制浆造纸的生物技术

纸和纸板是人类文化与信息的载体，也是工业、农业、科学、生活和卫生等方面的重要材料，是公认的自然界易于再生的绿色材料。制浆造纸工业，是国民经济重要支柱产业之一，其生产和消费与国民生产总值有密切关系。现代制浆造纸的原料，以植物纤维为主，其中木材占90%以上，但木材资源不足的国家，则较多地利用本国的非木材植物纤维原料，与木材原料相比，非木材植物纤维原料在加工过程和成品质量方面，有更多的问题等待解决。二次纤维(废纸回用)已日益引起重视，我国的制浆原料，尚以草类等非木材原料为主，逐步增加木材比例是我国造纸工业的原料方针。
21世纪人类将更加重视生存的环境，由于人口增加，要求农林产品相应地增加，除用于造纸外，还有很多其他用途。为了提高土地的林、草覆盖率，避免过度砍伐，在21世纪，如何使单位土地面积的植物增加对太阳能的吸收，以生产更多的木材与非木材、更多的食物、燃料和纤维，使造林、种草和农业残渣的利用，成为具有社会效益、经济效益、环境保护意义的主要产业。过去解决这些问题主要集中在社会、政治或经济的调整，但那是不够的；不过，植物生物学已进步到可以用生物技术解决某些很难处理的种植问题。
根据环保、市场和法律的要求，需要开发更多新的制浆造纸技术，以改善制浆、漂白和废水处理来降低对环境的污染。近30年，生物技术受到更多的注意，因为它可以减少对环境的破坏、节省能源、提高产品质量。造纸工业的原料主要是植物纤维，生物技术最主要的应用就是它可以在自然生态环境下降解木质纤维材料成为ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等物质的性能，人们努力在制浆造纸工业中应用微生物和酶去取代或补充传统的化学药品，由于纤维细胞的结构和组分，在这方面成功地应用生物技术尚需做很多的工作。因此，需要对其底物(植物纤维材料)的分子结构、酶活机理和纤维细胞壁各种物质的降解方法，进行充分的研究，更深入地了解各种植物纤维的组成，了解可供应用的微生物和酶，了解生物降解与改性的技术。本书就是为了适应这一趋势而编写的。全书由谢来苏、管斌、王高升、李友森共同编写，谢来苏主编。
书中牵涉到很多菌种和植物种属，为了便于读者阅读，凡是能用中文名称的，基本上都用中文名称，做不到的仍用拉丁文原来的名称，对其中频繁出现者，用括号标注该拉丁文的中文意思。
本书可供相关领域的科技工作者、教师、本科生、研究生参考，由于编者水平有限，不足之处，在所难免，恳请读者阅后多提宝贵意见。

编者2003年１月

本书介绍了培植植物纤维的生物技术、降解植物细胞壁的生物技术、生物法制浆技术、树脂沉积的生物控制技术、生物漂白和纤维的酶改性技术、制浆造纸过程中的浆控制技术，以及生物技术在废纸循环过程中和制浆造纸过程中产生的废水、废渣、废料处理时的应用。本书内容翔实，技术理念先进，数据、图表、公式详细严谨。

第一章绪论１
第一节制浆造纸工业的发展概况１
第二节造纸用植物纤维２
一、植物纤维的化学组成２
二、植物细胞壁的结构和组成３
第三节微生物的分类和某些特征９
一、真菌９
二、裂殖菌１０
第四节生物技术在制浆造纸工业的应用现状和前景１２
第二章培植植物纤维原料的生物技术１４
第一节关键问题１４
一、植物纤维原料和纸制品１４
二、繁殖和再生周期１５
三、人类和环境１５
第二节繁殖１６
一、林木的细胞和组织培养１６
二、试管繁殖技术 １６
三、腋芽增殖１７
四、生成器官１７
五、生成体胚胎１８
六、原生质体培育 １８
七、在试管中筛选和肢体克隆变异 １９
八、低温贮藏 １９
九、人工种子 １９
第三节遗传工程 １９
一、组织培养的考虑 ２０
二、生物法转基因(土壤杆菌中介转基因)２０
三、物理法转基因２１
四、选择系统、启动子和调节要素 ２２
五、在林木中推广基因工程的现状和将来目标２３
六、调控的考虑 ２４
第四节分子育种２５
一、脱氧核糖核酸（DNA）标志技术 ２５
二、在林木研究中应用DNA标志物２７
三、DNA标志物的其他应用２８
第五节电子与计算机的资源２９
第六节结论３０
第三章降解植物纤维细胞壁的微生物和酶３１
第一节概述３１
一、降解植物纤维细胞壁的微生物３１
二、降解植物纤维细胞壁的酶４０
第二节纤维素的降解４２
一、生产纤维素降解酶的微生物４２
二、纤维素降解酶４５
三、纤维素降解酶的分析５４
四、纤维素降解酶用于生物技术的前景５５
第三节半纤维素的降解５７
一、生产半纤维素降解酶的微生物５７
二、半纤维素降解酶５８
三、半纤维素酶的分析６２
四、半纤维素降解酶用于生物技术的前景６３
第四节木素的降解６５
一、降解木素的微生物６５
二、木素降解酶及其酶作用机制６７
三、木素降解酶产生菌的培养及酶的形成８８
四、木素降解酶活力的分析９５
五、木素降解酶用于生物技术的前景９６
第四章生物法制浆９９
第一节生物机械法制浆９９
一、筛选真菌９９
二、评价在生物制浆法中选择的真菌 １０２
三、生物法制浆的优化１０３
四、用显微镜研究１０６
五、工程和经济方面的研究 １０８
六、生物制浆的产业化前景１１１
第二节生物预处理化学浆１１２
一、由白腐菌变异株IZO154进行生物预处理化学制浆的研究１１２
二、白腐菌对稻草的生物降解及其在生物预处理化学浆的应用１１３
第三节韧皮纤维原料的生物制浆１１３
一、韧皮纤维的生物制浆１１４
二、浸渍法对纸浆及纸张性质的影响１１５
第四节生物制浆存在的问题１１６
一、木素的存在状况１１６
二、生物制浆过程存在的主要障碍１１６
第五章树脂沉积的生物控制１２０
第一节自然存放时木材抽提物的降解１２０
第二节利用真菌（Fungi）降解木材抽出物１２１
一、霉菌（molds）１２１
二、担子菌类１２１
三、蓝变菌１２２
四、工业应用１２５
第三节利用脂肪酶水解纸浆中的甘油三酸酯１２６
一、脂肪酶的特性及控制树脂沉积的机理１２６
二、影响脂肪酶生物控制效果的因素１２７
三、利用脂肪酶控制树脂沉积的生产实践及其效果１２９
第六章生物漂白与纤维酶改性１３３
第一节生物漂白１３３
一、利用白腐菌的生物漂白１３３
二、利用木素降解酶的生物漂白１３４
第二节木聚糖酶的辅助漂白作用１４５
一、原料和纸浆中的半纤维素１４６
二、木聚糖酶在去除LCC过程中辅助作用的机制１４６
三、木聚糖酶辅助脱木素的机理模型１４８
四、木聚糖酶在生物漂白过程中的效能１４９
五、木聚糖酶产生菌１５０
六、生物漂白过程１５２
七、生物辅助漂白工艺１５３
第三节原浆纤维的酶改性１５３
一、机械浆的酶改性１５４
二、化学浆酶改性１６７
三、酶促打浆１６９
四、机械浆返黄的生物抑制法１７０
第七章废纸循环利用过程中的生物技术１７２
第一节废纸循环利用过程中常用的酶制剂１７２
一、脂肪酶和酯酶１７２
二、木素降解酶１７２
三、纤维素酶１７２
四、半纤维素酶１７３
第二节生物技术改良废纸性能１７４
一、酶处理废纸浆的影响因素１７４
二、酶处理对纸浆机械强度的影响１７６
三、酶处理与打浆的组合方式对二次纤维性能的影响１７６
四、酶改善纸浆滤水性能的机理１７８
第三节印刷废纸酶促脱墨１８１
一、传统脱墨工艺１８１
二、酶促脱墨工艺１８４
三、酶促脱墨机理１９０
第八章制浆造纸过程的生物环境及腐浆控制１９３
第一节生物黏膜 １９３
一、多糖蛋白复合物（细胞被膜）１９３
二、微生物的胞外多糖１９３
三、生物黏膜的结构１９４
四、黏液中的微生物１９４
第二节黏液控制 １９５
一、灭菌剂 １９５
二、清洗２００
第三节解决黏液问题的新研究２００
一、表面活性剂用于控制黏液２０１
二、无灭菌剂的控制方法２０１
三、生物平衡２０３
四、微生物分散剂２０４
五、前景２０４
第九章制浆造纸过程中的废水废渣的生物处理及利用２０５
第一节水污染的定义及其测定２０５
一、污染物的定义２０５
二、需氧物 ２０５
三、致病物２０８
四、有机化合物２０８
五、植物营养物２０９
六、无机化学品和矿物质２０９
七、沉积物２１０
八、热污染２１０
九、小结２１０
第二节制浆造纸厂排水的生物法处理２１１
一、概述２１１
二、厌氧法处理制浆造纸废水与沼气能源回收２２３
三、厌氧混合处理碱法蒸煮黑液和酸性有机废液２３５
四、UASB与软性填料串联处理石灰法草浆废液２４１
五、上流式厌氧滤池污泥床(UASFB)反应器处理石灰法草浆蒸煮废液２４８
第三节亚硫酸盐法废液制造酒精和酵母２６０
一、糖的酒精发酵２６１
二、亚硫酸盐法废液发酵生产蛋白质２６３
三、亚硫酸铵法非木材制浆废液培殖单细胞蛋白(SCP)２６４
第四节光合细菌处理烧碱蒽醌法麦草浆蒸煮黑液的研究２６６
一、概述２６６
二、烧碱蒽醌法麦草浆蒸煮黑液及特性２６８
三、光合细菌处理麦草浆废水２７０
四、结果与讨论２７２
第五节漂白废水有机氯化物的生物法处理２８３
一、引言２８３
二、有机氯化物对环境的危害２８６
三、减少有机氯化物的产生２８９
四、漂白车间废水的处理２９４
五、结论３０１
第十章纤维性废料的利用或生物降解３０２
第一节制浆造纸厂纤维性废渣(草浆杂细胞等纤维素物料)的一步乙醇发酵３０２
一、引言３０２
二、材料与方法３０２
三、菌种抗阻遏突变株C88的选育３０３
四、结果与讨论３０７
五、结论３１０
第二节纸质材料在自然界中的降解３１０
一、引言 ３１０
二、土壤中产纤维素酶的微生物３１８
三、纸质材料在土壤中的降解３２０
四、结论３２１
主要参考文献３２２