降低纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201480042971.0

申请日:

2014.08.07

公开号:

CN105431586A

公开日:

2016.03.23

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):D21C 5/00申请日:20140807|||公开

IPC分类号:

D21C5/00; D21C9/00

主分类号:

D21C5/00

申请人:

诺维信公司

发明人:

H·伦德; K·S·拉森; B·L·P·A·卡斯兰; P·E·G·洛雷罗

地址:

丹麦鲍斯韦

优先权:

13179933.0 2013.08.09 EP

专利代理机构:

北京坤瑞律师事务所11494

代理人:

史悦

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内容摘要

本发明提供了一种用于使用卤素过氧化物酶来降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛酸含量和/或用于改进纤维素纸浆的亮度的酶方法。

权利要求书

1.一种用于降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛酸含量和/或用于改进化学
纤维素纸浆的亮度的方法,该方法包括使纤维素纸浆与卤素过氧化物酶、
过氧化氢、和选自由氯、溴、碘、以及硫氰酸根离子组成的组的离子接
触,并且任选地与一种或多种叔胺接触。
2.如权利要求1所述的方法,其中该卤素过氧化物酶是来自酶类别EC
1.11.1.10的氯过氧化物酶。
3.如权利要求1或2所述的方法,其中该卤素过氧化物酶是钒卤素过氧
化物酶。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其中该卤素过氧化物酶的氨
基酸序列与疣枝弯孢卤素过氧化物酶(SEQIDNO:1)或弯孢菌卤素过氧
化物酶(SEQIDNO:2)的氨基酸序列具有至少80%一致性、优选地至少
85%一致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至少95%一致性、并
且最优选地至少97%一致性。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法,其中该化学纤维素纸浆还与
木聚糖酶,优选地来自酶类别EC3.2.1.8的内切-1,4-β-木聚糖酶接触。
6.如权利要求5所述的方法,其中该木聚糖酶的氨基酸序列与黏琼脂芽
孢杆菌木聚糖酶的氨基酸序列(SEQIDNO:3)具有至少60%一致性、优选
地至少65%一致性、更优选地至少70%一致性、更优选地至少75%一致性、
更优选地至少80%一致性、更优选地至少85%一致性、更优选地至少90%一
致性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最优选地至少97%一致性。
7.如权利要求5或6所述的方法,其中该卤素过氧化物酶的氨基酸序列
示出为SEQIDNO:1并且该木聚糖酶的氨基酸序列示出为SEQIDNO:3。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法,其中该化学纤维素纸浆是通
过碱法蒸煮制造的纸浆,例如牛皮纸浆、或亚硫酸盐纸浆或需要漂白的任
何其他纸浆。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法,该方法包括一个随后的碱提
取阶段。
10.如权利要求9所述的方法,其中用过氧化氢和/或氧、用或不用先前
的漂白剂如例如二氧化氯来加强该碱提取阶段。
11.一种水性组合物,该水性组合物包括卤素过氧化物酶;氯、溴、
碘、或硫氰酸根离子;以及包括己烯糖醛酸和任选地一种或多种叔胺的一
种化学纤维素纸浆。
12.如权利要求11所述的组合物,其中该化学纤维素纸浆是通过碱法蒸
煮制造的纸浆,例如牛皮纸浆。
13.如权利要求11或12所述的组合物,该组合物还包括一种木聚糖酶。
14.一种卤素过氧化物酶用于降低化学纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量
和/或用于改进化学纤维素纸浆的亮度的用途。
15.根据权利要求14所述的用途,该用途包括一种木聚糖酶的用途。

说明书

降低纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量

对序列表的引用

本申请包含一个计算机可读形式的序列表。该计算机可读形式通过引
用结合在此。

发明领域

本发明总体上涉及酶法减少来自化学纤维素纸浆的己烯糖醛酸和/或改
进纤维素纸浆的亮度。一个第二方面涉及用于改进纤维素纸浆的亮度而不
降低纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量的酶方法。

背景

木材包括若干不同组分:纤维素;半纤维素,例如木聚糖;木质素和
提炼物。在化学制浆期间(例如在牛皮纸(即硫酸盐)纸浆厂中),木聚
糖链形成侧基,这些侧基称为己烯糖醛酸(HexA),它们是不饱和糖。在
不同纸浆间,HexA的量不一样,这是因为不同木材种类包含不同量的木聚
糖,在蒸煮工艺期间,木聚糖可以被转化为HexA。而且,蒸煮参数促成不
同量的HexA。

牛皮纸制浆的工艺包括碱法蒸煮和漂白,并且开始是木材处理,其中
木材被剥皮并且制成碎片。筛选这些碎片,于是消除了微细原料和过大的
碎片。然后将这些碎片进料至消化罐,其中首先用蒸汽并且然后用蒸煮液
处理它们,同时升温至希望的蒸煮温度。当达到去木质作用的希望的速率
时,中断蒸煮,并且将消化罐中的内容物移至放空罐并且向前移至筛选
机。在筛选纸浆料后,将它洗涤若干次,并且泵送至以下去木质作用阶
段,即初步漂白。在化学品回收工厂中回收蒸煮化学品。

化学制浆工艺的主要目标是去木质作用,以释放纤维而不伤害它们。
在蒸煮期间发生的碱法去木质作用是使得木质素可溶的酚醚键的加碱水
解。酚是在碱环境(pH>10)中离解的弱酸。通过在木质素中甲氧基上的
硫离子的亲核攻击,木质素将被部分地脱甲基。所得纸浆的漂白典型地包
括多个分散步骤或阶段。在可以随着预漂白步骤抑或漂白步骤而发生的氧
去木质作用中,更多木质素被溶解并且洗掉。在不同以下漂白阶段中,情
况也是这样;这些漂白是过氧化氢漂白、臭氧漂白和二氧化氯漂白。最
终,在综合性纸浆和造纸厂中,纸浆被移动至造纸工艺,或者在干燥器之
后,它被作为商品纸浆销售,在该干燥器中,它被干燥、切割和包装,以
进一步运输至造纸厂。

在预漂白步骤或漂白步骤中发生的氧去木质作用可以只包括一个阶
段,但是通常是在一个两阶段系统中进行该工艺,在这两个阶段之间进行
洗涤或不进行洗涤。在典型的一阶段氧去木质作用系统中,在它被填充
NaOH或氧化的白液之前,在来自氧后洗涤器的滤液中洗涤未漂白纸浆。在
用中稠度泵将纸浆转移至高剪切中稠度混合器之前,在低压蒸汽混合器中
预加热纸浆。添加氧至该混合器并且氧去木质作用开始。

在氧去木质作用后的第一阶段可以是使用二氧化氯来溶解木质素的去
木质作用阶段。典型的以下碱提取(EOP)阶段是用一下氧化剂增强的碱
提取阶段:氧和过氧化物。

碱氧和过氧化物漂白阶段并不影响纸浆中的HexA含量。另一方面,二
氧化氯和臭氧对HexA含量具有大的影响并且将与纸浆中的HexA基团反应。
在形成未氯化的和氯化的二羧酸的二氧化氯阶段中消耗HexA。因此HexA消
耗漂白化学品(亲电子漂白剂)并且还增加完全漂白纸浆的返黄。

此外,HexA还结合重金属离子并且增加与非工艺要素(NPE)有关的
问题,这些非工艺要素将导致漂白阶段中沉淀的增加。这是为何有兴趣在
漂白阶段之前从纸浆去除这些组分。那样的话,更低化学品批次可以用于
每一去木质作用阶段或漂白阶段,并且可以达到更高亮度稳定性。HexA也
影响卡伯值,它是纸浆中木质素含量的量度。HexA消耗作为卡伯值分析中
使用的反应物之一的高锰酸钾。高锰酸盐与木质素结构中的碳-碳双键反
应,但由于其碳-碳双键,HexA还促成消耗。

在US6,776,876中披露的热酸阶段(A阶段,在pH3,50℃-90℃的温
度,以及1-3个小时的保留时间)和WO2008/044988中披露的热二氧化氯漂
白(在60℃-90℃的温度)是今天使用的用来消除HexA的两种方法。这两
种方法都在纸浆中留下残余HexA,增加了漂白路线中的保留时间,增加了
流出液处理的成本,减少了纤维表面上的带电基团的量,并且降低了纤维
强度特性。WO2012/022840建议,在至少一种过苯甲酸存在下进行氧处理
阶段,以减少己烯糖醛酸的量。

本发明的目标是减少或消除来自木质纤维素纸浆的己烯糖醛酸
(HexA)和/或改进/增加纸浆亮度。另一目标是增加纸浆亮度,例如不降
低纸浆中己烯糖醛酸含量。

概述

在一个第一方面,本发明提供了用于降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛
酸含量和/或用于改进纤维素的亮度的方法,该方法包括使纤维素纸浆与包
括以下项的水性组合物接触:1)卤素过氧化物酶,2)过氧化氢,和3)选
自由氯、溴、碘、以及硫氰酸根离子组成的组的卤素离子/离子,以及任选
地与4)一种或多种叔胺接触。一个第二方面涉及用于改进纤维素纸浆的亮
度而不显著降低纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量的方法。可以进行第二方
面而不使纤维素纸浆与一种或多种叔胺接触。本发明的其他方面和实施例
在说明书和实例下是显而易见的。

详细说明

纤维素纸浆

纤维素纸浆可以用于生产纸张材料,例如纸张、箱纸板、波纹纸板、
棉纸、纸巾、包装材料、波纹容器或盒。

纤维素纸浆是一种通过从木材、纤维作物或废纸中化学或机械地分离
纤维素纤维而制备的纤维材料。举例来说,纸浆可以按一种新鲜纸浆形式
供应,或可以源自一种再循环的来源。纸浆可以是一种木纸浆、一种非木
纸浆或一种由废纸制成的纸浆。一种木纸浆可以由软木(诸如松树、红
木、冷杉、云杉、雪松以及铁杉)或硬木(诸如枫树、桤木、桦树、山核
桃木、山毛榉、白杨、相思树以及桉树)制成。一种非木纸浆可以由例如
亚麻、大麻、甘蔗渣、竹子、棉或洋麻制造。一种废纸浆可以通过对废纸
(诸如报纸、混合办公废纸、计算机印出、白色帐簿纸、杂志、牛奶纸
箱、纸杯等)进行再制浆来制造。

在一个具体实施例中,待处理的纸浆包括硬木纸浆和软木纸浆两者。

待处理的木纸浆是化学纸浆(例如牛皮纸浆或亚硫酸盐纸浆)、半化
学纸浆(SCP)、化学热磨机械纸浆(CTMP)、或漂白化学热磨机械纸浆
(BCTMP)。

化学纸浆通过碱法或酸法蒸煮,由此去除大部分木质素和半纤维素组
分来制造。在牛皮纸制浆或硫酸盐蒸煮中,硫化钠和氢氧化钠用作主要蒸
煮化学品。

待处理的牛皮纸浆可以是一种未漂白的、部分漂白的或完全漂白的牛
皮纸浆,它可以由软木漂白牛皮纸(SWBK,也称为NBKP(针叶树漂白牛
皮纸浆))、硬木漂白牛皮纸(HWBK,也称为LBKP(阔叶树漂白牛皮纸
浆))或其混合物组成。任选地,可以进行氧去木质作用。

待用于本发明的工艺中的纸浆是机械或化学纸浆或其组合的悬浮液。
举例来说,待用于本发明的工艺中的纸浆可以包括0%、10%-20%、20%-
30%、30%-40%、40%-50%、50%-60%、60%-70%、70%-80%、80%-90%
或90%-100%的化学纸浆。在一个具体实施例中,一种化学纸浆形成用于制
造纸张材料的纸浆的一部分。在本文中,表述“形成……的一部分”意指
在待用于本发明的工艺中的纸浆中,化学纸浆的百分比处于1%-99%的范围
内。在具体实施例中,化学纸浆的百分比处于2%-98%、3%-97%、4-
%96%、5%-95%、6%-94%、7%-93%、8%-92%、9%-91%、10%-90%、
15%-85%、20%-80%、25%-75%、30%-70%、40%-60%或45%-55%的范围
内。

在本发明的用途和工艺的一个具体实施例中,化学纸浆是一种牛皮纸
浆、一种亚硫酸盐纸浆、一种半化学纸浆(SCP)、一种热磨机械纸浆
(TMP)、一种化学热磨机械纸浆(CTMP)、一种漂白化学热磨机械纸浆
(BCTMP)。在具体实施例中,牛皮纸浆是未漂白的、部分漂白的或完全
漂白的牛皮纸浆,例如软木漂白牛皮纸(SWBK,也称为NBKP(针叶树漂
白牛皮纸浆))、硬木漂白牛皮纸(HWBK,也称为LBKP(阔叶树漂白牛
皮纸浆))或其混合物。

卤素过氧化物酶

适合并入本发明的方法的卤素过氧化物酶包括氯过氧化物酶、溴过氧
化物酶和显示氯过氧化物酶或溴过氧化物酶活性的化合物。卤素过氧化物
酶形成了一类酶,这类酶在过氧化氢或过氧化氢生成系统的存在下能够将
卤化物(Cl-、Br-、I-)和硫氰酸盐(SCN-)氧化为对应的次卤酸或次卤酸
盐;或在硫氰酸盐的情况下氧化为对应的次硫氰酸或次硫氰酸盐。

根据其对卤素离子的特异性将卤素过氧化物酶加以分类。氯过氧化物
酶(E.C.1.11.1.10)催化从氯根离子形成次氯酸盐,从溴根离子形成次溴酸
盐并从碘根离子形成次碘酸盐;并且溴过氧化物酶催化从溴根离子形成次
溴酸盐并且从碘根离子形成次碘酸盐。然而,具有碘化物的次碘酸盐歧化
以形成元素碘并且因此碘是被观察到的产物。次卤酸盐化合物可以随后与
其他形成卤代化合物的化合物反应。

在一个优选实施例中,本发明的卤素过氧化物酶是氯过氧化物酶。

卤素过氧化物酶已经从以下各种生物中分离:哺乳动物、海洋动物、
植物、藻类、苔藓、真菌和细菌。人们通常认为尽管可能涉及其他酶,但
是本质上来说卤素过氧化物酶是负责形成卤代化合物的酶。

已经从许多不同真菌,特别是从暗色丝孢菌(dematiaceous
hyphomycete)真菌组中分离出了卤素过氧化物酶,比如卡尔黑霉属
(Caldariomyces)(例如煤卡尔黑霉(C.fumago))、链格孢属、弯孢属
(例如疣枝弯孢(C.verruculosa)和不等弯孢(C.inaequalis))、内脐蠕
孢属、细基格孢属以及葡萄孢属。

还已经从细菌,如假单胞菌属(例如,吡咯假单胞菌(P.
pyrrocinia))和链霉菌属(例如,金色链霉菌(S.aureofaciens))中分离
出了卤素过氧化物酶。

在一个优选实施例中,该卤素过氧化物酶是钒卤素过氧化物酶,即含
钒酸盐的卤素过氧化物酶。

在一个更优选的实施例中,卤素过氧化物酶可源自弯孢霉属物种,具
体地是疣枝弯孢(Curvulariaverruculosa)或不等弯孢,例如,如WO
95/27046中描述的不等弯孢CBS102.42,例如由WO95/27046图2的DNA序
列编码的钒卤素过氧化物酶,这些都通过引用合并;或如在WO97/04102中
描述的疣枝弯孢(C.verruculosa)CBS147.63或疣枝弯孢(C.verruculosa)
CBS444.70。

在一个实施例中,该卤素过氧化物酶的氨基酸序列与来自疣枝弯孢
(Curvulariaverruculosa)(参见例如WO97/04102中SEQIDNO:2;也示
出为本申请/序列表中的SEQIDNO:1)或弯孢菌(Curvulariainequalis)
(例如由WO95/27046的图2中的DNA序列编码的成熟氨基酸序列;也示出
为本申请/序列表中的SEQIDNO:2)的卤素过氧化物酶的氨基酸序列具有
至少60%一致性、优选地至少65%、更优选地至少70%、更优选地至少
75%、更优选地至少80%、更优选地至少85%、更优选地至少90%、更优选
地至少95%、并且最优选地100%一致性。

在一个实施例中,与SEQIDNO:1或SEQIDNO:2相比,卤素过氧化物
酶的氨基酸序列具有一个或多个/若干个取代和/或一个或多个/若干个缺失
和/或一个或多个/若干个插入。

钒氯过氧化物酶还可以是可源自如WO01/79459中描述的哈特乐比内脐
蠕孢(Drechslerahartlebii),如WO01/79458中描述的盐沼内脐蠕孢
(Dendryphiellasalina),如在WO01/79461中描述的Phaeotrichoconis
crotalarie,或如在WO01/79460中描述的曲梗霉属物种(Geniculosporium
sp.)。

两个氨基酸序列之间的关联度通过参数“序列一致性”来描述。出于
本发明的目的,使用如在EMBOSS包(EMBOSS:欧洲分子生物学开放软
件套件(TheEuropeanMolecularBiologyOpenSoftwareSuite),赖斯
(Rice)等人,2000,遗传学趋势(TrendsGenet.)16:276-277)(优选
5.0.0版或更新版本)的尼德尔(Needle)程序中所实施的尼德尔曼-翁施
(Needleman-Wunsch)算法(Needleman(尼德尔曼)和Wunsch(翁
施),1970,分子生物学杂志(J.Mol.Biol.)48:443-453)来确定两个氨
基酸序列之间的序列一致性。所使用的参数是空位开放罚分10、空位延伸
罚分0.5,和EBLOSUM62(BLOSUM62的EMBOSS版本)取代矩阵。尼德
尔标注的“最长的一致性”的输出(使用-非简化选项获得)被用作百分比
一致性,并且计算如下:

(相同的残基x100)/(比对的长度-比对中的缺口总数)

在水性组合物中的卤素过氧化物酶的浓度典型地在以下范围内:0.01-
100ppm酶蛋白,优选0.05-50ppm酶蛋白,更优选0.1-50ppm酶蛋白,更优
选0.1-30ppm酶蛋白,更优选0.5-20ppm酶蛋白,并且最优选0.5-10ppm酶
蛋白。

在一个实施例中,卤素过氧化物酶的浓度典型地在以下范围内:1-60
ppm酶蛋白,优选1-20ppm酶蛋白,更优选1-10ppm酶蛋白。

在一个实施例中,该卤素过氧化物酶被固定在一个固体的或半固体的
支撑物上。

卤素过氧化物酶活性的测定

可以通过将100μL的卤素过氧化物酶样品(包含约0.2μg酶蛋白/mL)
和100μL的0.3M磷酸钠pH7缓冲液(包含0.5M溴化钾和0.008%酚红)混
合,添加该溶液至10μL的0.3%H2O2中,并且测量在595nm下作为时间函
数的吸光度,来进行用于测定卤素过氧化物酶活性的测定。

使用单氯双甲酮(西格马(Sigma)M4632,在290nm下ε=20000M-
1cm-1)作为底物的另一测定可以通过测量在290nm下的作为时间函数的吸
光度的减少来进行。在0.1M磷酸钠或0.1M乙酸钠、50μM单氯双甲酮、10
mMKBr/KCl、1mMH2O2和约1μg/mL卤素过氧化物酶的水溶液中进行该
测定。

过氧化氢

该卤素过氧化物酶所需的过氧化氢可被提供为过氧化氢的一种水性溶
液或用于原位生产过氧化氢的一种过氧化氢前体。任何在溶解时释放卤素
过氧化物酶可用的过氧化物的固体实体都可充当过氧化氢的一个来源。在
水或一种合适的基于水的介质中溶解时产生过氧化氢的化合物包括但不限
于金属过氧化物、过碳酸盐、过硫酸盐、过磷酸盐、过氧酸、烷基过氧化
物、酰基过氧化物、过氧酯、过氧化脲、过硼酸盐和过氧羧酸或其盐。

过氧化氢的另一个来源是一种过氧化氢生成酶系统,例如一种氧化酶
与用于该氧化酶的一种底物一起。氧化酶和底物的组合的实例包括但不限
于氨基酸氧化酶(参见例如US6,248,575)和一种适合的氨基酸、葡萄糖氧
化酶(参见例如WO95/29996)和葡萄糖、乳酸盐氧化酶和乳酸盐、半乳糖
氧化酶(参见例如WO00/50606)和半乳糖、以及醛糖氧化酶(参见例如
WO99/31990)和一种适合的醛糖。

通过研究EC1.1.3._、EC1.2.3._、EC1.4.3._、以及EC1.5.3._或类似类
别(在国际生物化学协会下),本领域的普通技术人员容易识别氧化酶和
底物的这类组合的其他实例。

可适用于卤素过氧化物酶的替代氧化剂可以是氧与一种适合的氢供体
像抗坏血酸、脱氢抗坏血酸、二羟延胡索酸或半胱氨酸的组合。这类氧氢
供体系统的实例由帕斯塔(Pasta)等人,生物技术与生物工程
(Biotechnology&Bioengineering),(1999)第62卷,第4期,第489-493
页说明。

过氧化氢或一种过氧化氢源可以在本发明的方法开始时或进行中添
加,例如为一次或多次分开添加过氧化氢,或连续地作为补料分批添加。
过氧化氢的典型的量对应于从0.001mM到25mM的水平,优选地从0.005
mM到5mM的水平,并且具体地从0.01mM到1mM或0.02mM到2mM过氧
化氢的水平。还可以按对应于以下各项的一个量使用过氧化氢:从0.1mM
至25mM的水平,优选地至从0.5mM至15mM的水平,更优选地至从1mM
至10mM的水平,并且最优选地至从2mM至8mM过氧化氢的水平。

氯离子、溴离子、碘离子和/或硫氰酸根离子

可以按很多不同的方式提供用于与卤素过氧化物酶反应的氯离子(Cl-
)、溴离子(Br-)、碘离子(I-)、和/或硫氰酸根离子(SCN-),例如通
过添加一种或多种氯化物盐、溴化物盐、碘化物盐、和/或硫氰酸化物盐至
水溶液。优选地,氯离子被用于与卤素过氧化物酶反应。

在一个优选实施例中,该一种或多种氯化物盐是氯化钠(NaCl)、氯
化钾(KCl)、氯化铵(NH4Cl)或氯化镁(MgCl2)、或它们的混合物。

在另一个优选实施例中,一种或多种溴化物盐是溴化钠(NaBr)、溴
化钾(KBr)、溴化镁(MgBr2)、或它们的混合物。

在另一个优选实施例中,该一种或多种碘化物盐是碘化钠(NaI)、碘
化钾(KI)、碘化镁(MgI2)、或它们的混合物。

在另一个优选实施例中,一种或多种硫氰酸化物盐是硫氰酸钠
(NaSCN)、硫氰酸钾(KSCN)、硫氰酸镁(Mg(SCN)2)、或它们的混
合物。

在根据本发明所述的水性组合物中的氯离子、溴离子、碘离子、和/或
硫氰酸根离子的浓度可以共同地或单独地在以下范围中:从0.01mM至1000
mM,优选地在以下范围中:从0.05mM至500mM,更优选地在以下范围
中:从0.1mM至100mM,最优选地在以下范围中:从0.1mM至50mM,并
且具体地在以下范围中:从1mM至25mM。

在一个实施例中,氯离子不是NH4Cl。

叔胺

在一个优选实施例中,一种或多种叔胺包括在根据本发明所述的方法
中或包括在根据本发明所述的水性组合物中。与其中一种或多种叔胺不包
括在本发明的方法或水性组合物中的本发明的方法相比,添加一种或多种
叔胺可以进一步促进/增加亮度。与其中一种或多种叔胺不包括在本发明的
方法或水性组合物中的本发明的方法相比,添加一种或多种叔胺可以进一
步促进/增加HexA去除。此外,与其中一种或多种叔胺不包括在本发明的方
法或水性组合物中的本发明的方法相比,添加一种或多种叔胺可以进一步
促进/增加亮度并且进一步促进/增加HexA去除。

叔胺是一种源自氨通过用具有一般结构R3N的取代基(R)替代三个氢
原子的化合物。能够催化在HAP阶段产生的次氯酸(HOCl)或其他反应性
组分与HexA和纸浆生色团的反应的任何叔胺都适合本发明。由佩鲁茨
(Prütz)在生物化学与生物物理学集刊(ArchivesofBiochemistryand
Biophysics),卷357,第2期,9月15日,265-273页,1988年中描述了HOCl
与不同底物的反应中的若干叔胺的这一类型的催化效应。

该一种或多种叔胺可以是有机的和/或无机的叔胺。该一种或多种叔胺
可以是环的和/或非环的叔胺。

叔胺优选地是1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO;也称为三乙二
胺),具有CAS编号280-57-9,由西格玛奥瑞奇集团(Sigma-Aldrich)供应
(产品编号:D27802)。

该一种或多种叔胺可以是二环的叔胺,例如奎宁环定。该一种或多种
叔胺还可以是吗啉缓冲剂MES、哌嗪缓冲剂Hepes、TMN、DMNA、
Pipes、1-[二[3-(二甲基氨基)丙基]氨基]-2-丙醇、1,6-己二胺-N,N,N′,N′-四乙
酸、2-[2-(二甲基氨基)乙氧基]乙醇、N,N,N′,N″,N″-五甲基二亚乙基三胺、
N,N,N′,N′-四乙基-1,3-丙二酰胺、N,N,N′,N′-四甲基-1,4-丁二胺、N,N,N′,N′-四
甲基-2-丁烯-1,4-二胺、N,N,N′,N′-四甲基-1,6-己二胺、1,4,8,11-四甲基-
1,4,8,11-四氮杂环十四烷、1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪、和/或三羟甲基丙
烷三(2-甲基-1-氮丙环丙酸酯)。在一个实施例中,适合的叔胺可以是选自下
组的一种或多种,该组由以下各项组成:三甲胺、三乙胺、N,N-二甲基环
己胺、N,N-二乙基环己胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、吡啶、皮
考啉、甲基吡啶、喹啉或它们的盐。有用的叔胺的实例包括多种N-烷基吗
啉(其中烷基取代基具有从1至18个碳原子,其中的N-甲基吗啉是典型
的)、三乙胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、N,N二乙基环己胺、以及1,4重
氮双环醇222辛烷。这些叔胺可以进一步选自下组,该组由以下各项组
成:二胺和多胺、烷氧基化的二胺和多胺、3-烷氧基丙胺、烷氧基化的3-烷
氧基丙胺、N-(3-烷氧基丙基)-1,3-丙二酰胺、烷氧基化的N-(3-烷氧基丙基)-
1,3-丙二酰胺、酰胺基胺和氨基酸。在另一实施例中,这些叔胺可以选自下
组,该组由以下各项组成:亚甲基二胺;取代的咪唑,例如1-2二甲基咪
唑、1-甲基-2-羟基乙基咪唑;N,N’二甲基哌嗪或取代的哌嗪,例如氨乙基
吡嗪或二(N-甲基哌嗪)乙基脲或N,N',N’三甲基氨乙基吡嗪;N-甲基吡咯烷
和取代的甲基吡咯烷例如2-氨乙基-N,甲基吡咯烷或二(N-甲基吡咯烷)乙基
脲;或其他叔氨基烷基脲或二(叔氨基烷基)脲,例如N,N-(3-二甲基氨基丙
基)脲;3-二甲基氨基丙基胺;N,N,N"N"四甲基二亚丙基三胺;N,N-二(3-二
甲基氨基丙基)1-3丙二胺;N,N-二甲基氨基-N',N’二(羟基-(2)-丙基亚丙基
(l,3)二胺;四甲基胍;二甲基氨基丙胺,1,2二-二异丙醇(3-二甲基氨基丙
胺);取代的哌啶和氨基三嗪,例如N,N二甲基氨基丙基-S-三嗪;N-烷基吗
啉,例如N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-丁基吗啉、和双吗啉基二乙基醚;
N,N二甲基氨基乙醇;N5N-二甲基氨基乙氧基乙醇;二(二甲基氨基丙基)-氨
基-2-丙醇;二(二甲基氨基)-2-丙醇;二(N,N-二甲基氨基)乙醚;N,N,N'三甲
基-N’羟乙基-二-(氨基乙基)醚;N5N二甲基氨基乙基-N'-甲基氨基乙醇;四
甲基亚氨基二丙胺,以及它们的混合物。

木聚糖酶

如可以任选地用于本发明的木聚糖酶是被分类为EC3.2.1.8的酶。法定
名称是内切-1,4-β-木聚糖酶。分类名称是1,4-β-D-木聚糖的木聚糖水解酶。
可以使用其他名称,例如内切-(1-4)-β-木聚糖酶;(1-4)-β-木聚糖4-木聚糖水
解酶;内切-1,4-木聚糖酶;木聚糖酶;β-1,4-木聚糖酶;内切-1,4-木聚糖
酶;内切-β-1,4-木聚糖酶;内切-1,4-β-D-木聚糖酶;1,4-β-木聚糖的木聚糖
水解酶;β-木聚糖酶;β-1,4-木聚糖的木聚糖水解酶;内切-1,4-β-木聚糖
酶;β-D-木聚糖酶。催化的反应是木聚糖中1,4-β-D-木糖苷键的内部水解。

根据CAZy(ModO),木聚糖酶目前分类在以下糖苷水解酶家族之一
中:10、11、43、5、或8。

在一个实施例中,木聚糖酶是源自细菌木聚糖酶,例如芽孢杆菌木聚
糖酶,例如源自以下各项的菌株:嗜碱芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、黏琼脂
芽孢杆菌、环状芽胞杆菌、多粘芽孢杆菌、芽孢杆菌属物种(Bacillus
sp.)、嗜热脂肪芽孢杆菌、或枯草芽孢杆菌,包括在CAZy(ModO)站点
输入的芽孢杆菌木聚糖酶序列中的每个。

在一个另外的具体实施例中,家族11糖苷水解酶是真菌木聚糖酶。真
菌木聚糖酶包括如以上限定的酵母的和丝状真菌的多肽,其条件是这些多
肽具有木聚糖酶活性。

家族11糖苷水解酶的真菌木聚糖酶的实例是可以源自以下真菌属的那
些:曲霉属、短梗霉属、裸孢壳属、镰孢霉属、顶囊壳属、腐质霉属、微
香菇属、大毁壳属、新美鞭菌、拟诺卡菌属、根囊鞭菌属、拟青霉属、青
霉属、毕赤酵母属、裂褶菌属、踝节菌属、嗜热丝孢菌属、木霉属。

以下在通用多肽部分中列出了这些属的物种的实例。源自多种这些有
机体的木聚糖酶多肽的序列已经提交至数据库GenBank/GenPept和
SwissProt,具有从CAZy(ModO)站点可见的登录号。

家族11糖苷水解酶的优选真菌木聚糖酶是源自以下项的木聚糖酶

(i)曲霉属,例如SwissProtP48824、SwissProtP33557、SwissProt
P55329、SwissProtP55330、SwissProtQ12557、SwissProtQ12550、
SwissProtQ12549、SwissProtP55328、SwissProtQ12534、SwissProt
P87037、SwissProtP55331、SwissProtQ12568、GenPeptBAB20794.1、
GenPeptCAB69366.1;

(ii)木霉属,例如SwissProtP48793、SwissProtP36218、SwissProt
P36217、GenPeptAAG01167.1、GenPeptCAB60757.1;

(iii)嗜热丝孢菌属或腐质霉,例如SwissProtQ43097;或

(iv)一种木聚糖酶,该木聚糖酶具有与(i)-(iii)的木聚糖酶中任一个的
(成熟)氨基酸序列具有至少75%一致性的氨基酸序列;或

(v)一种由如下核酸序列编码的木聚糖酶,该核酸序列在低严格条件
下,与对应于(i)-(iii)的木聚糖酶中任一个的基因的成熟木聚糖酶编码部分
杂交;

(vi)(i)-(iii)的木聚糖酶中任一个的变体,该变体包括一个或多个氨基
酸的取代、缺失和/或插入;

(vii)(i)-(iv)的等位变体;

(viii)(i)、(ii)、(iii)、(iv)或(vi)的具有木聚糖酶活性的片段;或

(ix)一种合成多肽,该合成多肽在(i)-(iii)的基础上进行设计并且具有
木聚糖酶活性。

优选的木聚糖酶是WO96/23062中描述的嗜热丝孢菌木聚糖酶。

在EP695349、EP600865、EP628080、和EP532533中也描述了各种曲
霉木聚糖酶。EP579672描述了一种腐质霉木聚糖酶。

优选地,该木聚糖酶的氨基酸序列与黏琼脂芽孢杆菌木聚糖酶的氨基
酸序列(SEQIDNO:3)具有至少60%一致性、优选地至少65%一致性、更
优选地至少70%一致性、更优选地至少75%一致性、更优选地至少80%一致
性、更优选地至少85%一致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至
少95%一致性、并且最优选地至少97%一致性。

在一个实施例中,与SEQIDNO:3相比,该木聚糖酶的氨基酸序列具
有一个或若干个取代、缺失或插入。具体地,该木聚糖酶的氨基酸序列与
SEQIDNO:3相同。

木聚糖酶活性的测定

木聚糖酶活性可利用任何测定法测定,其中采用的底物包括木聚糖中
的1,4-β-D-木聚糖苷(xylosidic)内切-键。pH-分析和温度-分析适于所述的
木聚糖酶。

不同类型的底物可用于测定木聚糖酶活性,例如木聚糖酶
(Xylazyme)交联的阿拉伯糖基木聚糖片(来自麦格酶公司
(MegaZyme)),或不可溶的粉末分散剂以及偶氮染色(azo-dyed)的阿
拉伯糖基木聚糖的溶液。

己烯糖醛酸(HexA)

卡伯值是通过标准化分析方法,对纸浆的残余木质素含量或漂白率的
指示。用ISO302测定卡伯值,ISO302可应用于所有种类的化学的和半化学
的纸浆,并且给出在1-100的范围中的卡伯值。由纸浆中己烯糖醛酸的存在
来放大该测量。

己烯糖醛酸是在化学制浆工艺期间,通过碱催化消除来自4-O-甲基-D-
葡糖醛酸木聚糖(来自半纤维素)的甲醇而形成的不饱和糖。

在本发明的上下文中,纸浆中HexA的测量可以基于沃里宁
(Vuorinen)等人,“己烯糖醛酸基团的选择性水解和它在牛皮纸浆的ECF
与TCF漂白中的应用(Selectivehydrolysisofhexenuronicacidgroupsandits
applicationinECFandTCFbleachingofkraftpulps)”,纸浆和造纸科学杂
志(JournalofPulpandPaperScience),1999,25(5),155-162页中描述的
程序;其中纸浆中的HexA内容物可以被选择性水解并且转化为呋喃衍生
物,通过UV光谱学,在水解物中对这些呋喃衍生物进行量化(如实例1中
示出)。

卡伯值是通过标准化分析方法,对纸浆的残余木质素含量或漂白率的
指示。用ISO302测定卡伯值,ISO302可应用于所有种类的化学的和半化学
的纸浆,并且给出在1-100的范围中的卡伯值。由纸浆中己烯糖醛酸的存在
来放大该测量。

亮度和特性粘度的测定

可以使用Formax半自动纸页成形器,根据TAPPIT205标准程序制备用
于亮度测量的手抄纸,并且用例如Labtech自动纸页压制器进行压制。可以
使用例如麦克贝斯(Macbeth)Color-Eye7000Remissions分光光度计,在
460nm,对手抄纸的每一侧测量例如3次,来测定这些手抄纸的亮度值。关
于“ISO亮度”(蓝色漫反射系数)测量,可以根据ISO3688,使用例如布
氏漏斗(Büchnerfunnel)制备手抄纸,并且用例如Labtech自动纸页压制器
进行压制。可以例如使用来自Technidyne公司的ColorTouchPC分光光度计
来完成这些测量。

可以根据ISO5351来测量纸浆的特性粘度。

方法和用途

在一个第一方面,本发明提供了用于降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛
酸含量和/或用于改进化学纤维素纸浆亮度的方法,该方法包括使纤维素纸
浆与卤素过氧化物酶、过氧化氢、和选自由氯、溴、碘、以及硫氰酸根离
子组成的组的卤素离子/离子接触,并且任选地与一种或多种叔胺接触。卤
素过氧化物酶、过氧化氢、和选自由氯、溴、碘、以及硫氰酸根离子组成
的组的卤素离子/离子、以及任选地一种或多种叔胺可以处于一种水性组合
物中。在一个实施例中,卤素离子不是NH4Cl并且纤维素纸浆不与叔胺接
触。

在一个第二方面,本发明提供了用于改进化学纤维素纸浆亮度而不显
著降低化学纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量的方法,该方法包括使纤维素
纸浆与卤素过氧化物酶、过氧化氢、和NH4Cl接触,而不使纤维素纸浆与一
种或多种叔胺接触。

在一个实施例中,该卤素过氧化物酶是来自酶类别EC1.11.1.10的氯过
氧化物酶。优选地,该卤素过氧化物酶是钒卤素过氧化物酶;更优选地,
该卤素过氧化物酶的氨基酸序列与疣枝弯孢(Curvulariaverruculosa)卤素
过氧化物酶(SEQIDNO:1)或弯孢菌(Curvulariainequalis)卤素过氧化
物酶(SEQIDNO:2)的氨基酸序列具有至少80%一致性、优选地至少85%
一致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最
优选地至少97%一致性。

在一个实施例中,在进行本发明的方法之前、之后、抑或同时,还将
该化学纤维素纸浆/水性组合物与木聚糖酶接触。优选地,该木聚糖酶是一
种来自酶类别EC3.2.1.8的内切-1,4-β-木聚糖酶。优选地,该木聚糖酶的氨
基酸序列与黏琼脂芽孢杆菌木聚糖酶的氨基酸序列(SEQIDNO:3)具有
至少60%一致性、优选地至少65%一致性、更优选地至少70%一致性、更
优选地至少75%一致性、更优选地至少80%一致性、更优选地至少85%一
致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最
优选地至少97%一致性。在一个优选实施例中,该卤素过氧化物酶的氨基
酸序列示出为SEQIDNO:1并且该木聚糖酶的氨基酸序列示出为SEQID
NO:3。

在一个实施例中,通过碱法蒸煮来制造该化学纤维素纸浆。该化学纤
维素纸浆可以是牛皮纸浆。

在一个实施例中,本发明的方法包括随后的碱提取阶段(E-阶段)。
优选地,分别用过氧化氢和/或氧、指定的E或EP或EOP阶段来加强碱提取阶
段。最优选地,它包括与提取组合的其他漂白化学品,如二氧化氯阶段
(D-阶段)、臭氧(Z-阶段)和过氧化氢(P-阶段)。

在另一方面,本发明提供了一种水性组合物,该水性组合物包括卤素
过氧化物酶;氯、溴、碘、或硫氰酸根离子;过氧化氢以及包括己烯糖醛
酸和任选地一种或多种叔胺的化学纤维素纸浆。

在一个实施例中,该卤素过氧化物酶是来自酶类别EC1.11.1.10的氯过
氧化物酶。优选地,该卤素过氧化物酶是钒卤素过氧化物酶;更优选地,
该卤素过氧化物酶的氨基酸序列与疣枝弯孢(Curvulariaverruculosa)卤素
过氧化物酶(SEQIDNO:1)或弯孢菌(Curvulariainequalis)卤素过氧化
物酶(SEQIDNO:2)的氨基酸序列具有至少80%一致性、优选地至少85%
一致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最
优选地至少97%一致性。

在一个实施例中,该化学纤维素纸浆还包括木聚糖酶。优选地,该木
聚糖酶是一种来自酶类别EC3.2.1.8的内切-1,4-β-木聚糖酶。优选地,该木
聚糖酶的氨基酸序列与黏琼脂芽孢杆菌木聚糖酶的氨基酸序列(SEQID
NO:3)具有至少60%一致性、优选地至少65%一致性、更优选地至少70%
一致性、更优选地至少75%一致性、更优选地至少80%一致性、更优选地至
少85%一致性、更优选地至少90%一致性、甚至更优选地至少95%一致性、
并且最优选地至少97%一致性。在一个优选实施例中,该卤素过氧化物酶
的氨基酸序列示出为SEQIDNO:1并且该木聚糖酶的氨基酸序列示出为
SEQIDNO:3。

在一个实施例中,该化学纤维素纸浆是牛皮纸浆。

本发明还提供了以上用于降低化学纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量的
方法和组合物的用途。

根据本发明的方法可在20和90摄氏度之间、优选20和80摄氏度之间、
更优选20和70摄氏度之间、甚至更优选30和70摄氏度之间、最优选30和60
摄氏度之间、和特别是30和50摄氏度之间的一个温度下进行。

本发明的方法可以采用以下处理时间:从1分钟至120分钟,优选从1分
钟至90分钟,更优选从10分钟至90分钟,最优选从10分钟至60分钟,并且
具体地从10分钟至30分钟。在另一实施例中,本发明的方法可以采用以下
处理时间:从5分钟至4小时,例如从5分钟至15分钟,例如从15分钟至30分
钟,例如从30分钟至1小时,例如从1小时至2小时,例如从2小时至3小时或
例如从3小时至4小时,或这些区间的任何组合。

本发明的方法可以在pH2至pH11下,优选在pH3至pH10下,更优选
在pH3至pH9下进行。最优选地,本发明的方法在卤素过氧化物酶系统+/-
一个pH单位的最适pH或温度下进行。

在一个实施例中,在HAP-阶段后,纸浆的特性粘度被保持下来,这表
明对纸浆降解没有影响。

在以下的一组条款中进一步描述了本发明。

1.一种用于降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛酸含量和/或用于改进化学
纤维素纸浆的亮度的方法,包括使纤维素纸浆与卤素过氧化物酶、过氧化
氢、和选自由氯、溴、碘、以及硫氰酸根离子组成的组的离子接触,并且
任选地与一种或多种叔胺接触。

2.如项目1所述的方法,其中该卤素过氧化物酶是自酶类别EC
1.11.1.10的氯过氧化物酶。

3.如项目1或2所述的方法,其中该卤素过氧化物酶是钒卤素过氧化物
酶。

4.如项目1至3中任一项所述的方法,其中该卤素过氧化物酶的氨基酸
序列与疣枝弯孢(Curvulariaverruculosa)卤素过氧化物酶(SEQIDNO:
1)或弯孢菌(Curvulariainequalis)卤素过氧化物酶(SEQIDNO:2)的氨
基酸序列具有至少80%一致性、优选地至少85%一致性、更优选地至少90%
一致性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最优选地至少97%一致性。

5.如项目1至4中任一项所述的方法,其中该化学纤维素纸浆还与木聚
糖酶,优选来自酶类别EC3.2.1.8的内切-1,4-β-木聚糖酶接触。

6.如项目5所述的方法,其中该木聚糖酶的氨基酸序列与黏琼脂芽孢杆
菌木聚糖酶的氨基酸序列(SEQIDNO:3)具有至少60%一致性、优选地至
少65%一致性、更优选地至少70%一致性、更优选地至少75%一致性、更优
选地至少80%一致性、更优选地至少85%一致性、更优选地至少90%一致
性、甚至更优选地至少95%一致性、并且最优选地至少97%一致性。

7.如项目5或6所述的方法,其中该卤素过氧化物酶的氨基酸序列示出
为SEQIDNO:1并且该木聚糖酶的氨基酸序列示出为SEQIDNO:3。

8.如项目1至7中任一项所述的方法,其中该化学纤维素纸浆是通过碱
法蒸煮制造的纸浆,例如牛皮纸浆、或亚硫酸盐纸浆或需要漂白的任何其
他纸浆。

9.如项目1至8中任一项所述的方法,该方法包括随后的碱提取阶段。

10.如项目9所述的方法,其中用过氧化氢和/或氧,用或不用先前的漂
白剂(如例如二氧化氯),来加强该碱提取阶段。

11.一种水性组合物,该水性组合物包括卤素过氧化物酶;氯、溴、
碘、或硫氰酸根离子;以及包括己烯糖醛酸和任选地一种或多种叔胺的一
种化学纤维素纸浆。

12.如项目11所述的组合物,其中该化学纤维素纸浆是通过碱法蒸煮制
造的纸浆,例如牛皮纸浆。

13.如项目11或12所述的组合物,该组合物还包括木聚糖酶。

14.卤素过氧化物酶用于降低化学纤维素纸浆中的己烯糖醛酸含量和/
或用于改进化学纤维素纸浆的亮度的用途。

15.根据项目14所述的用途,该用途包括木聚糖酶的用途。

通过以下实例进一步对本发明进行描述,但不应将其理解为对本发明
范围的限制。

实例

用作缓沖液和底物的化学品至少是试剂等级的商品。在这些实例中使
用的卤素过氧化物酶(HAP)具有示出为SEQIDNO:1的氨基酸序列。在
这些实例中使用的木聚糖酶具有示出为SEQIDNO:3的氨基酸序列。

使用Formax半自动纸页成形器,根据TAPPIT205标准程序制备用于亮
度测量的手抄纸,并且用Labtech自动纸页压制器进行压制。使用麦克贝斯
(Macbeth)Color-Eye7000Remissions分光光度计,在460nm,对手抄纸
的每一侧测量3次,来测定这些手抄纸的亮度值。每个样品使用五张手抄
纸,导致每个样品总计30次测量。关于“ISO亮度”(蓝色漫反射系数)测
量,根据ISO3688,使用布氏漏斗(Büchnerfunnel)制备手抄纸,并且用
Labtech自动纸页压制器进行压制。使用来自Technidyne公司的ColorTouch
PC分光光度计来完成这些测量。

根据ISO5351来测量纸浆的特性粘度。

实例1

纸浆中HexA含量的测量

纸浆中HexA的测量是基于沃里宁(Vuorinen)等人,“己烯糖醛酸基
团的选择性水解和它在牛皮纸浆的ECF与TCF漂白中的应用(Selective
hydrolysisofhexenuronicacidgroupsanditsapplicationinECFandTCF
bleachingofkraftpulps)”,纸浆和造纸科学杂志(JournalofPulpand
PaperScience),1999,25(5),155-162页中描述的程序;其中纸浆中的
HexA内容物可以被选择性水解并且转化为呋喃衍生物,通过UV光谱学,
在水解物中对这些呋喃衍生物进行量化。

典型地,称取2.0-2.5godp(烘干纸浆)并且与引入LabomatBFA-24中
的200mL钢制烧杯中的150mL的甲酸盐缓冲剂(0.01M;pH3.5)混合。

LabomatBFA-24(沃尔纳马西斯公司(WernerMathisAG),瑞士)是
允许控制烧杯中的反应系统的温度、机械搅拌和处理时间的仪器。由
UnivisionS软件(UnivisionS“BFA”程序指令,版本2.0,07/2006版,沃
尔纳马西斯公司(WernerMathisAG),瑞士)控制该仪器。

用来自红外辐射单元的热传递增加烧杯温度。通过用冷却水供应来冷
却热交换器中的空气,使烧杯冷却。可以通过加载限定温度曲线、搅拌和
时间的预定程序,来操作该Labomat。

用于测量纸浆样品中的HexA的预定程序具有以下参数:60min的水解
时间;110min的水解温度和5rpm的转速,其中30s顺时针与30s逆时针交
替。

在预定水解时间(60min)之后,在冰浴中冷却热的容器。一旦冷却,
用杆将其混合,并且从每个容器抽出纸浆体的样品,并且然后使用与0.45
mm过滤器偶联的10mLlur-loc注射器进行过滤。用UV光谱学分析收集的滤
液/水解产物,并且测量在245和285nm的吸光度,这分别对应于2-糠酸和5-
羧基-2-糠醛的吸收最大值(沃里宁(Vuorinen)等人1996)。

根据以下公式计算纸浆中的HexA含量:

H e x A ( m m o l / k g o d p ) = A V ϵ l w ]]>

w-烘干纸浆样品的重量(kg);

V=0.15L;

A-在245nm的吸光度(2-糠酸),具有在480nm的背景校正;

ε=8700M-1cm-1-相对于己烯糖醛低聚木糖(hexenuronoxylo-
oligosacharide)中的HexA,在245nm的2-糠酸的摩尔吸光系数;

l-池路径长度。

实例2

卤素过氧化物酶的剂量

将具有大约55mmol/kgodp的量的HexA的氧去木质化的桉树牛皮纸浆
(典型地,10g的烘干纤维;卡伯值大约10)用在使用卤素过氧化物酶进行
的酶处理中。在10%稠度,在45℃的温度,pH4.5(乙酸盐缓冲剂),用卤
素过氧化物酶处理纸浆,并且持续60min。过氧化氢和氯化钠(NaCl)的
初始浓度是0.6、1.2、2.0、4.0和6.0mM,同时分别使用6、12、20、40和60
mgEP/kgodp的卤素过氧化物酶。在浸入控温水浴的聚乙烯密封塑料袋中孵
育纸浆悬浮液。

在孵育后,用2L的温自来水(分为两步)和1L的去离子水洗涤并且过
滤纸浆。

在表1中,示出了对于增加剂量的酶,将其转化为卡伯值的降低,存在
高达大约27%的增加的HexA去除。

表1.


实例3

在卤素过氧化物酶阶段之前的木聚糖酶阶段的影响

类似于实例2,使用相同的氧去木质化的桉树牛皮纸浆。在pH8(勃-罗
二氏缓冲剂),55℃,这一纸浆经受木聚糖酶处理(X-阶段),持续120
min(10%稠度)。在X-阶段之后,如先前所述进行洗涤,并且在与实例2
中所研究的相同的温度、pH和孵育时间条件下,但是使用不同的氯化物盐
(NaCl和MgCl2),用卤素过氧化物酶进一步处理。初始盐浓度为6mM
(与H2O2一样),并且将60mg卤素过氧化物酶EP/kgodp用于HAP-阶段,
并且将6mg木聚糖酶EP/kgodp用于X-阶段。

表2中呈现的结果仅指如下处理的卤素过氧化物酶,其不具有在前木聚
糖酶处理,但是在与X-阶段相同的条件下(在pH8、55℃持续120min,并
且不具有木聚糖酶)进行处理。

看到添加MgCl2导致与用NaCl的情况可比较程度的HexA去除。使用
NH4Cl给出HexA含量的适度降低,但是观察到卡伯值降低,这表明纸浆中
其他可氧化结构(例如木质素结构)的降解。

表2.


在表3中,呈现了用木聚糖酶处理(X-阶段),随后卤素过氧化物酶处
理(X-HAP)的纸浆的结果。当X-阶段先于卤素过氧化物酶处理时,存在
增加的HexA去除(高达41%的HexA去除)。

表3.


实例4

温度和孵育时间的影响

类似于实例2,在相同pH下,在用卤素过氧化物酶进行的酶处理中使用
相同的氧去木质化的桉树牛皮纸浆。用NaCl,研究60℃的温度和120min的
孵育时间。分别针对低和高剂量的酶,初始盐浓度为0.6和6mM(与H2O2一
样)。

表4中示出HexA去除的结果。通过延长孵育时间至120min,改进了
HexA去除的量(与表1相比)。

表4.


实例5

卤素过氧化物酶(HAP)在亮度增益和漂白率中的影响

类似于实例2,在相同的温度和pH条件下,在用卤素过氧化物酶进行的
酶处理中使用相同的氧去木质化的桉树牛皮纸浆。酶的剂量为60mgEP/kg
odp,持续120min的孵育时间。按6mM的初始浓度,添加NaCl或NH4Cl,
该浓度与H2O2相同。

然后用过氧化氢(Ep)加强的碱提取阶段,抑或用二氧化氯阶段(D)
随后是Ep-阶段,来漂白HAP处理的纸浆。使用对照样品而不添加酶(仅用
缓冲剂)。

表6中示出的结果表明,卤素过氧化物酶处理(HAP-阶段)也产生了亮
度增益。尽管在研究的条件下,NH4Cl系统去除了更少的HexA(实例3),
但是如获得更高亮度增益所表明的,与NaCl系统相比,它去除了更多可见
生色团。可以用与次氯酸(HOCl)反应性相比,当使用NH4Cl时,共同产
生的氯胺的不同反应性来解释这一点。

研究了HAP-阶段对用过氧化氢加强的碱提取后阶段(Ep-阶段)的表
现。Ep-阶段的条件为:在水浴中的密封聚乙烯袋中,0.5%odpH2O2,1.0%
odpNaOH,在85℃持续80min,并且使用10%稠度。当使用HAP-阶段时,
与对照相比,达到了更高亮度值(高达4.7个单位更多)。在获得的最低卡
伯值中,观察到当使用NaCl系统时HexA去除的影响。另一方面,其中使用
NH4Cl时,可能达到更高亮度,同时达到低的HexA去除。

也研究了在卤素过氧化物酶后,使用二氧化氯阶段(D)随后是Ep-阶
段。D-阶段的条件为:在水浴中的密封聚乙烯袋中,0.8%odpClO2,pH
3.5,在80℃持续110min,并且使用10%稠度。尽管在D-Ep漂白之前使用
HAP阶段时存在更低卡伯值,但是具体地当使用NaCl系统时,达到的亮度
时略次于对照的。这可以表明,对于相同目标亮度,HAP处理的纸浆会需
要更低剂量的ClO2,并且因此表6中的值处于坪水平。

表6.


实例6

在HAP-D-Ep顺序的D-阶段中降低ClO2剂量的影响

使用相同操作条件(除了不同剂量的二氧化氯),用D-Ep漂白阶段来
漂白实例5的相同卤素过氧化物酶处理的纸浆。

表7中呈现的结果示出在降低了二氧化氯的剂量时存在D-Ep漂白(对照
不具有HAP阶段)后达到的亮度方面的降低。然而,在HAP-D-Ep漂白后并
未观察到同样结果,而最终亮度几乎保持在相同值。然而,对于相同亮度
目标,如果调节(降低)二氧化氯剂量,则HAP阶段允许节约二氧化氯。
虽然它降低了D-Ep漂白后可获得的亮度上限,但是用HAP处理,对于相同
亮度目标,将需要更少二氧化氯填充。当引入无-阶段(no-stage)(HAP抑
或对照)时,达到的亮度和卡伯值几乎与用HAP-D-Ep与降低50%的ClO2的
结果相同。

关于卡伯值,在全部两个顺序中,它随着二氧化氯剂量的降低而降
低。当使用在前HAP阶段时,由于先前HexA含量的降低,达到了更低卡伯
值。

表7.


实例7

使用部分漂白的山杨牛皮纸浆的HAP阶段的影响:HexA含量和ISO亮

在与实例2中相同的程序和pH、温度、时间以及稠度的条件下,用卤素
过氧化物酶处理具有大约26mmol/kgodp的量的HexA的、具有76.8%的ISO
亮度的、先前用二氧化氯(D0)和碱提取(E1)漂白的山杨牛皮纸浆。酶
的剂量为60mgEP/kgodp,并且按6mM的初始浓度,添加NaCl或NH4Cl,
该浓度与H2O2相同。平行地运行对照实验,其中仅将缓冲剂、盐和过氧化
氢添加至纸浆(无酶)。

在表8中观察到,当使用NaCl时,与未处理的样品相比,HAP阶段将
HexA含量降低了28%。当添加NH4Cl时,在研究的条件下,HexA的量并未
降低。用NaCl抑或NH4Cl的两个HAP阶段都改进了纸浆的亮度,其中添加
NH4Cl的情况略大些。

表8.


实例8

在HAP阶段中使用叔胺的影响

类似于实例7,使用相同山杨牛皮纸浆并且在相同操作条件下处理,除
了添加1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO)。酶的剂量为60mgEP/kg
odp,并且按6mM的初始浓度,添加NaCl或NH4Cl,该浓度与H2O2和
DABCO相同。平行地运行对照实验,其中仅将缓冲剂、盐、DABCO和过
氧化氢添加至纸浆(无酶)。

在表9中,看到与其中未添加DABCO的实例7相比,使用两种盐,在
HAP阶段添加DABCO改进了HexA去除的程度。事实上,使用NH4Cl达到了
最高HexA去除,为原始未处理样品中的大约54%的HexA含量。在使用
NH4Cl盐的HAP阶段中无DABCO添加时,几乎不存在HexA去除,当添加
DABCO时,在HexA去除连同亮度增益方面存在显著促进。在HAP阶段中
添加叔胺对HexA去除和可见生色团的去除(亮度增益)二者具有催化效
应。

表9.


实例9

使用北方(northern)漂白的软木牛皮纸浆的HAP阶段的影响:ISO亮
度和特性粘度

在与实例2中相同的程序和pH、温度、时间以及稠度的条件下,用卤素
过氧化物酶处理完全漂白的软木纸浆(松树和铁杉的混合物)。酶的剂量
为60mgEP/kgodp,并且按6mM的初始浓度,添加NaCl或NH4Cl,该浓度
与H2O2相同。

表9中示出了ISO亮度和特性粘度的结果。观察到与其中无酶添加的对
照试验相比,用所有研究的盐得到1.8-2.0单位的ISO亮度增益。此外,在
HAP-阶段后,纸浆的特性粘度被保持下来,这表明对纸浆降解没有影响。

表10.








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本发明提供了一种用于使用卤素过氧化物酶来降低化学纤维素纸浆中己烯糖醛酸含量和/或用于改进纤维素纸浆的亮度的酶方法。。

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