In der Zellstoff- und Papierindustrie ist die wichtigste Anwendung von Enzymen das Vorbleichen von Kraftzellstoff. Xylanase-Enzyme haben sich für diesen Zweck als besonders wirksam erwiesen. Enzyme werden auch eingesetzt, um die Fibrillation und Wasseraufnahme des Zellstoffs zu erhöhen und die Mahlzeit bei Frischzellstoffen zu verkürzen. Bei Recyclingfasern werden Enzyme zum Deinking sowie zur Wiederherstellung der Bindungsfähigkeit und zur Erhöhung der Entwässerbarkeit eingesetzt. Spezielle Anwendungen umfassen die Reduzierung des Vessel Picking bei tropischen Hartholzzellstoffen und die selektive Entfernung von Xylan aus Aufschlusszellstoff. Enzyme wurden außerdem zur Entfernung von Rinde, Holzsplittern, Harz und Schleim sowie zum Rösten von Flachsfasern untersucht.

Bleichen

Die Entfernung von Lignin aus chemischen Zellstoffen wird als Bleichen bezeichnet und ist aus ästhetischen Gründen sowie zur Verbesserung der Papiereigenschaften notwendig. Das heutige Bleichen von Kraftzellstoff verwendet große Mengen an Chlor und chlorhaltigen Chemikalien. Bei der Verwendung dieser Chemikalien entstehen chlorierte organische Verbindungen, von denen einige toxisch, mutagen, persistent und bioakkumulierend sind und zahlreiche schädliche Störungen in biologischen Systemen verursachen. Enzyme bieten eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Einsatz von Chlor, Chlorverbindungen und anderen Bleichchemikalien zu reduzieren. Enzyme ermöglichen zudem einen einfachen Ansatz, um eine höhere Weißgradgrenze zu erreichen. Bisher wurden zwei enzymbasierte Ansätze untersucht. Einer verwendet Hemicellulase-Enzyme, der andere ligninolytische Enzyme.

Hemicellulase-Enzyme werden kommerziell beim Zellstoffbleichen eingesetzt. Das wichtigste Enzym zur Verbesserung der Delignifizierung von Kraftzellstoff ist Berichten zufolge Endo-β-Xylanase, aber die Anreicherung der Xylanase mit anderen hemicellulolytischen Enzymen hat gezeigt, dass der Effekt der enzymatischen Behandlung verbessert werden kann. Ligninolytische Enzyme greifen im Gegensatz zu Xylanasen das Lignin direkt an und sind daher wirksamer. Mehrere Berichte in der Literatur deuten darauf hin, dass diese Enzyme beim Bleichen von Kraftzellstoffen nützlich sein könnten. Weißfäulepilze sind die Hauptproduzenten ligninolytischer Enzyme. Die wichtigsten ligninabbauenden Enzyme sind Lignin-Peroxidasen, Mangan-Peroxidasen und Laccasen.

Fasermodifikation

Die enzymatische Modifikation von Fasern zielt auf einen geringeren Energieverbrauch bei der Herstellung von thermomechanischen Zellstoffen und eine erhöhte Mahlbarkeit von chemischen Zellstoffen oder eine Verbesserung der Fasereigenschaften ab. In mechanischen Zellstoffen mit hohem Ausbeuteanteil verbleiben die meisten Lignin- und Hemicellulosebestandteile im Zellstoff. Untersuchungen zur mittleren Porenweite und immunologischen Markierungen des unbehandelten Holzes zeigen, dass enzymatische Modifikationen der Zusammensetzung von mechanischen Zellstoffen nur an der äußeren Oberfläche der Faser erreicht werden können. Dies wurde bestätigt, als Xylanasen auf thermomechanischen Zellstoff angewendet wurden. Selbst bei relativ hohen Enzymdosierungen wurden nur etwa 1 % des Zellstoffs gelöst. In Kombination mit einer alkalischen Vorbehandlung wurde die enzymatische Behandlung jedoch deutlich verbessert und der Energiebedarf für das Mahlen des thermomechanischen Zellstoffs verringert.

Deinking

Das enzymatische Deinking stellt einen neuen Ansatz dar, um Sekundärfasern in Qualitätsprodukte umzuwandeln. Es hat sich im Labor- und Industriemaßstab als wirksame und wirtschaftliche Methode zur Entfärbung von Altpapier erwiesen. Eine verbesserte Entwässerung ist als sekundärer Vorteil des enzymatischen Deinkings bekannt. Die enzymatisch entfärbten Zellstoffe weisen im Vergleich zu chemisch entfärbten Recyclingzellstoffen überlegene physikalische Eigenschaften, einen höheren Weißgrad und einen geringeren Resttintenanteil auf. Noch wichtiger ist, dass die Größenverteilung und Form der Tinte durch den enzymatischen Prozess effektiv gesteuert werden können, um die Effizienz des größenbasierten Flotationsverfahrens zu maximieren. Dies kann erreicht werden, indem die Enzymzusammensetzung, -dosis und -verweilzeit sowie andere Additive und der pH-Wert im System gezielt variiert werden, um die normalerweise großen, flachen und starren Tintenpartikel in deutlich weniger und nicht-plättchenförmige Formen zu überführen. Das enzymatische Deinking verbessert zudem die Entwässerbarkeit im Vergleich zu chemisch entfärbten Zellstoffen.

Entfernung von Harz

Harz besteht aus Fettsäuren, Harzsäuren, Sterolen, Glycerinestern von Fettsäuren, anderen Fetten und Wachsen und wird üblicherweise empirisch als der Holzbestandteil definiert, der in Methylen löslich ist. Es macht weniger als 10 % des Gesamtgewichts von Holz aus, verursacht jedoch erhebliche Probleme. Die Reduzierung von Harz mit Enzymen ist eine sehr effiziente biotechnologische Methode. Verschiedene Lipasen wurden zur Entfernung von Harz eingesetzt. Die enzymatische Harzsteuerung hilft, harzbedingte Probleme auf ein zufriedenstellendes Maß zu reduzieren. Sie verringert Fehler im Papierbahn sowie die Häufigkeit der Reinigung von Harzablagerungen in der Papiermaschine. Gleichzeitig bietet sie weitere Vorteile, wie umweltfreundliche und ungiftige Technologie, verbesserte Zellstoff- und Papierqualität, Reduzierung des Verbrauchs an Bleichchemikalien, Verringerung der Abwasserbelastung sowie Platz- und Kosteneinsparungen im Holzlager durch die Verwendung von ungesäumten Stämmen.

Referenz

Verwandte Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

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1. Bajpai P. Anwendung von Enzymen in der Zellstoff- und Papierindustrie [J]. Biotechnology progress, 1999, 15(2): 147-157.