bioecon Раздел для участников
Технология · Лес и биоматериалы / Целлюлоза и лигнин

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.

Риск: средний Лесное хозяйство US · EU · CN проверено 2026-07-05 · 16 Источники

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:

  1. 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.
  2. Делигнификация системой лакказа-медиатор: совместное использование лакказы и низкомолекулярных органических медиаторов (например, HBT) для избирательного разрушения макромолекул лигнина без деградации прочности целлюлозных волокон.
  3. Онлайн-контроль числа Каппа: мониторинг содержания остаточного лигнина (число Каппа) в реальном времени для точной калибровки дозировки фермента и требований химической стадии отбеливания.
  4. 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#

УровеньОписаниеКлючевые входы/выходы
Ферментация штаммаКультивирование 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 стабилизацияЦентрифугирование 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 ферментаДозирование 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 башнеМедленная 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 доработкаПромывка 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 сушкаПрецизионный 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

D1Отбелка целлюлозы с ферментативной предотбелкой ксиланазой и процессами ECF/TCF (кислород, пероксид, озон) — вместо отбелки молекулярным хлором; с биологической очисткой стоков
Заменяет: Отбелка сульфатной/сульфитной целлюлозы молекулярным хлором (Cl2) и гипохлоритом; снижает расход диоксида хлора в ECF
CHEM
D1Контроль биоплёнок ферментами и бактериофагами вместо окисляющих и неокисляющих биоцидов в оборотной и технологической воде
Заменяет: Окисляющие биоциды (хлор, бром, диоксид хлора, режимы с надуксусной кислотой) и неокисляющие (изотиазолиноны, ЧАС, DBNPA, глутаровый …
WATER
D1Менее токсичное крашение текстиля и биологическая очистка красильных стоков — восстановление индиго на биосырье и ферментативные пути, микробные пигменты и биологическое обесцвечивание стоков — вместо восстановления дитионитом натрия, синтетического индиго из анилина и неочищенных или химически очищенных стоков
Заменяет: Дитионит (гидросульфит) натрия для кубового восстановления индиго, синтетическое индиго из анилина (следы анилина в окрашенном дениме), …
CHEM
D3Мокрая обработка текстиля ферментами — биоочистка (пектиназа), ферментативное расшлихтование (амилаза), целлюлазная «биоварка» и отбеливание денима лакказой, удаление пероксида каталазой — вместо щелочной очистки, варки с пемзой, распыления перманганата калия и гипохлоритной отбелки
Заменяет: Горячая очистка гидроксидом натрия, кислотное/окислительное расшлихтование, пемза, распыление перманганата калия (PP), отбелка денима …
CHEM
D1Биоконсервация сырой и минимально обработанной пищи бактериофагами, защитными культурами и бактериоцинами (низин) — вместо хлорной мойки и части синтетических консервантов
Заменяет: Хлорная (гипохлоритная) мойка свежесрезанной продукции и тушек птицы (побочные продукты — хлораты, тригалометаны); часть синтетических …
FOOD
D1Бытовая и профессиональная уборка без триклозана, избытка четвертичных аммониевых соединений (ЧАС) и рутинного хлора — обычное мыло, ферментные моющие средства и пробиотические (Bacillus) очистители
Заменяет: «Антибактериальное» мыло и продукты с триклозаном и триклокарбаном, рутинное применение дезинфицирующих спреев/салфеток с ЧАС и хлорного …
CHEM

3 · Как внедрить 6 шагов

  1. 1
    Ферментация T. reesei (ферментер 100 м³)Ферментация и культивирование
    Рекомбинантный 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 Китай
    12,000 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.”
  2. 2
    Фильтрация мицелия и концентрирование ультрафильтрациейОчистка и downstream
    Культуральная 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).”
    ✓ ISO 9001 5m3 per day
    “By product recovery”
    Apical Индонезия
    промышленный 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 Индия
    промышленный масштаб
    “Research culture and capabilities: high-throughput screening, enzyme and protein identification and characterization, fermentation upscaling, and downstream processing.”
    Genting Plantations Малайзия
    765 mt/hour промышленный масштаб
    “Downstream processing capabilities (refinery and biodiesel) to capture value beyond upstream plantations.”
    Algal Bio Япония
    промышленный масштаб
    “・Equipped with comprehensive downstream processing capabilities (Concentration, sterilization, and drying)”
  3. 3
    Дозирование ксиланазы в поток небеленой целлюлозыПрименение и сервис на месте
    Стабилизированный 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 автоматически
    163,050 tonnes
    “is one of the leading non-state-owned providers of integrated oilfield service in China.”
    BARformula Малайзия
    промышленный 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 …”
    FutureFarms Индия
    промышленный масштаб
    “Agronomy Support and Farm Operation Services.”
    AFRIKELP ЮАР
    “With a background in agronomic engineering and fertigation studies, he brings extensive expertise in plant physiology, irrigation, and precision farming.”
    “The Namibian Agronomic Board (NAB) is a regulatory body that was created in terms of the Agronomic Industry Act, Act 20 of 1992.”
  4. 4
    Ферментация в реакционной башне при 75°CФерментация и культивирование
    Пульпа 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 Китай
    12,000 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.”
  5. 5
    Промывка целлюлозы и стадии химического отбеливания
    Обработанное 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.
  6. 6
    Химическая доработка и B2B-сушкаОчистка и downstream
    Готовая 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).”
    ✓ ISO 9001 5m3 per day
    “By product recovery”
    Apical Индонезия
    промышленный 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 Индия
    промышленный масштаб
    “Research culture and capabilities: high-throughput screening, enzyme and protein identification and characterization, fermentation upscaling, and downstream processing.”
    Genting Plantations Малайзия
    765 mt/hour промышленный масштаб
    “Downstream processing capabilities (refinery and biodiesel) to capture value beyond upstream plantations.”
    Algal Bio Япония
    промышленный масштаб
    “・Equipped with comprehensive downstream processing capabilities (Concentration, sterilization, and drying)”

4 · Кто поставит

Подобранные поставщики (подобраны автоматически)

NovonesisДанияПроизводительработает
EDT-Enzymatic Deinking Technologies, LLCСШАУслуги / консалтингработает
Ittihad Paper Mill LLCОАЭПроизводительработает
Varuna BiotechnologyОАЭПроизводительработает
Suzano (B3: SUZB3)БразилияНаука / R&Dработает
Abu Dhabi National Paper MillОАЭПроизводительработает
CMPC (BCS: CMPC)ЧилиПроизводительработает
Vland Biotech 蔚蓝生物 (SSE 603739)КитайНаука / R&Dработает
Sappi (JSE: SAP)ЮАРПроизводительработает
Musim Mas GroupИндонезияНаука / R&Dработает
Sunson Industry Group Co., LtdКитайНаука / R&Dработает
EcoOils GroupМалайзияПроизводительработает

Ведущие компании и институты (из обзора)

Компания / ИнститутСтранаКлючевые продукты / платформыТехнологические особенностиСтатус на 2026 год
Novonesis🇩🇰 ДанияПортфель ферментов для целлюлозно-бумажной промышленностиВедущий мировой разработчик/поставщик ферментов, снижение затрат/воздействия (2025)commercial
Buckman Laboratories🇺🇸 СШАAckumen MCA-iПредиктивное дозирование и мониторинг процесса в реальном времениcommercial
Metsä Fibre🇫🇮 ФинляндияКомбинат биопродуктов в КемиЗамкнутая переработка воды, модернизация варочной системы (2026)commercial
Shandong Sun Paper🇨🇳 КитайЛинии бамбуковой/древесной целлюлозыКрупнейший частный бумажный холдинг Китая, расширение мощностейcommercial

5 · Правила и путь на рынок

Путь в РФ / ЕАЭС: CHEM · Минпромторг (регистрация) / Роспотребнадзор (уведомление о новых веществах)
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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

  1. Buckman laboratories — 2024-10-30T00:00:00.000Z
  2. Buckman laboratories — 2026-02-04T00:00:00.000Z
  3. Buckman laboratories — 2024-02-16T00:00:00.000Z
  4. Buckman laboratories — 2026-06-22T00:00:00.000Z
  5. Buckman laboratories — 2026-03-24T00:00:00.000Z
  6. Metsa fibre — 2026-01-08T00:00:00.000Z
  7. Metsa fibre — 2026-05-12T00:00:00.000Z
  8. Metsa fibre — 2026-01-26T00:00:00.000Z
  9. Metsa fibre — 2026-02-02T00:00:00.000Z
  10. Metsa fibre — 2026-04-13T00:00:00.000Z
  11. Novonesis — 2025-08-01T00:00:00.000Z
  12. Novonesis — 2026-02-04T00:00:00.000Z
  13. Novonesis — 2025-05-29T00:00:00.000Z
  14. Novonesis — 2025-09-22T00:00:00.000Z
  15. Novonesis — 2025-10-09T00:00:00.000Z
  16. Shandong sun paper — 2026-07-05