パルプ・製紙産業において、酵素の最も重要な用途はクラフトパルプの前漂白である。この目的にはキシラナーゼ酵素が最も有効であることが確認されている。酵素はまた、バージンパルプにおける繊維のフィブリル化および保水性の向上、ならびに叩解時間の短縮にも用いられてきた。再生繊維では、酵素は脱墨に使用されるほか、結合性の回復およびフリーネスの向上にも用いられている。特殊用途としては、熱帯広葉樹パルプにおけるベッセルピッキングの低減、ならびに溶解パルプからのキシランの選択的除去が挙げられる。さらに、樹皮、シーブ、ピッチ、スライムの除去、ならびに亜麻繊維のレッティング（腐熟）への適用についても検討されている。

漂白

化学パルプからリグニンを除去する工程は漂白と呼ばれ、外観上の要請および紙の物性改善のために必要である。現在のクラフトパルプ漂白では、塩素および塩素系薬品が大量に使用されている。これらの薬品使用により生成する副生成物は塩素化有機物であり、その一部は毒性、変異原性、難分解性および生物蓄積性を有し、生体システムに多様な有害影響を引き起こす。酵素は、塩素、塩素化合物およびその他の漂白薬品の使用量を低減するための、極めて簡便かつ費用対効果の高い手段を提供する。また酵素は、到達可能な白色度の上限（ブライトネス・シーリング）をより高くするための簡便なアプローチも提供する。これまでに、酵素を用いた2つのアプローチが検討されている。1つはヘミセルラーゼ酵素を用いる方法、もう1つはリグニン分解（リグニノリティック）酵素を用いる方法である。

ヘミセルラーゼ酵素はパルプ漂白において商業的に使用されている。クラフトパルプの脱リグニンを促進するために必要な主要酵素はエンド-β-キシラナーゼであると報告されているが、キシラナーゼに他のヘミセルロース分解酵素を組み合わせて強化することで、酵素処理の効果が向上することが示されている。リグニン分解酵素は、キシラナーゼとは異なりリグニンを直接攻撃するため、より有効である。文献上の複数の報告は、これらの酵素がクラフトパルプの漂白に有用となり得ることを示唆している。白色腐朽菌はリグニン分解酵素の主要な生産者である。最も重要なリグニン分解酵素は、リグニンペルオキシダーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、およびラッカーゼである。

繊維改質

酵素による繊維改質は、サーモメカニカルパルプ製造におけるエネルギー消費の低減、ならびに化学パルプの叩解性向上または繊維特性の改善を目的とする。高収率の機械パルプでは、リグニンおよびヘミセルロースの大部分がパルプ中に残存する。未処理木材の中孔径の測定および免疫標識の結果から、機械パルプの組成に対する酵素改質は繊維の外表面でのみ達成可能であることが明らかである。これは、サーモメカニカルパルプにキシラナーゼを適用した際に検証された。比較的高い酵素添加量を用いても、溶解したパルプは約1%にとどまった。アルカリ前処理と組み合わせることで酵素処理は大幅に改善され、サーモメカニカルパルプのリファイニングに必要なエネルギー量が低減した。

脱墨

酵素脱墨は、二次繊維を高品質製品へ転換するための新たなアプローチである。実験室規模および工業規模の双方において、古紙の脱墨に有効かつ経済的な方法であることが実証されている。排水性（ドレナージ）向上は、酵素脱墨の副次的な利点として知られている。酵素脱墨パルプは、化学脱墨した再生パルプと比較して、より優れた物理特性、より高い白色度、およびより低い残留インキを示す。さらに重要な点として、酵素プロセスを用いることでインキの粒径分布および形状を効果的に制御し、粒径に基づくフローテーション工程の効率を最大化できる。これは、酵素組成、電荷、滞留時間を選択的に変化させるとともに、系内の他の添加剤およびpHを調整することで達成可能であり、通常は大きく扁平で剛直なインキ粒子を、より少数の非板状形態へ効果的に剥離させることができる。酵素脱墨プロセスは、化学脱墨パルプと比較してフリーネスも改善する。

ピッチの除去

ピッチは、脂肪酸、樹脂酸、ステロール、脂肪酸のグリセロールエステル、その他の脂質およびワックスから構成され、一般に、メチレンに可溶な木材成分として経験的に定義される。木材総重量の10%未満であるが、重大な問題を引き起こす。酵素によるピッチ低減は、非常に効率的なバイオテクノロジー手法である。ピッチ除去には各種リパーゼが使用されてきた。酵素によるピッチ制御は、ピッチ関連の問題を許容可能なレベルまで低減するのに有用である。抄紙ウェブ上の欠陥を低減するとともに、抄紙機におけるピッチ堆積物の清掃頻度を低下させる。同時に、環境負荷が低く非毒性の技術であること、パルプおよび紙品質の向上、漂白薬品使用量の低減、排水負荷の低減、ならびに未乾燥丸太の使用による工場土場における省スペース化およびコスト削減といった、その他の利点も提供する。

参考文献

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1. Bajpai P. Application of enzymes in the pulp and paper industry [J]. Biotechnology progress, 1999, 15(2): 147-157.