Đẩy mạnh ứng dụng enzym trong ngành giấy
Theo Viện Sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), nguyên liệu gỗ phải được tách vỏ trước khi sản xuất bột giấy. Trong chế biến giấy, loại bỏ vỏ cây là một trong các khâu quan trọng quyết định đến chất lượng bột giấy và giấy thành phẩm sau này.
Trong chế biến giấy, loại bỏ vỏ cây là một trong các khâu quan trọng
Hiện nay, phương pháp để bóc vỏ chủ yếu được sử dụng là phương pháp cơ học, sử dụng máy để bóc vỏ. Hạn chế của phương pháp này là tiêu tốn năng lượng, cần thời gian để loại bỏ hầu hết vỏ cây, dẫn đến hao hụt gỗ.
Trong khi đó, enzym thủy phân cambi (ranh giới giữa gỗ và vỏ cây là tầng cambi - tầng sinh bần) và phloem (mô mạch) có thể trợ giúp cho quá trình bóc vỏ. Enzym làm suy yếu các liên kết giữa vỏ và gỗ và phân hủy các polymer có trong tế bào của lớp cambi. Gỗ khúc có thể được xử lý với enzym trước khi bóc vỏ, bằng cách ngâm hoặc phun dung dịch enzym.
Ngoài ra, xử lý enzym có thể tiến hành sau khi bóc vỏ sơ bộ, chỉ loại bỏ một phần vỏ, sau đó gỗ khúc được xử lý với enzym để làm suy yếu liên kết giữa gỗ và những phần còn lại của vỏ cây, do đó có thể dễ dàng loại bỏ những phần này trong quá trình bóc vỏ thứ hai.
Xử lý enzym có tác dụng làm lớp vỏ lỏng ra, nhờ đó hỗ trợ cho quá trình bóc vỏ cơ học, làm tăng tốc độ bóc vỏ và giảm năng lượng sử dụng. Hiệu quả bóc vỏ tăng lên, đồng thời giảm lượng gỗ bị mất so với phương pháp bóc vỏ cơ học thông thường.
Sử dụng enzym phân hủy pectin kết hợp với các enzym khác như hemicellulase, cellulase, protease... nhằm làm suy yếu liên kết giữa vỏ cây và lớp cambi trong công đoạn bóc vỏ gỗ trục, trước khi sản xuất bột giấy.
Tại Việt Nam, việc bóc vỏ cây nguyên liệu gỗ trục trong sản xuất giấy hiện nay chủ yếu sử dụng biện pháp cơ học với máy bóc vỏ dạng thùng quay ở 2 doanh nghiệp lớn là An Hòa và Bãi Bằng.
Các doanh nghiệp nhỏ với năng suất bóc 100-200 tấn/ngày, thiết bị chủ yếu là dạng vừa quay vừa sử dụng lực chà sát để bóc vỏ. Đây là công đoạn tiêu tốn khá nhiều năng lượng điện và nhân công để bóc tách nốt phần vỏ còn sót lại (đặc biệt là tại các doanh nghiệp chặt mảnh nhỏ).
Gần đây, ở trong nước, việc ứng dụng enzym trong các ngành công nghiệp khác nhau và công nghiệp giấy đã được đẩy mạnh, không chỉ để đảm bảo sản xuất, mà còn đáp ứng yêu cầu tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển sản xuất sạch hơn.
Tuy nhiên, các nghiên cứu về pectinase và hemicellulase chủ yếu áp dụng cho lĩnh vực công nghiệp thực phẩm và ở quy mô nghiên cứu nhỏ, chưa có nghiên cứu thu nhận pectinase và hemicellulase phù hợp ứng dụng trong bóc vỏ cây nguyên liệu gỗ cứng.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, Viện Sinh học được Bộ Công Thương giao thực hiện đề tài: Nghiên cứu quy trình công nghệ và mô hình thiết bị sản xuất chế phẩm enzym pectinase và hemicellulase ứng dụng bóc vỏ cây nguyên liệu gỗ cứng.
Xây dựng thành công quy trình công nghệ
Sau quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã tuyển chọn được 10 chủng có hoạt tính pectinase cao và 11 chủng có hoạt tính hemicellulase cao. Đồng thời, đã nghiên cứu một số đặc điểm sinh học về hình thái khuẩn lạc, tế bào, chuỗi bào tử, khả năng sinh trưởng ở một số nguồn cacbon, nitơ, pH, nhiệt độ và NaCl. và định tên các chủng vi sinh vật có khả năng sinh xylanase và pectinase cao.
Tuyển chọn được 2 chủng vi sinh vật lên men sản xuất chế phẩm pectinase là Aspergillus N3 và Bacillus licheniformisV114 và 2 chủng lên men sản xuất chế phẩm hemicellulase là Bacillus sp. V244 và Trichoderma saturnisporum T1.
Mặt khác, đã lựa chọn môi trường và điều kiện lên men pectinase và hemicellulase thích hợp; đã xây dựng quy trình công nghệ và mô hình thiết bị sản xuất chế phẩm enzym pectinase và hemicellulase quy mô 15 lít /mẻ và sản xuất 50 lít chế phẩm enzym đáp ứng yêu cầu thử nghiệm. Chế phẩm pectinase có hoạt tính 551,9 U/mL và chế phẩm hemcellulase có hoạt tính xylanase 1325,57 U/mL và mannanase 1277,46 U/mL đạt yêu cầu.
Cùng với đó, đưa ra điều kiện công nghệ xử lý bóc vỏ gỗ keo bằng chế phẩm enzym quy mô 5 tấn/mẻ. Đặc biệt, đã ứng dụng thành công chế phẩm enzym cho bóc vỏ gỗ keo tại doanh nghiệp sản xuất dăm mảnh với 100 tấn gỗ trục. Hàm lượng vỏ còn lại sau quá trình bóc vỏ có sử dụng enzym giảm 55% và lượng điện năng tiêu thụ giảm 28% so với quy trình thông thường của doanh nghiệp.
Việc sử dụng enzym bóc vỏ đem lại hiệu quả về việc tiết kiệm năng lượng trong sản xuất. Đồng thời, quá trình sử dụng chế phẩm enzym của đề tài không phát sinh thêm các ảnh hưởng đến môi trường so với quy trình thông thường của doanh nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã công bố được 4 bài báo khoa học trên các tạp chí, hội nghị chuyên ngành, đăng ký 1 giải pháp hữu ích và đào tạo được 1 thạc sĩ.
Từ các kết quả đạt được của đề tài, nhóm nghiên cứu kiến nghị Bộ Công Thương tiếp tục hỗ trợ kinh phí nghiên cứu trong thời gian dài nhằm đánh giá đầy đủ hơn hiệu quả của quá trình sản xuất và ứng dụng chế phẩm enzym bóc vỏ cây nguyên liệu. Từ đó, mở rộng quy mô sản xuất chế phẩm, giúp giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế quá trình ứng dụng.