全 文 ：第 10卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．10 NO．2
June， 2002
微生物制浆漂白研究进展
刘 向华 邹冬 生
(湖南农业 大学植物 科学技 术学院 长沙 410128)
摘 要 简述 了用于制浆 的降解木 素微 生物种 类 、降解过程 与机理 ，分 析 了用于 漂 白的微生 物所产 木聚 糖酶 和漆酶
的产酶 条件 、助漂过程和 助 漂机理 。
关键词 微 生物 木素 制浆 漂 白
Advances in pulp making and bleaching by microorganism．LIU Xiang—Hua，ZOU Dong—Sheng((~lege of Botanical Sci—
ence and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128)，CJEA，2002，10(2)：109～110
Abstract The lignin degrading microbe species used for pulp making，degrading process and mechanism are reviewed．The
xylanohydrolase and laccase producing condition，bleaching—a~isting process and mechanism of the microorganism used for
bleaching are summarized．
Key words Microrganism，Lignin，Pulp making，Bleaching
目前传统的制浆方法主要 有化学制浆 、机械制浆和化学机械制浆 3大类 ，传统漂 白主要有氧化漂 白和还
原漂 白 2种。传统的含氯漂 白工艺漂液中含有大量有毒 、致癌 、致诱变和难 降解 的氯化有机物 坞 ，而多段漂
白 则要求设备复杂 ，动力和水消耗多 ，故 传统制浆 、漂 白方法带来 了能源 、化学 品资源 的大量消耗和严重
的环境污染。为此 ，近年来人们开展了微生物制浆漂白的研究，利用微生物制浆所需设备简单，可降低能耗
且纸浆得率高 ，可代替或部分代替污染严重的化学法制浆 。利用微生物及其所产酶 漂 白，可增加纸张 白度 ，
改善纸张性能 ，降低漂 白化学物质用量 ，减轻环境污染 ，故微生物在制浆 、漂白上的进一步推广应用将使造纸
工业变得更清洁 、更有效。
l 微生物制浆研究进展
早在 20世纪 60年代就有人提出了发酵制浆法 ，但由于基础研究不够等原因，使微生物制浆研究长期以
来未能取得突破进展 。近十几年来国际上围绕木素微生物降解进行了大量基础研究工作 ，找到了不少
能降解木素的菌种 ，并分离提纯 出一些木素降解酶 。这些菌和酶用 于制浆虽可 降低能耗 ，减轻污染 ，但 由于
微生物处理周期长 ，所产酶是在微生物 自身进化 中形成的 ，往往不适于制浆造纸工艺要求 。因此 ，目前微生
物制浆研究重点主要集中在微生物种类的筛选 、降解过程和降解机理等方面。
1．1 降解木素微生物筛选
能够降解木素的真菌种类较多 ，一般按真菌分解木材时造成木材组分的不 同变化 ，真菌类木素降解菌可
分为白腐菌、褐腐菌和软腐菌 3类 ，其中白腐菌在制浆造纸中应用较多。降解木素的白腐菌绝大多数为担
子菌 ，少数为子囊菌 ，主要有绒 毛革盖菌 (Coriolus vilosus)、拟革盖菌 (Corilopsis gallica) ，黄孢原毛平 革
菌(Phanerochaete chrysosporium Burdsal=Sporotrichum pulverulentum) ，彩绒革 盖菌 (Polyporus versi—
color亦 称 Coriolus versicolor、Tra metes versicolor，俗 名 云 芝 ) ，Ceriporiopsis subverm ispora、Phlebiopsis
giga tea 和 Lenti “la dod s、Phl 6 n radiat口、Pa “s tigri “s、Pl “rot“s ostreatus、Bjerkandera adusta 。
目前研究最多并表现出更有效降解能力的是黄孢原毛平革菌，它属担子菌纲(Basidiomycetes)、非褶菌 目
(Phylophorales)、伏革科(Corticiaceae)、显革菌属(Phanerochaete)，该菌种普遍分布 于北美 ，但在我 国 目前 尚
少见⋯。Actinomycetes等细菌能够降解木素，尤其是 Streptomyces spp．、Streptomyces viridosporus和Strep—
tom3，ces setoni降解能力较强 。有些嗜碱细菌如 Bacilus sp．NT一19_4 等也有较强 的降解能力。但 降解木
素的细菌不多 ，效果 也不如真菌。对降解木素的微生物虽 进行 了 C源、N源、温度 、pH值 、通 02量等培养条
件的优化研究，但降解效果仍不显著，离大规模工业化生产应用尚有一定距离，将来可通过人工诱变、基因重
收稿 日期 ：2001—10—12 改 回 日期 ：2001—11—17
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110 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
组、克隆技术等筛选出特效高酶活菌种用于制浆 。
1．2 微生物降解木素过程与机理
微生物降解木素是利用微生物所产生的胞外酶作用于木素并使其逐步分解转化的过程 。木素降解酶
主要包含 3个酶系 ，即木素过氧化物酶(Lignin Peroxidase)、锰过氧化物酶(Mnlignin Peroxidase)和漆酶(Lac一
。，酚氧化酶)。白腐菌对木素的降解研究较深入，发生白腐时木材表面直接与菌丝接触的木素先被酶解，
内部木素在与菌丝接触或接近时发生降解 ，并从腔内向中层逐渐消失 ’¨ 。白腐菌对木质素的降解是一个
以自由基为基础的链反应过程，依赖 H O 的过氧化物酶启动自由基链反应，首先是木质素解聚，生成许多
高度有活性的自由基中间体，它们以链反应方式产生许多不同的自由基，导致种种连接链断裂 ，使木质素解
聚成各种低分子量片断，再经过完全彻底氧化直致降解为 CO ⋯。该降解过程中过氧化物酶起着重要作用 ，
酶解的主要化学变化是丁香基和愈创木基上甲氧基脱甲基作用形成儿茶酚，儿茶酚再在真菌加氧酶的作用
下使芳香环破裂形成脂肪酸 。从理论上而言，木质素的结构特征决定其生物降解具有 3个特点，即非专一
性、非水解性和细胞外性n 。利用特别合成的木素模型物和多种同位素可对木素降解机理进行研究 ，如木素
过氧化物酶与 H O 、埔O 和木素模型物反应时，根据结合到c。一c。裂解产物中的氧同位素，可推断该酶是需
H，O，参与的氧化酶 j。藜芦醇的加入可促进木素过氧化物酶和 H O 对底物的氧化速率，一般认为藜芦
醇的主要功能是电子 调节者 ，保护 木素过 氧化 物酶 的活性及再 度激 活无活性 状 态的木 素过 氧化物 酶⋯ 。
Kersten和 Hammel等 通过研究建立了木质素过氧化物酶基本氧化机制，即易感芳香核被一个电子氧化，
产生不稳定的阳离子基，这些基团再受到不同的非酶反应，故木素过氧化物酶与木素模型物的关键反应是单
电子氧化，之后阳离子基受到不同反应生成不同产物，这正是白腐菌降解木素生成大量中间产物的原因。木
素微生物降解离不开酶的作用，近年来通过对这些酶类生化和分子生物学的深入研究，利用基因工程和蛋白
质工程等新技术提高酶的生产效益，改造酶系组成和改善酶的性质，从而使之更有效、更经济川。
2 微 生物漂 白研 究进展
相对于微生物制浆研究 ，微生物漂白研究工作更为集 中，主要 围绕木聚糖酶和漆酶 ，其 中对木 聚糖酶 的
研究更为重视。
2．1 木聚糖酶漂白
目前国内外在开展产生木聚糖酶菌种的筛选与改良、基因工程菌的构建和优化培养基配方的同时，对黑
曲霉(Aspergilus niger)、木霉 (Trichoderma sp)、绳状青霉 (Penicilium niculosum)、焦 曲霉 (Aspergillus
ustus)等真菌及短小 芽孢杆菌 (Bacillus pumilus)、环状 芽孢杆 菌 (B．circulans)、链 霉菌 (Streptomyces sp．
str2—6)等细菌产生木聚糖酶条件进行 了大量的研究 ’ ，其所 涉及的条件 主要 有 C源 的影响 ，在基础 培
养基的基础上研究不同c源如葡萄糖、麦芽糖、木糖、果糖、乳糖、糊精、甘油、甘露糖、蔗糖、纤维素、纤维二
糖、淀粉、半纤维素、麸皮、木聚糖等的影响；N源的影响，包括(NH ) SO 、(NH ) HPO 、NH NO 、NaNO 、
胰酶解胨 、胰酶解胨 十(NH ) SO 、牛肉膏 、蛋白胨 、酵母膏 、尿素 ；通气量 ，有 的菌产木 聚糖 酶需要 足够 的通
气量；培养时间，各种菌产酶均存在 1个达到高峰期的时间；pH值，不同的菌有不同的产酶最适 pH值、酶作
用最适 pH值和酶基本稳定 pH值区间；温度 ，不同的菌具有不同的最适产酶温度 、最适作用温度和酶基本稳
定的温度区间；无机盐 ，如 NaC1、CaC1，、MnSO 、ZnSO 的添加对产酶均有影响 ；表面活性剂 Tween80对产酶
也有影响；诱导物对该酶的诱导合成和阻遏物的阻遏作用等。研究结果指出，木聚糖酶的产生条件随产木聚
糖酶的菌种不同而异。为提高产品档次，一般用木聚糖酶对浆料进行预处理，以降低漂白化学药品消耗量，
改善纸浆的可漂性，减轻漂白废水的污染。尤纪雪等 在将木聚糖酶用于落叶松 KP浆漂白的研究中指
出．木聚糖酶用于预处理有最适酶用量、最适处理时间和最适浆浓度等问题，并提出由于重金属离子一般对
酶有抑制作用 ，可采用金属螯合剂解除其抑制作用。于伟中 等认为，木聚糖酶用于酸性漂剂(如 C1 、C10 、
O )前 的效果 比用于碱性漂剂(如 O 、H O )前的效果好。木聚糖酶与 DMD(二 甲基二环氧 乙烷 )联合处理
漂白纸浆，在达到同等漂白后浆性质的情况下可节省 DMD用量，大大降低成本。木聚糖酶应用于硫酸盐浆
漂 白前处理 ，由于木聚糖酶能溶解硫酸盐浆 中沉 积在纤维表面 的半纤 维素 ，因而能改 善硫酸盐浆 的漂 白效
果 。木聚糖酶作为漂 白助剂还可作用 于浆 中纤维表面部分再沉积或吸附的木 聚糖 ，提高浆纤维结构 的可
渗透性，进而提高后续化学漂剂与残余木素的反应性选择，使木素易于溶出，从而节省化学漂剂用量 。木
聚糖酶制剂处理草浆可除去纤维表面的部分半纤维素和细小纤维，改进草浆的滤水性、脆性等性能，提高纸
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第 2期 刘 向华等 ：微生物 制浆漂 白研 究进展 111
浆白度和强度 ：。对木聚糖酶的蛋白分子结构及结构中各功能区域，尤其是热稳定区的全面了解，可使我们
运用蛋白工程手段研制出符合要求的木聚糖酶，并为漂白机理提供理论基础 。
2．2 漆酶漂白
纸浆中的色素物质主要来自木素的芳香类化合物，故木聚糖酶仅起助漂作用，不能真正替代化学漂剂，
20世纪 90年代有人发现，虽然漆酶氧化还原电位低，但当有可起氧化还原中介物作用的简单有机化合物存
在时，漆酶不仅能氧化非酚结构，且能使硫酸盐浆脱木素和脱 甲氧基。目前研究较多的中介物有 卜羟基苯
并三唑 ]，而朱红密孔菌则自己能产生氧化还原中介物 3一羟基邻氨基苯甲酸，故漆酶的应用前景较广阔。
参 考 文 献
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