张祥胜，邹学东，柴欣悦

（1.胜达集团江苏双灯纸业有限公司，江苏盐城 224341；2.盐城师范学院生命科学与技术学院，江苏盐城 224051）

白腐菌辅助制浆的研究进展＊

张祥胜1，2，邹学东1，柴欣悦2

（1.胜达集团江苏双灯纸业有限公司，江苏盐城 224341；2.盐城师范学院生命科学与技术学院，江苏盐城 224051）

制浆造纸业是中国的支柱产业之一，但同时也是污染大户.生物技术辅助制浆由于其污染小、成本低而日益引进重视，白腐菌是应用最广泛的菌种.从中国制浆造纸业相关的生物制浆技术、白腐菌降解木质素机理、筛选、改良和应用等方面展开了较全面的论述.

生物制浆；白腐菌；制浆造纸；菌种筛选

制浆造纸工业是国家支柱性产业之一，传统的制浆造纸工业也污染大户，其原因在于造纸废液中残留大量的有机成分，尤其是废液中的残余木素和大量化学物质［1］，化学浆的造纸黑液占污染物总负荷的90%左右［2］.本文拟围绕目前中国制浆造纸行业相关的生物辅助制浆技术、白腐菌降解木质素机理、筛选、改良和应用等方面展开综述.

1 生物制浆的相关概念和起源

制浆造纸重要的污染物之一制浆黑液的主要成分是木质素.一般认为木质素是由以苯环为核心，带有丙烷支链的芳香族化合物的聚合物.木质素没有光学活性，含有较多的生物学稳定键型分子结构，性状十分稳定，比纤维素更难被一般微生物所分解［3］.但自然界中存在着降解木素的菌株，利用其对制浆用的麦草、稻草、芦苇等原料进行预处理，或对黑液进行处理，对残余木素降解，从而降低生产过程中的化学药剂用量，减少或消除污染［1］.前者即为生物法制浆.

生物法制浆是利用微生物或其酶制剂，对制浆原料进行预处理，以生物降解全部或部分代替化学溶解，再结合机械或化学法处理，使制浆纤维原料分离成纸浆［4－7］.生物制浆的最初设想源于20世纪50年代美国West Virginia制浆造纸公司.1987年4月，一个生物制浆的联合研究计划诞生，并分为6个科研小组进行协作攻关，对生物制浆进行了较系统的研究，20多年来已经取得重大进展.但生物法制浆仍是一个较新的课题，目前仍存在诸多问题，主要有耗时过长、菌剂施用受环境影响效果不稳定、酶制剂成本过高以及无法完全标准化、工业化生产等［8］.因此，生物化学法制浆和生物机械法在内的生物技术辅助制浆受到业界重视，尤其是前者获得了更多的进展.

生物化学法制浆是利用微生物或其他生物制品（如酶制剂等）预处理制浆原料，减少蒸煮烧碱用量，降低能耗，提高纸浆质量，减少后续漂白化学药品用量和减轻漂白废水污染负荷［9］.

2 白腐菌研究进展

真菌根据其降解木素时木材的变化，可分为白腐、褐腐和软腐真菌［10］.降解木素较强的微生物主要是白腐真菌，属于担子菌，在自然界存在约2～3万种.白腐菌是研究木素降解应用最多的微生物［4］.作为自然界中降解木质素能力最强的一类微生物，其在处理各种造纸废水、印染废水和降解复杂有机物方面的优势越来越引起人们的广泛关注.尤其在降解木质素方面，白腐真菌可通过自身分泌的各种胞外酶，并通过一系列自由基链式反应来实现对木质素的降解［2］.此外，人们研究发现能降解木素的真菌也能降解低分子量氯代芳香化合物，还能分解其它顽拗性有机污染物（如滴滴涕、六六六等）［5］，故也可以作为生态修复菌种.

目前，白腐菌作为应用最多的菌株之一，研究者已经进行了有益的探索和尝试，虽未达到产业化水平，但仍然给后来者提供了良好的借鉴和进一步走向产业化应用的希望.

2.1 木素降解机理研究

白腐菌能降降木素主要是因为其可产生木素降解酶.木素降解酶是一复合酶系，受多种调节因子控制，木素降解酶由木素过氧化物酶（LiP）、漆酶（1accase）和锰过氧化物酶（MnP）等胞外酶组成［6］.木素降解酶的种类主要根据酶分泌的模式分类.在木素降解机理方面，目前了解得还不完全清楚，一般认为木质素生物降解的过程首先在木质素高分子的表面经由侧链及芳香环的氧化开环，再向内部降解，主要包括木质素碳水化合物结合体的分解、苯基丙烷聚合体的分解、侧链分解以及芳香环的开裂等.由于白腐菌对于不同木质纤维基质有不同的中间代谢产物和途径，还有许多中间代谢产物和途径未搞清，尚需研究者继续努力.

其他方面也进行了一些研究.不同碳氮源对复合木质素降解菌木质素降解酶系活力的影响的研究［7］.范寰等人的研究表明，以淀粉为碳源，麸皮为氮源时木素降解总酶活最高，分别为1 419.01U／g和1 626.64U／g［7］.虽然该研究的目的不是用于制浆造纸，但仍有借鉴意义.另外，还有人进行了白腐菌不同菌株的组合的木质素降解酶的活性比较研究［11－13］.

2.2 白腐菌的分离和筛选

目前已经进行较多的筛选与评价工作［14］.白腐菌的筛选方法与普通的环境微生物筛选方法基本相同，即初筛用筛选平板（主要是愈创木酚－PDA培养基），复筛用摇瓶培养并进行评价［12］.酶活评价方法于摇瓶发酵后进行.一般需将发酵液以一定的转速离心，然后取上清进行各种酶活的测定，即木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶，一般将上清加入某种试剂进行反应后，然后在一定的波长下进行比色，酶活用单位时间内吸光度的变化来表示.

2.3 白腐菌的菌种改造

在改良方法方面，目前报道的主要有紫外诱变［15］、原生体质诱变［16］等.目前还没有发现用离子束进行诱变的文献报道.低能离子注入生物体以其特有的能量沉积、动量沉积、质量沉积和电荷交换效应等多因子联合作用，引起了国内外专家的广泛关注［17－18］.目前在食品、制药、生物农药等领域工业微生物的离子束诱变上取得了较好的成绩.低能离子束作为一种新诱变源，与传统物理因素诱变剂相比，具有生理损伤小、突变谱广、突变频率高等优点，并具有很好的重复性［19－20］.如果以白腐菌为主要研究对象，并用离子束进行改良，也将丰富离子束生物工程学的内容.

2.4 白腐菌的应用

从20世纪70年代开始，国外科学家对一些降解木质素能力强并具有较强选择性的菌种进行了较为深入的研究，有的菌种或其产生的高效木质素降解酶已经被应用到某些工农业生产中.一般将白腐菌用于生物漂白的较多，而辅助化学制浆用的不多［14］.

3 白腐菌辅助制浆原料的研究

与国外发达国家相比，中国森林覆盖率低，林业资源不丰富，因此大量采用禾草，尤其是生活用纸更是如此，采用化学制浆，极易形成污染性强的制浆黑液，这也是为什么我国造纸业被列入污染大户的原因之一.禾草主要有麦草［21］、稻草等，以及其他作物的秸杆.近年来一些非作物禾草被大量应用，如芦苇，既可用于氧化塘净化，又可提供制浆原理，一举两得.

由于水体富营养化，西葫芦、水花生等外来水生植物的疯长给航运、养殖等带来了严重的威胁［22］，且难以清除，如果大量采用这些水生植物作为原料［23］，则既可用这些植物清除水体中过剩的氮、磷等营养无素，或是用于制浆造纸废水的处理［24］，又可有效抑制其蔓延疯长，同时又可提供高产、低成本的制浆造纸原料，一举数得，值得加强研究与推广.目前虽然已经有研究者，如固态发酵水葫芦产漆酶的研究［25－26］，但不够系统，值得深入研究.

4 结语

不论生物化学制浆还是生物机械制浆，都克服了化学制浆的污染严重、能耗高等弊端，具有广阔的应用前景.但生物制浆也存在白腐菌生长慢、周期长、成本高等缺点，这就需要我们筛选木质素降解活性高的白腐菌株或通过物理因素在内的诱变手段进行改良，克服这些缺点，提高生物辅助制浆的经济效益和社会效益.

［1］ 丁广辉，许士玉.木素降解菌—白腐菌的筛选［J］.黑龙江造纸，2005，33（2）：5－6.

［2］ 李海红，龚文姣，同 帜，等.白腐真菌对造纸黑液中木质素的降解效果［J］.西北农林科技大学学报：自然科学版，2009，37（12）：200－206.

［3］ 池玉杰，鲍甫成.木质素生物降解与生物制浆的研究现状分析［J］.林业科学，2004，40（3）：167－174.

［4］ 王承亮，苏振华，冯文英.生物技术在制浆造纸工业中的应用［J］.湖北造纸，2010（2）：9－12.

［5］ 张业录，赵 华.木素降解菌的筛选和氯酚生物降解研究［J］.天津轻工业学院学报，2000（4）：17－21.

［6］ 王燕蓬，秦梦华.木素降解酶在制浆漂白中的应用［J］.上海造纸，2008，39（1）：14－17.

［7］ 范 寰，梁军锋，赵 润，等.不同碳氮源对复合木质素降解菌木质素降解酶系活力的影响［J］.天津农业科学，2010，16（2）：18－20.

［8］ 管 斌，谢来苏.生物制浆的技术难度以及木素降解酶的应用前景［J］.中国造纸学报，2002，17（2）：105－111.

［9］ 杜予民，周丹娜，郑连爽.韧皮纤维生物－化学法制浆研究（Ⅰ）——构皮降解嗜碱细菌的筛选及其降解特性［J］.林产化学与工业，1998，17（3）：46－49.

［10］ 张 力，邵喜霞，韩大勇.白腐真菌木质素降解酶系研究进展［J］.畜牧与饲料科学，2009，30（1）：35－37.

［11］ 段传人，朱丽平，姚月良.三种白腐菌及其组合菌种木质素降解酶比较研究［J］.菌物学报，2009，28（4）：577－583.

［12］ 杨 莎.生物技术在制浆中的应用［J］.天津造纸，2009，31（3）：25－28.

［13］ 蒋荣清，袁兴中，曾光明，等.一组高效木质素降解复合菌的筛选［J］.应用与环境生物学报，2010，16（2）：247－251.

［14］ 吴 薇，顿宝庆，姜训鹏，等.高效木质素降解菌的分离筛选［J］.食品科技，2008，33（3）：22－25.

［15］ 刘庆玉，姚 影，张 敏，等.紫外诱变筛选高效木质素降解菌株的研究［J］.可再生能源，2010，28（4）：58－61.

［16］ 陈 敏，姚善泾.原生质体复合诱变选育刺芹侧耳木质素降解酶高产菌株［J］.高校化学工程学报，2010，24（3）：462－467.

［17］ 余增亮.离子束生物技术导论［M］.合肥：安徽科学技术出版社，1998.

［18］ YU Zeng-liang.Introduction to Ion Beam Biotechnology（Translated by Yu L D，Thiraphat V and Ian Brown）［M］.New York：Springer Science Business Media，Inc.，2006.

［19］ 虞 龙，张 宁.离子注入微生物诱变育种的研究与应用进展［J］.微生物学杂志，2005，25（2）：80－83.

［20］ ZHANG Xiang-sheng，Li Miao，XIANG Ting-sheng.Genetic Modification of MEOR Bacterium Bacillus licheniformis H Strain by Low Energy Ion Beam Irradiation［J］.Open Biotechnology Journal，2010（4）：14－17.

［21］ 李 群，聂 坤，张红杰.现阶段我国麦草原料制浆造纸生产状况解析［J］.中国造纸，2012，31（11）：63－68.

［22］ 霍寿喜.水葫芦之灾［J］.生命与灾害，2012，（2）：18－19.

［23］ GOSWAMI T，SAIKIA C N.Water Hyacinth——A Potential Source of Raw Material for Greaseproof Paper［J］.Bioresource technology，1994，50（3）：235－238.

［24］ 刘光良，杨殿隆，王静霞，等.常见四种水生植物对制浆造纸废水净化处理的研究［J］.环境科学，1988，9（1）：34－37.

［25］ 王志新，蔡宇杰，廖祥儒，等.Pycnoporus sp.SYBC－L1 18SrDNA序列分析及其固态发酵水葫芦产漆酶的研究［J］.食品与发酵工业，2009（8）：5－10.

［26］ 刘文华，蔡宇杰，孙付宝，等.白腐菌Trametes hirsuta SYBC-L19液态发酵水葫芦产漆酶［J］.食品与生物技术学报，2012（6）：1 252－1 261.

（责任编辑 易必武）

Research Advance in White Rot Fungi Assisted Pulping

ZHANG Xiang-sheng1，2，ZOU Xue-dong1，CHAI Xin-yue2
（1.Shengda Group，Jiangsu Shuangdeng Paper Co.，Ltd.Yancheng 224341，Jiangsu China；2.College of Life Science and Technology，Yancheng 224051，Jiangsu China）

Pulp and paper industry is one of the pillar industries in China，but it is alsothe major pollution to the environment.Biological technology aided pulping techniques has gained much attention for its low contamination and low cost.White rot fungi are the most widely used strains.This paper gives a broad review on the relevant biological pulping technology，the mechanism of lignin degradation by white rot fungi，and the screening，improvement and application of white rot fungi.

biological pulping，white rot fungi，pulp and paper industry，strain screening

TS743

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.05.020

1007－2985（2013）05－0082－03

2013－06－12

胜达集团江苏双灯纸业有限公司企业合作资助课题；江苏省博士聚集计划资助项目

张祥胜（1976－），男，山东临沂人，盐城师范学院生命科学与技术学院副教授，博士，主要从事环境微生物研究.