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。木聚糖酶主要包括作用于主链的内切木聚糖酶和木糖苷酶,笔者在研究这两种酶对草浆性能影响时发现,无论是内切木聚糖酶还是木糖苷酶预处理,漂白浆的白度均比对照浆高,分别高出对照浆的2.5和1.9个百分点,同时漂白浆的强度也好于对照浆。内切木聚糖酶和木糖苷酶混合预处理漂白浆的白度分别比单独用内切木聚糖酶和木糖苷酶高出0.9和1.5个百分点,这表明内切木聚糖酶和木糖苷酶在纸浆预处理过程中具有协同作用。通过电镜观察发现,经内切木聚糖酶和木糖苷酶预处理后,纸浆的表面和横断面有许多孔隙,其中经内切木聚糖酶预处理后,纸浆的孔隙比木糖苷酶要多而且大。另外,Kante—linen和viik认为,加强硫酸盐浆脱木质素的酶主要是内切木聚糖酶,但是当木聚糖酶和甘露糖酶或者与其他辅助酶相结合时能提高酶的处理效率,这说明各种酶之间存在着协同作用。
纤维素酶是一个复杂的酶系,主要包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和纤维二糖酶,Pere研究认为:纤维二糖酶对纸浆黏度影响很少,而葡聚糖酶甚至在低剂量时也会显著降低黏度,尤其是外切葡聚糖酶,尽管纸浆纤维素水解程度低,但对黏度影响明显。Leena也发现了类似的规律,葡聚糖酶,尤其是外切葡聚糖酶能显著降低纸浆黏度,因此使纸浆碱溶解度明显增加。Stork用不同来源的回收纸浆与纤维素复合酶、半纤维素酶和分离纯化的纤维素酶作用,进行比较后认为,葡聚糖酶对回收纸浆滤水性的改善起关键作用,纤维二糖酶和半纤维素酶起辅助作用。不过,他们认为滤水性的改善不是因为细屑不同级分的选择性水解,而是因为细屑表面无定型纤维素水解的结果。Bblewhite用纯化的葡聚糖酶、木聚糖酶和纤维二糖酶处理已漂和未漂的放射松边材和间伐材硫酸盐浆纤维,认为木聚糖酶、纤维二糖酶和葡聚糖酶可很好地改善纤维和手抄纸的性质。Ⅺen研究了内切葡聚糖酶和纤维二糖酶对棉花纤维素的协同作用。单独用内切葡聚糖酶所释放的还原糖量小于使用两种组分时释放的还原糖量,但纤维素相对分子质量的分布在这两种作用情况下是一样的。说明内切葡聚糖酶选择性作用于微细纤维的无定型区,使棉花纤维素降解,纤维二糖酶则作用于内切葡聚糖酶降解的产物和微细纤维的结晶区,释放出还原糖。
尤纪雪等在研究含有不同纤维素酶量的木聚糖酶对草浆性能影响时发现,随着纤维素酶含量的增多,在相同用氯量时漂白浆白度逐渐升高,裂断长和耐破指数逐渐下降;随着纤维素酶中外切葡聚糖酶和纤维二糖酶含量的增多,浆料白度升高,而裂断长和耐破指数则明显下降;这说明木聚糖酶中存在少量纤维素酶有助于纸浆漂白,但是纤维素酶含量过高,尤其是纤维素酶中外切葡聚糖酶和纤维二糖酶含量过高,则对纸浆强度不利。笔者在研究过程中也发现,用于预处理的木聚糖酶中,随着纤维素酶量的增加,浆料的结晶度下降,浆料表面和横断面的孔隙增多,在相同氯用量时漂白浆白度逐渐上升,裂断长和耐破指数逐渐下降。当木聚糖酶活与CMC酶活的比值大于121时,浆料的裂断长和耐破指数大于原浆。因此木聚糖酶中少量纤维素酶的存在对提高漂白浆的白度有促进作用,但当纤维素酶量较多时对纸浆的强度和结晶度有损伤。因此,适合于纸浆漂白用的木聚糖酶,其中应含有少量的纤维素酶,这样能够促进木聚糖酶对纸浆的作用,但是纤维素酶,尤其是其中的外切葡聚糖酶和纤维二糖酶含量不宜过高,否则会对纸浆的强度和得率有损伤。
4 木聚糖酶辅助漂白机理
目前,国内外科学家对木聚糖酶辅助漂白机理进行了大量的研究,提出了4种助漂假设:①木聚糖酶能够有效的降解蒸煮过程中再吸附和沉积在纤维表面的木聚糖,使漂剂更好地接近残余木质素,从而使木质素更容易从纸浆纤维中脱出;②木聚糖酶催化作用于纸浆纤维中的木聚糖,使纤维细胞壁润胀而结构变得疏松,从而使木质素容易被抽提出来;③木聚糖酶降解掉与纸浆中残余木质素有连接的半纤维素,破坏了木质素碳水化合物(LCC),增大了纤维问的孔隙,从而有利于已溶解木质素的脱除;④木聚糖酶能够有效地除去在蒸煮过程中产生的衍生物——已烯糖醛酸木聚糖。
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