In der Zellstoff- und Papierindustrie liegt die wichtigste Anwendung von Enzymen in der Vorbleiche von Kraftzellstoff. Für diesen Zweck haben sich Xylanasen als am wirksamsten erwiesen. Enzyme werden zudem eingesetzt, um die Fibrillierung des Zellstoffs und die Wasserretention zu erhöhen sowie die Mahlzeit bei Primärzellstoffen zu verkürzen. Bei Recyclingfasern werden Enzyme zur Deinking-Behandlung sowie zur Wiederherstellung der Faserbindung und zur Erhöhung der Freeness eingesetzt. Zu spezialisierten Anwendungen zählen die Reduktion des Vessel Picking in Zellstoffen aus tropischen Harthölzern sowie die selektive Entfernung von Xylan aus Dissolving-Zellstoff. Enzyme wurden außerdem zur Entfernung von Rinde, Shives, Pitch und Slime sowie zur Röste 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 erforderlich. Die heutige Bleiche von Kraftzellstoff verwendet große Mengen an Chlor und chlorhaltigen Chemikalien. Nebenprodukte dieser Chemikalien sind chlorierte organische Substanzen, von denen einige toxisch, mutagen, persistent und bioakkumulierend sind und zahlreiche schädliche Störungen in biologischen Systemen verursachen. Enzyme bieten eine sehr einfache und kosteneffiziente Möglichkeit, den Einsatz von Chlor, Chlorverbindungen und anderen Bleichchemikalien zu reduzieren. Enzyme ermöglichen zudem einen einfachen Ansatz, mit dem eine höhere maximale Helligkeit erreicht werden kann. Bislang wurden zwei enzymbasierte Ansätze untersucht: einer basiert auf Hemicellulasen, der andere auf ligninolytischen Enzymen.

Hemicellulasen werden kommerziell in der Zellstoffbleiche eingesetzt. Als wichtigstes Enzym zur Verbesserung der Delignifizierung von Kraftzellstoff gilt Endo-β-Xylanase; es wurde jedoch gezeigt, dass die Anreicherung von Xylanase mit weiteren hemicellulolytischen Enzymen die Wirkung der enzymatischen Behandlung verbessert. Ligninolytische Enzyme greifen im Gegensatz zu Xylanasen Lignin direkt an und sind daher wirksamer. Mehrere Literaturberichte deuten darauf hin, dass diese Enzyme für die Bleiche von Kraftzellstoffen nützlich sein könnten. Weißfäulepilze sind die Hauptproduzenten ligninolytischer Enzyme. Die wichtigsten ligninabbauenden Enzyme sind Ligninperoxidasen, Manganperoxidasen und Laccasen.

Fasermodifikation

Die enzymatische Modifikation von Fasern zielt auf einen geringeren Energieverbrauch bei der Herstellung thermomechanischer Zellstoffe sowie auf eine erhöhte Mahlbarkeit chemischer Zellstoffe bzw. eine Verbesserung der Fasereigenschaften ab. In mechanischen Hoch-Ausbeute-Zellstoffen verbleibt der größte Teil von Lignin und Hemicellulose im Zellstoff. Auf Basis von Bestimmungen der mittleren Porenweite und immunologischen Markierungen des unbehandelten Holzes ist ersichtlich, dass enzymatische Änderungen der Zusammensetzung mechanischer Zellstoffe nur an der äußeren Faseroberfläche erreicht werden können. Dies wurde bestätigt, als Xylanasen auf thermomechanischen Zellstoff angewendet wurden. Selbst bei vergleichsweise höheren Enzymdosierungen wurden nur etwa 1 % des Zellstoffs gelöst. In Kombination mit einer alkalischen Vorbehandlung wurde die enzymatische Behandlung deutlich verbessert, und der für das Raffinieren des thermomechanischen Zellstoffs erforderliche Energiebedarf wurde reduziert.

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 Deinking-Behandlung von Altpapier erwiesen. Eine verbesserte Entwässerung ist als sekundärer Nutzen des enzymatischen Deinkings bekannt. Enzymatisch deinkte Zellstoffe weisen im Vergleich zu chemisch deinkten Recyclingzellstoffen bessere physikalische Eigenschaften, eine höhere Helligkeit und geringere Resttintenanteile auf. Noch wichtiger ist, dass sich Größenverteilung und Form der Tintenpartikel durch den enzymatischen Prozess wirksam steuern lassen, um die Effizienz des größenbasierten Flotationsprozesses zu maximieren. Dies kann erreicht werden, indem Enzymzusammensetzung, Ladung und Verweilzeit selektiv variiert werden sowie weitere Additive und der pH-Wert im System angepasst werden, um die normalerweise großen, flachen und starren Tintenpartikel effektiv zu lösen und in deutlich weniger sowie nicht-plättchenförmige Partikel zu überführen. Der enzymatische Deinking-Prozess verbessert zudem die Freeness im Vergleich zu chemisch deinkten Zellstoffen.

Entfernung von Pitch

Pitch besteht aus Fettsäuren, Harzsäuren, Sterolen, Glycerinestern von Fettsäuren, weiteren Fetten und Wachsen und wird üblicherweise empirisch als der Holzbestandteil definiert, der in Methylenchlorid löslich ist. Er macht weniger als 10 % des Gesamtgewichts von Holz aus, verursacht jedoch erhebliche Probleme. Die enzymatische Reduktion von Pitch ist eine sehr effiziente biotechnologische Methode. Zur Entfernung von Pitch wurden verschiedene Lipasen eingesetzt. Die enzymatische Pitch-Kontrolle trägt dazu bei, pitchbedingte Probleme auf ein zufriedenstellendes Niveau zu reduzieren. Sie verringert Defekte auf der Papierbahn sowie die Häufigkeit der Reinigung von Pitch-Ablagerungen in der Papiermaschine. Gleichzeitig bietet sie weitere Vorteile, darunter eine umweltfreundliche und nicht toxische Technologie, eine verbesserte Zellstoff- und Papierqualität, eine Reduktion des Verbrauchs an Bleichchemikalien, eine Verringerung der Abwasserfracht sowie Platz- und Kosteneinsparungen im Holzlager eines Werks durch die Verwendung ungelagerter Rundhölzer.

Referenz

Zugehörige Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

Zugehörige Produkte

Haushalt und täglicher Gebrauch
Chemische Verarbeitung

Um weitere Details zu unseren Dienstleistungen zu besprechen, kontaktieren Sie uns.

1. Bajpai P. Application of enzymes in the pulp and paper industry [J]. Biotechnology progress, 1999, 15(2): 147-157.