近年來,  新興的生物技術(shù),  主要包括基因工程、生物工程、發(fā)酵工程和酶工程。利用生物技術(shù),  可以通過生物遺傳基因的重組,  開發(fā)出新的優(yōu)良品種和新的物種;  可以通過新陳代謝作用,  生產(chǎn)出許多有用的新有機(jī)物質(zhì);  可以通過酶促反應(yīng),  大大改善許多現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的條件和效率。由于造紙工業(yè)的基本原料是生物體(  植物)  ,  化學(xué)制漿方法基本上是對(duì)生物體的化學(xué)反應(yīng)過程,  它的環(huán)境污染物又主要是從生物體降解的有機(jī)物,  這是造紙工業(yè)可以充分運(yùn)用生物技術(shù)的重要依據(jù)。

生物技術(shù)在制漿造紙工藝上的應(yīng)用在20  世紀(jì)90  年代發(fā)展較快。對(duì)環(huán)境保護(hù)及降低能耗的日益關(guān)注,  更促進(jìn)了生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)上的應(yīng)用。目前應(yīng)用于制漿造紙工業(yè)的生物技術(shù)主要有基因重組改良造紙?jiān)稀⑸镏茲{、生物漂白、廢紙生物脫墨、廢液生物處理、酶處理和改善漿料性能樹脂生物控制等,  有些研究成果已用于工業(yè)生產(chǎn)。

1  基因重組技術(shù)改良造紙?jiān)?/SPAN>

基因重組技術(shù)是將基因重新組合,  然后將基因轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)的技術(shù),  是改良生物性狀的有力手段。基因改良造紙?jiān)系哪康?/SPAN>:  減少造紙?jiān)现械哪舅睾?/SPAN>,  盡可能增加纖維素的含量,以提高造紙?jiān)系睦寐?/SPAN>,  縮短樹木成材的年限。美國密歇根工業(yè)大學(xué)姜立泉實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過12  年的努力,終于發(fā)現(xiàn)一種通過基因改造的方法減少樹木木素含量的方法:  使用一種稱之為反義(  antisense)  技術(shù)控制木素合成的基團(tuán)Pt4CL1,  令其處于“抑制狀態(tài)”,  其結(jié)果取得了轉(zhuǎn)基因樹木。該基因楊樹比對(duì)照楊樹的木素含量降低了45%,  而纖維素含量增加了15%,  并發(fā)現(xiàn)該樹木生長(zhǎng)快,  樹高比對(duì)照樹高出30%  。另外,  英國的Zencea  公司、比利時(shí)的Elserive  科學(xué)公司以及法國的生物細(xì)胞研究中心都成功的利用轉(zhuǎn)基因工程研制出了更加適合制漿造紙的造紙?jiān)稀?/SPAN>

2  生物制漿

制漿廠利用化學(xué)法制漿提高生產(chǎn)規(guī)模,  而且使原料的適應(yīng)性大大提高。然而,  近年來純化學(xué)法制漿已暴露出的它的缺點(diǎn):  化學(xué)藥品消耗量大、能耗高、設(shè)備投資高,  特別是制漿與漂白過程所排出的廢水,  具有極高的BOD、COD  負(fù)荷,  而且其中還含有劇毒性荷強(qiáng)致癌性物質(zhì),  給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著人們對(duì)環(huán)保的要求的提高,  傳統(tǒng)的化學(xué)法制漿正在不斷改進(jìn),生物制漿技術(shù)將得到迅速發(fā)展。

生物法制漿是利用微生物(  主要是白腐菌)  或其制品(  酶)  ,  對(duì)植物纖維原料預(yù)處理,  以生物途徑代替化學(xué)途徑或部分化學(xué)途徑,  然后進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)機(jī)械或化學(xué)法處理,  使植物纖維原料分離成紙漿。

生物預(yù)處理可以顯著地降低磨漿能耗,  改善漿的性能。Setliff利用Ceriporiopsis  subvemispora  和P.chrysosporium  對(duì)楊木進(jìn)行了預(yù)處理,  結(jié)果表明,  與未經(jīng)真菌處理相比,  在盤磨機(jī)磨至相同游離度的情況下,  楊木可以降低20%的能耗,  挪威云杉降低13%的能耗。Kashino利用IZU-  154  對(duì)闊葉木和針葉木生物機(jī)械漿進(jìn)行了研究,  發(fā)現(xiàn)粗磨的山毛櫸機(jī)械漿經(jīng)真菌處理7  天以后,  可使后續(xù)漿能量消耗降低1/3～1/2,  且強(qiáng)度性能得到改善;  經(jīng)粗磨的云杉機(jī)械漿和紅松漿采用真菌處理10～14  天,  磨漿能耗約降低1/3,強(qiáng)度性能也有所改善。 

生物方法預(yù)處理木片一般都采用白腐菌等,  這些菌種可以產(chǎn)生木素過氧化物酶、二價(jià)過氧化酶和漆酶,  預(yù)處理木片的主要影響因素是菌種種類、酶用量、pH  值、溫度和濃度、原料材種等。

3  生物漂白

生物酶促漂白技術(shù),  主要是利用半纖維素酶部分酶解纖維細(xì)胞中的半纖維素,  使木素更容易與漂劑反應(yīng)而溶出,  從而提高漂后漿的白度,  減少漂劑的用量。半纖維素酶有助于硫酸鹽紙漿的漂白,  可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的生物技術(shù)應(yīng)用于紙漿的漂白,  其基本原理是根據(jù)半纖維素酶(  木聚糖酶和甘露糖酶)  能引起紙漿中碳水化合物結(jié)構(gòu)的改性而提高脫木素作用。這種酶能使紙漿中部分半纖維素解聚,  促進(jìn)漂白化學(xué)藥品從紙漿中除去殘留木素。

1989  年芬蘭率先進(jìn)行應(yīng)用木聚糖酶預(yù)處理硫酸鹽紙漿的工業(yè)化試驗(yàn)。目前,  北歐和北美地區(qū)的許多制漿造紙工廠將這一生物技術(shù)應(yīng)用于漂白硫酸鹽漿的工業(yè)化生產(chǎn)。智利制漿廠在藍(lán)桉和亮藍(lán)桉木硫酸鹽制漿漂白過程中,  采用商品木聚糖酶預(yù)處理未漂白的桉木硫酸鹽紙漿,  并結(jié)合無元素氯漂白順序DEopD結(jié)果節(jié)省二氧化氯12%～40%  ,  而對(duì)漂白漿強(qiáng)度沒有影響,  白度達(dá)到90%ISO。

4  廢紙生物脫墨

由于木材纖維原料的短缺,  利用廢紙資源作為造紙?jiān)系男枨笕找嬖黾印U紙的再生利用,  關(guān)鍵是脫墨。傳統(tǒng)的脫墨工藝分為洗滌法和浮選法兩大類。洗滌法設(shè)備簡(jiǎn)單,  投資小,  但用水量大,  環(huán)境污染負(fù)荷大,  大多見于中小企業(yè)。現(xiàn)代大型脫墨生產(chǎn)線通常采用浮選法或浮選法為主洗滌法為輔的工藝。這兩種脫墨工藝都為化學(xué)法脫墨所用,  而化學(xué)法脫墨化學(xué)藥品消耗大,  對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,  紙漿易產(chǎn)生"  堿性發(fā)黑"現(xiàn)象。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,  酶用于廢紙脫墨技術(shù)的研究應(yīng)運(yùn)而生。