从木材到纸须经分离木纤维彼此相连部分的复杂过程，然后制成一张纸。木材里，木质素胶与纤维融为一体、两者均可通过降解和迁移木质素（化学纸浆）来分离，或采用机械物理猛然撕裂各个纤维（机械纤浆）。两种应用在纸产业中都缺一不可；估计，每年生产化学纸浆1.2亿吨，机械纸浆3500万吨。化学和机械纸浆各有其特性，具不同的市场销路。许多纸产品包括了两种纸浆成分，其数量比例依所要求的用途特性而定。

机械纸浆的显著优点是产量很高，可达粗材料重量的95%。与此对照，化学纸浆的产量通常低于50%。由于机械纸浆产量极高故比化学纸浆便宜，而且机械纸浆厂基本花费低于化学造纸厂。

机械纸浆纤维的挺度和光散射能力在一些纸中显示了优势，因此提高了挺度、膨松度和不透明性。然而，机械纸浆纤维中高含量的木质素降低了纸张的质量：纤维几乎无柔性。且粘合性差，因而纸张强度低。另一个问题是机械纸浆暴露于阳光后趋黄。这种“光泽度逆转”源于纸浆纤维中木质素的光化学氧化作用（化学纸浆无“光泽度逆转”现象因为其中的木质素含量低），逆转仅限于用机械纸浆制成的纸张因而保持其长寿是重要的。况且，机械造纸要耗费许多电。电是昂贵的，其成本在继续增长。显著的商业刺激可减轻机械纸浆（低强度、光泽度逆返和高耗能）的不利因素，维持产量高、成本低的优势。

生物技术在纸浆生产中的应用

适合于纸浆生产的木材和其它粗材料均出自生物学，且容易在自然环境中降解。人们认为生物学的处理，尤其是生物学木质素的降解技术适用于纸浆加工业是合乎逻辑的。调查研究已证明三种统一体的生物学梯级处理方法已进入纸浆生产中。很少注意到重要的生物学处理已用于化学纸浆生产中，但有一报告已发表：先用金孢子展齿革菌处理白杨片屑所生产的牛皮纸浆（大多数用化学纸浆法生产）改善了纸浆的张力和暴破强度，但降低了抗断强度、光泽度和产量。

生产机械纸浆通常分两步。第一步（初级提练或纤维分离）将木片碎为单个纤维。紧接着，第二阶段的提炼疏松纤维结构以增加纤维柔性及疏松纤维表而原纤维结构。这样可有效增强纤维的粘合力。

生物学技术可有效地处理纤维已初步分离的粗糙之机械纸浆而这已经实践的检验。处理类似的纸浆用各种可溶木质素真菌，主要有变色栓菌，金孢子展齿革菌和糙皮蚝菌以增加纸的抗张强度。用金孢子展齿革菌处理可减少下一步提炼纸浆的电能耗费。最近，专家对用几种木质素降解真菌处理和未处理的纤维分离效果进行了比较。先用真菌处理的纸浆张力效益显著而各自的提炼是有效的。总之，所测试的真菌中，先处理均更有效地增强了纸浆的强度，

生物化学纸浆

实验范围内真菌预处理技术在固体状态发酵条件下已得到应用、用聚丙烯袋包裹的简单气体罐、铁箱，特殊设计的转筒式生物反应器已成功的用于作为集装箱的实验环境。木片屑（3~8 mm/厚）增加了用养料溶解和高压蒸锅杀菌的程序。然后将生长于细菌培养基或液体培养液里的真菌丝接种至木屑或禾谷类植物上。片屑接种在高度潮湿、25~40℃温度中进行最佳以特殊真菌的生长，通过过滤和振荡加强足够的通风以补充氧。木片可断续搅动以配合接种和湿度。2~6周后，真菌菌丝群系遍布木片并沿纤维孔中心、纤维壁的软化和隆起处生长。

短孢射脉菌降低了提炼所需能源的47%。成列射脉菌、金孢子展齿革菌、毛柄鳞伞、射脉蚝菌也可节约许多的电能，尤其在初级提炼阶段。不是所有的木质素——降解真菌都有效，变色栓菌就不能导致任何明显有变的能源节约，甚至它可引发贵重的木材腐烂。脱木质素的位置区分是重要的。变色栓菌降解木质素局限于纤维壁内表面而真菌更有效的是迁移所有木壁层的木质素。

用溶木质素真菌预处理硬木增加了生物化学纸浆加工成的纸张强度，射脉蚝菌纸产品增加了80%的抗张强度。金孢子展齿革菌、成列射脉菌、短孢射脉菌、毛柄鳞伞、D · squalens和淡黄卧孔菌也明显增加了纸浆的抗张张度。节能方面，变色栓菌产生了最小的效果（即使如此，它也增加了20%的强度）。通过真菌处理的纸浆爆破强度和抗断强度也增加了。用射脉蚝菌处理片木加工成的纸浆其暴破强度控制了270%。抗断强度控制了210%。通过真菌处理单个纤维拉力强度没变化，如纸张拉力增加均由纤维间较好的粘合力所致。生化纸浆纤维显示了原纤维状结构表面的增加和低于其它机械纸浆纤维的挺度的性能，构成了较佳的粘合力。

在能源节约和改善强度间有松散的相关性，其间，真菌促使了不多的节能和低的强度改善。总之，从通常趋势看来，较好的种类应用，显示出明显独特差异。强度结构的改善细节可能不同于能源节约。在种类调查中，射脉蚝菌、金孢子展齿革菌促成了最佳的高能节约和高强度的改善。

用C?subvermispora和金孢子展齿革菌处理机械加工的白杨和桦木类所获效益已被确认。但真菌处理桉树不尽人意。在麦迪逊，人们发现溶木质素真菌处理针叶木后其强度无明显改善，但Setliff等发现，用C. Subvermispora和金孢子展齿革菌处理黑云杉制成的纸浆其抗张和抗断强度有所增加。它测试所有的木质素降解真菌在纸浆中具较低的光泽度。光泽度恢复可用过氧化氢漂白纸浆，但不得妨碍生物学的处理。真菌处理过的纸浆也减少了光散射系数，使造出的纸张更趋透明和光泽。减少散射也许与增加生化纸浆纤维间的粘合力相关。真菌丝对纸浆的光泽度和暗度的作用未检测，但希望小（根据生物量百分率）。真菌处理时，配合增加碳酰和其它平伏结构而促使木质素光化学氧化作用，可能加重纸浆的光泽度逆返；这是显而易见的但还没检验。

真菌处理进入机械造纸厂所获得的初步综合经济效果分析很突出。估计唯有节约提炼能源是受欢迎的，这里不包括改善纸浆的强度。40%纸浆总产量电耗费成倍用在木片屑方面。能源的耗费90%归于电的持续提炼。节约40%电提炼量每吨可降低操作费33美元。一个中等造纸厂，采用真菌处理设备的节约足以补偿1000万美元的投资，加之生物处理操作加工每吨只花26.4美元。能源的大量节约将增加相当的真菌处理耗费和更有效的真菌处理选择应用的较好的电的花费。如真菌处理每吨木材的实际花费少于33美元，造纸厂应用该技术肯定盈利。这个分析不包括估算的真菌处理花费，但现认为真菌处理每吨木纸浆的资金将低于33美元是中肯的。

未来的发展

显然，许多附属研究是必不可少的在生物纸浆大量应用于工业实践之前。这些研究涉及三个主要方面。

首先，寻求较好的真菌菌株，现只有少数估计2000种所知溶木质素真菌试验过，所列大多数每个种只有1至2个分离菌已测试，不可能在短培育期内证明成功的好品系与生物纸浆相关。同样仍不能测定自然变异，通过传统的和分子遗传技术可能改变真菌的生物化学和生物学的特性。已发现真菌具节能和改善纸张的明显功效。现在的重点是更快挖掘真菌强大的竞争能力及作用。

发酵技术学

另一方面是发酵的研制，包括适宜真菌生长的最佳条件，设计反应器以提供最适繁殖条件，扩大发酵。用木质素降解真菌处理片屑是一种固态发酵。这种发酵工程并非容易，但用包括可溶木质素真菌固态发酵，已日趋为人们关注。要求的规模任务是艰巨的，建立一个相对小的造纸厂每天生产272吨机械纸浆，用真菌处理7天，反应器须控制2100吨木片屑（~15000 m³）。氧设备，消除代谢热，维持无菌细胞的有效技术适宜真菌生理学家及工程师间的共同研究。

机械降解机理

第三，重点是调查研究真菌的有效机制通过真菌。至少，木质素降解显露担负了节约提炼能源和增加产品纤维中的粘合力的作用。总之，细节不甚清楚，通常能源节约和强度的改善与木质素大量迁移，甚至相互间的关系不密切。研究显示迁移或改变木片细胞壁里的特殊点是一决定因素，这点终将被证明。

用溶木质素真菌处理不仅可降低机械纸浆的能耗，还有增加纸浆强度的收利。节能和排除废料水流能导致造纸业的环境改善。发展生物机械纸浆有望成为更有效和爱惜生态环境的造纸方式。

〔Tibtech，1991年8月号〕