Nghiên cứu sử dụng enzym xylanaza để tẩy trắng bột sunphat gỗ cứng theo công nghệ ECF (elemental chlorine free)

2
BỘ CÔNG THƯƠNG




BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
KHOA HỌC

Nghiên cứu sử dụng enzym xylanaza để tẩy trắng bột
sunphát gỗ cứng theo công nghệ ECF
(Elemental Chlorine Free)


Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Cao đẳng nghề
Công nghệ Giấy và Cơ điện
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Thị Thúy Liên
Khoa Công nghệ Giấy



9058

Phú Thọ, năm 2011


3
Mục lục

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG 6
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ 8
ĐẶT VẤN ĐỀ 9
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 12
1.1. Tẩy trắng bột giấy bằng công nghệ ECF 13
1.1.1. Tách loại lignin bằng oxy trong môi trường kiềm (O) 14
1.1.2. Tẩy trắng bột giấy bằng dioxit clo (D) 16
1.1.3 Tẩy trắng bột giấy bằng dioxit clo ở điều kiện nhiệt độ cao (D
h
) 18
1.1.4. Trích ly kiềm (E) 19
1.1.5. Tẩy trắng bột giấy bằng hydro peroxit (P) 20
1.2. Sử dụng enzym trong tẩy trắng bột giấy 22
1.2.1. Khái quát về enzym và một số tính chất của chúng 22
1.2.2 Tình hình sản xuất và ứng dụng enzym ở Việt Nam và thế giới 27
1.2.3. Cơ sở lý thuyết về sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy 28
1.2.4. Các nghiên cứu và sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy 39
CHƯƠNG II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.47
2.1. Nguyên vật liệu
47
2.1.1. Bột giấy 47
2.1.2. Enzym 48
2.1.3. Hóa chất 48
2.2. Dụng cụ, thiết bị sử dụng cho nghiên cứu 49
2.3. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 50
2.3.1. Phương pháp xử lý bột giấy sunphát bằng enzym 50
2.3.2. Phương pháp tẩy trắng bột giấy sunphát theo công nghệ ECF 52
2.3.3. Phương pháp xác định ảnh hưởng của mức dùng dioxit clo tới độ trắng của
bột sunphát đã qua xử lý enzym

53
2.3.4. Phương pháp xác định ảnh hưởng của xử lý enzym tới quá trình tẩy trắng
bột sunphát
54
2.3.5. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý enzym tới quá trình nghiền54
2.3.6. Phương pháp chuẩn bị mẫu bột giấy cho xác định tính chất cơ lý 54
2.3.7. Phương pháp xác định tính chất của bột giấy 55
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56
3.1. Thiết lập qui trình công nghệ xử lý bột sunphát bằng enzym
56
3.1.1. Ảnh hưởng của mức dùng enzym 56
3.1.1.1 Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới độ trắng của bột 56
3.1.1.2 Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hàm lượng pentozan trong bột 57
3.1.1.3. Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới độ nhớt của bột 58
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym 60
3.1.2.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới độ trắng của bột 60
3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hàm lượng pentozan 60
3.1.2.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới độ nhớt của bột 61
3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym 62


4
3.1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới độ trắng của bột 62
3.1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hàm lượng pentozan 63
3.1.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới độ nhớt của bột 64
3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng dioxit clo tới quá trình tẩy trắng bột
sunphát có xử lý enzym
66
3.3 Ảnh hưởng của xử lý enzym tới mức giảm tiêu hao hóa chất tẩy 67
3.4. Ảnh hưởng của xử lý enzym tới quá trình nghiền 68

3.5. Ảnh hưởng của xử lý enzym tới tính chất giấy 69
3.6. So sánh hàm lượng AOX trong nước thải 70
3.7. Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế 71
3.8. Thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunphát có công đoạn tiền xử lý
enzym
72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74
Tài liệu tham khảo 76
Phụ lục
80


















5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

STT Nội dung Trang
Hình 1.1
Cơ chế tác dụng của enzym

23
Hình 1.2
Sự biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất

25
Hình 1.3
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ của enzym

26
Hình 1.4
Ảnh hưởng của pH đến độ bền của enzym

26
Hình 1.5
Các liên kết giữa lignin, xenluloza và hemixenluloza

29
Hình 1.6
Cơ chế tác dụng của xylanaza

32
Hình 1.7 Cấu trúc hóa học của glucomannan và xylan gỗ cứng 33
Hình 1.8
Thủy phân các liên kết lignocacbohydrat bằng xylanaza

38
Hình 1.9
Sự thay đổi trị số Kappa của bột sunphát theo thời gian
xử lý

41
Hình 3.1
Ảnh hưởng của mức dùng enzym FibreZyme
®
LBL
CONC tới độ trắng của bột sau tẩy trắng
56
Hình 3.2
Ảnh hưởng của mức dùng enzym Pulpzym HC tới độ
trắng của bột sau tẩy trắng
57
Hình 3.3
Ảnh hưởng của mức dùng enzym FibreZyme
®
LBL
CONC tới hàm lượng pentozan trong bột
57
Hình 3.4
Ảnh hưởng của mức dùng enzym Pulpzym HC tới hàm
lượng pentozan trong bột
58
Hình 3.5
Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới độ trắng của
bột sau tẩy trắng
60

Hình 3.6
Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hàm lượng
pentozan trong bột giấy
61
Hình 3.7
Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới độ trắng của
bột sau tẩy trắng
63
Hình 3.8
Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hàm lượng
pentozan trong bột sau xử lý enzym và sau tẩy trắng
64
Hình 3.9
Ảnh hưởng của mức dùng dioxit clo tới độ trắng của
bột có xử lý enzym

66
Hình 3.10
Ảnh hưởng của xử lý enzym tới độ trắng của bột sau
tẩy

67
Hình 3.11
Ảnh hưởng của xử lý enzym tới mức giảm tiêu hao hóa
chất tẩy

68


6

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

Tên Nội dung Trang
Bảng 1.1
Điều kiện công nghệ của quá trình tách loại lignin bằng
oxy - kiềm

15
Bảng 1.2
Điều kiện công nghệ của giai đoạn tẩy bằng dioxit clo

18
Bảng 1.3
Các thông số kỹ thuật của giai đoạn D
h

19
Bảng 1.4 Điều kiện công nghệ của giai đoạn trích ly kiềm
20
Bảng 1.5
Điều kiện công nghệ của giai đoạn hydro peroxit

21
Bảng 1.6
Tác dụng của enzym lên một số thành phần của gỗ

34
Bảng 1.7
Một số loại xylanaza thương phẩm

35
Bảng 1.8
Ảnh hưởng của tiền thủy phân bột sunphát tới tính chất
của bột sunphát
41
Bảng 1.9
Hiệu suất và độ trắng của bột giấy sau khi tẩy trắng có sử
dụng và không sử dụng enzym

43
Bảng 1.10
Ảnh hưởng của các loại xylanaza thương phẩm khác
nhau lên tính năng nghiền của bột
45
Bảng 2.1
Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu
48
Bảng 2.2
Điều kiện xác định ảnh hưởng của mức dùng enzym
51
Bảng 2.3
Điều kiện xác định ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym
51
Bảng 2.4
Điều kiện xác định ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym
52
Bảng 2.5
Điều kiện công nghệ quy trình tẩy D
h
- EP - D

53
Bảng 2.6
Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của mức dùng dioxit clo
tới độ trắng của bột đã qua xử lý enzym
53
Bảng 2.7
Các phương pháp xác định tính chất của bột giấy
55
Bảng 3.1
Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới độ nhớt của bột sau
xử lý enzym và sau tẩy trắng

59
Bảng 3.2
Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới độ nhớt của bột
sau xử lý enzym và sau tẩy trắng
62


7
Bảng 3.3
Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới độ nhớt của bột
sau xử lý enzym và sau tẩy trắng
65
Bảng 3.4
Điều kiện công nghệ lựa chọn của giai đoạn xử lý enzym
66
Bảng 3.5
Ảnh hưởng của xử lý enzym tới quá trình nghiền
69

Bảng 3.6
Ảnh hưởng của xử lý enzym tới tính chất của bột giấy
69
Bảng 3.7
Ảnh hưởng của xử lý enzym tới hàm lượng AOX trong
nước thải
71
Bảng 3.8
So sánh sơ bộ hiệu quả kinh tế
71
Bảng 3.9
Các thông số kỹ thuật của quy trình tẩy trắng ECF có sử
dụng công đoạn tiền xử lý bằng enzym xylanaza
72














8
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ

Tên Chú thích
AOX
Absorbable organic halides
Hàm lượng halôgen hữu cơ hấp thụ được
Bột Kraft Bột nấu theo phương pháp sunphát
C Giai đoạn tẩy trắng bằng clo nguyên tố
D
o
Tẩy trắng giai đoạn 1 bằng ClO
2
D
1
Tẩy trắng giai đoạn 2 bằng ClO
2

D
h
Tẩy ClO
2
ở nhiệt độ cao
ECF
Element Chlorine Free
Tẩy trắng không có clo nguyên tố
EOP
Extraction with oxygen and peroxide stage
Giai đoạn trích ly kiềm có bổ sung O
2
và H

2
O
2

EP
Extraction with peroxide stage
Giai đoạn trích ly kiềm có sử dụng H
2
O
2
H Giai đoạn tẩy trắng bằng hypoclorit
HexA Axit Hexenuronic
ISO
International Standardization Organization
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
KG Khô gió
KTĐ Khô tuyệt đối
TCF
Total Chlorine Free
Tẩy trắng hoàn toàn không có clo
Trị số
Kappa (k)
Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng lignin còn lại trong bột sau nấu
X Giai đoạn xử lý bằng enzym


9
ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghiệp giấy là một ngành kinh tế quan trọng cần được ưu tiên phát

triển phù hợp với đường lối đổi mới của nền kinh tế, với tiến trình công nghiệp
hóa hiện đại hóa của đất nước. Trong năm 2010, sản lượng giấy sản xuất cả năm
đạt 1,85 triệu tấn, tăng 9,7% so với năm 2009, chủ yếu là giấy in, giấy viết và
gi
ấy làm bao bì. Tiêu dùng giấy ở Việt Nam năm 2010 lên đến 2,9 triệu tấn giấy
tăng so với năm 2007 (1,8 triệu tấn) và ước tính năm 2015 mức tiêu dùng lên tới
6 triệu tấn giấy (50-60 kg/người/năm) [1].
Hiện nay ở Việt Nam bột giấy chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp
hóa học, phương pháp hóa nhiệt cơ, phương pháp tái chế giấy loại, các phương
pháp này đều là các phương pháp sử dụng nhi
ều hóa chất, đặc biệt là quá trình
tẩy trắng có sử dụng clo nguyên tố. Ở các nước có công nghiệp giấy phát triển,
tại các nhà máy sản xuất bột sunphát tẩy trắng hiện đại, nếu lượng chất thải hữu
cơ chứa clo dưới 0,1 kg/tấn thì công nghệ tẩy trắng được xem là an toàn môi
trường. Ở các nước đang phát triển nói chung và Việt Nam nói riêng, theo thống
kê con số này cao hơn tiêu chuẩn trên rất nhiều. Nhìn chung công nghệ s
ản xuất
bột giấy và giấy Việt nam còn lạc hậu, điều này làm ô nhiễm môi trường trầm
trọng và làm giảm năng lực cạnh tranh của ngành giấy.
Tháng 3/2007 Bộ Công nghiệp đã phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành
công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn 2020 nhằm xây dựng ngành
công nghiệp giấy Việt Nam với công nghệ hiện đại, hình thành các khu vực sản
xuất bột giấy, giấy tậ
p trung với công suất đủ lớn, đáp ứng nhu cầu trong nước
và xuất khẩu.
Bên cạnh đó, với thực trạng hiện nay và trước tình hình mới, vấn đề đáp
ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường của ngành công nghiệp giấy đang hết sức
cấp bách. Vì vậy song song với áp dụng các biện pháp kịp thời về xử lý chất
thải, việc cải tiến công nghệ nh
ằm nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ảnh

hưởng đến môi trường cũng cần được quan tâm đúng mức.


10
Thực tế công nghiệp giấy thế giới cho thấy, có nhiều phương pháp hữu
hiệu để giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng chất tẩy chứa clo, như thay thế
clo bằng dioxit clo, ozon, hydro peoxit… trong đó ứng dụng công nghệ sinh học
là biện pháp hiệu quả và phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới [3].
Trên thế giới, ứng dụng công nghệ sinh học trong tẩy trắ
ng bột giấy đã
thực sự thu hút sự quan tâm và đã đạt được nhiều thanh tựu trong những năm
gần đây. Sử dụng enzym kết hợp vào công đoạn tẩy trắng bột giấy đã khẳng
định những ưu việt của mình so với chỉ sử dụng các chất tẩy truyền thống. Việc
thay thế các tác nhân hóa học và clo bằng tác nhân sinh học đang được sử dụ
ng
rộng rãi và đã mang lại hiệu quả cao, giúp cho ngành công nghiệp giấy ngày
càng trở nên sạch hơn và kinh tế hơn [2].
Ở nước ta, “Đề án phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh
vực công nghiệp chế biến đến năm 2020” do Thủ tướng Chính phủ ban hành
theo Quyết định số 14/2007/QĐ-TTg ngày 25/01/2006 đã được triển khai trong
nhiều ngành công nghiệp và đang mang lại những hiệu quả kinh tế xã hội đáng
k
ể. Theo Quyết định này, mục tiêu đến năm 2010 phải nghiên cứu tạo ra các
công nghệ sinh học tiên tiến ở trong nước, sản xuất ở quy mô công nghiệp các
sản phẩm enzym (kể cả enzym tái tổ hợp), các chế phẩm vi sinh, các hoạt chất
sinh học đáp ứng nhu cầu phát triển ngành công nghiệp chế biến. Phát triển
mạnh và bền vững ngành công nghệ sinh học phục vụ lĩnh vực công nghiệp chế
bi
ến, tạo thị trường thuận lợi để thúc đẩy sản xuất kinh doanh và dịch vụ các sản
phẩm trong lĩnh vực công nghiệp chế biến cũng là một trong những nhiệm vụ

trọng tâm của Chương trình. Trong chiến lược này công nghiệp giấy cũng sẽ là
một trong những ngành cần quan tâm thúc đẩy ứng dụng công nghệ sinh học.
Cùng với kế hoạch mở rộng và cải tiến công nghệ
của Tổng công ty Giấy
Việt Nam, nhiều dự án đầu tư mới sản xuất bột giấy đang được triển khai. Với
xu thế phát triển của công nghiệp giấy thế giới và trước những đòi hỏi ngày càng
khắt khe về bảo vệ môi trường của Việt Nam, các nhà máy bột giấy tương lai
này đều sẽ áp dụng công nghệ tẩy trắng thân thiện môi trường. Vì vậy việc tri
ển
khai các nghiên cứu về công nghệ tẩy trắng sử dụng các tác nhân thân thiện môi


11
trường là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Để đáp ứng xu hướng phát
triển của công nghiệp sản xuất bột giấy hiện đại và thực hiện nhiệm vụ của “Đề
án phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp chế biến tới
năm 2020” nhóm nghiên cứu chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng
enzym xylanaza để tẩy trắng bột sunphát theo công ngh
ệ ECF”. Mục tiêu của đề
tài là thiết lập quy trình công nghệ giai đoạn xử lý enzym để áp dụng cho tẩy
trắng bột gỗ cúng theo công nghệ ECF.
Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, tạo tiền đề cho việc cải tiến
công nghệ tẩy trắng bột giấy truyền thống ở nước ta, áp dụng công nghệ tẩy
trắng tiên tiến ECF có sử dụng enzym ít gây ô nhiễm môi trường, nhằm giảm
mức tiêu hao chất tẩy có thành phần clo, đạt hiệu quả kinh tế và cải thiện chất
lượng sản phẩm. Tạo lập cơ sở khoa học về tác dụng của enzym đối với các
thành phần của nguyên liệu thực vật, làm cơ sở cho nghiên cứu tăng cường ứng
dụng công nghệ sinh học trong công nghiệp giấy.
Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo phục vụ gi
ảng dạy và nghiên

cứu trong lĩnh vực sản xuất bột giấy, giấy đồng thời có thể áp dụng để tẩy trắng
bột giấy cho sản xuất giấy in, giấy viết. Ngoài ra với sự tham gia tích cực của
đông đảo cán bộ giảng dạy và nghiên cứu của Nhà trường (Cơ quan chủ trì đề
tài), việc thực hiện thành công đề tài sẽ góp phần nâng cao kiến thức chuyên
môn, năng lự
c nghiên cứu cho cán bộ và sinh viên, mở rộng hợp tác nghiên cứu
khoa học công nghệ với các cơ quan, đơn vị đào tạo và nghiên cứu khác, tạo
điều kiện thuận lợi cho phát triển định hướng nghiên cứu khoa học và chuyển
giao công nghệ của Nhà trường.
Cơ quan chủ trì đề tài và nhóm nghiên cứu xin chân thành cám ơn các cơ
quan chức năng của Bộ Công Thương đã tạo mọi điều kiện thuận l
ợi cho việc
triển khai thực hiện đề tài, chân thành cám ơn Tổng công ty Giấy Việt Nam,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghịêp Giấy và Xenluylô và các
cơ quan khác đã giúp đỡ và hợp tác góp phần thực hiện thành công đề tài.




12
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Tẩy trắng bột giấy là quá trình tách loại các chất mang màu còn lại trong
bột sau nấu hoặc dưới tác dụng cơ - nhiệt. Chất mang mầu chủ yếu trong các
loại bột hóa chưa tẩy trắng là lignin còn lại, hay chính xác hơn là các nhóm
mang mầu (chromoform) của lignin, chủ yếu là các nhóm quinon. Chúng là sản
phẩm của các biến đổi hóa học phức tạp của lignin trong quá trình nấu. Tính
chất của các nhóm mang mầu này chủ yếu phụ
thuộc vào phương pháp sản xuất
bột, quy trình công nghệ và dạng nguyên liệu.

Độ trắng của bột giấy được xác định bằng các dụng cụ đo độ trắng theo
các phương pháp tiêu chuẩn (TAPPI, ISO, TCVN). Đây là một trong những chỉ
số chất lượng quan trọng của bột giấy thương phẩm quyết định việc đáp ứng các
yêu cầu về thẩm mỹ và tính năng sử dụng c
ủa giấy.
Mục đích cơ bản của tẩy trắng là tạo cho bột giấy có độ trắng cao và ổn
định, tức là giữ được độ trắng ở mức cần thiết trong một thời gian kéo dài khi
bảo quản, sử dụng và chế biến thành các loại giấy trắng.
Về tính chất quang phổ thì cấu trúc đơn vị phenylpropan có giá trị hấp phụ
trong khoảng quang phổ cực tím, đặ
c trưng lớn nhất gần với 280 nm và 210 nm,
trong vùng ánh sáng nhìn tấy không có hấp thụ, vì vậy thực chất là không có
màu sắc. Nhưng trong các mảng phân tử lignin lại có chứa các nhóm mang màu
như các nhóm cacbonyl, các liên kết đôi -C=C- hoặc các liên kết cộng hợp với
vòng benzen… chúng làm cho bước sóng hấp thụ tăn lên, ở những vị trí thích
hợp sụ phối hợp, tương tác giữa các nhóm này với nhau làm cho bước sóng hấp
thụ của lignin tăng lên dịch chuyển gần
đến vùng ánh sáng nhìn thấy. Kết quả là
trong khoảng quang phổ nhìn thấy lignin có màu, chẳng hạn nhóm p-quinon có
màu vàng, còn o-quinon có màu đỏ.
Về phương diện hóa học, nhiệm vụ của quá trình tẩy trắng là dùng các tác
nhân hóa học (các chất có tính oxy hóa - khử, các chất có khả năng thay đổi tính
chất của lignin) để thay đổi cấu tạo hóa học của các nhóm mang mầu, loại bỏ
các gốc trợ mầu hoặc ngăn chặn các gốc phát mầu và trợ mầu liên hợ
p với nhau.


13
Cơ chế phân hủy lignin là một chuỗi các quá trình biến đổi phức tạp. Ban
đầu lignin bị oxi hóa, các cấu trúc mạch thẳng của lignin bị phân hủy và tách ra,

tiếp đó quá trình lan rộng đến cả các cấu trúc vòng thơm. Các sản phẩm oxi hóa,
clo hóa lignin và các sản phẩm phân hủy tiếp đó hòa tan một cách dễ dàng vào
dung dịch và được tẩy bỏ khỏi bôt giấy, nhờ đó mà qua quá trình rửa hàm lượng
xenluloza trong bột tăng, bột giấy trở nên tr
ắng hơn.
Trong khi phá hủy lignin, các chất tẩy trắng sẽ làm cho xenluloza và các
hemixenluloza bị phân hủy. Vì vậy trong quá trình tẩy trắng, hiệu suất bột bị
giảm do lignin đã bị khử bỏ và một phần xenluloza, hemixenluloza cũng bị tiêu
hao do phân hủy. Ở mức độ nào đó tẩy trắng thường kéo theo các tác động oxy
hóa hay thủy phân của các chất tẩy đối với xenlulo và hemixenlulo, gây ra sự
biến đổi các tính chất lý - hóa học của nó. Do vậy, cùng vớ
i mục tiêu đạt độ
trắng cao và ổn định là một trong những nhiệm vụ của quá trình tẩy trắng, và
được thực hiện bằng cách chọn các điều kiện tiến hành từng công đoạn riêng
biệt như nồng độ bột, mức dùng và nồng độ chất tẩy, nhiệt độ, pH của môi
trường… Như vậy, nhiệm vụ của quá trình tẩy trắng bột giấy bao gồ
m tăng độ
trắng bằng cách tách loại lignin ra khỏi bột hay thay đổi cấu trúc hóa học của nó
và tạo cho bột tẩy trắng các tính chất lý hóa học nhất định theo mục đích sử
dụng.
1.1. Tẩy trắng bột giấy bằng công nghệ ECF
Quy trình tẩy trắng là một quá trình nhiều công đoạn khác nhau. Tùy thuộc
vào loại bột và mục đích tẩy trắng, ở mỗi một công đoạn ng
ười ta có thể sử dụng
một hoặc nhiều chất tẩy khác nhau. Sở dĩ như vậy là vì thông thường độ trắng
tối đa của bột chỉ đạt được khi sử dụng nhiều chất tẩy khác nhau, và tác dụng
của chúng đối với các thành phần cần tẩy bỏ hoặc cần biến tính của bột khác
nhau. Vì vậy điều kiện tiến hành quá trình của mỗi công đ
oạn cũng rất khác
nhau.

Các quy trình công nghệ tẩy trắng truyền thống thường sử dụng clo nguyên
tố và các hợp chất của nó làm tác nhân chính vì những hiệu quả mà nó mang lại
như độ trắng cao do tác động khử lignin có tính chọn lọc tốt của clo và các hợp


14
chất của nó. Tuy nhiên, nước thải của quá trình tẩy trắng này chứa rất nhiều các
hợp chất độc hại với môi trường và sức khỏe con người.
Năm 1985, các nhà môi trường đã khẳng định nước thải của hầu hết các
nhà máy sản xuất bột giấy tẩy trắng sử dụng tác nhân tẩy là clo nguyên tố đều
chứa các hợp chất: 2,3,7,8 - tetra - chloro - dibenzo - p - dioxin (2,3,7,8-TCDD),
2,3,7,8 - tetra - chloro - dibenzo - furan (2,3,7,8-TCDF)… với tải lượng AOX từ

1-8 kg/ADt. Các hợp chất này rất độc, khó phân hủy sinh học và có thể gây ra
bệnh ung thư ở người. Vì vây, các nhà công nghệ phải nghiên cứu để tìm ra
công nghệ tẩy trắng sử dụng các hóa chất thân thiện với môi trường hơn [3].
Công nghệ tẩy trắng ECF thường sử dụng các tác nhân tẩy trắng là dioxit
clo (ClO
2
), oxy (O
2
), hydro peroxit (H
2
O
2
) và đôi khi cả ozon (O
3
)… Quá trình
tẩy thường được tiến hành qua nhiều giai đoạn với các tác nhân và điều kiện tiến
hành khác nhau, độ trắng của bột sau tẩy có thể đạt tới 90 %ISO với chất lượng

khá cao, chi phí hợp lý và giảm thiểu lượng AOX có trong nước thải, thải ra môi
trường [4,5,6].
1.1.1. Tách loại lignin bằng oxy trong môi trường kiềm (O)
Quá trình tách loại lignin bằng oxi trong môi trường kiềm (xử lý oxy-
kiềm) được khám phá vào năm 1867 do Joy và Campbell. Hai ông tiến hành gia
nhiệt khố
i bột sau nấu với sự có mặt của không khí chuyển qua. Giải Patent đầu
tiên được công bố đầu tiên vào năm 1915 là của Mueller với sự khẳng định khả
năng tách loại lignin của oxy trong điều kiện áp lực và môi trường kiềm. Công
trình của Hanris và Manshall về vấn đề này cũng được công bố vào năm 1954.
Trong suốt khoảng thời gian từ 1956 đến 1960 hàng loạt các công trình của
Nikitin và Akim với các điều kiện tiế
n hành và hiệu quả khác nhau đã được
công bố. Tuy nhiên mãi tới năm 1970 dây chuyền tẩy trắng bột hóa học đầu tiên
có sử dụng công đoạn tách loại lignin bằng oxy - kiềm mới chính thức được
khởi chạy tại Nam Mỹ [7,8].
Hiện tại giai đoạn tách loại lignin bàng oxy đã trở thành giai đoạn quan
trọng, không thể thiếu trong hầu hết các dây chuyền tẩy ECF và tính đến hết


15
năm 2004 đã có trên 255 dây chuyền tẩy trắng bột giấy trên thế giới sử dụng giai
đoạn oxy - kiềm (90 % là bột kraft) [8].
Trong quá trình tiến hành phản ứng, oxy tham gia vào quá trình biến đổi
các chất hữu cơ. Bên cạnh phản ứng với lignin, trong điều kiện môi trường kiềm
nếu không có chất bảo vệ các polysacarit cũng bị tấn công bởi các gốc tự do.
Các gốc tự do này được tạo thành do ôxy hóa trực tiếp các ch
ất hữu cơ hoặc do
phân hủy peroxit dưới tác dụng của các kim loại chuyển tiếp.
Để giảm mức độ ảnh hưởng đến chất lượng bột, quá trình tách loại lignin

chỉ dừng lại ở mức độ dưới 50%, trong điều kiện tiến hành tương đối ôn hòa.
Chất bảo vệ polysacarit thường sử dụng trong giai đoạn oxy - kiềm cũng như
hạn chế sự
phân hủy của O
2
và peroxit bởi các kim loại chuyển tiếp có trong bột
thường dùng là MgSO
4
với mức dùng từ 0,05-0,10 % bột khô tuyệt đối (KTĐ).
Các kết quả nghiên cứu và các kết quả thực nghiệm tại các nhà máy đã kết
luận một số chế độ tối ưu cho giai đoạn này (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Điều kiện công nghệ của quá trình tách loại lignin bằng oxy -
kiềm [8]
Điều kiện công nghệ Đơn vị Nồng độ trung bình Nồng độ cao
Nồng độ % 10 - 15 25 -28
Thời gian phản ứng phút 50 - 60 30
Nhiệt độ phản ứng
0
C 85 - 105 100 - 115
Áp lực ban đầu kPa 700 - 800 415 - 600
Áp lực ra kPa 450 - 550 415 - 600
Hiệu quả tách lignin % 40 - 45 45 - 55
Hơi áp suất thấp kg/tấn 40 - 110 30 - 50
Hơi áp suất trung bình kg/tấn 40 - 180 75 - 175
Điện tiêu thụ kWh/tấn 35 - 45 40 - 50
Mức dùng kiềm kg/tấn 18 - 24 18 - 23


16
Mức tiêu thụ oxy kg/tấn 20 - 24 15 - 24

Trị số kappa bột vào 16 - 18 16 - 18

Quá trình tách loại lignin bằng oxy - kiềm có thề tiến hành một hoặc hai
giai đoạn nối tiếp nhau. Tính đến năm 2005, số dây chuyền sử dụng 2 giai đoạn
oxy - kiềm chiếm 24% và có xu hướng không tăng, do những cải tiến kỹ thuật
trong công nghệ tẩy trắng tập trung vào tối ưu các điều kiện công nghệ và rút
gọn, kết hợp các giai đoạn tẩy trắng nhằm giảm chi phí đầ
u tư, chi phí vận hành
và tiết kiệm năng lượng…
1.1.2. Tẩy trắng bột giấy bằng dioxit clo (D)
Dioxit clo được phát hiện rất sớm, tuy nhiên mãi tới năm 1946 nó mới
được dùng lần đầu tiên trong các giai đoạn tẩy trắng ở Canada và Thụy Điển
thay thế cho một phần clo nguyên tố. Mặc dù vậy do chi phí sản xuất dioxit clo
tương đối đắt nên trong suốt từ 1946 đến 1980 tác nhân này vẫn không được chú
trọng mà chỉ dùng thay th
ế một phần clo trong giai đoạn tẩy trắng đầu tiên. Đến
nay tẩy trắng bằng dioxit clo phát triển nhanh do nó là một tác nhân tẩy trắng có
độ chọn lọc và hiệu quả cao [4,5].
Một số thuận lợi khi sử dụng dioxit clo là:
- Quá trình tẩy trắng ở nhiệt độ cao hơn (60-90
o
C), nồng độ tẩy trắng
được nâng cao (10 %), tương ứng với các giai đoạn tẩy tiếp sau do đó cho phép
giảm năng lượng và mức dùng nước, hạn chế lượng nước thải.
- Dioxit clo phản ứng với lignin tạo thành các hợp chất hoà tan trong nước
nên giảm được lượng kiềm sử dụng trong giai đoạn trích ly kiềm tiếp sau.
- Nước thải của quá trình tẩy trắng bằng dioxit clo có hàm lượng AOX
thấ
p hơn nhiều khi tẩy bằng clo nguyên tố.
- Tẩy trắng bằng dioxit clo cho chất lượng bột tốt hơn: Độ trắng cao, độ

nhớt cao, độ hồi màu thấp, tính chất cơ lý của bột được cải thiện và hiệu suất bột
tẩy trắng khá cao.


17
- Dioxit clo là một chất oxi hóa mạnh, điện thế oxy hóa khử của nó ít bị
thay đổi trong phạm vi pH tương đối rộng. Tính chất này cho phép tẩy bằng
dioxit clo không những trong môi trường kiềm mà cả trong môi trường axit (pH
= 3-6).
Về cơ chế hóa học, phản ứng oxy hoá của dioxit clo trong quá trình tẩy
trắng diễn ra rất phức tạp. Nhiều cấu tử chứa clo xuất hiện trong hệ phản ứng
như: Axithypoclorơ (HOCl), clo (Cl
2
), ion clorat (ClO
3
-
)… Nhiều nhà nghiên
cứu đã khẳng định, dioxit clo khi phản ứng với lignin đã nhận một điện tử tạo
thành ion clorit (ClO
2
-
). Ion này không phản ứng trực tiếp với các hợp chất chứa
trong bột. Mặt khác một phần dioxit clo khi phản ứng với các hợp chất có trong
bột giấy tạo thành HOCl, một phần HOCl sẽ chuyển hoá thành Cl
2
bởi quá trình
thuỷ phân. Axit hypoclorơ và clo sẽ phản ứng với lignin và các hợp chất trong
bột giấy tạo ra các hợp chất hữu cơ chứa clo và ion Cl
-
. Ion clorit (ClO

2
-
) kết hợp
với clo (Cl
2
) hoàn nguyên ClO
2
. Axit hypoclorơ phản ứng với ion clorit tạo
thành ion clorat (ClO
3
-
). Trong môi trường axit, ion clorit (ClO
2
-
) bị phá huỷ tạo
thành ClO
2
và ion Cl
-
… [9].
Như vậy, trong quá trình tẩy bằng dioxit clo, các cấu tử ClO
2
, HOCl, Cl
2

sẽ là các tác nhân chính trong quá trình tẩy trắng. Các cấu tử này, đặc biệt là
dioxit clo sẽ tấn công mạnh, phá hủy nhanh các cấu trúc phenol tự do. Ngoài ra
các cấu trúc phenol thế và các cấu trúc chứa nối đôi cũng bị phân hủy. Sản phẩm
của quá trình tạo ra là các axit oxalic, maleic, fumaric và các sản phẩm hữu cơ
có chứa clo. Do bị phân cắt, giải trùng hợp thành các mảnh chứa nhóm thế

cacboxyl nên các sản phẩm phân hủy lignin này tan vào trong môi trường tẩy,
còn lại một số s
ẽ được tách loại trong giai đoạn kiềm hóa tiếp theo. Do dioxit clo
có tính chọn lọc khá cao nên ảnh hưởng tới các polysacarit không nhiều. Đối với
các hợp chất trích ly, dioxit clo phản ứng cũng rất hạn chế và chậm, tuy nhiên nó
vẫn có thể oxy hóa một số cấu tử nhựa, phản ứng cộng với các hợp chất không
no. Quá trình phản ứng làm xuất hiện các nhóm chức cacboxyl mới, các nhóm
này làm tăng khả năng hòa tan các dẫn xuất vào môi tr
ường tẩy [8].


18
Trong các quy trình tẩy ECF, dioxit clo có thể sử dụng làm chất tẩy độc lập
của một công đoạn tẩy riêng biệt, dùng kết hợp với clo hoặc dùng ở công đoạn
kết thúc nhằm nâng cao độ trắng của bột. Điều kiện công nghệ của công đoạn
tẩy trắng bằng dioxit clo được thể hiện trong Bảng 1.2 [10].
Bảng 1.2. Điều kiện công nghệ củ
a giai đoạn tẩy bằng dioxit clo
Giai đoạn Điều kiện công nghệ Đơn vị Giá trị
pH ban đầu 1,5 - 2,5
Nhiệt độ
o
C 40 - 60
Nồng độ tẩy % 10 - 15
Thời gian phút 30 - 80
D
o
Mức dùng
kg clo hoạt tính/tấn
bột KTĐ

(1 - 2) × kappa

pH ban đầu 3,5 - 5,0
Nhiệt độ
o
C 55 - 75
Nồng độ tẩy % 10 ÷ 15
Thời gian phút 120 - 240
D
1
& D
2

Mức dùng
kg clo hoạt tính/tấn
bột KTĐ
4 - 6 lần trị số kappa,
D
1
/D
2
là 2/1 - 3/1

1.1.3 Tẩy trắng bột giấy bằng dioxit clo ở điều kiện nhiệt độ cao (D
h
)
Việc sử dụng giai đoạn D
h
là một sự lựa chọn tương đối kinh tế, các nghiên
cứu cho thấy rằng nó không chỉ có tác dụng làm giảm chi phí hóa chất, đảm bảo

chất lượng bột (độ trắng trên 90 %ISO), mà nó còn là sự lựa chọn cho các quy
trình tẩy ECF rút gọn - một xu hướng mới của công nghệ tẩy trắng. Các điều
kiện công nghệ của giai đoạn D
h
được đưa ra ở Bảng 1.3 [7,8,10, 11, 12].





19
Bảng 1.3. Các thông số kỹ thuật của giai đoạn D
h

Các thông số Đơn vị tính D
h
Nhiệt độ
o
C 85 - 95
pH - 2,5 - 3,0
Thời gian phút 90 - 120
Nồng độ % 10 - 15
Mức dùng ClO
2
% so với bột KTĐ Tương tự như D
o

Một số quy trình ECF có sử dụng giai đoạn D
h
đang được một số nhà máy

áp dụng như:
+ Nhà máy Cenibra, Bel Oriente, Brazin: D
h
(EO)D
1
ED
2

+ Nhà máy Ripasa, Limeira, Brazin: D
h
(PO)D
+ Nhà máy CMPC, Santa Fe, Chile: D
h
(EOP)D
+ Nhà máy Mondi, Richards Bay, Nam Mỹ: D
h
(PO)D
1
D
2

1.1.4. Trích ly kiềm (E)
Trích ly kiềm (kiềm hóa) là một công đoạn của quá trình tẩy trắng. Việc sử
dụng giai đoạn trích ly kiềm trong các quy trình tẩy trắng xuất hiện từ năm 1789.
Trong hơn 200 năm qua, giai đoạn trích ly kiềm ngày càng được cải tiến, hoàn
thiện và đóng vai trò rất quan trọng, đặc biệt trong các quy trình tẩy hiện đại,
thân thiện với môi trường.
Mục đích của giai đoạn này là s
ử dụng dung dịch NaOH phản ứng với
lượng lignin còn lại trong bột. Quá trình này thường được tiến hành trong điều

kiện tương đối ôn hòa nên ảnh hưởng của nó tới các polysacarit là không nhiều.
Giai đoạn trích ly kiềm này thường sử dụng xen kẽ sau các giai đoạn tẩy bằng
dioxit clo. Ngoài việc sử dụng duy nhất NaOH, gần đây đã xuất hiện các quy
trình tẩy hiện đại, giảm bớt lượng dùng dioxit clo, rút ng
ắn các giai đoạn tẩy và
nâng cao chất lượng bột giấy trong giai đoạn trích ly kiềm NaOH thường được
sử dụng cùng với một số tác nhân khác:
- Kiềm hóa đơn thuần: Xử lý bằng dung dịch NaOH thuần túy (E)


20
- Kiềm hóa tăng cường hydro peroxit (EP)
- Kiềm hóa tăng cường oxi (EO)
- Kiềm hóa tăng cường oxi và hydro peroxit (EOP)
Điều kiện tiến hành được các nhà khoa học và các nhà sản xuất tổng kết
trong Bảng 1.4 [ 11].
Bảng 1.4. Điều kiện công nghệ của giai đoạn trích ly kiềm
Giai đoạn Điều kiện công nghệ Đơn vị Giá trị
pH ban đầu 10 - 11,5
Nhiệt độ
o
C 60 - 90
Nồng độ tẩy % 10 - 15
Thời gian phút 60 - 90
Áp suất bar 2,5 - 5 (tháp ngược)
Áp suất thường (tháp
xuôi)

E
o
Mức dùng kg/tấn 2 - 5 × kappa
của bột vào tẩy
pH ban đầu 10 - 11,5
Nhiệt độ
o
C 60 - 90
Nồng độ tẩy % 10 - 15
Thời gian phút 60 - 90
Áp suất bar thường




E
1
& E
2

Mức dùng kg/tấn 3 - 5 × kappa
của bột vào tẩy

1.1.5. Tẩy trắng bột giấy bằng hydro peroxit (P)
Hydro peroxit trong môi trường kiềm là tác nhân tác nhân có tính chọn lọc
khá cao, ít gây ô nhiễm môi trường, vì vậy nó được sử dụng trong quá trình tẩy
trắng các loại bột hóa học và cơ học. Trong quá trình tẩy trắng bột hóa học cũng
như cơ học bằng peroxit việc khống chế pH là rất quan trọng, thông thường pH

21
thường được giữ trong khoảng 10,5-12,5 trong suốt quá trình tẩy. Natri hyđroxit
là nguồn cung cấp kiềm chính trong công nghệ tẩy H
2
O
2
. Trong suốt quá trình
tẩy, pH của môi trường giảm liên tục theo thời gian, để khắc phục hiện tượng
này natri silicat được thêm vào dịch tẩy. Nó không chỉ là nguồn kiềm bổ sung
mà còn có vai trò làm ổn định pH môi trường tẩy. [11]
Các kết quả nghiên cứu cho thấy Na
2
SiO
3
thường được dùng ở mức 5%
(so với bột khô tuyệt đối). Một lượng nhỏ khoảng 0,05-0,1% muối MgSO
4
được
thêm vào cùng với Na
2
SiO
3
, chúng có tác dụng khử hoạt tính xúc tác phân huỷ
H
2
O
2
của các ion kim loại chuyển tiếp như Cu, Mn, Fe Mặt khác nó còn hoạt
hoá H

2
O
2
tạo ra phản ứng phân ly qua sản phẩm trung gian là các peroxit silicat
HOO
-
.SiO
3
không bền trong nước có tác dụng oxy hoá mạnh hơn nhiều so với
peroxit [13,14,15,16].
Bên cạnh việc sử dụng hỗn hợp Na
2
SiO
3
và MgSO
4
thêm vào trong dịch
tẩy để hạn chế tới mức tối đa ảnh hưởng của các kim loại chuyển tiếp trong quy
trình tẩy có thể bổ xung thêm hoặc kết hợp một giai đoạn xử lý bột (giai đoạn Q)
trước khi tẩy bằng một số hợp chất như: ethylene - diamin - tetra - acetic axit
(EDTA), diethylen - triamin - penta - acetic axit (DTPA), trisodium - 2 -
hydroxyethyl - ethylen triamin (HEDTA)
Các điều kiện công nghệ giai đoạn tẩy hydro peroxit được chỉ ra trong
Bảng 1.5.

Bảng 1.5. Điều kiện công nghệ của giai đoạn tẩy trắng bằng hydro peroxit
[5,13,14,15]
Điều kiện công nghệ Đơn vị Giá trị
pH ban đầu 10,5 - 11,0
Nhiệt độ

o
C 70 - 110
Nồng độ tẩy % 10 - 15
Thời gian phút 30 - 180
Mức dùng H
2
O
2
kg/tấn 10 - 30



22
Với các quy trình ECF hiện đại, hydro peroxit thường được sử dụng kết
hợp với kiềm, oxy hình thành các giai đoạn tẩy như (EP), (EOP), (PO)
[5,15,16,17,18].
1.2. Sử dụng enzym trong tẩy trắng bột giấy

1.2.1. Khái quát về enzym và một số tính chất của chúng
Về bản chất, các enzym là các chất xúc tác nguồn gốc sinh học, chúng xúc
tiến các phản ứng hóa học cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể. Hầu hết tất
cả các phản ứng diễn ra trong các cơ thể sống từ dạng các cá thể đơn bào đến
các cơ thể bậc cao trong thế giới thực vật cũng như
động vật, đều là các phản
ứng được xúc tác bởi các men. Đến nay người ta đã biết được rất nhiều loại men
xúc tác các phản ứng độc lập tương ứng. Tất cả các men hay enzym đều là
những phân tử protein có khả năng hòa tan trong nước và dung dịch muối loãng,
phân tử lượng lớn 20.000-1.000.000 Dalton [19,20].
So với các chất xúc tác hoá học, enzym có những tính chất ưu việt hơn
hẳn, như:

+ Cường lực xúc tác lớn: Trong đ
iều kiện thích hợp các enzym có khả
năng tăng tốc độ của các phản ứng nhanh gấp 10
8
- 10
11
lần so với khi không có
xúc tác
+ Tính đặc hiệu cao: Mỗi enzym chỉ chuyển hoá một hoặc một số cơ chất
nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định, do đó không tạo sản phẩm phụ
+ Tác dụng trong điều kiện ôn hòa: Đa số các enzym hoạt động ở nhiệt độ
35-40
o
C, áp suất thường, nồng độ không cần quá cao. Do vậy không đòi hỏi các
thiết bị chịu nhiệt, chịu áp…
+ Không độc hại đối với sức khỏe con người, thân thiện với môi trường
Cơ chế tác dụng của enzym lên các chủ thể được phản ánh tương đối đầy
đủ và sâu rộng trong nhiều tài liệu. Có thể tóm tắt cơ chế xúc tác các phản ứng
biến đổi các chủ thể nh
ư sau [21,22,23].
Khi enzym tác dụng với cơ chất, tạo thành một hợp chất dạng phức, trong
đó enzym tham gia vào các phản ứng biến đổi phức này thành sản phẩm và giải
phóng enzym tự do. Về mặt cơ chế hóa học, enzym tác dụng lên các chủ thể chỉ


23
khi có tiếp xúc trực tiếp, điều đó có nghĩa là sự tạo thành tổ hợp enzym-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 enzym vẫn nguyên vẹn và
giữ được khả năng thành lập liên kết với phân tử khác của chủ thể (Hình 1.1)

Enzym Chủ thể Tổ hợp Enzym Sản phẩm
Hình 1.1. Cơ chế tác dụng của enzym [22,23,24]

Cơ chế tác dụng của enzym được chia làm ba giai đoạn [23,24].
- Giai đoạn thứ nhất: Enzym tác dụng với cơ chất bằng liên kết yếu tạo
thành phức hợp enzym - cơ chất không bền. Phản ứng này xảy ra rất nhanh đòi
hỏi năng lượng hoạt hóa thấp.
- Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá
vỡ
liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng.
- Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm còn enzym được giải phóng dưới
dạng tự do.
Các liên kết chủ yếu được tạo thành giữa enzym và cơ chất trong phức hợp
enzym - cơ chất là tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals.
Mỗi loại liên kết đòi hỏi điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi
có nước. Có thể nói,
đây là một quá trình tương đối phức tạp, chịu ảnh hưởng
của nhiều yếu tố lý học, hóa học khác nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của enym và các quá trình do enzym
xúc tác bao gồm:
• Ảnh hưởng của nồng độ enzym
Trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào
nồng độ enzym [19,23,24]:
v = k.[E]


24
Trong đó: v là vận tốc phản ứng

[E] là nồng độ enzym
k là hằng số đặc trưng cho ái lực của enzym đối với cơ chất
Tuy nhiên, khi nồng độ enzym quá lớn, tốc độ phản ứng sẽ không thay đổi
nếu tăng nồng độ enzym, bởi lẽ vận tốc phản ứng sẽ đạt cực đại khi toàn bộ
enzym liên kết với cơ chất.
• Ảnh h
ưởng của nồng độ cơ chất
Trong trường hợp đơn giản phản ứng chỉ có một cơ chất S và enzym E,
xúc tác cho sự chuyển hóa tạo thành sản phẩm P theo sơ đồ:

Trong đó: k
1
, k
-1
, k
2
là hằng số vận tốc của các phản ứng tương ứng.
Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa vận tốc phản ứng và nồng độ cơ
chất như sau:

[
]
[]
SK
SV
V
s
o
+
=

;
1
21
k
kk
K
s
+
=
−

V là vận tốc chuyển hóa ES → E + P
V
0
là vận tốc ứng với nồng độ cơ chất rất lớn so với nồng độ tổng của
enzym. Nếu [S] >> [E], tất cả enzym đều tham gia vào phản ứng tạo phức ES và
vận tốc phản ứng V đạt V
max



25

Hình 1.2. Sự biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất [19, 24,24]
• Ảnh hưởng của chất ức chế
Các chất ức chế hay kìm hãm là những chất làm giảm tốc độ phản ứng do
enzym xúc tác. Về bản chất, chúng là các ion, các chất vô cơ, chất hữu cơ hoặc
có thể là chính cơ chất hay sản phẩm của phản ứng (E). Về tác dụng, chất ứ
c chế
thường đặc hiệu hoặc không đặc hiệu. Chúng có khả năng kìm hãm thuận

nghịch hoặc không thuận nghịch. Khi có mặt các chất ức chế thuận nghịch,
chúng kìm hãm enzym bằng cách kết hơp với nó và làm ảnh hưởng đến sự kết
hợp của E & S, tức là ảnh hưởng đến hoạt độ phân tử của nó.
• Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Ta có thể tăng vận tốc của một phản ứng hóa học bằng cách tăng nhiệt độ
của môi trường, hiện tượng này tuân theo quy luật của Vant-Hoff. Điều này có
nghĩa khi tăng nhiệt độ lên 10
o
C thì vận tốc phản ứng tăng lên 2 lần. Đối với
phản ứng do enzym xúc tác cũng có thể áp dụng quy luật này nhưng chỉ trong
phạm vi nhất định, vì bản chất của enzym là protein. Khi tăng nhiệt độ lên trên
50
o
C thì xảy ra phản ứng phá hủy chất xúc tác. Sau nhiệt độ tối thích, vận tốc
phản ứng do enzym xúc tác sẽ giảm. Nhờ tồn tại nhiệt độ tối ưu mà người ta
phân biệt phản ứng hóa sinh và các phản ứng vô cơ thông thường.


26

Hình 1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ của enzym [19,23,24]
Mỗi enzym có một nhiệt độ tối thích khác nhau, phần lớn phụ thuộc nguồn
cung cấp enzym, thông thường ở trong khoảng từ 40-60
o
C, cũng có enzym có
nhiệt độ tối thích rất cao như những enzym của những chủng ưa nhiệt.
• Ảnh hưởng của pH đến hoạt độ của enzym
Sự phân ly khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau
làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết cơ chất và hoạt động của phân tử
enzym, dẫn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào pH. Như đã biết mỗi

enzym có một pH tối thích, mỗi enzym có đường biểu diễn ảnh hửơng của pH
lên vận tốc phản ứng do enzym xúc tác có dạng như Hình1.4


Hình 1.4. Ảnh hưởng của pH đến độ bền của enzym