自亞硫酸鈉、甲脒亞磺酸、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉和它們的結(jié)合物；-所述螯合劑選自乙二胺四乙酸、二(-1，2-)亞乙基三胺五乙酸、次氨基三乙酸、羥基乙酸、草酸和它們的結(jié)合物；-所述穩(wěn)定劑選自硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、氫氧化鎂、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述表面活性劑選自非離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性表面活性劑和它們的結(jié)合物；和-所述酶選自纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶和它們的結(jié)合物。
16.權(quán)利要求9的方法，其中-所述酸選自鹽酸、硫酸、碳酸氫鈉、甲酸、乙酸、草酸、羥基乙酸和它們的結(jié)合物；-所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述氧化劑選自過氧化氫、二氧化氯、氧、過甲酸、過乙酸、臭氧和它們的結(jié)合物；-所述還原劑選自亞硫酸鈉、甲脒亞磺酸、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉和它們的結(jié)合物；-所述螯合劑選自乙二胺四乙酸、二(-1，2-)亞乙基三胺五乙酸、次氨基三乙酸、羥基乙酸、草酸和它們的結(jié)合物；-所述穩(wěn)定劑選自硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂、氫氧化鎂、硅酸鈉和它們的結(jié)合物；-所述表面活性劑選自非離子型表面活性劑、陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性表面活性劑和它們的結(jié)合物；和-所述酶選自纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶和它們的結(jié)合物。
17.權(quán)利要求1的方法，其中，在所述處理步驟(步驟a.)中，將所述第11族木聚糖酶與纖維素酶、半纖維素酶、細(xì)胞壁酶、酯酶或它們的結(jié)合物一起添加。
18.權(quán)利要求14的方法，其中-所述半纖維素酶選自甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和它們的結(jié)合物；-所述細(xì)胞壁酶選自蘋果菌素、里氏木霉、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶和它們的結(jié)合物；和-所述酯酶包括阿魏酸酯酶。
19.權(quán)利要求15的方法，其中-所述半纖維素酶選自甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和它們的結(jié)合物；-所述細(xì)胞壁酶選自蘋果菌素、里氏木霉、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶和它們的結(jié)合物；和-所述酯酶包括脂肪酶、阿魏酸酯酶或它們的結(jié)合物。
20.權(quán)利要求16的方法，其中-所述半纖維素酶選自甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和它們的結(jié)合物；-所述細(xì)胞壁酶選自蘋果菌素、里氏木霉、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶和它們的結(jié)合物；和-所述酯酶包括脂肪酶、阿魏酸酯酶或它們的結(jié)合物。
21.權(quán)利要求17的方法，其中-所述半纖維素酶選自甘露聚糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、果膠酶和它們的結(jié)合物；-所述細(xì)胞壁酶選自蘋果菌素、里氏木霉、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶和它們的結(jié)合物；和-所述酯酶包括阿魏酸酯酶。
22.權(quán)利要求12的方法，其中所述熱處理包括用蒸汽或熱水處理所述硬木屑片。
23.權(quán)利要求13的方法，其中所述熱處理包括用蒸汽或熱水處理所述硬木屑片。
24.權(quán)利要求1的方法，其中在大約35℃到大約85℃的溫度下進(jìn)行所述處理步驟(步驟a.)。
25.權(quán)利要求1的方法，其中在大約3到大約11的pH值下進(jìn)行所述處理步驟(步驟a.)。
26.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)中，所述第11族木聚糖酶以大約0.01-大約600木聚糖酶單位/克硬木屑片的量存在。
27.權(quán)利要求1的方法，其中在沒有添加脂肪酶的情況下進(jìn)行所述處理步驟(步驟a.)。
28.權(quán)利要求1的方法，其中在所述處理步驟(步驟a.)中，所述第11族木聚糖酶以大約0.1-大約600克木聚糖酶蛋白質(zhì)/噸硬木屑片的量存在。
29.一種硬木紙漿的制備方法，其包括a.用一種或多于一種第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物；和b.將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿，其中在所述處理步驟(步驟a.)之前或之后將一種或多于一種氧化酶添加到所述硬木屑片中。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述氧化酶選自漆酶、木質(zhì)酶、錳過氧化物酶和它們的結(jié)合物。
全文摘要
提供了一種硬木紙漿的制備方法。該方法包括在沒有添加氧化酶的情況下用一種或多于一種第11族木聚糖酶處理硬木屑片大約5分鐘到大約120分鐘，以制備處理過的屑片混合物。然后將所述處理過的屑片混合物機(jī)械精制以制備所述硬木紙漿。
文檔編號(hào)D21C1/04GK1997791SQ200580022401
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月3日
發(fā)明者米歇爾·珀蒂-科尼, J.·馬克·A.·霍丹巴格, 杰弗里·S.·托蘭 申請(qǐng)人:紙、紙板和纖維素工業(yè)技術(shù)中心