巴西圣保罗大学(USP)与圣保罗州立大学(UNESP)的研究人员开发出一种从农业废弃物培养的真菌中提取酶的方法,所获酶可促进纤维素浆漂白流程中的关键步骤。相关研究已发表在《BioResources》期刊上。
在造纸生产中,纤维素浆漂白通常依赖含氯氧化剂(如二氧化氯)。研究人员指出,这类化学品具有较高毒性,可能对废水与大气造成污染,并释放对人体健康有害的气体。

研究团队获得的酶为木聚糖酶,可降解植物细胞壁中的半纤维素成分木聚糖。研究人员表示,木聚糖酶有助于去除木材煮制后浆料中与残留木质素相关的木聚糖部分,从而提升浆料亮度并提高后续漂白阶段的效率。
该木聚糖酶来自土壤真菌Aspergillus caespitosus。该菌种最早于1944年在美国被描述,2001年首次在USP里贝朗普雷图校区采集样本中分离。研究人员采用固态发酵法,在甘蔗渣与小麦麸两种农业废弃物上培养该真菌,并据此提取木聚糖酶。研究称,两种底物成本较低、利于真菌生长且木聚糖酶产量较高,符合循环生物经济理念,可为巴西农工业废弃物增值。

在底物处理方面,研究人员介绍,甘蔗渣经氢氧化钠(苛性钠)预处理后效果更佳,该步骤可将纤维素与半纤维素、木质素分离,便于真菌渗透纤维;小麦麸则因碳源丰富而无需预处理。团队同时强调,底物的本地可获得性将影响成本与选择:在圣保罗州内陆等糖和乙醇产量较高地区,甘蔗渣即便需要预处理仍可能更合适;在南里奥格兰德州等小麦产区,小麦麸则更具适用性。
研究还提到,该木聚糖酶具有较高热稳定性。团队此前的研究显示,Aspergillus caespitosus产生的酶可耐受约60°C,而许多真菌酶的耐受温度不超过40°C。研究人员指出,浆料漂白过程所需高温通常超出酶的耐受范围,因此漂白无法完全依赖真菌酶;但随着工厂漂白流程推进,温度会逐步降低,该酶可在温度接近60°C的后期阶段作为传统化学漂白的补充步骤,以减少二氧化氯使用并降低工艺化学负荷。

该研究第一作者Diandra de Andrades表示,这一方案旨在为造纸工业提供更可持续的替代路径,减少有毒化学品使用,并显示出应用潜力。她指出,鉴于巴西是全球桉树浆生产的领导者,更清洁的漂白技术对该国具有战略意义。

研究团队称,该工作属于国家生物乙醇科学与技术研究所(INCT Bioetanol)的活动范畴,并与两项由里贝朗普雷图哲学、科学与文学学院(FFCLRP-USP)教授、论文作者Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli协调的项目相关。
在后续研发方面,团队正在探索将酶固定在化学载体上的方法,以提高重复使用频率并增强耐温能力。研究人员提到,一种方向是结合磁性纳米颗粒与纳米纤维素,该技术也可能用于其他行业的酶应用场景,例如生物乙醇生产。
