用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物及造纸方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物及造纸方法和应用，所述组合物主要由以下组分组成：对纤维具有氧化功能的生物酶组分，所述生物酶组分为通过氧化还原反应来改变纤维表面性质的纤维氧化酶；和对纤维氧化酶具有增加催化活性的辅助组分，所述辅助组分为对纤维氧化酶具有催化作用的蛋白质，所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0.4-50。所述组合物处理纸浆，所制得的纸张不但其强度显著增强，且纸浆的滤水性能大大提高。
【专利说明】用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物及造纸方法 和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物酶和使用生物酶改善纤维物理化学性质的【技术领域】，具体地，涉 及一种用纤维氧化酶改变和改善纤维表面性质的组合物及造纸方法和应用。
【背景技术】
[0002] 中国造纸工业在2000-2010年间连续10年保持高增长率，到2011年我国纸及纸 板的生产量和消费量均超过1亿吨，均居世界第一位。纸或纸板的组成原料主要是纤维，由 于制浆、造纸需要大量的原料，而且对环境有一定的影响，目前世界各国造纸行业都在压缩 制浆生产，以保证森林资源，加上国内原料林基地建设迟缓，供材有限，而非木浆发展受到 清洁生产新技术开发滞后的影响，中国造纸工业发展面临的资源、能源和环境的约束日益 突显。
[0003] 目前，中国造纸企业近80%的生产原料为非木纤维的原料，其中约70%为回收纤 维和10%为草浆、芦苇浆和甘蔗渣浆等。这些原料的纤维本身很多性能远比木纤维差，而且 其表面活性低，纤维之间的结合力差，由此带来很多生产和产品质量问题。
[0004] 例如，为使产品的物理指标满足要求，造纸企业目前采用的办法是：
[0005] (1)增加产品的定量，增加纸张密度；此方法的缺点是增加生产成本，浪费资源；
[0006] (2)增加磨浆，提高纤维表面分丝帚化，提高纸张强度；此方法的缺点是能耗高， 降低制浆的游离度，降低纤维得率和增加烘干能耗；
[0007] (3)使用干强剂/湿强剂等化学品，例如使用阳离子淀粉、阴离子淀粉、羧甲基纤 维素钠、聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺，以及低分子量阳离子聚合物等，来增加纸浆的脱 水性能或强度，此方法的缺点是成本高，钝化纤维，对造纸水系统循环不利，增加C0D排放； 和
[0008] (4)提高木纤维浆料比例，此方法缺点是成本高，增加进口原料的依赖性。可见，这 些方法有多方面的问题，制浆造纸工业目前迫切需要一种高效的方法来解决这些难题。
[0009] 早在上世纪六十年代，人们开始研究使用生物酶来改变纸浆和改善造纸。 1986年努等人报道了木聚糖酶对漂白化学楽的酶法打楽作用（NoeP.etal.，Actionof xylanasesonchemicalpulpfibers,J.WoodChern.Techno.，6:167, 1986) 〇 近一二十年 来，人们对生物技术在制浆造纸工业的应用进行了大量的研究，研究范围几乎涉及了制浆 造纸工业的各个方面（Bajpai，BiotechnologyforPulpandPaperProcessing，2012, Springer,ISBN978-1-4614-1408-7)。美国专利US4, 923, 565，US5, 110, 412 和US5, 308, 449 提出使用纤维素酶或半纤维素酶提高造纸纸浆的脱水性。US5, 725, 732提出使用纤维素酶 和半纤维素酶解决纤维的掉毛缺陷，US6, 066, 233建议用纤维素酶和果胶酶结合使用可通 过纸浆的滤水性。美国专利US5, 582, 681提出用纤维素酶、半纤维素酶和脂肪水解酶等混 合酶制剂提高卫生纸的柔韧性。此外用纤维素酶、半纤维素酶处理纸浆，还可改善纤维压缩 性，使纸页微孔性下降，密度提高，透明度提高。
[0010] 造纸行业目前使用的所谓"纤维改性酶"都是利用纤维素水解酶，包括内切纤维素 酶和外切纤维素酶，对纤维的（_1，4苷糖键（b-l，4-linkedD-glucoseunits)进行水解反 应，逐步降解（depolymerization)成为较小分子量的多糖。应用的结果显示，纤维素水解 酶对于降低磨浆能耗和提高网部脱水有一定的效果。但是，基于纤维水解酶的"打浆酶"技 术有几个极大弊病：
[0011] (a)纤维素水解酶对纤维的作用在造纸过程中具有不可控性和不可逆性，当纤维 素的浓度或作用时间过长时，纤维素酶会首先溃解纤维细胞，对纤维表面的纤丝象剃胡须 一样的剪除，甚至对纤维整体进行切断，致使纤维损伤，其结果导致纸产品"发脆"和强度指 标（特别是撕裂度和耐破度等）大幅度下降，甚至导致纸浆作废，给企业造成经济损失。
[0012] (b)纤维素水解酶对纤维的（-1，4苷糖键进行水解反应，降低纤维的聚合度 (degreeofpolymerization),最终产生葡聚糖和单糖，致使纤维溶解。当纤维素酶的用量 过高或者停留时间过长时，纤维的降解率可高达1%，不仅造成纤维损失，降低纤维的综合 利用率，而且大大增加白水中的C0D含量，不利于节能减排。
[0013] (c)纤维素水解酶对底物"比较很挑剔"，只对较纯净的纤维素才有较显著作用，甚 至只对某种纤维素有明显的作用。例如，现有纤维素酶大多数对漂白化学针叶浆有较显著 的作用，而对漂白化学阔叶浆的作用较小。如果纤维含量木素，例如未漂针叶浆，受表面木 素的影响，纤维素分解酶的作用很小。对含木素高的机械浆，纤维素水解酶就失去其作用。
[0014] 为了避免常规纤维素酶对纤维过分剪切而降低纤维强度的缺陷，美国专利 US6, 294, 366 和US6, 635, 146 公开了使用截短的纤维素酶（CBD-truncatedcellulose)处 理纸浆，截短的酶缺少纤维素结合结构域（CBD)，使用这样的纤维素酶处理纸浆，可以避免 这样的纤维强度的损失。在相似的纺织工业应用中，US5, 916, 799公开了含有纤维二糖水 解酶和内切葡聚糖酶的纤维素酶组合物，这两种酶己经进行了有限的蛋白水解，从而将酶 的核心和纤维素结合结构域分开，发现得到的酶组合物降低返染。W096/23928公开了使用 截短的纤维素酶处理含有纤维素的织物，发现能够减少染料的再沉积并增加磨损。
[0015]Shoseyov等（Chapter8:ModulationofWoodFibersandPaperby Cellulose-BindingDomain,InApplicationsofEnzymestoLign°Cellulosics； EditedbyMansfieldetal. .ACSSymposiumSeries；AmericanChemical S°Ciety:Washington,DC, 2003,pagell6-132)发现，单独使用纤维素亲合结构域 (cellulose-bindingdomain,CBD)蛋白能提高纸张的强度，而且聚合纤维结合蛋白（即 由两个或更多的单体纤维结合蛋白组成的聚合分子，又称纤维键联蛋白）比单体纤维 结合蛋白对纸张强度的提高更有效。Levy等（Cellulose，2002, 9:91-98)报道，经过纤 维结合蛋白质处理后的纸张的强度和纸面防湿性都大大地提高。Pala等（Chapter7: Cellulose-BindingDomainasaToolforPaperRecycling,InApplicationsof EnzymestoLign°Cellulosics；EditedbyMansfieldetal. .ACSSymposiumSeries； AmericanChemicalS°Ciety:Washington,DC, 2003，pagel05_115)报道，用CBD处理后的 回收废纸的强度有显著增加。Kitaoka等（JWoodSci.，2001，47:322-324)描述了使用纤维 素亲合结构域蛋白质和阴离子聚合物聚丙烯酰胺（CBD-APAM)合成新的聚合物，作为干强 度或湿强度添加剂，比常规干强/湿度添加剂更有效。
[0016] 中国专利"一种用于改变和改善纤维表面性质的组合物和造纸方法"（专利号： ZL201010566132.2)提出联合使用纤维素酶和纤维结合蛋白（CBP)和纤维素酶处理纤维纸 浆，通过纤维结合蛋白选择吸附在纤维的非晶型区域表面，庇护该区域不受纤维素酶的作 用，从而避免纤维素酶对纤维非晶型纤维的过度剪切。但是在实际应用中发现，由于纤维结 合蛋白（CBP)吸附的可逆性，特别是当聚能酶"产品在磨浆之前加入时，经过磨浆之后纸浆 产生大量新生表面，这些新纤维表面将被暴露在纤维素酶的"攻击"之下，如果停留时间较 长，纤维被过度剪切，导致纸产品的强度下降。
[0017] 因此，制浆造纸工业迫切需要一种既能与纤维反应使纤维表面活化、又不会溃解 纤维导致纤维强度下降的新型生物酶技术，而且这种生物酶能对不同纤维材料（包括木纤 维、非木纤维和回收纤维）都具有显著活性的广谱性生物酶，这样的新型生物酶技术将对 中国造纸工业的可持续性发展具有重要意义。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的之一在于提供一种用于改变和改善制浆造纸纤维材料性质的纤维 氧化酶组合物，通过使用该组合物处理纸浆原料，能显著提高纤维之间的结合力，改善纸张 的质量和纸浆的脱水效率。
[0019] 实现上述目的的技术方案如下：
[0020] -种用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其含有：
[0021] i)对纤维具有氧化功能的生物酶组分，所述生物酶组分为通过氧化还原反应来改 变纤维表面性质的纤维氧化酶；和
[0022] ii)对所述纤维氧化酶具有增加催化活性的辅助组分，所述辅助组分为对纤维氧 化酶具有促进作用的蛋白质；
[0023] 所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-50。
[0024] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶为一族分子量在20_50KDa、具有铜依赖性 的小分子金属酶的聚糖加氧酶；或/及
[0025] 所述对纤维氧化酶具有促进作用的蛋白质为有催化活性的生物酶或无催化活性 的纤维素结合蛋白。
[0026] 在其中一些实施例中，所述有催化活性的生物酶为氧化还原酶、非纤维素水解酶 的水合酶或纤维素水解酶；所述氧化还原酶选自纤维二糖脱氢酶、漆酶、葡糖氧化酶、过氧 化氢歧化酶、酒精脱氢酶或木质素过氧化酶中一种或多种，所述非纤维素水解酶的水合酶 选自淀粉酶、木聚糖酶、果胶酶或酯酶中一种或多种。
[0027] 在其中一些实施例中，所述氧化还原酶为纤维二糖脱氢酶和漆酶，所述纤维二糖 脱氢酶和漆酶的重量比为1:1-5。
[0028] 在其中一些实施例中，所述无催化活性的蛋白质为纤维结合蛋白和/或纤维膨胀 蛋白。
[0029] 在其中一些实施例中，所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-30。
[0030] 在其中一些实施例中，所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-10。
[0031] 在其中一些实施例中，所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-5。
[0032] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶组合物还包括纤维氧化酶反应产物的清除 齐U;所述纤维氧化酶和清除剂的重量比为1:卜5。
[0033] 在其中一些实施例中，所述清除剂选自抗坏血酸、没食子酸、木质素、锰（II)盐、 铜（II)盐或铁（II)盐中的一种或多种。
[0034] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶的反应底物为氧气、空气或者氧气释放化 合物；所述氧气释放化合物为过氧化物或者臭氧。
[0035] 在其中一些实施例中，所述过氧化物为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙或过氧化钾 中的至少一种。
[0036] 本发明的另一目的提供新的造纸方法，该方法比现有技术更有效地利用纤维原 料、提高纸产品的性能和品质，改善生产效率和降低能耗。
[0037] 实现上述目的的技术方案如下：
[0038] 一种造纸方法，主要包括以下步骤：
[0039] a)形成含水的纤维素造纸浆料，
[0040]b)将上述一种用于改变和改善纤维性能的纤维氧化酶组合物加入到纸浆料中充 分反应；
[0041]c)将纸浆送上网，由此通过滤出水而由纤维等固体组分形成纸页，
[0042]d)将纸页经过压榨段和干燥段，最终生产出纸产品。
[0043] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶用量为每吨干浆料0.01-10千克，所述辅 助组分的用量为每吨干浆料〇. 05-10千克。
[0044] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶用量为每吨干楽料〇. 05-10千克，所述辅 助组分的用量为每吨干浆料〇. 1-5千克。
[0045] 在其中一些实施例中，所述纤维氧化酶用量为每吨干浆料0. 05-2千克，所述辅助 组分的用量为每吨干浆料〇. 1-5千克。
[0046] 在其中一些实施例中，所述反应的时间为5-600分钟，pH为3-10，温度为20-80°C。
[0047] 在其中一些实施例中，所述反应的时间为20-300分钟，pH为5-10,温度为 30-65。。。
[0048] 在其中一些实施例中，所述反应的时间为20-200分钟，pH为5-7，温度为40-65 °C。
[0049] 本发明的另一目的在于提供纤维氧化酶组合物或纤维氧化酶在造纸工艺中作为 改变和改善纤维性质的增强剂或助留助滤剂的应用。
[0050] 现有造纸技术中纸浆制浆存在的问题是主要是纤维的活性低，纤维之间的反应度 低，为了达到纸产品的质量要求，通常的办法是增加打浆度，但是增加磨浆会导致纤维被切 断，产生大量的细小纤维，不仅降低制浆的脱水性能，增加造纸的烘干能耗，而且可能导致 细小纤维流失，原料利用率下降。现有的"打浆酶"是利用纤维素水解酶对纤维进行水解反 应，虽然目前该技术还在初级应用阶段，但已经暴露出严重问题，即纤维素水解酶对纸浆纤 维的反应是不可控性的和不可逆性的，稍有不当，将造成纸浆强度明显下降，甚至产生次品 或废品。
[0051] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0052] 本发明经发明人的实验和研究，得出纤维氧化酶及其组合物能改变和改善纤维表 面性质，并确定了纤维氧化酶组合物的最佳组分及其配比，所述纤维氧化酶组合物或纤维 氧化酶对不同纤维材料（包括木纤维、非木纤维和回收纤维）都具有显著反应活性，采用 所述纤维氧化酶组合物或纤维氧化酶处理纸浆原料，如：木浆/化学浆，主要是漂白和未漂 白的木浆/化学浆的处理，包括二次回收纤维；还有木浆/机械浆，及非木浆（秸杆、稻草、 芦苇和烟叶等），处理过程中，纤维氧化酶集中在晶型纤维表面的反应，激活该部分纤维的 表面活性，增加纤维反应活性，提高纤维间的结合力，而不会溃解纤维导致纤维强度下降； 采用该种纤维氧化酶及其组合物处理上述纸浆，不仅能改善制得的纸张的各种物理强度， 如：叩解度、抗张指数、撕裂度、层间结合力、耐破度和白度（特别是废纸的白度），还能改善 纸浆的滤水性能（尤其是非木浆的滤水性能），同时降低制浆的有游离度，还能够改变纸浆 (尤其是木片浆）的打浆性能，大大地降低打浆能耗，且环保，这对造纸生产产业具有重要 意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0053] 图1为实施例3中生物酶处理木片的流程示意图；
[0054] 图2为实施例3中不同处理条件对TMP浆的游离度与磨浆能耗的关系图；
[0055] 图3为实施例4中复合生物酶处理TMP浆对磨浆能耗的影响结果图；
[0056] 图4为实施例6中纤维氧化酶处理非木浆对纸张抗张强度的影响结果图。
【具体实施方式】
[0057] 对于本发明所述技术术语的说明如下：
[0058] 纤维素水解酶：本发明中的"纤维素水解酶"是指所有的通过水解反应来降解纤 维素的生物酶，目前常常把纤维素水解酶和纤维素酶、纤维水解酶和纤维酶等术语交替使 用。根据纤维素酶降解底物时不同的作用方式可将其分成3类：
[0059] (1)内切纤维素酶又称之为内切葡聚糖酶（Endoglucanase，EG;EC3. 2. 1. 4);
[0060] (2)外切纤维素酶又称之为纤维二糖水解酶（Cellobiohydrolase，CBH; EC3.2. 1. 91)；
[0061] (3) -葡萄糖昔酶（-glucosidase，BGL;EC3. 2. 1. 21)。
[0062] (a)内切纤维素酶（又称内切葡聚糖酶，endo-1, 4_P-D-glucanase,EC3. 2. 1. 4) ，该类酶主要作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解0 -1，4-糖苷键，将长链纤维素分子 截短，产生大量非还原性末端的小分子纤维素，其分子量大小约为23-146KD;
[0063] (b)外切纤维素酶（又称外切葡聚糖酶，exo-1, 4-P-D-glucanase,EC3. 2. 1. 91) ，该类酶作用于纤维素线状分子末端，水解0 -1，4-D-14糖苷键，依次切下一个纤维二糖分 子，故又称为纤维二糖水解酶（cellobiohydrolase，CBH)，分子量约38-118KD。
[0064](c)纤维二糖酶（又称 3-葡萄糖苷酶，3-1，4_glucosidase，EC3. 2. 1. 21)，简称 BG。这类酶一般将纤维二糖或可溶性的纤维糊精水解成葡萄糖分子，其分子量约为76KD。
[0065] 纤维素酶的酶活性（CMCase):本发明中纤维素水解酶的酶活性是指纤维素酶组 分在它们将纤维素降解成葡萄糖、纤维二糖和二糖的能力方面的萄聚糖的酶活性。纤维素 酶的活性一般用羧甲基纤维素的溶液粘度的降低来确定。
[0066] 纤维素结合蛋白质（cellulosebindingprotein，CBP):本发明中的"纤维素结合 蛋白质"是指对纤维素表面具有特别亲和力、能强烈地吸附在纤维素表面的、但其本身对纤 维素没有催化水解反应活性的蛋白质。在文献中，又称为纤维素结合结构域（Cellulose BindingDomain,CBD)，纤维素结合模块（CelluloseBindingModule,CBM)，纤维素吸附结 构域，纤维素亲合结构域。
[0067] 纤维膨胀蛋白（Swollenin或者Expansin):本发明中的"纤维膨胀蛋白"系指一种 能使结晶纤维素和半纤维素等天然底物的纤维结构膨胀疏松的蛋白/多肽化合物，这类蛋 白对纤维素没有降解的催化功能，但能提高纤维素酶对微晶纤维素的水解能力。"纤维膨胀 蛋白"也称为纤维膨胀因子，英文称Swollenin和Expansin,是一类植物细胞壁扩展蛋白， 其具有纤维素酶典型结构域组成（含纤维素结合结构域（CBD))的非水解活性蛋白。源于 植物的纤维扩张蛋白主要有两类，分别命名为a-expansin和0-expansin。两类纤维扩 张蛋白在结构和功能上有较高的同源性：a-expansin分子量约25kDa，氨基酸序列高度保 守，同源性达70%?90% ; 0 -expansin分子量约29kDa，但氨基酸序列变化较大。
[0068] 纤维氧化酶（CelluloseOxidativeEnzymes):本发明中的"纤维氧化酶"是指 聚糖氧合酶（polysaccharidemonooxygenase，PM0)，所述"聚糖氧合酶"是指是一族分子 量在20_50KDa、含有铜（II)的小分子金属酶（metalloenzyme)，能与纤维表面进行加氧或 者去氢的氧化反应，从而改变纤维表面化学性质的生物酶。聚糖氧合酶的其它名称包括聚 葡糖加氧酶或者称聚葡糖单加氧酶（polysaccharidemonooxygenase，PM0)，裂解性聚糖 氧合酶（lyticpolysaccharidemonooxygenase,LPM0)，以及糖苷水化酶 61 族（glycosyl hydrolase61,GH61)。
[0069] 纤维氧化酶与纤维素水解酶的区别在于：纤维素水解酶是通过对P-1，4-D-14糖 苷键进行水解反应，使纤维素降解；而纤维氧化酶是通过对纤维素进行氧化还原反应，反 应所改变的键位不限于0-1，4-D-14糖苷键。虽然PM0早在1974年就已经被发现，由于 用CMCase(即测试内切纤维素酶的活性方法）分析方法，发现PM0对0 -1，4-D-14糖苷 键的水解反应非常微弱，于是人们对该酶种的作用和其反应机理没有进行更深入的研究 认识，CAZy(CarbohydrateActiveEnzymes，简称CAZy，http://www.cazy.org/)把它们 划分为GlycosylHydrolases61族（GH61)。然而，最新研究表面，PM0实际是一种铜-依 赖性单氧加合酶（Copper-dependentmonooxygenases，EC1. 14. 17.X)，它是通过氧化反应 而对纤维进行作用的，而不像普通的纤维素水解酶那样通过水解反应对纤维进行作用，因 此PM0是氧化酶而非水解酶。经典的纤维素水解酶具有许多酶族，相反，PM0只有两个家 族，即carbohydratebindingmodulefamily33(CBM33,碳水结合域家族 33)和glycosyl hydrolase(GH61，糖苷水解酶家族61)。CAZy最近将PM0重新列分为AA9类和AA10类生物 酶。前者主要来源是真菌（fungus)，而后者主要来自于细菌、病毒和某些真菌。
[0070]PM0存在于很多木素纤维降解的微生物中，可以依此提纯和表达，或者通过现代 蛋白工程技术对酶蛋白进行重组表达。例如，美国专利USPat. 7, 273, 738,美国专利申 请USA2009/099079，美国专利申请USA2013/0052698公开了一系列新的GH61酶种的列 序。美国专利US8,298,795和美国专利申请USA2012/0083019公开了从真菌宿主菌株 Myceliophthorathermophila(又称Chrysosporiumlucknowense)获得重组GH61 蛋白 (recombinantGH61proteins)以及联合使用该GH61和和纤维素酶（cellulase)组合物处 理木质纤维类物质增加生物精炼效率、提高酒精产量的技术。迄今，有关PM0的应用都在生 物精炼（biorefinery)，还没有PM0在制浆造纸中应用的报道。
[0071] 截止2013年2月，CAZy的数据库已经收集了 249种PM0(即GH61)蛋白氨基酸列 序数据，大部分属于子囊属菌株（ascomycetous)和担子菌（basidiomycetous)。而在NCBI/ JGIBlast的搜索结果显示，目前共有761套GH61的基因系统。随着研究深入，可以预见PMO的数据会继续迅速增加。
[0072] 纤维氧化酶组合物：本发明中的"纤维氧化酶组合物"是指该组合物含有如下两 种组分，一个组分是聚糖氧合酶（polysaccharidemonooxygenase)，和另外一个组分是能保 持或者增加对维氧化酶活性的辅助物，其中该辅助物可以是以下化合物的一个或多个化合 物，（1)纤维氧化酶的反应底物氧气或者氧气释放化合物（oxygenprecursors)、（2)反应 产物的清除剂（radicalscavengers)、和（3)对纤维氧化酶具有促进作用的蛋白质。
[0073] 本发明的"纤维氧化酶的反应底物"是指除了纤维以外，聚糖氧化酶发生反应所必 需的电子受体一氧气；该反应底物可以通过如下方式提供：氧气、空气或者氧气释放化合 物，本发明中的氧气释放化合物是指过氧化物或者臭氧，其中过氧化物包括过氧化氢、过氧 化钠、过氧化钙、过氧化钾。
[0074] 本发明的"对纤维氧化酶的有促进作用的蛋白质"是指能增加聚糖氧化酶反应活 性的生物酶、纤维素结合蛋白、和纤维膨胀蛋白；其中对聚糖氧化酶有促进作用的生物酶 是指除了纤维素水解酶以外的其它类水解酶（包括淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、酯酶或木聚糖 酶）和氧化还原酶（包括纤维二糖脱氢酶、漆酶、葡糖氧化酶、过氧化氢歧化酶、酒精脱氢酶 或木质素过氧化酶）。
[0075] 本发明的"纤维氧化酶的反应产物清除剂"是指能降低聚糖氧化酶的反应产物过 氧化氢浓度的化合物，包括抗坏血酸（ascorbate)、没食子酸（gallate)、木质素（lignin)、 铜（II)盐即二价铜盐、铁（II)盐即二价铁盐、锰（II)盐即二价锰盐和锌（II)盐即二价锌 盐。
[0076] 本发明涉及使用纤维氧化酶来处理制浆造纸的纤维原料，以改变纤维表面的化学 性质，提高纤维的反应活性，增加纤维之间的结合力，从而提高纸张的强度指标，增加脱水 烘干效率，降低能耗，为造纸企业节约生产成本，提高经济利润。
[0077] 本发明所涉及的纤维素氧化酶可以是以其单个酶组分的产品分别加入造纸过程 中，以可以将两组分分别加入不同的位置或者是混合成一个产品配方加入造纸过程中同意 位置，以达到最佳的效果。
[0078] 本发明所涉及的使用纤维氧化酶的目的和效果是通过氧化酶对纤维表面的晶型 区域反应，产生表面反应活性很高的键位，使纤维之间的结合力增加。而且纤维氧化酶对纤 维的反应可以通过控制在纤维表面，不会对纤维有过度的反应，从而达到选择性的纤维表 面改性和修复。因此，与传统的纤维素水解酶相比，从而避免了传统纤维素水解酶的降解纤 维的问题。
[0079] 本发明所述单位"kg/T"是指每吨绝干浆中添加物料的千克数。
[0080] 以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0081] 实施例1纤维氧化酶和氧化酶组合处理机械阔叶浆对其纸张强度的影响
[0082] -、实验目的
[0083] 通过对比分析评价纤维氧化酶组合物处理机械阔叶浆对其纸张强度的影响。
[0084] 二、实验方法
[0085] (1)试验材料准备
[0086] 本实验所述机械阔叶浆由山东万国纸业26号机的纸浆厂提供。
[0087] 纤维氧化酶（PM0)由美国Dyadic公司提供的GH61，该酶种从菌株 Myceliophthorathermophila制取，其氨基酸列序在美国专利US8, 298, 795和美国专利申 请USA2012/0083019有详细表述。
[0088] 漆酶和纤维二糖脱氢酶为DuPont集团Genencor公司的商业产品。
[0089] (2)造纸方法
[0090] A、制浆：将200克浆板和1300克去离子水放置在10升的水力碎浆机中，碎浆10 分钟，然后再加2500克水，配得得到5%的浆。
[0091] B:反应：
[0092] (1)取上述配好的浆400克，放入1000ml混合搅拌器中，用恒温控制器控制浆的温 度在50°C。
[0093] (2)本实验分为实验组和对照组；
[0094] 对照组1为空白样品：不加任何药剂；
[0095] 对照组1为：100g/T、400g/T漆酶处理；
[0096] 对照组2为：100g/T、250g/T纤维二糖脱氢酶处理；
[0097] 实验组为经酶处理的样品，其中，
[0098] 实验组1为：250g/T(绝干浆）纤维氧化酶（PM0)处理；
[0099]实验组2为纤维氧化酶+漆酶组合物处理：100g/T，250g/T纤维氧化酶（PM0)，加 上的漆酶一起处理，漆酶用量为400g/T;
[0100] 实验组3为纤维氧化酶+纤维二糖脱氢酶组合物处理：250g/T纤维氧化酶（PM0)， 加上100g/T纤维二糖脱氢酶一起处理；
[0101] 实验组4为纤维氧化酶+漆酶+纤维二糖脱氢酶组合物处理：100g/T纤维氧化酶 +200g/T漆酶+100g/T纤维二糖脱氢酶一起处理；
[0102] 上述各组的反应条件均为：反应温度为50°C，反应时间为150分钟，反应pH为 5. 7-6. 0,恒速搅拌。
[0103]C、手抄纸准备和强度测量：将上述制备好的浆，加自来水稀释到1. 0 %的浆浓，混 匀，测量温度和浆浓度，按TAPPI方法，精确制备10-12张6. 5克重的手抄纸。烘干后，手抄 纸放在恒温和恒湿度的控制箱中24小时，然后按TAPPI测量方法测量其厚度（密度）、抗张 强度、撕裂强度和结合强度。
[0104] 三、实验结果
[0105] 实验结果参见表1，从表1中可知：纤维氧化酶单独处理纸浆和与其他氧化酶（漆 酶和/或纤维二糖脱氢酶）联合使用时对纸张的各种强度性质的影响结果，如：叩解度、抗 张指数、撕裂度和层间结合力。与空白条件相比，加入单独加入漆酶或者纤维二糖脱氢酶处 理机械阔叶浆，对纸张的各种强度性质的影响不显著。但是，当漆酶或者纤维二糖脱氢酶与 纤维氧化酶联合使用时，纸张各种强度都显著增加；特别是当纤维氧化酶、漆酶和纤维二糖 脱氢酶三者一起使用时，纸张的抗张强度和撕裂度提高了 40%和60%。这些结果表明，纤 维氧化酶和漆酶及纤维二糖脱氢酶，纤维氧化酶集中在晶型纤维表面的反应，激活该部分 纤维的表面活性，增加纤维反应活性，并且提高纤维间的结合力，进而显著提高了机械阔叶 浆制得的纸张的各种物理强度。
[0106] 表1实验组和对照组处理机械阔叶浆对纸张物理指标的影响结果表
[0107]
【权利要求】
1. 一种用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是，包括以下组成： i) 对纤维具有氧化功能的生物酶组分，所述生物酶组分为通过氧化还原反应来改变纤 维表面性质的纤维氧化酶；和 ii) 对纤维氧化酶具有增加催化活性的辅助组分，所述辅助组分为对纤维氧化酶具有 促进作用的蛋白质； 所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-50。
2. 根据权利要求1所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是， 所述纤维氧化酶为一族分子量在20-50KDa、具有铜依赖性的小分子金属酶的聚糖加氧酶； 或/及 所述对纤维氧化酶具有促进作用的蛋白质为有催化活性的生物酶或无催化活性的纤 维素结合蛋白。
3. 根据权利要求2所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是， 所述有催化活性的生物酶为氧化还原酶、非纤维素水解酶的水合酶或纤维素水解酶；所述 氧化还原酶选自纤维二糖脱氢酶、漆酶、葡糖氧化酶、过氧化氢歧化酶、酒精脱氢酶或木质 素过氧化酶中一种或多种，所述非纤维素水解酶的水合酶选自淀粉酶、木聚糖酶、果胶酶或 酯酶中一种或多种。
4. 根据权利要求2所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是， 所述无催化活性的蛋白质为纤维结合蛋白和/或纤维膨胀蛋白。
5. 根据权利要求1所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是， 所述生物酶组分和辅助组分的重量比例为1:0. 4-10。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其 特征是，所述纤维氧化酶组合物还包括纤维氧化酶的反应产物的清除剂；所述纤维氧化酶 和清除剂的重量比为1:1-5。
7. 根据权利要求6所述的用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物，其特征是， 所述清除剂选自抗坏血酸、没食子酸、木质素、锰（II)盐、铜（II)盐或铁（II)盐中的一种 或多种。
8. 纤维氧化酶或如权利要求1-7任一项所述的纤维氧化酶组合物在造纸工艺中作为 改变和改善纤维性质的增强剂或助留助滤剂的应用。
9. 一种造纸方法，其特征是，主要包括以下步骤： a) 形成含水的纤维素造纸浆料， b) 将权利要求1-7任一项所述用于改变和改善纤维性质的纤维氧化酶组合物加入到 造纸浆料中进行反应， c) 将步骤b)中得到的所述造纸浆料送上网，由此通过滤出水而由纤维固体组分形成 纸页， d) 将纸页经过压榨段和干燥段，最终生产出纸产品。
10. 根据权利要求9所述的造纸方法，其特征是，所述用于改变和改善纤维性质的纤维 氧化酶组合物中的纤维氧化酶用量为每吨干浆料0. 01-10千克，所述辅助组分的用量为每 吨干浆料〇. 05-10千克；或/及 所述反应时间为5-600分钟，反应pH为3-10,反应温度为20-80°C。
【文档编号】C12N9/24GK104342424SQ201410366879
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】王祥槐, 谢焱 申请人:瑞辰星生物技术（广州）有限公司