專利名稱：一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物和造紙方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物酶和使用生物酶改變纖維的技術(shù)，具體地，涉及一種用于改變和 改善纖維表面性質(zhì)的組合物和造紙方法。
背景技術(shù)：
紙或紙板的制造原料主要是纖維素木質(zhì)纖維的含水漿料，造紙工藝流程通常包括 將該漿料沉積到移動的網(wǎng)或織物上，由此通過濾出水而由固體組分形成紙頁，然后是壓榨 段和干燥段，最終生產(chǎn)出紙產(chǎn)品。但是，近年來造紙工業(yè)面臨原料短缺的問題越來越嚴(yán)重，迫使造紙工業(yè)使用質(zhì)量 低下的回收廢紙和非木漿為主要生產(chǎn)原料。這些原料具有強度低和濾水性能差等缺點，嚴(yán) 重影響抄紙速度(生產(chǎn)效率)和紙張強度和其它性質(zhì)。為了提高紙張質(zhì)量和生產(chǎn)效率，目 前紙廠在紙漿上網(wǎng)之前，一般通過向漿料中添加多種化學(xué)品。比如，目前造紙工業(yè)應(yīng)用多種 聚合物添加劑，包括陽離子淀粉、陰離子淀粉、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯 酰胺，以及低分子量陽離子聚合物等，來增加紙漿的脫水性能或強度。但是，這些方法和技 術(shù)具有成本高和環(huán)保效益差等缺陷，因此，制漿造紙工業(yè)需要更好的新方法和新技術(shù)來解 決這些問題。生物技術(shù)有望成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的一條有效途徑。早在六十年代，酶改性紙漿就 應(yīng)用于對降低打漿能耗的研究。1986年努等人報道了木聚糖酶對漂白化學(xué)漿的酶法打漿 作用。(Noe，P. et al.，Action ofxylanases on chemical pulp fibers，J. Wood Chern. Techno.，6 :167，1986)。近十年來，人們對生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了大量 的研究，研究范圍幾乎涉及了制漿造紙工業(yè)的各個方面。例如，美國專利US4，923，565， US5, 110，412和US5，308，449提出使用纖維素酶或半纖維素酶提高造紙紙漿的脫水性。 US5, 725，732提出使用纖維素酶和半纖維素酶解決纖維的掉毛缺陷，US6, 066，233建議用 纖維素酶和果膠酶結(jié)合使用可通過紙漿的濾水性。美國專利US5，582，681提出用纖維素 酶、半纖維素酶和脂肪水解酶等混合酶制劑提高衛(wèi)生紙的柔韌性。此外用纖維素酶、半纖維 素酶處理紙漿，還可改善纖維壓縮性，使紙頁微孔性下降，密度提高，透明度提高。但是，研究結(jié)果表明，現(xiàn)有的生物酶產(chǎn)品和使用方法用于制漿造紙，雖然能提高濾 水性能和其它的某些性質(zhì)，但最終紙產(chǎn)品的強度顯著降低，同時纖維流失率增加，造成生產(chǎn) 成本增加。目前還沒有利用酶處理來改善紙漿的濾水性能同時，降低打漿能耗和提高紙張 機(jī)械強度的技術(shù)。因此，開發(fā)一種能夠改善非木材漿的打漿性能同時能夠改善非木材漿強 度性能的生物處理技術(shù)，對中國造紙工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，該組合 物處理紙漿時，不但紙漿的濾水性能的大大提高，而且紙張的強度性質(zhì)也顯著增強。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下
一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其含有i)無催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為纖維結(jié)合蛋白質(zhì)，其對纖維表面 有較強親和力，和ii)具有催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為能夠改變纖維表面性質(zhì)的纖 維改性酶；所述纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)與纖維改性酶蛋白質(zhì)的重量比例在1 0. 1至1 10之 間。本發(fā)明的另一目的提供新的造紙方法，該方法比現(xiàn)有技術(shù)更有效地提高脫水速度 和紙張強度；再者，能夠提高生活用紙(面巾和衛(wèi)生紙)強度的同時，增加其柔軟性，還可以 在造紙過程中改善紙張內(nèi)部和表面施膠。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種造紙方法，主要包括以下步驟a)形成含水的纖維素造紙漿料，b)將上述任一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物加入到紙漿料中；c)將紙漿送上網(wǎng)，由此通過濾出水而由纖維等固體組分形成紙頁，d)將紙頁經(jīng)過壓榨段和干燥段，最終生產(chǎn)出紙產(chǎn)品。優(yōu)選地，所述組合物加入到紙漿料中為先加入無催化活性的蛋白質(zhì)組分，然后加 入具有催化活性的蛋白質(zhì)組分。其中所述組合物的無催化活性的蛋白質(zhì)組分用量為每噸干漿料0.01-10千克，具 有催化活性的蛋白質(zhì)組分用量為每噸干漿料0.05-10千克。更優(yōu)選地，所述組合物的總用 量為每噸漿料0. 02-35千克，最優(yōu)選的用量范圍是每噸干漿料0. 05-5千克。優(yōu)選地，其中所述組合物和紙漿的反應(yīng)時間為5-1200分鐘。所述組合物和紙漿的 反應(yīng)PH為3-10 ；其中所述組合物和紙漿的反應(yīng)溫度為20-80°C。更優(yōu)選地，所述組合物和 紙漿的反應(yīng)時間為20-400分鐘，反應(yīng)pH為5-8，反應(yīng)溫度為30_65°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下現(xiàn)有造紙技術(shù)中紙漿打漿存在的問題是主要是纖維分絲帚化少，打漿過程中當(dāng)纖 維被切斷較多而分絲帚化較少時，纖維的強度下降，纖維間的結(jié)合力降低，導(dǎo)致紙漿的強度 下降。現(xiàn)有的生物酶紙漿處理技術(shù)對紙漿纖維的反應(yīng)是基本無選擇性的、無控制性的和無 目標(biāo)性的，因此他們往往在提高紙漿的濾水性能時，導(dǎo)致紙漿強度的顯著下降。本發(fā)明采用 纖維改性酶與纖維結(jié)合蛋白質(zhì)處理漿料，通過纖維結(jié)合蛋白質(zhì)選擇性的吸附在非晶型纖維 表面，將此部分表面覆蓋，減少甚至避免纖維改性酶對其反應(yīng)作用，讓纖維改性酶集中在晶 型纖維表面的反應(yīng)，激活該部分纖維的表面活性，從而能選擇性地改變纖維表面。本發(fā)明能 夠增加纖維反應(yīng)活性，提高纖維間的結(jié)合力，不僅能改善紙漿的濾水性能，而且在改善紙的 各種物理強度，同時能夠改變紙漿的打漿性能，大大地降低打漿能耗。本發(fā)明對造紙生產(chǎn)產(chǎn) 業(yè)具有重要意義。


圖1是實施例1的比較CBP在微晶纖維素和非晶纖維素的吸附與纖維素用量的關(guān) 系的結(jié)果示意圖2是實施例2的對比在有無添加CBP的條件下還原性葡聚糖的釋放量的結(jié)果示 意圖；圖3是實施例3的各種處理條件下的纖維長度的分布對比結(jié)果示意圖；圖4是實施例4的展示出各種處理條件下的標(biāo)準(zhǔn)自由度的結(jié)果示意圖；圖5-8是實施例5的展示出各種處理對紙張的各種強度性質(zhì)的影響的結(jié)果示意 圖；圖9-10是實施例6的展示出各種處理對紙張的各種強度性質(zhì)的影響的結(jié)果示意 圖；圖11是實施例7的造紙方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明中的“纖維改性酶”是指所有能夠?qū)w維表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、從而改變纖維 表面和內(nèi)部性質(zhì)的生物酶，包括水解酶和氧化還原酶。其中，水解酶包括纖維素酶、半纖維 素酶、淀粉酶、果膠酶和角質(zhì)酶。氧化還原酶包括漆酶(laccase)、木質(zhì)素過氧化酶(lignin peoxidase)禾口猛過氧化(manganese peroxidase) 0纖維素酶本發(fā)明中的“纖維素酶”是指所有的對纖維素有降解作用的生物酶， 包括外切葡聚糖酶(又稱纖維二糖水解酶)(CBH)、內(nèi)切葡聚糖酶(EG)和β -葡萄糖苷酶 (BG))。內(nèi)切纖維素酶本發(fā)明中的“內(nèi)切纖維素酶”是指表現(xiàn)葡聚糖內(nèi)切酶類型活性的， 并且是由給定微生物產(chǎn)生的纖維素酶體系的一部分的所有纖維素酶組分，也叫“葡聚糖內(nèi) 切酶或內(nèi)切葡聚糖酶(EG) ”。萄聚糖內(nèi)切酶水解可溶性的纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素 (CMC)，降低這種溶液的粘度。外切纖維素酶，本發(fā)明中的“外切纖維素酶”是指外切葡聚糖酶(exo-Ι， 4-^-D-glucanase, EC 3. 2. 1. 91)，該類酶作用于纖維素線狀分子末端，水解β _1，4_D_14 糖苷鍵，依次切下一個纖維二糖分子，故又稱為纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase， CBH)。纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)(cellulose binding protein, CBP)本發(fā)明中的“纖維素結(jié) 合蛋白質(zhì)”是指對纖維素表面具有特別親和力、能強烈地吸附在纖維素表面的沒有催化活 性的蛋白質(zhì)。在文獻(xiàn)中，又稱為纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(Cellulose Binding Domain, CBD)，纖 維素結(jié)合模塊(Cellulose Binding Module，CBM)，纖維素吸附結(jié)構(gòu)域，纖維素親合結(jié)構(gòu)域。 在本發(fā)明的實際使用中，其CBP組分可以是(a)由一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)組成的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)單體，(b)由兩個或更多的纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)組成的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)聚合體， 其中所述纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)通過一個或多個反應(yīng)性基團(tuán)共價鍵合到所述合成聚合 物組分，(c)由含有至少一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)融合到另外的蛋白質(zhì)分子形成 CBD-蛋白質(zhì)聚合物，其中另外的蛋白質(zhì)是無催化活性的蛋白質(zhì)，包括失去酶活性的纖維素 酶或半纖維素酶的催化結(jié)構(gòu)域，這種聚合體組分結(jié)構(gòu)與纖維素酶或半纖維素酶結(jié)構(gòu)相同 中，但其催化結(jié)構(gòu)域已失去催化功能。正常的具有催化活性的纖維素酶一般具有兩個結(jié)構(gòu)域，即一個具有催化功能的結(jié)構(gòu)域(catalytic domain, CD)和一個沒有催化活性的纖維素 結(jié)合結(jié)構(gòu)域(Cellulose Binding Domain, CBD)，兩結(jié)構(gòu)域之間由一段連接短肽。因此，這 些酶去活性之后即變成一種特殊的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)。其它的聚合體實例包括纖維結(jié)合域 與牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)組成的CBD-BSA聚合體，纖維結(jié)構(gòu)域與淀粉 糖結(jié)合域(amylose binding domain，ABD)組成的 CDB-ABD 聚合體。(d)由一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)接枝到合成聚合物而形成的纖維結(jié)合蛋白 質(zhì)-合成聚合物的合成體，例如，Takuya Kitaoka 等(J Wood Sci. ,2001,47 :322-324)描 述的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)和聚丙烯酰胺(APAM)合成CBD-APAM聚合物。CMC酶活性(CMCase)本發(fā)明所用的"CMC酶活性"是指纖維素酶組分在它們將 纖維素降解成葡萄糖、纖維二糖和二糖的能力方面的萄聚糖的酶活性，用羧甲基纖維素的 溶液粘度的降低來確定。CMC酶活性可由如下所示的CMC的粘度降低來確定制備在pH9. 0 的0. IM 二是甲基氨基甲烷緩沖注中含有35g/l CMC (Hercules 7L FD)的基質(zhì)溶液。將要 分析的酶樣品溶解在相同的緩沖注中。將IOml基質(zhì)溶液和0. 5ml酶溶液混合，并轉(zhuǎn)移至在 40°C下熱穩(wěn)定的粘度計中。在混合后和再過10分鐘時，盡可能快速地讀取粘度讀數(shù)。在這 些條件下，將粘度降低至一半的酶的量被定義為1單位的CMC酶活性。 進(jìn)一步地，對本發(fā)明的一些專業(yè)術(shù)語進(jìn)行詳細(xì)的描述。纖維素酶是指能降解纖維素產(chǎn)生葡聚糖的一組酶的總稱，包括(a)內(nèi)切葡聚糖酶(endo-l，4-3-D-glucanase，EC 3. 2. 1. 4)，來自真菌的簡稱 為EG，來自細(xì)菌的簡稱為Cen。該類酶主要作用于纖維素內(nèi)部的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解β_1， 4-糖苷鍵，將長鏈纖維素分子截短，產(chǎn)生大量非還原性末端的小分子纖維素，其分子量大小 約為 23-146KD ；(b)外切葡聚糖酶(exo-l,4-^-D-glucanase, EC 3. 2. 1. 91)，來自真菌的簡稱為 CBH，來自細(xì)菌的簡稱為Cex。該類酶作用于纖維素線狀分子末端，水解i3-l，4-D-14糖苷 鍵，依次切下一個纖維二糖分子，故又稱為纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase，CBH)，分 子量約38-118KD。(c)纖維二糖酶，即 β-葡萄糖苷酶(3-l，4-glucosidase，EC 3· 2. 1.21)，簡稱 BG。這類酶一般將纖維二糖或可溶性的纖維糊精水解成葡萄糖分子，其分子量約為76KD。工業(yè)上使用的纖維素酶通常包含所有三種纖維素酶活性，按照其適用pH范圍， 纖維素酶通常被分成三個主要類別酸性、中性和堿性纖維素酶。典型酸性纖維素酶在PH 4-6起作用，中性纖維素酶在pH 6-8的范圍內(nèi)起作用，而堿性纖維素酶在pH 8-10范圍作 用。目前，使用最廣泛的真菌來源的纖維素酶為里氏木霉(Trichoderma reesei)。纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)纖維素酶一般具有兩個結(jié)構(gòu)域一個具有催化功能的結(jié)構(gòu)域(catalytic domain, CD)，一個沒有催化活性的纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(Cellulose Binding Domain，CBD)，兩結(jié)構(gòu)域 之間由一段連接短肽(長度33 300氨基酸不等)相連。纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域又被稱為纖 維素結(jié)合模塊(Cellulose Binding Module, CBM)，在中文翻譯中，又被稱為纖維素吸附結(jié) 構(gòu)域、纖維素親合結(jié)構(gòu)域。通常，當(dāng)纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)被從纖維素酶切割分開或單獨 表達(dá)，自成一體時，則稱為纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)(Cellulose Binding ftx)tein，CBP)。纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域的主要功能是將相鄰的催化結(jié)構(gòu)域傳遞到晶體纖維素底物上，許多纖維素酶主要依靠在肽鏈N端或C端的CBD結(jié)合底物。到目前為止，已經(jīng)有130個不 同的CBD被確定，基于氨基酸序列的相似性分屬于13個不同的CBD家族(http://afmb. cnrs-mrs. fr/CAZY/)「41。同一家族中的CBD —般具有結(jié)構(gòu)相似性，而不同家族的結(jié)構(gòu)拓?fù)?多樣。細(xì)菌纖維素酶的CBD由100-110個氨基酸組成，同源性較低。一些細(xì)菌的CBD結(jié)構(gòu)有 一定的共同特點帶電荷氨基酸含量很低；羥基氨基酸含量很高；都含有Trp、Asn和Gly， 而且兩個Cys在N、C末端的位置完全相同。纖維素酶的CBD —般認(rèn)為協(xié)助水解不溶性結(jié)晶纖維素，通過蛋白酶水解去除CBD， 或者刪除相應(yīng)基因編碼序列后，纖維素酶對不溶性纖維素的活性顯著降低；而對可溶性底 物，酶的活性卻沒有受到明顯影響。然而，有的CBD的作用似乎不在于跟底物結(jié)合，而是破 壞晶體纖維素鏈間的非共價相互作用；或者不僅結(jié)合底物，還提供結(jié)合不同底物結(jié)構(gòu)的優(yōu) 先權(quán)。實驗證實家族II的CBD能夠促使纖維素中氫鍵的斷裂，從而釋放單根纖維素分子 鏈。C.fimi的CenA或Cex單獨的CBD不具備對纖維素的水解活力，但能破壞棉纖維，形成 短纖維，具有疏解結(jié)晶纖維素的能力。另外，研究表明第I家族CBD吸附纖維素的過程是可 逆的，而第II家族此過程卻是不可逆的。纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)可有例如 WO. . A-Ol 134019中描述的任何⑶D.合適的 纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)可由食纖維梭茵(Clostridium cellulovorans.)，糞堿纖維單胞 菌(Cellulomonas fimi.)、精氏木霉菌(Trichoderma reesei)或雙抱葉腹菌(M. Bispora) 獲得。特別優(yōu)選的是由食纖維梭茵獲得的纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì).纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋 白質(zhì)可為通過纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)暴露的疏水段的分子問疏水性相互作用形成的聚 集體，或可選地其可以是非聚集形式.有利地，水溶性烯屬不飽和單體在水中的溶解性為 在25' C每IOOml水至少為5g單體.當(dāng)單體為潛在水溶性時，其可被政性(例如在聚合之 后)，以提供從而在水中可溶(例如具有上述定義的溶解性)的單體單元。為了避免常規(guī)纖維素酶對纖維過分剪切而降低纖維強度的缺陷，美國專利 US6,四4，366 和 US6, 6；35，146 公開了使用截短的纖維素酶(CBD-truncated cellulose)處 理紙漿，截短的酶缺少纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)，使用這樣的纖維素酶處理紙漿，可以避免 這樣的纖維強度的損失。在相似的紡織工業(yè)應(yīng)用中，US 5，916，799公開了含有纖維二糖水 解酶和內(nèi)切葡聚糖酶的纖維素酶組合物，這兩種酶已經(jīng)進(jìn)行了有限的蛋白水解，從而將酶 的核心和纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域分開，發(fā)現(xiàn)得到的酶組合物降低返染。W096/23i^8公開了使用 截短的纖維素酶處理含有纖維素的織物，發(fā)現(xiàn)能夠減少染料的再沉積并增加磨損。Shoseyov 等(Chapter 8 :Modulation of Wood Fibers and Paper by Cellulose-Binding Domain,In Applications of Enzymes to Lign°C ellulosics ；Edited by Mansfield et al. . ACSSymposium Series ；American Chemical S°C iety :ffashington, DC, 2003, pagell6-132)發(fā)現(xiàn)，單獨使用纖維素親合結(jié)構(gòu)域(cellulose-binding domain, CBD)蛋白能提高紙張的強度，而且聚合纖維結(jié)合蛋白(即由兩個或更多的單體纖維結(jié)合 蛋白組成的聚合分子，又稱纖維鍵聯(lián)蛋白)比單體纖維結(jié)合蛋白對紙張強度的提高更有 效。Levy等(CellUlOSe，2002，9 :91-98)報道，經(jīng)過纖維結(jié)合蛋白質(zhì)處理后的紙張的強度 和紙面防濕性都大大地提高。Pala等(Chapter 7 =Cellulose-Binding Domain as a Tool for Paper Recycling, In Applications of Enzymes to Lign°C ellulosics ；Edited by Mansfield et al. . ACS Symposium Series ；American Chemical S°C iety :ffashington,DC,2003,pagel05-115)報道，用CBD處理后的回收廢紙的強度有顯著增加。Kitaoka等(J Wood Sci. ,2001,47 =322-324)描述了使用纖維素親合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)和陰離子聚合物聚丙 烯酰胺(CBD-APAM)合成新的聚合物，作為干強度或濕強度添加劑，比常規(guī)干強/濕度添加 劑更有效。本發(fā)明涉及纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)(cellulose binding protein，CBP)和纖維 改性酶聯(lián)合使用來選擇性地改變纖維表面的性質(zhì)，以提高紙張的強度和其它的物理化學(xué)性 質(zhì)，增加造紙生產(chǎn)的效率，降低能耗，為造紙行業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)利潤。本發(fā)明所涉及的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)(CBP)和纖維改性酶可以是以其單個成分的 產(chǎn)品分別加入造紙過程中的相同或不同的位置，以可以將兩組分混合配方成一個產(chǎn)品加入 造紙過程中，達(dá)到改善紙張各種質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的目的。本發(fā)明所涉及的使用纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)(CBP)的目的和效果是通過CBP優(yōu)選吸附 在纖維表面的部分區(qū)域(非晶型區(qū))以保護(hù)該區(qū)域、避免纖維改性酶的過度反應(yīng)，從而達(dá)到 選擇性的纖維表面改性和修復(fù)。實施例1 :CBP在纖維素表面的選擇性吸附。Mfi 微晶纖維素和纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)(CBP)從SigmaAldrich公司購得。其中， CBP(SigmaAldrich 產(chǎn)品編號 C8581)是從食纖維桿菌(Clostridium cellulovorans)的纖 維素混合體中提取的分子量為17kDa的片段，通過大腸桿菌(E.Coli)表達(dá)。微晶纖維素為 SigmaAldrichS3504o 非晶纖維素用微晶纖維素按照 khroeder 等(Schroeder L. ,Gentile V and Atalla R. , “ Nondegradative preparation of amorphous cellulose" , IPC Technical Paper Series 15，1985. 15pp)所描述的方法制取。吸附測量方法先將0. 50mg的微晶或非晶纖維素加入含pH緩沖劑溶液的微離 心試管中，混合至纖維素均勻分散，然后將1-15 μ g高純度的CBP蛋白質(zhì)加入試管中，再加 入PH緩沖劑至100 μ 1，將試管放入25°C的恒溫水槽中，混合1小時，然后用高速離心機(jī)在 12，OOOg的離心速度下分離5分鐘。取上清層的溶液用光譜法分析殘留的CBP蛋白質(zhì)。吸 附的CBP蛋白質(zhì)按(初始濃度-殘留濃度)計算。結(jié)果圖1比較該CBP在微晶纖維素和非晶纖維素的吸附與纖維素用量的關(guān)系。 明顯，該CBP在非晶纖維素表面的吸附比在微晶纖維素表面的吸附要高的多，表明其對非 晶纖維素的高選擇性和高親和力。實施例2. CBP對纖維素酶降解纖維素的影響。材料CBP(SigmaAldrich 產(chǎn)品編號 C8581)是從食纖維桿菌(Clostridium cellulovorans)的纖維素混合體中提取的分子量為17kDa的片段，通過大腸桿菌(E. Coli) 表達(dá)。微晶纖維素為 SigmaAldrich S3504。纖維素酶為 SigmaAldrich C2730 (Trichoderma reesei ATCC 26921)。方法先將0. 50mg的微晶纖維素和0. 5mg非晶纖維素加入含pH緩 沖劑溶液的微離心試管中，混合至纖維素均勻分散。對于CBP吸附的條件試驗，將15 μ g的 CBP蛋白質(zhì)加入試管中，再加入pH緩沖劑至100 μ 1，將試管放入25°C的恒溫水槽中，混合1 小時后。然后加入纖維素酶(3-200 μ g)，再混合0-200分鐘，最后用高速離心機(jī)在12，OOOg 的離心速度下分離5分鐘。取上清層的溶液用光譜法分析所釋放的還原性葡聚糖含量。取 在200分鐘無CBP的條件下的還原性葡聚糖釋放量為100%，其余條件下按相對的％計算。結(jié)果圖2對比在有無添加CBP的條件下還原性葡聚糖的釋放量。很明顯，CBP與纖維素酶在纖維素表面競爭吸附，降低纖維素酶對纖維素的水解，從而減少還原性葡聚糖 的產(chǎn)生。在不同的使用條件下(反應(yīng)PH和溫度)重復(fù)上述實驗，得到了類似的試驗結(jié)果， 如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其特征是，主要由以下組分組成i)無催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為纖維結(jié)合蛋白質(zhì)，其對纖維表面有強 親和力，和 )具有催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為能夠改變纖維表面性質(zhì)的纖維改 性酶；所述纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)對纖維改性酶的蛋白質(zhì)的重量比例為1 0.1-1 10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其特征是，所述纖 維素結(jié)合蛋白質(zhì)是(a)由一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)單體，或(b)由兩個或更多的纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成的纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)聚合體，其中所述纖 維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域通過一個或多個反應(yīng)性基團(tuán)共價鍵合到所述合成聚合物組分，或(c)含有至少一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成的纖維結(jié)合蛋白質(zhì)與合成聚合物的合成體， 其中所述合成聚合物含有由烯屬不飽和水溶性或潛在水溶性單體和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的烯 屬不飽和單體形成，其中所述反應(yīng)性基團(tuán)可直接與纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)反應(yīng)，或(d)含有至少一個纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成的纖維結(jié)合蛋白質(zhì)與無催化活性蛋白質(zhì)的聚 合體，其中所述無催化活性蛋白質(zhì)是失去酶活性的纖維素酶或半纖維素酶的催化結(jié)構(gòu)域， 其聚合體組分結(jié)構(gòu)與纖維素酶或半纖維素酶結(jié)構(gòu)相同中，但其催化結(jié)構(gòu)域已失去催化功 能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其特征是，所述纖 維改性酶為內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、纖維二糖酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、漆酶、葡萄 糖氧化酶，錳過氧化酶和木質(zhì)素過氧化酶中的任一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其特征 是，在造紙工藝中，所述組合物的無催化活性的蛋白質(zhì)組分用量為每噸干漿料0.01-10千 克，和具有催化活性的蛋白質(zhì)組分用量為每噸干漿料0. 05-10千克。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其特征是，所述組 合物的總用量為每噸漿料0. 02-35千克。
6.一種造紙方法，其特征是，主要包括以下步驟a)形成含水的纖維素造紙漿料，b)將權(quán)利要求1-5任一項所述組合物加入到纖維素造紙漿料中，c)將步驟b)中得到的所述造紙漿料送上網(wǎng)，由此通過濾出水而由纖維固體組分形成 紙頁，d)將紙頁經(jīng)過壓榨段和干燥段，最終生產(chǎn)出紙產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的造紙方法，其特征是，所述組合物加入到紙漿料中為先加入 無催化活性的蛋白質(zhì)組分，然后加入具有催化活性的蛋白質(zhì)組分，或者將兩者同時加入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的造紙方法，其特征是，組合物的總用量為每噸漿料0.05-15千克。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項所述的造紙方法，其特征是，所述組合物和紙漿的反應(yīng)時 間為5-1200分鐘，反應(yīng)pH為3-10，反應(yīng)溫度為20-80 °C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的造紙方法，其特征是，所述組合物和紙漿的反應(yīng)時間為20-400分鐘，反應(yīng)pH為5-8，反應(yīng)溫度為30-65 °C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于改變和改善纖維表面性質(zhì)的組合物，其主要由以下組分組成無催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為纖維結(jié)合蛋白質(zhì)，其對纖維表面有較強親和力，和具有催化活性的蛋白質(zhì)組分，所述蛋白質(zhì)組分為能夠改變纖維表面性質(zhì)的纖維改性酶；所述纖維素結(jié)合蛋白質(zhì)對纖維改性酶的蛋白質(zhì)的重量比例在1∶0.1-1∶10之間。本發(fā)明還提供了上述組合物用于造紙的方法。所述組合物處理紙漿時，不但紙漿的濾水性能的大大提高，而且紙張的強度性質(zhì)也顯著增強。
文檔編號D06M15/15GK102086611SQ20101056613
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者王祥槐 申請人:王祥槐