韩双艳教授课题组在Journal of Cleaner Production发表前沿性综述—复配酶制剂在制浆造纸高效绿色生产中的应用现状和发展趋势
发布人:谭晓慧    发布时间:2023-09-21    浏览次数:354

近日,华南理工大学生物科学与工程学院韩双艳教授课题组在Journal of Cleaner Production杂志(IF=11.1)上发表了一篇题为“Status and trends of enzyme cocktails for efficient and ecological production in the pulp and paper industry”的综述论文。博士研究生杨曼丽为该文第一作者,华南理工大学生物科学与工程学院为第一单位。

制浆造纸工业(PPI)是与经济社会发展密切相关的重要大宗商品行业。然而该行业也是能源和资源密集型工业,通常需要消耗大量的水、电和化学品。当前,为满足全球碳达峰和碳中和要求的挑战,以及可再生能源和清洁生产的模式,PPI行业亟需向绿色、低碳和可持续发展方向转型,用酶催化技术替代传统的化学和物理方法已成为促进上述转变的一种很有前景的方法。

1酶在制浆造纸工艺中的应用示意图

需要注意的时,制浆造纸是一个复杂的环境,酶能否发挥效率取决于多种因素,包括反应pH、温度、停留时间、纸浆特性和酶浓度等,特别是酶和底物(包括不同纸浆纤维、各种化学添加剂和废纸中的各种污染物)之间的相互作用对于酶能否发挥理想效果影响显著。在这篇综述中,首先简要分析了常用于制浆造纸工业中的典型酶,如纤维素酶、半纤维素酶、木质素降解酶、果胶酶、淀粉酶和脂解酶等,以及裂解多糖单加氧酶(LPMO),扩展蛋白(Swollenin)等具有潜在应用价值的辅助酶/蛋白。随后,重点介绍了应用于制浆造纸中不同工艺/工序的复配酶的最新应用进展,特别是对影响酶效率一些容易忽略的因素,如纸浆特性、化学助剂、以及机械研磨和超声波处理等影响也进行了详细介绍和深入分析。


2 脱墨酶的作用机制和应用。 (a)纤维素酶、木聚糖酶、木质素降解酶、淀粉酶、脂解酶和果胶酶的脱墨机理; (b) 酶在混合办公废纸脱墨的应用; (c) 酶在报纸脱墨中的应用; (d)酶在圆珠笔书写纸脱墨的应用。

最后,结合前沿生物技术的快速发展,文章还介绍了提高酶环境适配性的策略和方法,包括定向进化、分子修饰、理性/半理性设计、机器学习辅助改造、高耐菌株构建以及多酶级联以及酶回用策略,为满足真实造纸环境的复杂需求、发展热稳定性好,对pH和有机溶剂耐受性强的酶制剂提供了思路。

3 提高造纸酶环境适配性的生物策略


该研究得到了国家重点研发计划(2021YFC2100400)的资助。

(论文链接https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138196)


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