パルプおよび製紙業界において、酵素の最も重要な用途は、クラフトパルプの前漂白にあります。キシラナーゼ酵素がこの目的に最も効果的であることがわかっています。酵素はまた、パルプの繊維化と水分保持を増加させ、バージンパルプの撹拌時間を短縮するためにも使用されています。リサイクル繊維では、酵素が脱インク処理や結合の回復、自由度の向上に使用されています。特別な用途には、熱帯広葉樹パルプにおける容器のピッキングの削減や、溶解パルプからのキシランの選択的除去が含まれます。酵素はまた、樹皮、シブ、ピッチ、スライムの除去やフラックス繊維の浸漬にも調査されています。

漂白

化学パルプからリグニンを除去することを漂白と呼び、美的理由や紙の特性の改善のために必要です。現在のクラフトパルプの漂白では、大量の塩素および塩素化学物質が使用されています。これらの化学物質を使用することによる副産物は、塩素化有機物質であり、その中には毒性、変異原性、持続性、生物蓄積性を持つものがあり、生物系において多くの有害な障害を引き起こします。酵素は、塩素、塩素化合物、および他の漂白化学物質の使用を減少させる非常にシンプルでコスト効果の高い方法を提供します。酵素はまた、より高い明度の天井に到達するためのシンプルなアプローチを提供します。これまでに、2つの酵素ベースのアプローチが調査されています。一つはヘミセルラーゼ酵素を使用し、もう一つはリグニン分解酵素を使用します。

ヘミセルラーゼ酵素は、パルプ漂白に商業的に使用されています。クラフトパルプの脱リグニンを強化するために必要な主な酵素はエンド-β-キシラナーゼであると報告されていますが、他のヘミセルロリティック酵素でキシラナーゼを濃縮することで、酵素処理の効果が改善されることが示されています。リグニン分解酵素は、キシラーゼとは異なり、リグニンを直接攻撃するため、より効果的です。文献のいくつかの報告は、これらの酵素がクラフトパルプの漂白に有用である可能性があることを示唆しています。ホワイトロット菌はリグニン分解酵素の主要な生産者です。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、およびラッカースです。

繊維の改質

繊維の酵素的改質は、熱機械パルプの生産におけるエネルギー消費の削減や、化学パルプの打撲性の向上、または繊維特性の改善を目的としています。高収率の機械パルプでは、ほとんどのリグニンとヘミセルロースがパルプに残ります。未処理の木材の中程度の孔径の測定および免疫ラベリングによると、機械パルプの組成に対する酵素的改質は、繊維の外表面でのみ達成できることが明らかです。これは、キシラーゼが熱機械パルプに適用されたときに確認されました。かなり高い酵素用量を使用しても、パルプの約1%しか溶解しませんでした。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、熱機械パルプの精製に必要なエネルギー量が減少しました。

脱インク

酵素的脱インクは、二次繊維を高品質の製品に変換する新しいアプローチを表しています。これは、実験室および産業規模で、廃紙の脱インク処理において効果的かつ経済的な方法であることが証明されています。排水の改善は、酵素的脱インクの二次的な利点であることが知られています。酵素的に脱インク処理されたパルプは、化学的に脱インク処理されたリサイクルパルプと比較して、優れた物理的特性、高い明度、および低い残留インクを持っています。さらに重要なことに、インクのサイズ分布と形状は、酵素プロセスを使用して効果的に制御でき、サイズベースの浮遊プロセスの効率を最大化できます。これは、酵素の組成、電荷、滞留時間を選択的に変化させることや、システム内の他の添加物やpHを変化させることで、通常の大きく平らで剛直なインク粒子をはるかに少なく、非板状の形状に効果的に移動させることによって達成できます。酵素的脱インクプロセスは、化学的に脱インク処理されたパルプと比較して自由度も改善します。

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、その他の脂肪およびワックスで構成され、通常はメチレンに溶解する木材成分として経験的に定義されます。木材の総重量の10%未満ですが、大きな問題を引き起こします。酵素によるピッチの削減は非常に効率的なバイオテクノロジー手法です。ピッチの除去にはさまざまなリパーゼが使用されています。酵素的ピッチ制御は、ピッチ関連の問題を満足のいくレベルに減少させるのに役立ちます。これは、紙ウェブの欠陥や、製紙機内のピッチ堆積物の清掃頻度を減少させます。同時に、環境に優しく無毒な技術、パルプおよび紙の品質の向上、漂白化学物質の消費の削減、排水負荷の削減、未乾燥の丸太を使用することによる製材所の木材ヤードでのスペースとコストの節約など、他の利点も提供します。

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.