一種表面施膠專用酶及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面施膠專用酶及其制備方法，屬于酶制劑制備【技術(shù)領(lǐng)域】，該酶以中溫α-淀粉酶為主要酶制劑，并科學(xué)復(fù)配中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶，還添加了具有抗熱穩(wěn)定性和耐凍性的保護(hù)劑和充分發(fā)揮酶催化能力的激活劑，并且在制備過程采用高壓脈沖電場技術(shù)對成品液體酶制劑進(jìn)行非熱性殺菌，避免了原料淀粉質(zhì)量特性給表面施膠帶來的直接和間接的危害，消除了生物酶轉(zhuǎn)化淀粉在造紙表面施膠中原料淀粉的危害因子，拓展了原料淀粉的應(yīng)用范圍，降低了原料成本，簡化了施膠液制備和表面施膠工藝，提高了表面施膠液和造紙表面施膠質(zhì)量，室溫下保存12個(gè)月，組分中各酶活力平均損失10-15%，2-4℃低溫保存，酶活力平均損失僅為5-10%。
【專利說明】一種表面施膠專用酶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及造紙表面施膠酶制劑的制備，特別涉及一種表面施膠專用酶及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]我國是一個(gè)森林資源貧乏的國家，人均森林蓄積量僅為9m3，不到世界人均蓄積量的1/5，這使得我國優(yōu)質(zhì)的造紙纖維原材料供應(yīng)緊張，造紙行業(yè)不得不將原材料轉(zhuǎn)向草漿或二次纖維(廢紙)。而草漿纖維較短，纖維之間結(jié)合度低，強(qiáng)度差，雜細(xì)胞多，使得造出的紙張質(zhì)量受較大影響，在印刷過程中掉毛、掉粉現(xiàn)象比較嚴(yán)重，難以達(dá)到印刷業(yè)對紙張的平滑度、表面強(qiáng)度、吸墨性能及印刷適應(yīng)性等越來越高的要求。紙張的表面強(qiáng)度還影響著造紙機(jī)的車速，即成品紙的生產(chǎn)效率。而表面施膠能有效改善紙張的性能，如表面強(qiáng)度、平滑度、抗水性及印刷性能等，采用表面施膠后濕部系統(tǒng)可以不再添加施膠劑和硫酸鋁等，白水的清潔度和循環(huán)回用率大幅提升，大大降低了廢水的處理壓力。因此，越來越多的造紙廠通過這一工藝來提高紙張的質(zhì)量，提升紙張的表面強(qiáng)度，改善成紙的印刷性能。
[0003]目前，越來越多的造紙廠家開始采用表面施膠工藝。引發(fā)此趨勢的原因，其一是成紙質(zhì)量要求的不斷提高，包裝紙(特別是瓦楞紙)都趨向于低定量、高強(qiáng)度、重施膠度，同時(shí)由于廢紙的回收利用率越來越高，漿料將越來越差，而表面施膠可以改善、彌補(bǔ)這一缺陷，實(shí)現(xiàn)提升成紙強(qiáng)度；其二是表面施膠的成本大大低于漿內(nèi)施膠，施膠成本低，施膠可控性好于漿內(nèi)施膠；其三是采用表面施膠后濕部系統(tǒng)可以不添加施膠劑和硫酸鋁等，白水的清潔度和循環(huán)回用率大幅提升，可以大大降低廢水處理的壓力甚至做到零排放；其四是表面施膠可以改善成紙的印刷性能。
[0004]在造紙上，以淀粉為主用作表面施膠的形式主要有三種:變性淀粉單獨(dú)施膠、變性淀粉配合表面施膠劑施膠、用原`淀粉自制施膠變性淀粉配合表面施膠劑施膠。目前應(yīng)用比較多的是后二者，最多的是用原淀粉自制施膠淀粉施膠，其優(yōu)勢主要有三點(diǎn):a、成本低廉，每噸自制施膠淀粉要比外購成品淀粉低1000元左右，b、制備工藝比較簡單，質(zhì)量好控制，C、可以根據(jù)紙機(jī)的實(shí)際情況和成紙要求對淀粉糊液指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。其中酶轉(zhuǎn)化淀粉用于表面施膠的優(yōu)點(diǎn)是膠液粘度低，流動(dòng)性好，透明度較高，其不但可以吸附在紙面上，還可以向紙內(nèi)滲透，提高纖維結(jié)合力，改善成紙的表面強(qiáng)度、外觀和印刷性能。酶轉(zhuǎn)化淀粉與各種類型的表面施膠劑的配伍性也很好。酶轉(zhuǎn)化淀粉的制備簡單，轉(zhuǎn)化均勻，后期施膠波動(dòng)小，省時(shí)、省費(fèi)用，無污染。其缺點(diǎn)是，對水的要求高，酶的保存比較復(fù)雜。氧化淀粉用于表面施膠，可顯著提高成紙的強(qiáng)度，提高成紙平滑度、印刷鮮艷度，減少印刷掉毛掉粉現(xiàn)象，提高適印性能。過硫酸銨氧化淀粉與各種類型的表面施膠劑的配伍性好，其制備過程也很簡單，適合中小廠特別是小廠使用。缺點(diǎn)是其糊液粘度波動(dòng)大，易造成上膠量波動(dòng)大，成膜性、交聯(lián)性也易波動(dòng)，易導(dǎo)致紙的指標(biāo)波動(dòng)太大，其耐水性也比較差。
[0005]不論采取哪種表面施膠形式，在工藝條件及參數(shù)一定的情況下，其施膠效果與原淀粉種類及質(zhì)量特性有著重要的密切相關(guān)的聯(lián)系。由于木薯原淀粉中支鏈淀粉的比率比較高，高達(dá)83 %以上，原淀粉最好使用木薯淀粉，但價(jià)格較高時(shí)，是玉米淀粉或小麥淀粉單價(jià)的2-3倍，也可以使用玉米淀粉或小麥淀粉，但玉米淀粉或小麥淀粉的蛋白質(zhì)含量過高時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響原淀粉的轉(zhuǎn)化或氧化，造成淀粉糊液粘度增大，降低淀粉糊固化濃度，降低了紙張表面施膠劑的留著量，降低了紙張表面強(qiáng)度和印刷性能，并且在糊化過程產(chǎn)生大量泡沫，一方面不利于淀粉糊和施膠液的制備，另一方面在施膠過程中容易產(chǎn)生氣泡，造成紙張表面施膠不均勻，致使紙張各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)下降。
[0006]由此可見，生物酶轉(zhuǎn)化淀粉雖然在造紙表面施膠中具有其它淀粉無可替代的強(qiáng)大優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景，但由于原淀粉的質(zhì)量特性和質(zhì)量不穩(wěn)定性，限制了玉米淀粉和小麥淀粉等蛋白質(zhì)含量較高的原淀粉在造紙表面施膠中的應(yīng)用，原淀粉中的其它成分如脂肪、果膠等也會(huì)給表面施膠效果帶來負(fù)面影響，上述原料特性對生物酶的要求顯得更加嚴(yán)格，現(xiàn)有的以中溫a-淀粉酶為單一組份的生物酶制劑在造紙表面施膠中的應(yīng)用受到限制。
[0007]因此，制備一種保質(zhì)期長、廣泛適合各種原料淀粉的造紙表面施膠專用酶迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)造紙表面施膠中生物酶為單一中溫a -淀粉酶的缺陷，以中溫a -淀粉酶為主要酶制劑，并科學(xué)復(fù)配中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶，同時(shí)還添加了具有抗熱穩(wěn)定性和耐凍性的保護(hù)劑和充分發(fā)揮酶催化能力的激活劑，并且在制備過程采用高壓脈沖電場技術(shù)對成品液體酶制劑進(jìn)行非熱性殺菌，然后進(jìn)行無菌灌裝即得保質(zhì)期長、廣泛適合各種原料淀粉的造紙表面施膠專用酶。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明的首要目的`是提供一種表面施膠專用酶制劑。
[0011]所述表面施膠專用酶由以下重量份數(shù)的原料制備:
[0012]中溫a -淀粉酶40-80份，非加碘食用鹽8~10份，中性蛋白酶5_10份，脂肪酶3-8份，果膠酶2-5份，保護(hù)劑2-8份，激活劑2-8份，山梨醇2~5份，糊精2~5份，酸度調(diào)節(jié)劑1.5~3.5份，輔助施膠劑0.5~2.5份；
[0013]所述中溫a-淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶均為生物液體酶制劑，由湖南鴻鷹生物工程股份有限公司生產(chǎn)，具體酶學(xué)特性如表1:
[0014]表1
【權(quán)利要求】
1.一種表面施膠專用酶，其特征在于，由以下重量份數(shù)的原料制備:中溫α-淀粉酶40-80份，非加碘食用鹽8~10份，中性蛋白酶5-10份，脂肪酶3-8份，果膠酶2_5份，保護(hù)劑2-8份，激活劑2-8份，山梨醇2~5份，糊精2~5份，酸度調(diào)節(jié)劑1.5~3.5份，輔助施膠劑0.5~2.5份； 所述中溫α-淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶均為生物液體酶制劑； 所述激活劑是由如下重量份數(shù)的無機(jī)鹽均勻混合而成:氯化鋅10-20份，氯化鈣2-8份，硫酸鈉2-8份，氯化鎂1_4份； 所述保護(hù)劑由以下重量份數(shù)的原料均勻混合而成:靈芝多糖10-20份，海藻多糖10-20份，NaCl2-8 份，(NH4) 2S043-7 份，半胱氨酸 3-7 份； 所述輔助施膠劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的表面施膠專用酶，其特征在于，其制備方法包括如下步驟: (1)按權(quán)利要求1所述原料準(zhǔn)確稱量非加碘食用鹽、糊精、輔助施膠劑并均勻混合，向配料缸中加入混合物3-6倍質(zhì)量的20°C _25°C的去離子水，邊攪拌邊將混合物緩緩加入配料缸中，攪拌速度80-100rpm，然后停止攪拌浸泡20-24h，最后以25-30°C /h速率升溫至900C -95°C，邊攪拌邊保溫溶解l_2h，攪拌速度200-400rpm，直到溶液不再含有微小顆粒，冷卻至30-50°C，再經(jīng)過28目不銹鋼網(wǎng)過濾雜質(zhì)后濾液備用； (2)按權(quán)利要求1所述原料準(zhǔn)確稱量液體中溫α-淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶并均勻混合，將混合酶液加入盛有步驟(1) 30-50°C濾液的配料缸中，同時(shí)緩緩加入酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)最終PH值為6.0-7.0，最后依次入激活劑、保護(hù)劑和山梨醇，充分溶解后自然降溫至室溫；上述整 個(gè)過程配料缸必須攪拌，攪拌速度SO-1OOrpm ； (3)將步驟(2)中的溶液進(jìn)行高壓脈沖電場處理20-60min，電場強(qiáng)度20-40kV/cm，脈沖時(shí)間150-200 μ S，脈沖頻率200-300Ηζ，然后無菌灌裝即得表面施膠專用酶。
3.如權(quán)利要求1所述的表面施膠專用酶，其特征在于，所述酸度調(diào)節(jié)劑為醋酸、醋酸鈉中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的表面施膠專用酶，其特征在于，所述聚乙烯醇與羧甲基纖維混合的質(zhì)量比為1:1。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述表面施膠專用酶的方法，其特征在于，所述表面施膠專用酶由以下重量份數(shù)的原料制備:中溫α -淀粉酶40-80份，非加碘食用鹽8~10份，中性蛋白酶5-10份，脂肪酶3-8份，果膠酶2-5份，保護(hù)劑2-8份，激活劑2_8份，山梨醇2~5份，糊精2~5份，酸度調(diào)節(jié)劑1.5~3.5份，輔助施膠劑0.5~2.5份； 所述中溫α -淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶均為生物液體酶制劑； 所述激活劑是由如下重量份數(shù)的無機(jī)鹽均勻混合而成:氯化鋅10-20份，氯化鈣2-8份，硫酸鈉2-8份，氯化鎂1_4份； 所述保護(hù)劑由以下重量份數(shù)的原料均勻混合而成:靈芝多糖10-20份，海藻多糖10-20份，NaCl2-8 份，(NH4) 2S043-7 份，半胱氨酸 3-7 份； 所述酸度調(diào)節(jié)劑為醋酸、醋酸鈉中的任意一種； 所述輔助施膠劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素中的至少一種； 所述表面施膠專用酶的制備方法包括以下步驟: (I)按配方準(zhǔn)確稱量非加碘食用鹽、糊精、輔助施膠劑并均勻混合，向配料缸中加入混合物3-6倍質(zhì)量的20°C -25°C的去離子水，邊攪拌邊將混合物緩緩加入配料缸中，攪拌速度80-100rpm，然后停止攪拌浸泡20_24h，最后以25_30°C /h速率升溫至90°C _95°C，邊攪拌邊保溫溶解l_2h，攪拌速度200-400rpm，直到溶液不再含有微小顆粒，冷卻至30_50°C，再經(jīng)過28目不銹鋼網(wǎng)過濾雜質(zhì)后濾液備用； (2)按配方準(zhǔn)確稱量液體中溫a-淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶并均勻混合，將混合酶液加入盛有步驟(1) 30-50°C濾液的配料缸中，同時(shí)緩緩加入酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)最終PH值為6.0-7.0，最后依次入激活劑、保護(hù)劑和山梨醇，充分溶解后自然降溫至室溫；上述整個(gè)過程配料缸必須攪拌，攪拌速度80-100rpm ； (3)將步驟(2)中的溶液進(jìn)行高壓脈沖電場處理20-60min，電場強(qiáng)度20-40kV/cm，脈沖時(shí)間150-200 ii S，脈沖頻率200-300Hz，然后無菌灌裝即得表面施膠專用酶。
6.如權(quán)利要求5所述的制備表面施膠專用酶的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇與羧甲基纖維混合的質(zhì)量比為1:1。
7.如權(quán)利要求5所述的制備表面施膠專用酶的方法，其特征在于，步驟(3)中高壓脈沖電場處理時(shí)間40min，電場強(qiáng)度30kV/cm，脈沖時(shí)間180 y S，脈沖頻率250Hz。
8.如權(quán)利要求5所述的制備表面施膠專用酶的方法，其特征在于，所述表面施膠專用酶由以下重量份數(shù)的原料制備:中溫a-淀粉酶60份，非加碘食用鹽9份，中性蛋白酶7份，脂肪酶5份，果膠酶3份，保護(hù)劑5，激活劑5份，山梨醇4份，糊精4份，醋酸鈉2.5份，輔助施膠劑1.5份； 所述激活劑是由如下重量份數(shù)的無機(jī)鹽均勻混合而成: 氯化鋅15份，氯化鈣5份，硫酸鈉5份，氯化鎂2份； 所述保護(hù)劑由以下重量份數(shù)的原料均勻混合而成: 靈芝多糖15份，海藻多糖15份，NaCl5份，(NH4) 2S045份，半胱氨酸5份； 所述輔助施膠劑為聚乙烯醇和羧甲基纖維素的混合物； 所述聚乙烯醇與羧甲基纖維混合的質(zhì)量比為1:1 ; 所述表面施膠專用酶制劑的制備方法包括如下步驟: (1)按配方準(zhǔn)確稱量非加碘食用鹽、糊精、聚乙烯醇和羧甲基纖維素并均勻混合，向配料缸中加入上述混合物5倍質(zhì)量的22°C的去離子水，邊攪拌邊將混合物緩緩加入配料缸中，攪拌速度90rpm，然后停止攪拌浸泡22h，最后以28°C /h速率升溫至92°C，邊攪拌邊保溫溶解1.5h，攪拌速度300rpm，直到溶液不再含有微小顆粒，冷卻至40°C，再經(jīng)過28目不銹鋼網(wǎng)過濾雜質(zhì)后濾液備用； (2)按配方準(zhǔn)確稱量液體中溫a-淀粉酶、中性蛋白酶、脂肪酶、果膠酶并均勻混合，將上述混合酶液加入盛有步驟(1) 40°C濾液的配料缸中，同時(shí)緩緩加入醋酸鈉，調(diào)節(jié)最終pH值為6.0，最后依次入激活劑、保護(hù)劑和山梨醇，充分溶解后自然降溫至室溫；上述整個(gè)過程配料缸必須攪拌，攪拌速度90rpm ； (3)將步驟(2)中的溶液進(jìn)行高壓脈沖電場處理40min，電場強(qiáng)度30kV/cm，脈沖時(shí)間180 us,脈沖頻率250Hz，然后無菌灌裝即得表面施膠專用酶。
9.一種利用權(quán)利要求1所述表面施膠專用酶制備表面施膠液的方法，其特征在于，包括如下步驟: (I)配制6%-10%的淀粉溶液，調(diào)節(jié)pH值為6.0-7.0 ；所述淀粉為蛋玉米淀粉或小麥淀粉； 所述質(zhì)量比為淀粉干重量占水重量的百分比； 所述配制淀粉溶液的水為去離子水； (2)向步驟(1)的淀粉溶液中添加淀粉絕干重量0.01-0.02%的表面施膠專用酶；加熱升溫至60-70°C，保溫反應(yīng)8-10min ;然后以5_8°C /min快速升溫至90_95°C，保溫滅活5-10min ;冷卻至60-65°C，既得表面施膠液；上述步驟(1) - (2)須保持在80_120rpm轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求9所述方法制備的表面施膠液在文化紙表面施膠中的應(yīng)用。
【文檔編號】D21H21/16GK103773747SQ201410020463
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】李洪兵, 朱永明, 胡永明, 朱思銘, 黃鑫 申請人:湖南鴻鷹生物科技有限公司