近年來,  新興的生物技術,  主要包括基因工程、生物工程、發酵工程和酶工程。利用生物技術,  可以通過生物遺傳基因的重組,  開發出新的優良品種和新的物種;  可以通過新陳代謝作用,  生產出許多有用的新有機物質;  可以通過酶促反應,  大大改善許多現有生產工藝的條件和效率。由于造紙工業的基本原料是生物體(  植物)  ,  化學制漿方法基本上是對生物體的化學反應過程,  它的環境污染物又主要是從生物體降解的有機物,  這是造紙工業可以充分運用生物技術的重要依據。

生物技術在制漿造紙工藝上的應用在20  世紀90  年代發展較快。對環境保護及降低能耗的日益關注,  更促進了生物技術在制漿造紙工業上的應用。目前應用于制漿造紙工業的生物技術主要有基因重組改良造紙原料、生物制漿、生物漂白、廢紙生物脫墨、廢液生物處理、酶處理和改善漿料性能樹脂生物控制等,  有些研究成果已用于工業生產。

1  基因重組技術改良造紙原料

基因重組技術是將基因重新組合,  然后將基因轉化或轉移到細胞中進行復制和表達的技術,  是改良生物性狀的有力手段。基因改良造紙原料的目的:  減少造紙原料中的木素含量,  盡可能增加纖維素的含量,以提高造紙原料的利用率,  縮短樹木成材的年限。美國密歇根工業大學姜立泉實驗室經過12  年的努力,終于發現一種通過基因改造的方法減少樹木木素含量的方法:  使用一種稱之為反義(  antisense)  技術控制木素合成的基團Pt4CL1,  令其處于“抑制狀態”,  其結果取得了轉基因樹木。該基因楊樹比對照楊樹的木素含量降低了45%,  而纖維素含量增加了15%,  并發現該樹木生長快,  樹高比對照樹高出30%  。另外,  英國的Zencea  公司、比利時的Elserive  科學公司以及法國的生物細胞研究中心都成功的利用轉基因工程研制出了更加適合制漿造紙的造紙原料。

2  生物制漿

制漿廠利用化學法制漿提高生產規模,  而且使原料的適應性大大提高。然而,  近年來純化學法制漿已暴露出的它的缺點:  化學藥品消耗量大、能耗高、設備投資高,  特別是制漿與漂白過程所排出的廢水,  具有極高的BOD、COD  負荷,  而且其中還含有劇毒性荷強致癌性物質,  給環境造成嚴重的污染。隨著人們對環保的要求的提高,  傳統的化學法制漿正在不斷改進,生物制漿技術將得到迅速發展。

生物法制漿是利用微生物(  主要是白腐菌)  或其制品(  酶)  ,  對植物纖維原料預處理,  以生物途徑代替化學途徑或部分化學途徑,  然后進行機械、化學機械或化學法處理,  使植物纖維原料分離成紙漿。

生物預處理可以顯著地降低磨漿能耗,  改善漿的性能。Setliff利用Ceriporiopsis  subvemispora  和P.chrysosporium  對楊木進行了預處理,  結果表明,  與未經真菌處理相比,  在盤磨機磨至相同游離度的情況下,  楊木可以降低20%的能耗,  挪威云杉降低13%的能耗。Kashino利用IZU-  154  對闊葉木和針葉木生物機械漿進行了研究,  發現粗磨的山毛櫸機械漿經真菌處理7  天以后,  可使后續漿能量消耗降低1/3～1/2,  且強度性能得到改善;  經粗磨的云杉機械漿和紅松漿采用真菌處理10～14  天,  磨漿能耗約降低1/3,強度性能也有所改善。 

生物方法預處理木片一般都采用白腐菌等,  這些菌種可以產生木素過氧化物酶、二價過氧化酶和漆酶,  預處理木片的主要影響因素是菌種種類、酶用量、pH  值、溫度和濃度、原料材種等。

3  生物漂白

生物酶促漂白技術,  主要是利用半纖維素酶部分酶解纖維細胞中的半纖維素,  使木素更容易與漂劑反應而溶出,  從而提高漂后漿的白度,  減少漂劑的用量。半纖維素酶有助于硫酸鹽紙漿的漂白,  可以實現經濟的生物技術應用于紙漿的漂白,  其基本原理是根據半纖維素酶(  木聚糖酶和甘露糖酶)  能引起紙漿中碳水化合物結構的改性而提高脫木素作用。這種酶能使紙漿中部分半纖維素解聚,  促進漂白化學藥品從紙漿中除去殘留木素。

1989  年芬蘭率先進行應用木聚糖酶預處理硫酸鹽紙漿的工業化試驗。目前,  北歐和北美地區的許多制漿造紙工廠將這一生物技術應用于漂白硫酸鹽漿的工業化生產。智利制漿廠在藍桉和亮藍桉木硫酸鹽制漿漂白過程中,  采用商品木聚糖酶預處理未漂白的桉木硫酸鹽紙漿,  并結合無元素氯漂白順序DEopD結果節省二氧化氯12%～40%  ,  而對漂白漿強度沒有影響,  白度達到90%ISO。

4  廢紙生物脫墨

由于木材纖維原料的短缺,  利用廢紙資源作為造紙原料的需求日益增加。廢紙的再生利用,  關鍵是脫墨。傳統的脫墨工藝分為洗滌法和浮選法兩大類。洗滌法設備簡單,  投資小,  但用水量大,  環境污染負荷大,  大多見于中小企業。現代大型脫墨生產線通常采用浮選法或浮選法為主洗滌法為輔的工藝。這兩種脫墨工藝都為化學法脫墨所用,  而化學法脫墨化學藥品消耗大,  對環境污染嚴重,  紙漿易產生"  堿性發黑"現象。隨著生物技術的發展,  酶用于廢紙脫墨技術的研究應運而生。