Luận văn Nghiên cứu sử dụng enzyme xylanaza để tẩy trắng bột giấy của công ty giấy Bãi Bằng

mục đích thương mại kinh tế mà còn nhằm mục đích bảo vệ con người vµ môi trường sống của con người 1.5. Ứng dụng enzyme trong công nghiệp giấy 1.5.1. Cơ sở lý thuyết Như đã biết màu sẫm của bột giấy (bột hóa) sau nấu là do lignin còn sót lại trong bột gây nên. Enzyme phân huỷ lignin đã được sử dụng để xử lý phần lignin này, nhưng kết quả chưa đạt được như mong đợi. Trong khi đó, hiện nay tác nhân tẩy trắng sinh học đang được sử dụng hiệu quả là enzyme phân huỷ hemixenluloza (các hemixenlulaza). Tẩy trắng với sự trợ giúp của enzyme, và cụ thể là dùng enzyme phân huỷ hemixenluloza rất hiệu quả, dựa trên thực tế là khi một phần hemixenluloza có trong bột sau nấu bị thuỷ phân dưới tác dụng của hemixenlulaza thì khả năng tách và hòa tan lignin vào dung dịch tăng lên. Nhờ xử lý bột giấy bằng enzyme trước khi tiến hành các công đoạn tẩy trắng thông thường khác, ta có thể giảm lượng hóa chất (như hợp chất clo) dùng cho quá trình tẩy, bằng cách đó cũng giảm được lượng chất thải độc hại 26 thải ra ngoài, cải thiện được môi trường làm việc và giảm ảnh hưởng của sản xuất tới môi trường xung quanh. Như đã nêu trên, về mặt cơ chế hóa học, enzyme tác dụng lên các chủ thể chỉ khi có tiếp xúc trực tiếp, điều đó có nghĩa là sự tạo thành tổ hợp enzyme-chủ thể là giai đoạn cần thiết của quá trình xúc tác. Tiếp đó diễn ra sự biến đổi chủ thể thành các sản phẩm và tách sản phẩm, trong khi đó enzyme vẫn nguyên vẹn và giữ được khả năng thành lập liên kết với phân tử khác của chủ thể (hình 1.5) enzyme Chủ thể Tổ hợp Enzyme Sản phẩm Enzyme-chủ thể Hình 1.5. Cơ chế tác dụng của enzyme. Chính vì vậy, để enzyme có thể tiếp xúc tốt với chủ thể thì chủ thể phải có kích thước và khả năng phản ứng phù hợp. Trong số các dạng nguyên liệu thực vật và bán thành phẩm từ chúng, thì bột giấy là dạng chủ thể có thể phù hợp cho các phản ứng với sự tham gia của enzyme. Xuất phát từ cơ sở đó, enzyme đã được nghiên cứu và áp dụng cho tẩy trắng bột giấy lần đầu tiên vào năm 1986. Chỉ trong một thời gian ngắn, đến năm 1990 chúng đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất bột giấy. Đến nay các loại enzyme sử dụng cho tẩy trắng bột giấy chủ yếu là các 27 loại xylanaza. Không chỉ trong quá trình tẩy trắng, chúng còn được sử dụng cho nhiều công đoạn khác trong quá trình sản xuất bột giấy và giấy [7,20]. Xylanaza xúc tác quá trình thủy phân xylan trong bột giấy. Có thể hình dung tác dụng của xylanaza trong quá trình tẩy trắng bột giấy như sau: xylanaza xúc tác thủy phân xylan thành các thành phần nhỏ, làm cho các “mảng” đại phân tử lignin đang liên kết với xylan bị “lộ diện” và nó dễ dàng chịu tác dụng của các chất tẩy trong quá trình tẩy trắng tiếp theo. Như vậy, có thể nói xylanaza không trực tiếp là tác nhân tẩy trắng bột giấy, tức không phân hủy lignin, mà chỉ nâng cao hiệu quả tẩy trắng, như nâng cao độ trắng của bột với cùng một lượng chất tẩy sử dụng hay giảm được mức sử dụng chất tẩy ở cùng một độ trắng của bột giấy [6,14] Đối với hemixenluloza nói chung, do cấu tạo phức tạp nên cần có nhiều loại enzyme khác nhau để phân huỷ hoàn toàn. Hai loại enzyme chủ yếu có tác dụng phân huỷ mạnh mạch phân tử hemixenluloza là endo-1,4-β-D- xylanaza và endo-1,4-β-D-mananaza. Các oligosacarit bị thuỷ phân bởi 1,4-β- D-xylosidaza, 1,4-β-D-manosidaza và 1,4-β-D-glucosidaza. Trong khi đó các mạch nhánh bị phân huỷ dưới tác dụng của α-L-arabinosidaza, α-D- glucosidaza và α-D-galactosidaza. Các nhóm liên kết este trong hemixenluloza có thể bị được tách ra dưới tác dụng của axetylxylan esteraza.Trong công nghiệp người ta sản xuất hai loại hemixenlulaza là endo- 1,4 –β-D-xylanaza và endo-1,4 – β -D-mananaza, đuợc gọi tương ứng là xylanaza và mananaza, trong đó xylanaza được ứng dụng nhiều hơn trong tẩy trắng bột giấy. Tác dụng của xylanaza thể hiện ở sự phân hủy chuỗi phân tử xylan (chủ thể) thành các mảng phân tử nhỏ hơn (sản phẩm). Endoxylanaza có thể tách các liên kết yếu bất kỳ của mạch chính xylan và các liên kết lignocacbohydrat, trong khi đó endomananaza lại tách các mắt đơn phân đầu chuỗi ra khỏi chuỗi phân tử xylan bằng cách làm gián đoạn liên kết 1,4- β giữa hai phân tử xyloza [24] 28 Ngoài xylanaza ra, các enzyme trực tiếp phân hủy lignin, như laccaza cũng được nghiên cứu sử dụng. Enzyme này thuộc nhóm phức chất của đồng, có thể giải phóng ra nguyên tử oxy có khả năng oxi hóa các hợp chất thơm. Tuy nhiên, chỉ có một mình enzyme này cũng khó có thể tách lignin ra khỏi bột, nó cần được bổ sung cùng với một chất xúc tác khác để tăng hiệu quả hơn [11]. Sự kết hợp thành công của 2 phương pháp sử dụng enzyme (xử lý bằng xylanaza và bằng laccaza+xúc tác oxy hóa) đã tăng hiệu quả tách loại lignin. Đây được xem là một quy trình tẩy trắng thân thiện môi trường có nhiều triển vọng. Quá trình sản xuất bột giấy là quá trình phức tạp bao gồm nhiều phản ứng hóa học, nên một phần lớn enzyme được sử dụng để cải thiện quá trình truyền thống nhằm nhiều mục đích khác nhau. Việc ứng dụng enzyme này hay enzyme khác dựa trên tác dụng mà chúng có thể mang lại khi tác động lên các thành phần của gỗ và bột giấy. Các tác dụng của một số enzyme có thể tóm tắt ở bảng 1.1[4]: Bảng 1.1. Tác dụng của enzyme lên một số thành phần của gỗ Thành phần Của gỗ Enzym Tác dụng Lợi ích kỹ thuật thu được Xenluloza Xenlobiohydrolaza (CBH) Endoglucanaza(EG) Hỗn hợp CBH và EG Làm nhỏ sợi Khử trùng hợp Khử trùng hợp Tiết kiệm năng lượng trong quá trình lọc bột giấy. Đa dạng sản phẩm, loại mực Xylan Endoxylanaza Khử trùng hợp Tách loại lignin Glucomannan Endomannanaza Khử trùng hợp Tách loại lignin, 29 Acetylglucomannanest eraza Độ bền kết tụ giảm tăng hiệu quả nghiền bột và cải thiện độ bền cơ học Pectin Polygalacturonaza Khử trùng hợp Tiết kiệm năng lượng trong công đoạn bóc vỏ Lignin Laccaza Mn-peroxydaza Khử trùng hợp Trùng hợp hóa Tăng độ sáng màu Trùng hợp lignin Các chất khác Lipaza Tăng tính háo nước Cải thiện độ bền của giấy. Hiện nay, trong công nghiệp người ta sản xuất hai loại hemixenlulaza cho sản xuất bột giấy là xylanaza và mananaza, trong đó xylanaza được ứng dụng nhiều hơn cả. Bảng 1.2. Một số loại xylanaza thương phẩm Tên nhà sản xuất Thương hiệu sản phẩm pH thích hợp Nhiệt độ thích hợp nhất (oC) Primalco Ciba-Geigy ICI Iogen Novozymes Ecopulp Irgazyme 10 Irgazyme 40 Ecopulp X-200 Logen GS 35 Shivex Pulpzyme HA Pulpzyme HB 4.0 - 7.5 6 – 8 7-8.5 4.0 - 7.5 5.0 - 7.7 5.2-7.8 5.0 - 8.0 7.0 - 8.0 55 60 50 -70 55 45 – 57 40-62 55 55 30 Sandoz Solvay Pulpzyme HC Catazyme HS Catazyme SR Xylanase L8000 7.0 8.0 3 - 5.5 7- 10 6.0 - 8.5 55 40 - 55 50 - 70 40 -65 Phần lớn các loại enzyme này đã được sử dụng rộng rãi và rất hiệu quả trong công nghiệp giấy. Chúng được sản xuất dưới dạng dung dịch (loãng hoặc đông kết), điều kiện bảo quản và sử dụng phù hợp với các quá trình công nghệ sản xuất bột giấy. Đại đa số các nhà sản xuất có hệ thống phân phối rộng rãi. Như vậy, cơ chế tác dụng của enzyme trong quá trình tẩy trắng có thể khái quát như sau: Bột giấy thu được sau khi nấu chứa một lượng nhỏ lignin và hemixenluloza, chúng liên kết chặt chẽ với nhau. Sự liên kết này tạo ra các tổ hợp (giống như một mạng lưới) lignin – hemixenluloza, làm cho quá trình tách loại lignin trở nên khó khăn hơn. Trong mô thực vật lignin có xu hướng liên kết với xylan nhiều hơn, còn glucomannan chủ yếu với xenluloza, mức độ liên kết của glucomanan với lignin rất thấp. Hemixenluloza trong bột giấy gỗ lá rộng chủ yếu là xylan. Có thể nói sự liên kết này tồn tại dưới 2 dạng: sự kết bám của xylan trên bề mặt xơ sợi xenluloza và các liên kết xylan- xenluloza-lignin chưa bị phá vỡ trong quá trình nấu bột. Chính sự liên kết (kết bám) này gây cản trở cho việc tách loại phần lignin còn lại ra khỏi bột [10,15]. Để phân huỷ một phần xylan, người ta sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau với cùng một mục đích là xúc tác thuỷ phân các liên kết glucozit của đại phân tử xylan. Vì vậy, tùy thuộc vào loại enzym (mặc dù chúng đều là các chế phẩm xylanaza) mà hiệu quả thu được có thể khác nhau. 31 Các kết quả nghiên cứu cho thấy, xylanaza có tác dụng tốt đối với xơ sợi, chúng có khả năng thẩm thấu vào bên trong các xơ sợi xenluloza, sau đó phân hủy chuỗi phân tử xylan thành các mảng phân tử nhỏ hơn tạo các khe hở trên bề mặt xơ sợi làm cho lignin dễ dàng bị hòa tan ở các công đoạn tẩy trắng tiếp theo, khi bột giấy được xử lý bằng các chất tẩy có khả năng tách loại lignin. Bên cạnh đó nó còn có thể làm phân hủy các liên kết giữa xylan và lignin mà liên kết đó rất khó bị phân hủy trong quá trình tẩy trắng [17]. Xử lý bằng xylanaza thông thường được thực hiện ở các công đoạn đầu của chu trình tẩy trắng, hậu. Tác dụng của xylanaza có thể biểu hiện ở ba hướng chính [12]: - Giảm hàm lượng lignin, điều này được thể hiện ở trị số Kappa của bột giảm trong quá trình xử lý, tức sau khi xử lý bột giấy bằng enzyme chỉ cần xử lý bằng dung dịch kiềm cũng có thể tách bổ được một phần lignin nào đó. - Tách loại hexenuronic axit (đối với bột sunfat), làm giảm tiêu hao hóa chất tẩy; - Xylanaza có thể tách các phân tử xylan tái kết bám trên bề mặt xơ sợi, nhờ đó mà lignin liên kết cũng bị tách bỏ theo. Tác dụng của xylanaza lên xylan có thể biểu diễn bằng sơ đồ ở hình (1.6) 32 Hình 1.6: Thủy phân các liên kết lignocacbohydrat bằng xylanaza (a-đại phân tử xylan; b-liên kết lignocacbohydrat trong bột giấy) Trên cơ sở đó, công đoạn xử lý bột giấy bằng xylanaza đã được áp dụng một cách hài hòa và hiệu quả trong dây chuyền công nghệ tẩy trắng bột hóa. Thực tế cho thấy, các công đoạn tẩy trắng bằng xylanaza thường được bố trí ở phía trước của sơ đồ tẩy trắng truyền thống, chúng được xem là công đoạn xử lý sơ bộ nhằm giảm tiêu hao hóa chất tẩy cho các công đoạn sau. Khi chu trình tẩy trắng bao gồm cả công đoạn xử lý oxi-kiềm thì nó được bố trí 33 sau công đoạn này, nhằm phát huy tác dụng của enzyme. Xử lý bằng bột giấy bằng xylanaza được sử dụng kể cả trong chu trình tẩy trắng ECF, TCF và tẩy trắng bằng clo [14]. Bảng 1.3. Một số ký hiệu quy ước của các công đoạn tẩy trắng bột hóa TT Tên công đoạn Chẩt tẩy sử dụng Ký hiệu 1 Clo hóa Cl2 C 2 Xử lý cùng lúc bằng clo và dioxit clo Cl2 + ClO2 C/D 3 Kiềm hóa (trích ly kiềm) NaOH E 4 Tẩy trắng bằng hypoclorit NaClO H 5 Tẩy trắng bằng dioxit clo ClO2 D 6 Tẩy trắng bằng hydroperoxit H2O2 + NaOH P 7 Xử lý ôxi-kiềm (tách loại lignin bằng ôxi trong môi trường kiềm) O2 + NaOH O, O2 8 Kiềm hóa ôxi hóa NaOH + O2 EO *Một số sơ đồ tẩy ECF: X - D - E – D; O - X - D - E – D; X - (EOP) - D - (EOP) – D; O - X - D - P *Một số sơ đồ tẩy TCF: X - (EP) – P; X- Z (EP); O - X - Q - P - Z – P; O- X - Z - P. Xử lý bột hóa bằng xylanaza có một ưu điểm sau: 34 - Quá trình được thực hiện trong điều kiện “mềm”: Hầu hết các enzyme được sử dụng ở nhiệt độ 40 – 60oC và áp suất thường, môi trường trung tính và các chế phẩm enzyme sử dụng là tuyệt đối an toàn. - Tiền xử lý bột giấy bằng enzyme cho phép giảm mức tiêu hao clo, các hợp chất chứa clo và các tác nhân tẩy trắng khác, như vậy sẽ làm giảm đáng kể các hợp chất clo hữu cơ tạo thành và làm giảm lượng BOD, COD trong nước thải. - Giá trị kinh tế cao do việc tiết kiệm hóa chất, năng lượng. Trung bình, mức chi phí cho tẩy trắng có sử dụng enzyme giảm 3,4 % so với chi phí cho tẩy trắng thông thường. Bột hóa qua xử lý bằng enzyme có chỉ số xé cao hơn 5 % so với bột không xử lý. - Công nghệ tẩy trắng sử dụng enzyme tương đối đơn giản và không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư cho việc thay đổi thiết bị mới hay dây chuyền sản xuất. 1.5.2. Tổng quan các nghiên cứu và sử dụng enzyme cho tẩy trắng bột giấy Ngày nay, enzyme được ứng dụng trong nhiều công đoạn sản xuất bột giấy và giấy như quá trình nghiền, tẩy trắng, xeo giấy, làm sạch và khử mực cho giấy tái chế. Công ty Jujo của Nhật đã sử dụng enzyme Resinase do hãng Novozymes sản xuất cho việc khử nhựa trong bột giấy. Các nước vùng Scandinavia và Nam Mỹ được xem là đi đầu trong việc áp dụng các công nghệ tiên tiến, nhiều nhà máy sản xuất bột kraft tẩy trắng đã sử dụng enzyme để nâng cao độ trắng của bột giấy từ năm 1992 [19]. Năm 1989 ở trung tâm nghiên cứu VTT của Phần Lan đã nghiên cứu và giới thiệu xylanaza – một loại enzyme có khả năng phân hủy xylan. Tại nhà máy Morrum Thụy Điển có công suất 375.000 tấn bột/năm đã thử nghiệm thành công xylanaza có thương hiệu là Pulpzyme HB của hãng Novozymes vào tháng 3 năm 1992. Công ty Marathon có công suất 560 tấn bột tẩy 35 trắng/ ngày đả sử dụng xylanaza do công ty Logen cung cấp vào năm 2002.[24]. Alexandra Pekaovicova và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của xylanaza tới tính chất của bột sunfat gỗ sồi [18]. Nghiên cứu được tiến hành với bột sunfat chưa qua tiền thủy phân và bột sunfat đã qua tiền thủy phân. Xylanaza đã được phân lập từ chủng Aspergillus có hoạt tính 8333,5 nkat/ml để sử dụng cho tẩy trắng bột giấy. Quá trình xử lý bột sunfat bằng xylanaza được thực hiện như sau: Bột được hòa loãng và phối trộn với dung dịch đệm xitrat và xylanaza. Mức dùng xylanaza là 500 nkat/g bột. Sau đó bột được rửa kỹ bằng nước cất ở nhiệt độ 80oC và bằng nước lạnh. Tiếp đó bột được xử lý bằng dung dịch NaOH trong vòng 90 phút ở nhiệt độ 70oCvới mức dùng 1% NaOH so với bột khô tuyệt đối và nồng độ bột là 10%. Kết thúc quá trình bột được rửa sạch, sấy khô và mang phân tích. Trị số Kappa được xác định theo tiêu chuẩn Tiệp Khắc CSN50 0258, độ trắng theo tiêu chuẩn ISO, độ thấu khí của xơ sợi xác định bằng thiết bị đo độ hấp thụ ( Carlo Erba Instrument SO 1900 ) thông qua các đại lượng hấp thụ nitơ (nitrogen). Diện tích bề mặt hấp thụ được tính theo phương trình BET. Sau đó các mẫu được hoà loãng trong nước, được lọc và được hoà tan trong ethanol và cuối cùng trong n-hexane. Chất hoà tan còn lại được phân huỷ trong môi trường chân không. Kết quả được trình bày tên hình 1.7, 1.8 và bảng 1.4: 36 Hình 1.7.Sự thay đổi trị số Kappa của bột sunfat so với thời gian xử lý: (1- Bột sau xử lý bằng nước; 2- Bột sau xử lý bằng dung dịch xylanaza; 3- Bột sau xử lý bằng xylanaza và trích ly kiềm) Hình 1.8.Sự thay đổi độ trắng của bột sau xử lý enzyme (2- Bột sau xử lý bằng xylanaza; 3- Bột sau xử lý bằng xylanaza và trích ly kiềm) 1 2 3 Tr ị s ố ka pp a Thời gian xử lý, phút 20 30 60 90 10 50 30 60 90 40 30 Đ ộ tr ắn g, % IS O Thời gian xử lý, phút 2 3 37 Bảng 1.4. Ảnh hưởng của tiền thủy phân bột sunfat tới tính chất của bột sunfat Thời gian thủy phân, phút Hàm lượng pentozan, % Diện tích bề mặt, m2/g - 30 80 9,2 6,5 4,8 36,5 37,6 42,5 Điều đó cho thấy, bột qua tiền thủy phân có hàm lượng xylan tái kết tủa không cao như bột không qua tiền thủy phân vì lượng xylan ít. Xylanaza tác động trước hết đối với xylan trên bề mặt thấp nên xylanaza có thể phân hủy được cả lượng xylan dư bên trong xơ sợi và rõ nhất qua độ thấu khí. Các mẫu bột sunfat qua tiền thủy phân có khả năng thẩm thấu và độ thấu khí cao hơn bột chưa qua tiền thủy phân. Enzyme manganaza peroxidaza và laccaza là hai loại enzym đã được nghiên cứu để phân hủy lignin trong bột giấy [16]. Cả hai loại enzyme manganaza peroxidaza và laccaza đều được nuôi cấy từ nấm Trametes vesicolor. Manganasa peroxidasa có thể tách loại lignin đến mức độ nhất định so với lượng ban đầu trong bột. Quá trình tẩy trắng tiếp theo bằng hidropeoxit trong môi trường kiềm cho thấy độ trắng của bột tăng thêm 10% ISO so với bột không xử lý bằng enzyme. Enzyme laccasa cũng cho hiệu quả tương tự như vậy. Thử nghiệm đã được tiến hành với bột của nhà máy giấy ở Canada và xưởng thực nghiệm Paprican: Bột gỗ mềm sau nấu được xử lý oxi- kiềm tới hàm lượng lignin cần thiết, xử lý bằng manganaza được thực hiện trong vòng 24h với cùng một mức dùng enzyme. Kết quả thu được trình bày trên bảng 1.5 38 Bảng 1.5. Ảnh hưởng của xử lý bằng manganazaa peroxidaza tới tính chất của bột gỗ mềm có hàm lượng lignin ban đầu khác nhau Trị số Kappa ban đầu Trị số Kappa cuối cùng Độ trắng (% ISO) Manganasa peroxidasa Mẫu đối chứng Manganasa peroxidasa Mẫu đối chứng 21,2 17,3 18,5 31,2 25,3 16,2 13,1 15 33 28,1 12,4 9,6 10,7 38,6 37 10,8 7,9 9,7 38,6 35,4 Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng enzyme manganaza peroxidaza cũng đã được nghiên cứu với bột gỗ mềm đã qua xử lý oxi-kiềm có độ trắng ban đầu là 62 % ISO. Sau đó bột được tẩy trắng tiếp theo bằng hidropeoxit cho thấy, kéo dài thời gian xử lý bằng enzyme hơn 120h không cải thiện được độ trắng vượt quá giá trị độ trắng sau 24h. Kết quả ở (Hình 1.9) cho thấy thời gian xử lý bằng enzyme manganaza peroxidaza 4h đủ để tăng độ trắng của bột lên 6% ISO. 39 Hình 1.9: Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng enzyme tới sự thay đổi độ trắng của bột gỗ mềm tẩy trắng Enzyme laccaza được phân lập từ P. eryngic ATCC 90787 đã được sử dụng để tẩy trắng bột giấy sản xuất bằng phương pháp nấu xút bổ sung anthraquinone từ cây lanh của nhà máy CELESA (Tây Ban Nha) [21]. Bột ban đầu có độ trắng 36% ISO, trị số Kappa 11. Giai đoạn L (xử lý bằng laccaza ) được thực hiện với 10 g bột nồng độ 2% trong đệm 50 mM tartrate, pH 4, mức dùng enzym là 10 – 20 u/g và mg ABTS hay HBT/g chất hoạt động bề mặt. Sau giai đoạn L bột được xử lý bằng trích ly kiềm ( xử lý bằng 1,5% NaOH trong vòng 1h ở 60oC). Tiếp theo bột được tẩy trắng bằng H2O2 (xử lý bằng 3% H2O2 và 1,5% NaOH trong 2h ở 90oC). Cuối cùng bột được xử lý bằng 2% NaBH4 trong vòng 30 phút tại 20oC. Tất cả các giai đoạn sau L đều được thực hiện với nồng độ bột 5%. Độ trắng, trị số Kappa, độ nhớt được đo theo tiêu chuẩn ISO 302, ISO 5351/1 và ISO 3688. Kết quả được trình bày trên bảng 1.6 76 74 72 70 68 66 64 62 4 8 12 16 20 24 Đ ộ tr ắn g % IS O Thời gian xử lý, giờ 40 Bảng 1.6. Kết quả xử lý bột sunfat bằng enzyme laccaza và chất hoạt động bề mặt. Mẫu Độ trắng (%) Trí số Kappa Độ nhớt (mL/g) Mẫu ĐC 40.0 750 T.versicolor laccaza + ABTS 48,4 434 T.versicolor laccaza + HBT 60,2 600 P.cinnabarinus laccaza + ABTS 34,2 8,5 565 P.cinnabarinus laccaza + HBT 55,3 2,9 9.0 P.eryngii laccaza + ABTS 33,4 8,8 6,3 P.eryngii laccaza + HBT 35,8 8,0 3,3 Xylanaza do hãng Iogen cung cấp đã được sử dụng tại nhà máy bột giấy của Cannada (Marathon Pulp Inc.) có công suất 560 tấn bột gỗ mềm tẩy trắng / ngày [25]. Trong thời gian từ tháng 1/2001 đến tháng 2 năm 2002 nhà máy đã áp dụng công nghệ xử lý bột giấy bằng xylanaza trong 152 ngày và 48 ngày không xử lý bằng enzym, sau đó đánh giá ảnh hưởng cuả việc xử lý bột bằng xylanaza (bảng 1.7). Bảng 1.7. Các thông số kỹ thuật Thông số Bột không xử lý Bột xử lý bằng xylanaza Mức dùng enzym (ml/tấn) - 158 Mức thể tích bột (%) 55,7 48,5 Nồng độ bột (%) 6- 7 6- 7 Độ pH 10,5 6,8 Nhiệt độ bột 56,7 59,7 41 Trong quá trình sản xuất trị số pH của bột được khống chế trong khoảng 6,5- 7 bằng cách bổ sung axit sunfuric với mức 2-5 kg/tấn. Tháp chứa một lượng bột chiếm 50% thể tích với thời gian ngâm 60 phút. Sau đó bột được tẩy trắng 5 giai đoạn Do-EO-D1-E-D2 và được rửa sau mỗi giai đoạn. Điều kiện tẩy trắng và kết quả thu được như sau (bảng 1.8 và 1.9): Bảng 1.8. Điều kiện tẩy trắng Giai đoạn Thời gian, phút Nhiệt độ, 0C Nồng độ, % pH Do 60 55 4 3,0 EOP 95 85 9 10,8 D1 120 67 9 3,8 E2 60 70 9 10,6 D2 80 85 9 4,5 Bảng 1.9. Kết quả thử nghiệm tẩy trắng bột sunfat Thông số Bột không xử lý Bột xử lý xylanaza Số lượng ngày sản xuất 48 152 Kappa bột chưa tẩy trắng 29,8 48,5 Sản lượng, tấn 573 6-7 Hệ số Kappa tổng (TKF) công đoạn Do 0,18 6,8 Độ trắng công đoạn D1, % 85,2 59,4 Độ trắng công đoạn D2, % 90,7 Tổng ClO2, kg/tấn 36,3 Tổng H2O2, kg/tấn 3,5 Tổng O2, kg/tấn 6,1 42 Tổng NaOH, kg/tấn 43,2 Tổng clo hoạt tính, kg/tấn 116,2 Tính chất của bột cũng đã được kiểm tra (bảng 1.10): Bột được xử lý bằng enzyme có chỉ số xé trung bình cao hơn 5% so với bột không xử lý, chỉ số bục và độ bền kéo thấp hơn 6% và 8% tương ứng so với bột không xử lý. Bảng 1.10. Tính chất của bột tẩy trắng và không tẩy trắng bằng enzyme Thông số Bột không xử lý Bột xử lý xylanaza Độ bụi 100 80 Độ chịu bục 100 95 Độ chịu xé 100 105 Độ chịu kéo 100 92 CSF 100 101 Độ trắng của bột tẩy trắng 88,6 90,2 Như vậy, xử lý bột sunfat bằng xylanaza tại nhà máy Marathon đã giảm mức sử dụng ClO2 , giảm tiêu hao chất tẩy xuống 3,4% và có những ảnh hưởng tốt đối với độ bền của bột không nghiền mà không gây một tác động bất lợi nào. Tương tự, hiệu quả tách loại lignin của các dạng enzyme laccaza được phân lập và tuyển chọn và một loại xylanaza là Pulpzyme HC của hãng Novozymes đã được nghiên cứu với bột kraft gỗ bạch đàn có trị số Kappa 18-19 của nhà máy bột giấy ở Bắc Ấn Độ [9]. Enzyme Laccaza được xử lý với bột nồng độ bột 15% ở nhiệt độ 45oC, pH 4,0 trong thời gian 5,5 giờ với các mức sử dụng khác nhau. Loại enzyme có khả năng tách loại lignin cao 43 nhất đã được lựa chọn và sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo. Xử lý bột bằng Pulpzyme HC được tiến hành với bột nồng độ bột 10%, nhiệt độ 50oC, pH 8, thời gian 2h, và mức dùng enzyme là 0,075% so với bột khô tuyệt đối. Bột đã qua xử lý bằng Laccaza và xylanaza-lacaza được tẩy trắng theo quy trình D-E-D-D. Quy trình tẩy trắng được tiến hành tiếp theo với các mẫu tương tự là D-E-P-D-D.Giai đoạn xử lý axit được tiến hành ở pH=2, 90oC, thời gian 2 giờ, nồng độ bột 10%. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả rõ rệt của xử lý bột gỗ bạch đàn bằng cả hai loại enzyme kết hợp (Bảng 1.11). Bảng 1.11. Ảnh hưởng của xử lý bằng enzyme xylanaza tới quá trình tẩy trắng bột kraft gỗ bạch đàn . Thông số DoEp*D1D2 SmXLEp** DoEp***D1 SmXLEp** A DoEp***D1 SqXLEp** DoEp***D1 D2 SqXLEp**A DoEp***D1D2 Hệ số Kappa (Kappa Factor) 0,28 0,12 0,09 0,12 0,09 Sự giảm mức dùng ClO2 - 55,0 67,4 55,0 67,4 Độ trắng giai đoạn EP* (% ISO) 65,2 - - - - Độ trắng giai đoạn XLEPA (% ISO) - 49,5 - 49,2 - Độ trắng giai đoạn XLEPA (% ISO) - - 50,3 - 50,0 Độ trắng giai đoạn D0 (% 42,0 67,8 62,9 68,1 62,7 44 ISO) Độ trắng giai đoạn EP*** (% ISO) - 79,7 77,5 77,0 77,3 Độ trắng giai đoạn D1 (% ISO) 84,5 88,3 88,0 88,0 87,9 Độ trắng giai đoạn D2 (% ISO) 87,8 - - - - Độ nhớt 7,2 7,0 6,8 7,0 6,8 (EP*: Giai đoạn NaOH 0,85%, H2O2 0,5%, nhiệt độ 70oC, nồng độ bột 10%, thời gian 2 giờ; EP**: Giai đoạn NaOH 1,5%, H2O2 0,5%, nhiệt độ 70oC. nồng độ bột 10%, thời gian 2 giờ; EP***: Giai đoạn NaOH 0,8%, H2O2 0,5%, nhiệt độ 70oC. nồng độ bột 10%, thời gian 2 giờ.). Trong một nghiên cứu khác về khả năng giảm trị số Kappa và tách loại các hợp chất mang màu bằng xylanaza ra khỏi bột [13]. Hai loại enzym là Pulpzyme HC, SP342 (Novozymes) và Ecozyme (Swan Chemical) được sử dụng để giảm trị số Kappa và khử một số chất mầu của hỗn hợp bột gỗ cứng và gỗ mềm được lấy từ Công ty bột và giấy Thilmany Trị số Kappa ban đầu tương ứng là 14,4 với gỗ cứng và 37,2 với gỗ mềm. Bột HW và SW được pha loãng vào nước tới nồng độ gần 2% và được đánh tơi bằng thiết bị đánh tơi của Anh trong khoảng 3 phút. Huyền phù bột sau đó được tách nước trên giấy lọc (Fisher P8) để tách bỏ nước. Mỗi mẫu bột được chia thành 2 phần. Một nửa được hòa vào lượng nước tinh khiết, nửa kia được hòa vào dung dịch natri axetat nồng độ 100 mmol/lít, pH 7,8; nồng độ bột 10%. Các mẫu bột được giữ ở nhiệt độ 50 trong 20h. Sau đó các mẫu bột được thu hồi lại bằng cách tách nước như trước tới nồng độ gần 16%. 45 Các mẫu bột đã được rửa bằng axetat và rửa bằng nước (tương ứng 33,7 và 26,3 g khô gió) được bổ sung enzyme với mức dùng 25IU enzym/g bột KTĐ ). Bột được ủ ở 50oC trong vòng 3h và được trộn ép 30 phút một lần. Các mẫu sau đó được vắt nước trên phễu lọc Buchner bằng giấy lọc Fisher P8. Dung dịch thu được chứa các chất đường hòa tan, HexA và nhóm chất màu được làm lạnh và mẫu bột sau khi làm mất nước được gia nhiệt khoảng 30 phút để loại bỏ hết sự hoạt hóa của các enzyme. Các mẫu bột được làm lạnh tới 3oC cho đến khi phân tích. Chỉ số Kappa được xác định bởi theo phương pháp Tappi T236. Đường và axit hexenuronic (HexA) được xác định bằng phương pháp phân tích quang phổ. Kết quả phân tích cho thấy, cả ba loại enzyme là Pulpzyme HC (P), Ecozyme (E) và SP342 (S) đều có tác dụng hoạt hóa xylanaza giống nhau. Mức dùng enzym (25IU/g bột KTĐ) là cao hơn với lượng sử dụng cho xử lý thực tế. Chúng đều có khả năng giảm lượng HexA trong bột. Cũng trong một nghiên cứu khác [26] G. P. A