Ферментативное отбеливание целлюлозы
Термостабильные ксиланазы и системы лакказа-медиатор, вносимые непосредственно в горячую небеленую сульфатную целлюлозу на бумажных комбинатах, сокращающие потребление диоксида хлора на 20-30% и токсичные сточные воды AOX, продвигая отрасль к стандартам полностью бесхлорного производства.
1 · Что даёт
Ферментативное отбеливание целлюлозы использует термостабильные ксиланазы и системы лакказа-медиатор, вносимые непосредственно в горячую небеленую сульфатную целлюлозу на бумажных комбинатах для предварительного разрыхления гемицеллюлозно-лигниновой матрицы, сокращая требуемый диоксид хлора на последующих химических стадиях отбеливания на 20-30% и существенно снижая выброс токсичных хлорорганических соединений (AOX) в сточные воды комбината. Рекомбинантные штаммы Trichoderma reesei ферментируются для производства ксиланазы высокой удельной активности, которую комбинаты вносят прямо в поток небеленой целлюлозы после варки, делая технологию быстрой и экономически выгодной для интеграции на существующих сульфатных комбинатах только за счёт экономии химикатов и энергии на размол. Ферментативные решения Novonesis для производства бумаги продолжают сокращать затраты и экологическое воздействие, согласно отраслевому освещению сентября 2025 года её бизнеса ферментов для целлюлозно-бумажной промышленности. Buckman Laboratories предлагает свою платформу мониторинга и управления в реальном времени Ackumen MCA-i, стабилизирующую химические и микробиологические процессы в производстве бумаги через предиктивное дозирование. Комбинат биопродуктов Metsä Fibre в Кеми, Финляндия, продолжает развивать инновации водоэффективности, перерабатывая воду по замкнутому циклу и очищая сточные воды для минимизации воздействия на близлежащие водоёмы, при этом компания также объявила в мае 2026 года о модернизации варочной системы комбината в Кеми в сотрудничестве с Andritz для повышения доступности и гибкости сырья. Shandong Sun Paper, базирующаяся в провинции Шаньдун, продолжает расширять производственные мощности бумаги, включая инвестиции примерно в 2 млрд юаней в завод офсетной печатной бумаги мощностью 450,000 тонн/год на своей базе в Цзинине.
Основные направления ферментативного отбеливания целлюлозы:
- Термостабильное ксиланазное пре-отбеливание: обработка небеленой сульфатной целлюлозы ксиланазами при 70-80°C и pH 8.0, избирательно гидролизующая гемицеллюлозный ксилан для облегчения последующего химического удаления остаточного лигнина.
- Делигнификация системой лакказа-медиатор: совместное использование лакказы и низкомолекулярных органических медиаторов (например, HBT) для избирательного разрушения макромолекул лигнина без деградации прочности целлюлозных волокон.
- Онлайн-контроль числа Каппа: мониторинг содержания остаточного лигнина (число Каппа) в реальном времени для точной калибровки дозировки фермента и требований химической стадии отбеливания.
- Снижение AOX до стандартов TCF/ECF: ферментативная предобработка, снижающая потребность в активном хлоре, продвигающая комбинаты к стандартам отбеливания без элементарного хлора и полностью бесхлорного производства.
Секторальная цепочка создания стоимости#
[Культивирование рекомбинантного штамма T. reesei] ──> [Ультрафильтрация, концентрирование и розлив фермента] ──> [Дозирование ксиланазы в поток целлюлозы комбината (B2B)]
│
(Ферментативная выдержка в реакционной башне)
│
[ECF/TCF отбеливание, сушка целлюлозы и контроль Каппа] <──────────────────────────────────────────────────┘
Уровни цепочки создания стоимости#
| Уровень | Описание | Ключевые входы/выходы |
|---|---|---|
| Ферментация штамма | Культивирование рекомбинантного Trichoderma reesei на среде с индукцией лактозой для синтеза ксиланазы высокой удельной активности. | Вход: Штамм-продуцент, ферментер, индукционная среда с лактозой. Выход: Ксиланаза-обогащённая культуральная жидкость. |
| Концентрирование и стабилизация | Центрифугирование для отделения мицелия гриба, ультрафильтрация (отсечка 30 кДа) для концентрирования фермента примерно в 10 раз, стабилизация пропиленгликолем. | Вход: Культуральная жидкость, мембраны ультрафильтрации, стабилизатор. Выход: Стабилизированный жидкий концентрат ксиланазы. |
| Дозирование фермента | Дозирование стабилизированного концентрата ксиланазы плунжерными насосами высокого давления непосредственно во всасывающий коллектор массного насоса комбината перед башней отбеливания. | Вход: Концентрат ксиланазы, плунжерные дозирующие насосы. Выход: Ферментированный поток небеленой целлюлозы. |
| Выдержка в реакционной башне | Медленная прокачка пульпы консистенцией 10-12% через адиабатическую реакционную башню в течение примерно 2 часов при 75°C и pH 8.0. | Вход: Ферментированный поток пульпы, адиабатическая реакционная башня. Выход: Обработанная ксиланазой пульпа с разрушенным ксилановым барьером. |
| Промывка и химическая доработка | Промывка обработанного волокна на дисковых фильтрах, затем направление на стадии кислородно-щелочной и диоксид-хлорной доработки. | Вход: Обработанная целлюлоза, деионизированная вода, химические отбеливающие агенты. Выход: Полностью отбелённая целлюлоза, готовая к верификации числа Каппа. |
| Контроль Каппа и сушка | Прецизионный онлайн-мониторинг числа Каппа (остаточного лигнина) перед сушкой готовой товарной целлюлозы. | Вход: Отбелённая целлюлоза, приборы титрования Каппа. Выход: Сертифицированная, высушенная товарная целлюлоза для B2B-отгрузки. |
Сквозные технологии сектора:
- Термостабильное ксиланазное пре-отбеливание: ферментативная обработка небеленой сульфатной целлюлозы при 70-80°C и pH 8.0, избирательно гидролизующая гемицеллюлозный ксилан для облегчения последующего химического удаления остаточного лигнина.
- Делигнификация системой лакказа-медиатор: совместное использование лакказы и низкомолекулярных органических медиаторов (например, HBT) для избирательного разрушения макромолекул лигнина без деградации прочности целлюлозных волокон.
- Кинетическое моделирование числа Каппа: описание хода делигнификации во времени выдержки в реакционной башне как функции активности фермента и концентрации ингибирующих свободных сахаров, позволяющее точную калибровку процесса.
2 · Что заменяет 6
3 · Как внедрить 6 шагов
- 1Ферментация T. reesei (ферментер 100 м³)Ферментация и культивированиеРекомбинантный штамм Trichoderma reesei культивируется в ферментере объёмом 100 м³ в течение 120 часов при 28°C на среде с лактозой для индукции синтеза ксиланазы.Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически✓ ISO 9001 промышленный масштаб“Our manufacturing facilities are equipped with the Solid State Fermentation technology, enabling the large-scale production of enzymes with consistent quality and performance.”✓ ISO 9001 500 m3“Technology: microbial fermentation with ~500 m3 fermentation capacity; 15+ patents; developed/upscaled probiotic production technologies.”✓ ISO 9001 промышленный масштаб“2026-08-27 [蔚蓝生物上半年净利增长超四成 海外版图加速扩张 — 蔚蓝生物(SSE 603739)2026年上半年实现营业收入7.10亿元、同比增8.8%,净利润3,856万元,同比增长44.33%,现金流大幅改善。公司海外扩张提速,境外收入达9632.54万元,同比增长66.41%,在美国、越南、印尼设立子公司,推动“全球本土化”布局并提升抗周期 …”Leveking Biotech Китай✓ ISO 9001 2,000 m³ промышленный масштаб“2,000 m³ fermentation capacity; annual output target 15,000 tons natural preservative products, 200 tons high-activity food enzymes, 2,000 tons compound preservative solutions).”XIKE Enzymes Китай12,000 tons промышленный масштаб“History and scale: 20 years in operation; two production bases (Fuzhou and Gutian, Fujian) with 600 metric-ton fermentation capacity and 20,000 metric tons annual output; …”Maps Enzymes Индия“It operates a 57,000-square-meter production facility in Oran, utilizing both solid-state and submerged fermentation technologies.”
- 2Фильтрация мицелия и концентрирование ультрафильтрациейОчистка и downstreamКультуральная жидкость центрифугируется для отделения мицелия гриба; осветлённый раствор пропускается через спиральные мембранные элементы ультрафильтрации (отсечка 30 кДа) для концентрирования фермента примерно в 10 раз, стабилизируется пропиленгликолем.Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически✓ ISO 9001 500 m3“Development of robust, scalable fermentation and downstream processing (production and recovery/yield optimization).”Apical Индонезияпромышленный масштаб“Our vertically integrated mid-stream refining and value-added downstream processing makes us an integral supplier that supports the food, feed and renewable fuel needs across …”Zytex Индияпромышленный масштаб“Research culture and capabilities: high-throughput screening, enzyme and protein identification and characterization, fermentation upscaling, and downstream processing.”Genting Plantations Малайзия765 mt/hour промышленный масштаб“Downstream processing capabilities (refinery and biodiesel) to capture value beyond upstream plantations.”Algal Bio Японияпромышленный масштаб“・Equipped with comprehensive downstream processing capabilities (Concentration, sterilization, and drying)”
- 3Дозирование ксиланазы в поток небеленой целлюлозыПрименение и сервис на местеСтабилизированный жидкий концентрат ксиланазы дозируется плунжерными насосами высокого давления непосредственно во всасывающий коллектор массного насоса комбината перед башней отбеливания, в дозе 0.5-1.0 кг ферментного препарата на тонну абсолютно сухого волокна.Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически163,050 tonnes“is one of the leading non-state-owned providers of integrated oilfield service in China.”BARformula Малайзияпромышленный масштаб“Four tiers, selected at site scoping based on the soil profile and the agronomic objectives at that site.”промышленный масштаб“Trait development: first-generation insect resistance and herbicide-tolerance (PEST/WEED) traits, with field trials and subsequent incorporation into elite inbred lines and partner …”AFRIKELP ЮАР“With a background in agronomic engineering and fertigation studies, he brings extensive expertise in plant physiology, irrigation, and precision farming.”Namibian Agronomic Board (NAB) Намибия“The Namibian Agronomic Board (NAB) is a regulatory body that was created in terms of the Agronomic Industry Act, Act 20 of 1992.”
- 4Ферментация в реакционной башне при 75°CФерментация и культивированиеПульпа консистенцией 10-12% медленно прокачивается через адиабатическую реакционную башню в течение примерно 2 часов при 75°C и pH 8.0, где ксиланаза разрушает ксилановый барьер вокруг остаточного лигнина.Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически✓ ISO 9001 промышленный масштаб“Our manufacturing facilities are equipped with the Solid State Fermentation technology, enabling the large-scale production of enzymes with consistent quality and performance.”✓ ISO 9001 500 m3“Technology: microbial fermentation with ~500 m3 fermentation capacity; 15+ patents; developed/upscaled probiotic production technologies.”✓ ISO 9001 промышленный масштаб“2026-08-27 [蔚蓝生物上半年净利增长超四成 海外版图加速扩张 — 蔚蓝生物(SSE 603739)2026年上半年实现营业收入7.10亿元、同比增8.8%,净利润3,856万元,同比增长44.33%,现金流大幅改善。公司海外扩张提速,境外收入达9632.54万元,同比增长66.41%,在美国、越南、印尼设立子公司,推动“全球本土化”布局并提升抗周期 …”Leveking Biotech Китай✓ ISO 9001 2,000 m³ промышленный масштаб“2,000 m³ fermentation capacity; annual output target 15,000 tons natural preservative products, 200 tons high-activity food enzymes, 2,000 tons compound preservative solutions).”XIKE Enzymes Китай12,000 tons промышленный масштаб“History and scale: 20 years in operation; two production bases (Fuzhou and Gutian, Fujian) with 600 metric-ton fermentation capacity and 20,000 metric tons annual output; …”Maps Enzymes Индия“It operates a 57,000-square-meter production facility in Oran, utilizing both solid-state and submerged fermentation technologies.”
- 5Промывка целлюлозы и стадии химического отбеливанияОбработанное волокно промывается деионизированной водой на дисковых фильтрах, после чего направляется на более щадящие стадии кислородно-щелочной и диоксид-хлорной химической доработки, при этом вентили отбора проб обеспечивают прецизионный онлайн-контроль числа Каппа перед финальной сушкой.
- 6Химическая доработка и B2B-сушкаОчистка и downstreamГотовая целлюлоза проходит финальную верификацию белизны и числа Каппа перед сушкой и фасовкой для отгрузки производителям бумаги.Кто может выполнить этот шаг подобраны автоматически✓ ISO 9001 500 m3“Development of robust, scalable fermentation and downstream processing (production and recovery/yield optimization).”Apical Индонезияпромышленный масштаб“Our vertically integrated mid-stream refining and value-added downstream processing makes us an integral supplier that supports the food, feed and renewable fuel needs across …”Zytex Индияпромышленный масштаб“Research culture and capabilities: high-throughput screening, enzyme and protein identification and characterization, fermentation upscaling, and downstream processing.”Genting Plantations Малайзия765 mt/hour промышленный масштаб“Downstream processing capabilities (refinery and biodiesel) to capture value beyond upstream plantations.”Algal Bio Японияпромышленный масштаб“・Equipped with comprehensive downstream processing capabilities (Concentration, sterilization, and drying)”
4 · Кто поставит
Подобранные поставщики (подобраны автоматически)
| Novonesis | Дания | Производитель | работает |
| EDT-Enzymatic Deinking Technologies, LLC | США | Услуги / консалтинг | работает |
| Ittihad Paper Mill LLC | ОАЭ | Производитель | работает |
| Varuna Biotechnology | ОАЭ | Производитель | работает |
| Suzano (B3: SUZB3) | Бразилия | Наука / R&D | работает |
| Abu Dhabi National Paper Mill | ОАЭ | Производитель | работает |
| CMPC (BCS: CMPC) | Чили | Производитель | работает |
| Vland Biotech 蔚蓝生物 (SSE 603739) | Китай | Наука / R&D | работает |
| Sappi (JSE: SAP) | ЮАР | Производитель | работает |
| Musim Mas Group | Индонезия | Наука / R&D | работает |
| Sunson Industry Group Co., Ltd | Китай | Наука / R&D | работает |
| EcoOils Group | Малайзия | Производитель | работает |
Ведущие компании и институты (из обзора)
| Компания / Институт | Страна | Ключевые продукты / платформы | Технологические особенности | Статус на 2026 год |
|---|---|---|---|---|
| Novonesis | 🇩🇰 Дания | Портфель ферментов для целлюлозно-бумажной промышленности | Ведущий мировой разработчик/поставщик ферментов, снижение затрат/воздействия (2025) | commercial |
| Buckman Laboratories | 🇺🇸 США | Ackumen MCA-i | Предиктивное дозирование и мониторинг процесса в реальном времени | commercial |
| Metsä Fibre | 🇫🇮 Финляндия | Комбинат биопродуктов в Кеми | Замкнутая переработка воды, модернизация варочной системы (2026) | commercial |
| Shandong Sun Paper | 🇨🇳 Китай | Линии бамбуковой/древесной целлюлозы | Крупнейший частный бумажный холдинг Китая, расширение мощностей | commercial |
5 · Правила и путь на рынок
государственная регистрация ~10–15 рабочих дней после экспертизы; новые вещества требуют уведомления
Информация, не юридическая консультация — уточните процедуру для вашего продукта. (2026-10-06)
США
США сосредотачивают внедрение ферментативного отбеливания на снижении энергозатрат размола и автоматизации процессов в реальном времени, а не только на мандатах снижения хлора.
Платформа мониторинга Ackumen Buckman, координация исследований IPST, фокус на снижении энергозатрат размола#
- Платформа мониторинга Ackumen Buckman: предлагает свою платформу мониторинга и управления в реальном времени Ackumen MCA-i, стабилизирующую химические и микробиологические процессы в производстве бумаги через предиктивное дозирование, корректирующее нормы внесения ксиланазы.
- Координация исследований IPST: исследования координируются через Институт бумажной науки и технологии при Технологическом институте Джорджии, при этом американские комбинаты внедряют ферменты для снижения энергопотребления на стадии размола (рафинирования) волокна.
- Фокус на снижении энергозатрат размола: внедрение ферментативной предобработки на комбинатах США в существенной степени движимо экономией энергии при механическом размоле волокна, дополняя выгоды снижения химикатов, реализуемые в других регионах.
Евросоюз
Европейский союз удерживает безусловное мировое лидерство в биотехнологическом отбеливании целлюлозы, при этом скандинавские комбинаты полностью отказались от элементарного хлора в пользу ферментативной предобработки.
Лидерство ферментативных решений Novonesis, комбинат биопродуктов Metsä Fibre в Кеми, внедрение стандартов ECF/TCF#
- Novonesis: продолжает сокращать затраты и экологическое воздействие в производстве бумаги через свой бизнес ферментативных решений, согласно отраслевому освещению сентября 2025 года, сохраняя позицию ведущего мирового разработчика и поставщика коммерческих ферментов для целлюлозно-бумажной промышленности.
- Комбинат биопродуктов Metsä Fibre в Кеми: продолжает развивать инновации водоэффективности, перерабатывая воду по замкнутому циклу и очищая сточные воды для минимизации воздействия на близлежащие водоёмы, объявив в мае 2026 года о модернизации варочной системы комбината в сотрудничестве с Andritz для повышения доступности и гибкости сырья.
- Внедрение стандартов ECF/TCF: скандинавские бумажные группы полностью отказались от элементарного хлора, массово внедрив ферментативное пре-отбеливание по стандартам без элементарного хлора и полностью бесхлорного производства, при этом поддерживаемые ЕС исследования нацелены на ультратермостабильные ксиланазы, работающие до 90°C.
Китай
Китай — крупнейший в мире производитель бумаги, столкнувшийся с дефицитом хвойной древесины, масштабирует ферментативное отбеливание специально для переработки бамбука и другого недревесного волокна с повышенным содержанием гемицеллюлозы.
Расширение мощностей Shandong Sun Paper, потребности переработки бамбуковой целлюлозы, снижение себестоимости отечественных ферментов#
- Shandong Sun Paper: базируясь в провинции Шаньдун, продолжает расширять производственные мощности бумаги, включая инвестиции примерно в 2 млрд юаней в завод офсетной печатной бумаги мощностью 450,000 тонн/год на своей базе в Цзинине, части крупнейшего частного бумажного холдинга страны со значительными линиями переработки бамбука.
- Потребности переработки бамбуковой целлюлозы: сталкиваясь с отечественным дефицитом хвойной древесины, китайские комбинаты всё активнее перерабатывают недревесное сырьё (бамбук, багассу, рисовую солому), для которого ферментативное ксиланазное отбеливание критично, учитывая повышенное содержание гемицеллюлозы в бамбуковой целлюлозе.
- Снижение себестоимости отечественных ферментов: китайские производители ферментов, сосредоточенные в провинции Шаньдун, существенно снизили себестоимость жидких ксиланаз, сделав технологию доступной для сотен средних бумажных фабрик по всей стране и снижая вызванную хлором нагрузку на водные ресурсы.
6 · Финансирование: тендеры и гранты
Сейчас нет подходящих открытых тендеров и грантов.
7 · Технологический стек
Стек ферментативного отбеливания целлюлозы сочетает биологию грибной ферментации с прецизионным дозирующим инструментарием:
- Штамм-продуцент и ферментная база:
- Грибные эндо-бета-1,4-ксиланазы (Trichoderma reesei, Aspergillus niger) и лакказы Trametes versicolor формируют ядро ферментной базы, стабилизируемое в жидких формуляциях глицерином, сорбитом и бензоатом натрия для продлённого срока годности.
- Кинетика снижения числа Каппа:
- Ход делигнификации в реакционной башне следует модели экспоненциального затухания, зависящей от активности ксиланазы и ингибирующего эффекта накапливающихся свободных сахаров (ксилозы, ксилобиозы) в растворе, позволяя комбинатам точно калибровать дозировку и время выдержки.
- Прецизионное дозирующее и мониторинговое оборудование:
- Плунжерные дозирующие насосы высокого давления подают стабилизированный концентрат фермента прямо в поток целлюлозы, при этом автоматические титраторы числа Каппа и белизны в сочетании с электромагнитными расходомерами консистенции обеспечивают контроль процесса в реальном времени.
Источники 16
- Buckman laboratories — 2024-10-30T00:00:00.000Z
- Buckman laboratories — 2026-02-04T00:00:00.000Z
- Buckman laboratories — 2024-02-16T00:00:00.000Z
- Buckman laboratories — 2026-06-22T00:00:00.000Z
- Buckman laboratories — 2026-03-24T00:00:00.000Z
- Metsa fibre — 2026-01-08T00:00:00.000Z
- Metsa fibre — 2026-05-12T00:00:00.000Z
- Metsa fibre — 2026-01-26T00:00:00.000Z
- Metsa fibre — 2026-02-02T00:00:00.000Z
- Metsa fibre — 2026-04-13T00:00:00.000Z
- Novonesis — 2025-08-01T00:00:00.000Z
- Novonesis — 2026-02-04T00:00:00.000Z
- Novonesis — 2025-05-29T00:00:00.000Z
- Novonesis — 2025-09-22T00:00:00.000Z
- Novonesis — 2025-10-09T00:00:00.000Z
- Shandong sun paper — 2026-07-05