パルプ・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予漂白です。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判明しています。酵素はまた、バージンパルプの繊維化と保水性の向上、叩解時間の短縮にも使用されています。再生繊維では、酵素は脱墨や結合力の回復、フリーネスの向上に利用されています。特殊な用途としては、熱帯広葉樹パルプのベッセルピッキングの低減や、溶解パルプからのキシランの選択的除去などがあります。酵素はまた、樹皮、シュブ、ピッチ、スライムの除去や、亜麻繊維のレッティングにも研究されています。

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、これは美観上の理由や紙の特性向上のために必要です。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合物が使用されています。これらの化学薬品の副産物として、塩素化有機物質が生成され、その中には有毒、変異原性、残留性、生物蓄積性を持ち、生物系に多くの有害な影響を及ぼすものもあります。酵素は、塩素や塩素化合物、その他の漂白薬品の使用量を削減する非常に簡単かつコスト効果の高い方法を提供します。酵素はまた、より高い白色度の達成を可能にするシンプルなアプローチも提供します。これまでに、酵素を用いた2つのアプローチが研究されています。一つはヘミセルラーゼ酵素を使用し、もう一つはリグニノリティック酵素を使用します。

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促進するために必要な主な酵素はエンド-β-キシラナーゼ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ます。リグニノリティック酵素は、キシラナーゼとは異なりリグニンに直接作用するため、より効果的です。文献のいくつかの報告では、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示唆されています。白色腐朽菌はリグニノリティック酵素の主な生産者です。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、ラッカーゼです。

繊維改質

繊維の酵素改質は、熱機械パルプの生産におけるエネルギー消費の削減や、化学パルプの叩解性向上、繊維特性の改善を目的としています。高収率機械パルプでは、リグニンとヘミセルロースの大部分がパルプ中に残ります。未処理木材の中間細孔幅の測定や免疫標識によると、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できることが明らかです。これは、キシラナーゼを熱機械パルプに適用した際に確認されました。かなり高い酵素投与量を使用しても、溶解したパルプは約1%にとどまりました。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。

脱墨

酵素による脱墨は、二次繊維を高品質製品に変換する新しいアプローチです。これは、実験室および工業規模で、廃紙の脱墨に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。排水性の向上は、酵素脱墨の二次的な利点として知られています。酵素脱墨パルプは、化学的に脱墨された再生パルプと比較して、優れた物理特性、高い白色度、低い残留インクを有します。さらに重要なのは、酵素プロセスを用いることで、インクの粒径分布や形状を効果的に制御し、サイズベースのフローテーションプロセスの効率を最大化できることです。これは、酵素組成、投与量、滞留時間、その他の添加剤やpHを選択的に変化させることで、通常大きく平坦で剛直なインク粒子を、より少なく非プレートレット状に効果的に分散させることによって達成されます。酵素脱墨プロセスは、化学的に脱墨されたパルプと比較してフリーネスも向上します。

ピッチの除去

ピッチは脂肪酸、樹脂酸、ステロール、脂肪酸のグリセリンエステル、その他の脂肪やワックスから構成され、通常はメチレンに可溶な木材成分として経験的に定義されます。木材全体重量の10%未満ですが、重大な問題を引き起こします。酵素によるピッチ削減は非常に効率的なバイオテクノロジー手法です。さまざまなリパーゼがピッチ除去に使用されています。酵素によるピッチコントロールは、ピッチ関連の問題を満足のいくレベルまで低減するのに役立ちます。紙ウェブの欠陥や、抄紙機でのピッチ堆積物の清掃頻度を減らします。同時に、環境に優しく無毒な技術、パルプ・紙の品質向上、漂白薬品消費量の削減、排水負荷の低減、未乾燥丸太の利用による工場木材置場のスペースとコスト削減など、他の利点も提供します。

参考文献

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1. Bajpai P. パルプ・製紙産業における酵素の応用 [J]. Biotechnology progress, 1999, 15(2): 147-157.