Ứng dụng của enzyme mannanase trong ngành công nghiệp giấy

Ứng dụng của enzyme mannanase
trong ngành công nghiệp giấy


NỘI DUNG

01

NGUỒN GỐC

CẤU TẠO

02

03

ỨNG DỤNG

KẾT LUẬN

04


1. Nguồn gốc


1. NGUỒN GỐC
- Nguồn thu mannanase rất phong phú: từ vi
khuẩn, nấm mốc, nấm men, tảo nước ngọt,
tảo biển, hạt nảy mầm và cả động vật.
- Trên thế giới mannanase được sản xuất trên

quy mô công nghiệp nhằm phục vụ cho nhiều
ngành như: công nghiệp giấy, thức ăn chăn
nuôi, dược phẩm.. Ngồi ra, cịn có cả sản
xuất cà phê hịa tan..
- Tuy nhiên, việc sử dụng mannanase trong
các ngành công nghiệp còn hạn chế do hiệu
suất tsinh tổng hợp enzym này của vi sinh vật
ự nhiên cịn thấp, chi phí sản xuất enzym còn
cao


2. Cấu tạo


2. Cấu tạo

- Mannanase có nguồn gốc khác nhau thì
có thành phần cấu tạo và cấu trúc khác
nhau.
● Từ nấm mốc Sclerotium Rolfsii: là một
glucoprotein có M = 46.5 kDa
● Từ vi khuẩn ưa nhiệt Thermotoga
Neapolitana 5068: là enzyme một cấu
tử, có M = 65 kDa
● Từ Aspergillus Niger có M = 45 kDa
● Từ loài nhuyễn thể biển Littovena
Reesei: có M = 42 kDa
.

2. Cấu tạo

- Endo-beta-1,4-mannanase của
Pseudomonas cellulose bao gồm 423 axit
amin, với cấu trúc chia thành 3 vùng :
vùng A từ Prolin 44 đến Isoleucin 323, vùng
B từ Leucin 32 đến Tryptophan 360 và
vùng C từ Threonin 392 đến Threinin 419.
Các chuỗi Arg 39-Lys 43, Arg 324-Gly 331,
Arg 361-Thr 391, và Leu 420-Lys 423 có
chức năng nối các vùng trên lại với nhau.
Toàn bộ phân tử endo-beta-1,4-mannanase
được cấu tạo bởi 8 chuỗi xoẵn anpha và 8
chuỗi beta.
.


2. Cấu tạo

-

Endo-beta-1,4-mannanase có tác dụng thủy phân iên kết beta1,4-mannosidic trong chuỗi
polýaccaride galactomannan,
glucomannan,
galactoglucomannan và
mannan.

Mannan là polysaccharides có
chứa các gốc đường manose với tỉ
lệ hơn 90%. Chúng dự trữ trong

nội nhũ của hạt cọ, hạt cần tây,
hạt cà rốt, hạt cà phê xanh và mất
dần trong quá trình hạt nảy mầm


2. Cấu tạo

- Mannanase (beta-1,4-mannan mannohydrolase) phân cắt liên kết beta-1,4mannosit trong mạch mannan do vậy nó xúc tác thủy phân mannan,
glucomannan, galactomannan và galatoglucomannan tạo thành mannobiose,
mannotriose và hỗn hợp các oligosaccarit. Quá trình này phụ thuộc vào cấu
tạo của cơ chất và lượng sản phẩm tạo thành.


3. Ứng dụng


3. ỨNG DỤNG

Giới thiệu chung về
ngành cơng nghệp

Vai trị của enzyme
mannanase

Các yếu tố ảnh
hưởng


3.1. Giới thiệu chung
-

-

Nguyên liệu trong sản xuất bột
giấy : Ngun liệu dùng làm giấy
phải có tính chất sợi, có khả năng
đan kết và ép thành tấm đồng nhất,
độ liên kết sợi được đánh giá qua độ
kéo hay bục của tờ giấy.
Sản xuất bột giấy là giai đoạn chế
biến để tách thành phần sơ sợi từ
nguyên liệu gỗ hay một số thực vật
bắng các phương pháp hóa học hay
cơ học. Tùy theo yêu cầu sử dụng
mà bột có thể tẩy trắng hoặc không
với mức độ khác nhau. Yêu cầu sử
dụng mà bột có thể có hoặc khơng
được tẩy trắng hoặc được tẩy trắng
với mức độ khác nhau


3.2. Quy trình tẩy trắng bột giấy gỗ bằng enzym endobeta-1,4-mannanase


3.2. Quy trình tẩy trắng bột giấy gỗ bằng enzym endobeta-1,4-mannanase
- Phần lớn tiềm năng ứng dụng của mannanase là trong việc sử dụng
enzyme đó để tấy trắng bột giấy. Để bột gỗ được hòa tan trước tiên
phải tách và loại bỏ lignin. Trước đây việc loại bỏ là phá hủy mối liên
kết lignin trong hemicelluloses, được tiến hành trong dung dịch kiềm
- Việc sử dụng enzyme mananase trong tẩy trắng bột giấy không những

mang lại kết quả tốt như việc sử dụng dịch kiềm để loại bỏ lignin mà
còn khắc phục được những vấn đề về ô nhiễm môi trường. Đây là lợi ích
to lớn mà cơng nghệ tẩy trắng bột giấy cần quan tâm
- Sau cùng là giai đoạn tạo hình tờ giấy : huyền phù bột sẽ được pha
loãng, sàng lọc, phối trộn với một số phụ gia rồi đưa qua máy xeo giấy.
Trên lưới xeo, hình thành băng giấy ướt, kế tiếp là công đoạn ép, sấy
hoặc qua một số xử lý bề mặt để cho ra những sản phẩm giấy khác
nhau.


3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá tình tẩy trắng bột
gỗ bằng mannanase tái tổ hợp
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme
-

-

Tiến hành xử lý bột gỗ cứng và gỗ mềm với
các nồng độ enzyme khác nhau giữ ở 50oC ,
pH = 4.5, khuấy 200 vòng/phút trong thời
gian 3.5 giờ. Lọc thu dịch xử lý xác định
đường khử. Kết quả được thể hiện trong hình
3.1
Kết quả ở hình cho thấy khi tăng nồng độ bột
giấy từ 1.5% lên 2.5%, hàm lượng đường khử
trong dịch xử lý tăng. Khi nồng độ bột tăng
3.5% lên 5% thì hiệu quả thu được là thấp
hơn

3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá tình tẩy trắng bột
gỗ bằng mannanase tái tổ hợp
3.3.2. Ảnh hưởng của pH
-

-

Tiến hành xử lý bột gỗ cứng và gỗ mềm với
các nồng độ enzyme khác nhau giữ ở 50oC ,
pH = 4.5, khuấy 200 vòng/phút trong thời
gian 3.5 giờ. Lọc thu dịch xử lý xác định
đường khử. Kết quả được thể hiện trong hình
3.1
Kết quả ở hình cho thấy khi tăng nồng độ bột
giấy từ 1.5% lên 2.5%, hàm lượng đường khử
trong dịch xử lý tăng. Khi nồng độ bột tăng
3.5% lên 5% thì hiệu quả thu được là thấp
hơn


3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá tình tẩy trắng bột
gỗ bằng mannanase tái tổ hợp
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
-

-

-

Nhiệt độ là một yếu tố có tác động đáng kể

đến kết quả của quá trình phản ứng enzyme
Để tìm ra nhiệt độ tối ưu cho quá trình xử lý
bột giấy chúng tơi dã tiến hành thí nghiệm ở
các nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 30
đến 60oC
Sau 3.5 giờ xử lý ở nhiệt độ nhất định, pH =
4.5 với nồng độ bột giấy là 2.5%, nồng độ
enzyme 60U/g, tiến hành lọc thu dịch đem
xác định hàm lượng đường khử
Kết quả thu được thể hiện trong hình bên


3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá tình tẩy trắng bột
gỗ bằng mannanase tái tổ hợp
3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân
-

-

Tiến hành xử lý bột giấy với các thời gian
khác nhau 0,2,3.5,8,12 giờ trong các
điều kiện được lưạ chọn ở trên : 40oC
( gỗ mềm ) 50oC ( gỗ cứng ),pH = 4.5,
nồng độ bột giấy 2.5%, nồng độ enzyme
60U/g, khuấy 200 vòng/phút
Sau thời gian xử lý nhất định, lọc thu
bột,xác định hệ số kappa
Kết quả thu được thể hiện ở bảng bên

4. Kết luận

- Mannanase có nhiều ứng dụng trong các q trình cơng nghiệp, nhu cầu
sử dụng enzym này trong từng lĩnh vực là rất lớn. Enzym mananase là
enzym sử dụng chính trong việc cải thiện chất lượng của thực phẩm, thức
ăn chăn nuôi. Đặc biệt là trong công nghệ tẩy trắng sản phẩm từ gỗ như
giấy.
- Trước đây, việc loại bỏ là phá huỷ mối liên kết lignin trong hemicellulose,
được tiến hành trong dung dịch kiềm. Mặt hạn chế của phương pháp này là
chỉ ứng dụng với bột gỗ mềm và nó cũng gây nhiều vấn đề trong ơ nhiễm
môi trường. Việc sử dụng enzym mannanase trong tẩy trắng bột giấy không
những mang lại kết quả tốt như việc sử dụng dung dịch kiềm để loại bỏ
lignin mà nó cịn khắc phục được những vấn đề về ơ nhiễm mơi trường. Đây
là lợi ích to lớn mà cơng nghệ tẩy trắng giấy và bột giấy quan tâm. Nó thực
sự khả thi.


4. Kết luận

- Tuy nhiên, việc tẩy trắng bằng enzym địi hỏi khi phá vỡ hemicellulose mà
khơng làm hư hỏng chất lượng sản phẩm khi tác động vào các sợi cellulose.
Thành phần chính của bột gỗ mềm chiếm 15-20% là hemicellulose, thành
phần cấu tạo là galactomannan. Mannanase là lớp dưới đặc biệt của
galactomannase, có cấu tạo đặc biệt và là yếu tố chính quyết định q trình
tẩy trắng. Ngồi ra, bột giấy khi nóng lên nhiệt độ cao, có tỏa nhiệt và
mananase là thành phần cơ bản ổn định nhất, khơng bị biến tính và xúc tác
phản ứng để nâng nhiệt độ này. Mannanase có lợi cho q trình tẩy trắng
bột giấy, máy móc, nó làm giảm bớt hoặc loại trừ những phần bị oxi hóa
trong q trình tẩy trắng.
- Do đó, việc ứng dụng các đặc tính của enzym vào sản xuất giấy, đã giúp

cho con người khắc phục được khơng ít những bất lợi khi sử dụng bằng các
phương pháp cơ học, phương pháp hóa học trong quá trình tẩy trắng bột
giấy