第25卷第2期2005年6月
林 产 化 学 与 工 业Che m
istry and I ndustry of Forest Pr oducts
Vol.25No.2
June2005内切纤维素酶Ι在混合办公废纸酶法
脱墨中的作用3
WU S F
吴淑芳，丁少军，李忠正
(南京林业大学化学工程学院，江苏南京210037)
摘 要: 对内切纤维素酶Ι(EGΙ)在混合办公废纸酶法脱墨中的作用进行了研究。结果表
剧版指环王主角率。EGΙ脱墨的最佳工艺条件为：温度60℃,pH值7.5，时间40m in，每克浆酶用量0.5I U；酶
处理过程中随着酶用量的增加，纸浆平均聚合度呈下降趋势，当每克浆酶用量为0.5I U时，纸浆聚合度下降的幅度不大。含有碳酸钙填料和(或)涂料的废纸其灰分的存在影响酶脱墨效果；酸处理可提高油墨脱出率，浆料经酸处理后可进一步提高EGΙ的脱墨效果。
关键词: 混合办公废纸；内切纤维素酶；脱墨；酸处理
中图分类号:T Q91;TS74 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2005)02-0087-04 FUNCTI O N OF ENDOG LUCANASE I I N THE DE I N KI N G PROCESS
OF M I XED OFF I CE WASTE PAPER
WU Shu2fang,D I N G Shao2jun,L I Zhong2zheng
(College of Che m ical Engineering,N anjing Forestry U niversity,N anjing210037,China) Abstract:The perfor mance of endoglucanase I(EGΙ)was investigated in the deinking p r ocess of m ixed office waste paper(MOW).Results showed the op ti m al treat m ent conditi ons of temperature60℃,pH value7.5,treated ti m e40 m in and enzy me dosage0.5I U per gra m pul p.Though enzy m ic treat m ent decreased the degree of poly merizati on (DP)of pul p,the DP decreased li m itedly within definite enzy me dosage.EGΙp layed an i m portant r ole in the deinking p r ocess ofMOW because the i m p r ove ment of ink2re moval in fl oated pul p after EGΙtreat m ent was achieved.
M eanti m e the existence of ash in waste paper with fillers or coating(consisted mainly of CaCO3)affected deinking efficiency.An acid treat m ent could enhance deinking efficiency and further i m p r oved the deinking effectiveness of EGΙ.
Key words:m ixed office waste paper(MOW);endoglucanase I(EGΙ);deinking;acid treat m ent
近年来，由于办公自动化和信息化的迅速发展，办公废纸的总量与日俱增，已成为废纸的主要来源之一。在办公废纸中，激光打印纸和静电复印纸约占70%～80%，其油墨成分中的连接料通常为聚苯乙烯-丙烯酸树脂或聚酯等热固性树脂，且以热熔的方式固着在纸页上，用传统的脱墨剂很难将其除去。随着生物脱墨研究的深入，办公废纸的酶法脱墨已取得了较好的效果[1～3]，尤其是纤维素酶，被认为是比较有前途的生物脱墨剂[4～5]。纤维素酶是由作用方式不同的内切纤维素酶(EG)、外切纤维素酶(CBH)和纤维二糖酶(BG)组成的多酶体系，从以往对纤维素酶脱墨的研究结果看，内切纤维素酶在脱墨过程中起着重要作用[6]。纤维素酶来源广泛，而研究较多的是真菌中的木霉属、曲霉属、青霉属和根霉属等。从现有的资料看，不同来源的微生物生产的纤维素酶，在酶的分子结构和催化特性上都有明显
3收稿日期:2004-07-13
基金项目：国家自然科学基金资助项目(30271058)
作者简介：吴淑芳(1968-)，女，吉林辽源人，讲师，博士生，从事制浆化学及二次纤维利用的研究。
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厦航燕的不同，给纤维素酶的应用研究带来了困难。随着分子空间结构生物学的发展，人们已经可以通过异源表达的方法获得比较单一的纤维素酶制剂，为研究纤维素酶各组分的作用及酶的定向应用创造了条件。丁少军等[7～8]用基因工程手段从草菇中获得了单一组分的内切纤维素酶EGΙ，并对其部分生物化学特性进行了研究。该酶最大的特点是酶活高、纯度高，用传统的纯化方法很难获得，这为研究内切酶在各种应用中的作用创造了条件。作者用此转基因酶对内切纤维素酶在混合办公废纸酶法脱墨中的作用进行研究，以期使纤维素酶能够更经济、合理地得到应用。
1 实验原料与方法
1.1 原料
疏解30m in，脱废纸：组成为激光打印纸30%，静电复印纸70%。撕碎后用水浸泡24h，在Z QS
2
水撕碎后放于塑料袋中冷藏备用;EGΙ酶的来源：按文献[8]制备，酶液仅含内切型纤维素酶活性，羧甲基纤维素(C MC)酶活24I U/mL。
1.2 实验方法
1.2.1 C MC酶活测定 采用二硝基水杨酸(DNS)法[9]。NaH2(P O4)3-Na2H(P O4)3缓冲溶液(pH值7.5)1.4mL、2%C MC0.5mL、酶液0.1mL，反应30m in，加5mL DNS煮沸5m in。
1.2.2 浆料的纤维素酶法脱墨 疏解后的浆料与纤维素酶、缓冲溶液和适量的水混匀于烧杯中，放入恒温水浴中搅拌，至规定时间后取出煮沸使酶失活，然后稀释至1%(质量分数，下同)浆浓，浮选10m in，洗涤。对照实验用缓冲液代替酶液，其它同上。
1.2.3 纸浆的盐酸处理 25℃下，浆料于烧杯中用HCl(对绝干浆用量3%，质量分数)和蒸馏水调至10%浆浓，搅拌10m in。
1.2.4 油墨粒子分析 采用“纸浆纸张尘埃度测量与分析系统”，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室开发，用扫描仪扫描纸页，所得结果用Aut oSpec软件分析。
油墨脱出率=(脱墨前尘埃度-脱墨后尘埃度)/脱墨前尘埃度×100%使用Z QJ-B型浆料抄取器进行抄片；按照G B4678-84使用DN-3白度仪测定纸浆白度；按照文献[10]测定纸浆聚合度和纸浆灰分；纸浆用戊二醛固定,812树脂包埋，台面腐蚀和导电处理,SE M-505电子显微镜观察拍摄。
2 结果与讨论
2.1 内切纤维素酶(EGΙ)用于混合办公废纸(MOW)脱墨的效果
用EGΙ直接处理废纸浆，考虑到实验室条件下酶液与浆料能够均匀混合，确定处理浆浓为3%，且初步确定样品处理条件为：温度60℃,pH值7.5，时间40m in，酶用量0.5I U(以1g浆计，以下同)，在这一条件下，固定其他3个因素分别改变处理温度、pH值、处理时间及酶用量进行了实验，结果列于表1。对照实验用缓冲溶液代替酶液。
由表1可见，在50～65℃范围内,60℃时脱墨浆白度较高，油墨脱出率最高;pH值为7.5时EGΙ的脱墨效果相对最好。对酶处理时间及酶的用量进行优选发现，随着处理时间的延长，油墨脱出率呈上升趋势，超过40m in后纸浆白度则开始下降，油墨脱出率增加较少，甚至随着时间的继续延长，油墨脱出率反而下降。这可能是由于已经从纤维上剥离下来的油墨因未及时除去又重新吸附到纤维上，因此酶处理时间不宜过长。从表1中可以看出，随着酶用量的增加，油墨脱出率增加幅度较大，当酶用量为0.5I U时达到最大值81.8%，继续增加酶用量则脱墨效果不明显甚至下降，说明酶用量也不宜过多。
由上述实验结果选择相对最佳处理条件，即温度60℃,pH值7.5，时间40m in，酶用量0.5I U，此时经EGΙ处理后的MOW浆油墨脱出率由对照样的40.8%增加至81.8%，说明EGΙ具有一定的脱出油墨作用，这与以往的研究结果相一致。
第2期吴淑芳，等：内切纤维素酶Ι在混合办公废纸酶法脱墨中的作用89
表1 不同处理条件下EG Ι对脱墨浆白度和油墨脱出率的影响
Table 1 Effects of EG Ιon deinking efficiency under different treat m ent conditi ons 样品
samp les
处理条件
conditi ons
白度/%
brightness 油墨脱出率/%
deinking rate
对照样contr ol
85.740.8本实验样
sa mp le of this test
温度/℃
te mperature
pH 值pH value
时间/m in
ti m e
酶用量/I U
enzy me dosage
50
88.974.95589.879.46089.981.865
90.874.56.588.978.77.589.981.88.588.880.63088.474.04089.981.85089.582.16089.080.00.1
86.373.60.389.277.40.589.981.80.889.681.81.0
89.6
80.1
在相对最佳条件下酶用量对浆的平均聚合度的影响如图1。从图1可知虽EG Ι的作用会降低纸浆的平均聚合度，但在酶用量为
0.5I U 时平均聚合度降低的程度有限，因此可推测，只要酶用量适当,EG Ι处理不会导致纸浆强度大幅度下降。2.2 灰分对EG Ι脱墨影响的探讨目前，造纸技术正在由传统的酸性抄纸向中性和碱性转化，以碳酸钙为主要成分的涂料或填料的应用也随之增长。含有碳酸钙涂料和(或)填料的纸张在印刷时部分油墨连结在涂料和(或)填料上，在碎浆过程中随着涂料和填料的除去，这部分油墨比较容易海纳百川是什么意思
被释放和分散[11]
，释放出的填料等成为纸浆中的灰分。另有部分油墨直接连接在纤维上，纤维素酶处理主要是针对连结在纤维上的这部分油墨。作者对灰分的存在是否会影响酶法脱墨进行了研究，结果如表2所示。
表2 灰分对EG Ι脱墨的影响
Table 2 Effects of ash on endoglucanase I deingking
样品
sa mp les
处理方式1)
treat m ent methods
灰分/%3)
ash 白度/%
brightness 油墨脱出率/%
deinking rate
对照样contr ol 15.682.640.8本实验样品
sa mp le of this test
盐酸处理浆pul p treated by HCl
0.386.477.7酶处理浆A 2)pul p A treated with enzy me
15.689.981.8盐酸处理-酶处理浆B pul p B treated by HCl 2EG Ι
0.3
90.7
89.9
1)浮选时间fl otati on ti m e 10m in;2)EG
Ι处理pH 值7.5，酶用量0.5I U ，温度60℃，时间40m in EG Ιtreat m ent pH value 7.5,enzy me
dosage 0.5I U per gra m pul p,te mp.60℃,ti m e 40m in;3)A 和B 中的灰分为酶处理前测定A shes in A and B were bef ore enzy me treat m ent .
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酸处理是为了除去浆料中的灰分。酸处理过程中有大量气泡产生，是由于酸处理使碳酸钙转化为氯化钙和二氧化碳。由表2可见，酸处理后浆中灰分含量由原来的15.6%降至0.3%，酸处理后浮选可使油墨脱出率由对照的40.8%增加至77.7%，可见经酸处理脱出的这部分油墨主要是连接在填料上的。由图2(a )的扫描电镜照片可见，解离后纤维表面仍然包裹着大量的填料，与这部分填料连接的油墨不能在解离纤维时除去，经酸处理，随着填料和(或)涂料的释放，这部分油墨游离出来，浮选或洗
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涤时可除去，因此酸处理后油墨脱出率大幅度增加。
酸预处理后的浆料再进行酶处理，油墨脱出率可比直接酶处理提高6.5个百分点，可能是因为酸处理分解了碳酸钙，去除了包裹在纤维表面和游离于纤维间的填料粒子。图2(b)是酸处理后的浆料，纤维表面变得光滑，清除了妨碍纤维素酶吸附到纤维上的障碍，为酶对纤维的作用提供了有利条件，因此促进了EGΙ的脱墨作用。当然，这还需进一步研究。目前，作者已通过基因工程手段获得了不含结合域的内切纤维素酶，在今后的工作中，将继续对EGΙ在脱墨过程中对纸浆纤维的吸附作用进行研究。3 结论
内切纤维素酶(EGΙ)对混合办公废纸有一定的脱墨作用，在相对最佳条件下：温度60℃,pH值7.5，时间40m in，每克浆酶用量0.5I U，经EGΙ处理后的混合办公废纸浆油墨脱除率由原来的40.8%增至81.8%;
EGΙ作用会降低纸浆的平均聚合度，但在确定的每克浆最佳酶用量0.5I U下，纸浆聚合度降低幅度不大。含有碳酸钙填料和(或)涂料的废纸其灰分的存在影响EGΙ脱墨效果。酸处理本身可提高油墨脱出率，同时也可提高EGΙ脱墨效果。
参考文献:
[1]HE LG A K Z,LELAND R S.Enzy matic deinking of noni m pact p rinted white office paper withα2amylase[J].Tapp i,1998,81(3):166-170.
[2]BAJP A I P.Enzy matic deinking[J].Adv App M icr obi ol,1997,45:241-269.
[3]V I EST URS U,LE I TE M,E I SI M ONTE M,et al.B i ol ogical deinking technol ogy f or the recycling of office waste papers[J].B i ores ource
Technol,1999,67(3):255-265.
苦瓜的做法大全[4]DORR I S G M,S AYEGH N N.The r ole of p rint layer thickness and cohesiveness on deinking of t oner2p rinted papers[J].Tapp i,1997,80
(4):181-191.
[5]G UB I TZ G M,MANSF I ELD S D.Effect of endoglucanases and hem icellulases in magnetic and fl otati on deinking of xer ographic and laser2
p rinted papers[J].B i otechnol ogy,1998,65:209-215.
[6]陈冠军，秦梦华，高培基，等.纤维素酶脱墨机理的研究进展[J].生物工程进展,2001,21(3):17-21.
[7]D I N G S J,W E I G,JOHN A B.Endoglucanase I fr om the edible stra w mushr oom,V olvareella volvacea[J].B i ochem,2001,268:5687-5695.
[8]D I N G S J,W E I G,JOHN A B.Secreti on,purificati on and characterizati on of a recombinant Volvariella volvacea endoglucanase exp ressed in
the yeast Pichia pastoris[J].Enzy me and M icr obial Technol ogy,2002,31:621-626.
[9]M I L LER G L.U se of dinitr osalicylic acid reagent for the quantitati on of m icr ogram quantities of p r otein utilizing the p rinci p le of p r otein2dye
binding[J].Anal B i oche m,1976,72:248-254.
[10]北京造纸研究所.造纸工业化学分析[M].北京：轻工业出版社,1981.
李云迪和王力宏怎么回事
[11]MAHAG AONK AR M,BANHAM P.Effect of deinking on op tical and physical p r operties of secondary fibre after pul p ing and fl otati on[J].
App ita,1995,48:429-431.
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