nghiên cứu sử dụng enzym cellulase và hemicellulase để làm giảm năng lượng nghiền bột giấy hoá học tẩy trắng

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM
CÔNG TY TNHH VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ
************************




BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2012

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYM CELLULASE VÀ
HEMICELLUNASE ĐỂ LÀM GIẢM NĂNG LƯỢNG NGHIỀN
BỘT GIẤY HÓA HỌC TẨY TRẮNG






Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì:
Công ty TNHH Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô
Chủ nhiệm đề tài
: Ks. Đào Tố Liên

9586

Hà nội 12/2012

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I.
TỔNG QUAN VỀ GIAI ĐOẠN NGHIỀN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT GIẤY VÀ ENZYME TRỢ NGHIỀN
3
1.1. Quá trình nghiền bột giấy 3
1.2. Enzyme trợ nghiền 9
1.2. Định hương nghiên cứu 19
PHẦN II.
NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu 22
PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1. Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng enzyme cellulasse và hemicellulase
trong quá trình nghiền bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng cho sản xuất giấy in 24
3.2. Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng enzyme cellulase và hemicellulase
trong quá trình nghiền bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm cho sản xuất giấy in 37
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý bột giấy bằng enzyme trợ nghiền
đến tính chất của giấy in 49
PHẦN IV. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM 52

4.1. Nguyên liệu, hóa chất, phụ gia 52
4.2. Qui trình công nghệ 52
4.3. Tính chất giấy 54
4.4. Đánh giá hiệu quả kinh tế 54
PHẦN V. KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 : Các kết quả nghiên cứu về enzyme trợ nghiền 12
Bảng 1.2 : Tác động của các loại enzyme tới thời gian nghiền 15
Bảng 2.1 : Tính chất của bột giấy hóa học tẩy trắng dùng trong
nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm
20
Bảng 3.1 : Ảnh hưởng của pH tới độ nghiền và chiều dài xơ sợi 24
Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chiều dài xơ sợ
i và độ nghiền 25
Bảng 3.3 : Ảnh hưởng của thời gian tới chiều dài xơ sợi và độ nghiền 26
Bảng 3.4 : Ảnh hưởng của mức dùng enzyme 26
Bảng 3.5 : Tính chất vật lý của bột giấy 27
Bảng 3.6 : Ảnh hưởng của pH 28
Bảng 3.7 : Ảnh hưởng của nhiệt độ 29
Bảng 3.8 : Ảnh hưởng của thời gian 30
Bảng 3.9 : Ảnh hưởng của mức dùng 31
Bảng 3.10 : Tính chất v
ật lý của bột giấy 32
Bảng 3.11 : Ảnh hưởng của pH 33
Bảng 3.12 : Ảnh hưởng của nhiệt độ 33
Bảng 3.13 : Ảnh hưởng của thời gian 34

Bảng 3.13 : Ảnh hưởng của mức dùng 35
Bảng 3.14 : Tính chất vật lý của bột giấy 36
Bảng 3.15 : Tính chất vật lý của bột giấy 37
Bảng 3.16 : Ảnh hưởng của pH 38
Bảng 3.17 : Ảnh hưởng của nhiệt độ 39
B
ảng 3.18 : Ảnh hưởng của thời gian 39
Bảng 3.19 : Ảnh hưởng của mức dùng 40

Bảng 3.19 : Tính chất vật lý của bột giấy 41
Bảng 3.20 : Ảnh hưởng của pH 42
Bảng 3.21 : Ảnh hưởng của nhiệt độ 42
Bảng 3.22 : Ảnh hưởng của thời gian 43
Bảng 3.23 : Ảnh hưởng của mức dùng enzyme 44
Bảng 3.24 : Tính chất vật lý của bột giấy 45
Bảng 3.25 : Ảnh hưởng của pH 46
Bảng 3.26 : Ảnh hưởng của nhiệt độ 46
Bảng 3.27 : Ảnh hưởng của th
ời gian 47
Bảng 3.28 : Ảnh hưởng của mức dùng enzyme 48
Bảng 3.29 : Tính chất cơ lý của bột giấy 49
Bảng 3.30 : Tính chất của giấy in 50
Bảng 4.1 : Tính chất của giấy 54
Bảng 4.2 : Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế 55



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 3.1 : Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất thử nghiệm 53



1
MỞ ĐẦU
Sản xuất giấy là ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng, chiếm khoảng 18
– 25% giá thành của sản phẩm. Tuỳ theo tính chất của từng loại bột giấy và các tính
chất yêu cầu của mỗi loại giấy mà năng lượng sử dụng cho quá trình nghiền bột giấy
chiếm khoảng 15 – 18% tổng năng lượng cần thiết để sản xuất các sản phẩm giấy từ
gỗ. N
ăng lượng nghiền chiếm một phần chi phí lớn trong giá thành sản phẩm. Chính vì
vậy mà giảm lượng năng lượng nghiền sử dụng là một việc cấp thiết trong công nghiệp
sản xuất giấy.
Từ lâu trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu nhằm giảm năng lượng sử
dụng trong quá trình sản xuất, đặc biệt là quá trình nghiền. Các nghiên cứu về thay đổi
chế độ công ngh
ệ cũng như cải tiến thiết bị nghiền được tiến hành và đã đem lại hiệu
quả nhất định. Nhưng hiện nay giải pháp được các nhà khoa học quan tâm và đi sâu
vào nghiên cứu là sử dụng enzyme. Một số loại enzyme đã được các nhà khoa học trên
thế giới nghiên cứu và cho kết quả rõ rệt trong quá trình nghiền bột giấy. Sử dụng
enzyme đã làm giảm đáng kể năng lượ
ng nghiền trong khi chất lượng bột giấy không
thay đổi. Nghiên cứu ở Ấn Độ cho thấy sử dụng hỗn hợp của enzyme cellulase và
hemicellulase làm giảm năng lượng nghiền bột giấy từ 18 – 45% tuỳ theo từng loại bột
giấy. Sử dụng enzym hemicellulase sẽ giảm được năng lượng nghiền hỗn hợp bột giấy
tẩy trắng từ gỗ cứng trong khoảng từ 6 – 30%, cải thi
ện được độ thoát nước và độ bền
của bột giấy. Sử dụng enzym cellulase trong quá trình nghiền bột giấy hoá học và bông
sẽ làm tăng độ bền của bột giấy và giảm được thời gian nghiền. Sử dụng enzym

xylanase sẽ làm giảm được năng lượng cần để nghiền bột giấy hoá học tẩy trắng.
Các nghiên cứu đều cho thấy tính hiệu quả khi sử dụng enzyme để
làm giảm năng
lượng nghiền bột giấy, trong khi chất lượng bột giấy không thay đổi.
Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất giấy tại Việt Nam rất quan tâm tới việc
giảm năng lượng trong quá trình sản xuất giấy. Đặc biệt là trong hoàn cảnh nước ta
năng lượng điện không đủ để cung cấp cho sản xuất. Công đoạn nghiền bột giấy trong
quá trình sản xuất giấ
y sử dụng năng lượng điện và chiếm một tỷ lệ tương đối lớn. Việc
giảm năng lượng trong quá trình nghiền bột giấy sẽ có ý nghĩa thực tiễn rất lớn, không
những làm giảm được giá thành sản phẩm mà còn làm giảm được tiêu thụ điện của
ngành giấy. Bởi vậy Công ty TNHH Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đề xuất đề
tài:“Nghiên cứu sử
dụng enzym cellulase và hemicellunase để làm giảm năng lượng
nghiền bột giấy hoá học tẩy trắng“. Mục tiêu của đề tài là xác lập quy trình công nghệ
sử dụng enzyme cellulase và hemicellulase để làm giảm năng lượng nghiền bột giấy

2
hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng và gỗ mềm trong quá trình sản xuất giấy in. Nội dung
nghiên cứu gồm:
- Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng enzyme cellulase và hemicellulase
trong quá trình nghiền bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng cho sản xuất giấy in;
- Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng enzyme cellulase và hemicellulase
trong quá trình nghiền bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm cho sản xuất giấy in;
- Xây dựng quy trình công ngh
ệ sử dụng enzyme cellulase và hemicellulase
trong quá trình nghiền bột giấy cho sản xuất giấy in;
- Đánh giá mức giảm năng lượng tiêu thụ cho nghiền bột giấy;
- Tiến hành sản xuất thử nghiệm sản phẩm giấy in theo quy trình công nghệ đã
lựa chọn tại xưởng thực nghiệm của Công ty TNHH Viện Công nghiệp Giấy và

Xenluylo.
Nghiên cứu này sẽ giúp các cơ sở sản xuất trong việc lựa chọn chế
phẩm
enzyme cũng như chế độ công nghệ sử dụng. Việc đưa được enzyme vào giai đoạn
nghiền để giảm năng lượng sử dụng sẽ làm giảm giá thành sản phẩm, hơn nữa việc đưa
được công nghệ sinh học vào thực tế sản xuất sẽ góp phần làm cho ngành giấy ngày
càng thân thiện với môi trường.

3
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ GIAI ĐOẠN NGHIỀN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
GIẤY VÀ ENZYME TRỢ NGHIỀN
1.1 Quá trình nghiền bột giấy
1.1.1 Khái niệm chung
Bột giấy trong các nhà máy bột giấy không xử lý cơ học sẽ không thích hợp để
sản xuất phần lớn các loại giấy. Tờ giấy được làm từ bột giấy nguyên thủy chưa nghiền
sẽ có độ bền thấp, xốp và bề mặt không nhẵn.
Để sản xuất các loại giấy có chất lượng
cao xơ sợi phải có tính mờ đục, tờ giấy phải đồng đều và phải có độ liên kết tốt tại các
điểm tiếp xúc. Trong quá trình nghiền lớp ngoài cùng của xơ sợi bị bóc ra, làm xơ sợi
bị trương nở bởi sự hydrat hóa, giảm chiều dài do bị cắt, như vậy xơ sợi sẽ bị ngắn đ
i,
chổi hóa bên trong, chổi hóa bên ngoài và tăng độ mềm mại,… Điều này dẫn tới sự
tăng diện tích bề mặt xơ sợi và thể tích riêng. Do vậy, khi xeo giấy liên kết xơ sợi tốt
hơn và giấy có độ đồng đều, độ bền cơ lý cao hơn.
Trong phòng thí nghiệm máy nghiền Hà Lan và máy nghiền PFI được sử dụng
trong quá trình nghiền, trong khi đó tại các nhà máy thiết bị thích hợp được sử dụ
ng là
máy nghiền đĩa hoặc máy nghiền côn. Quá trình nghiền có ảnh hưởng rất lớn tới tính
chất của giấy, vì thế trong ngành giấy có câu: “Giấy được hình thành trong máy

nghiền”.Bất kỳ một sự tổn hại nào của xơ sợi trong giai đoạn này cũng không thể sửa
chữa được trong các giai đoạn tiếp theo.
Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy về cơ bản có hai hiện tượng chính
xảy ra
đồng thời trong quá trình nghiền bột giấy:
- Hiện tượng thứ nhất đơn thuần là những tác dụng cơ học của dao nghiền lên
xơ sợi bột giấy, làm thay đổi hình dạng xơ sợi: cắt ngắn và chổi hóa.
- Hiện tượng thứ hai là tác động mang tính keo hóa hay còn gọi là hiện tượng
thủy hóa, xơ sợi bị trương nở, kéo theo sự chổi hóa làm vách tế bào xơ sợi mỏng đi,
di
ện tích bề mặt bên ngoài của xơ sợi tăng lên, các nhóm OH trên bề mặt lộ ra và hấp
thụ các phần tử nước do tác dụng của liên kết hydro.
Bột giấy được nghiền theo cắt ngắn xơ sợi được gọi là “nghiền bột rời”. Sự cắt
ngắn xơ sợi tăng khi tăng áp lực nghiền, giảm nồng độ bột giấy hoặc giảm độ dày của
dao nghiền. Ngược lại để tăng mức độ chổi hóa trong quá trình nghiền thì phải giảm áp
lực nghiền, tăng nồng độ bột hoặc tăng chiều dày của dao. xơ sợi bột giấy sau nghiền
vẫn giữ được độ dài tương đối và chổi hóa tốt được gọi là “nghiền bột nhuyễn”.

4
Mức độ nghiền của bột giấy được đo bằng độ nghiền. Thực chất của độ nghiền
là tính chất của bột giấy thu được sau quá trình nghiền, được đo bằng khả năng thoát
nước của bột giấy trên máy đo độ SR hay CFS.
1.1.2 Ảnh hưởng của sự trương nở của xơ sợi bột giấy tới quá trình nghiền
Quá trình nghiền bột gi
ấy phụ thuộc rất nhiều vào sự trương nở của xơ sợi. Bột
giấy sau khi đã được sấy khô một lần thì giảm khả năng trương nở, mức độ giảm lên
tới 21 – 38% sơ với bột giấy chưa qua sấy khô. Thậm trí dù được ngâm rất lâu trong
nước thì mức độ trương nở của bột giấy đã qua sấy khô cũng không bằng được b
ột giấy
chưa qua sấy khô. Các thí nghiệm nghiên cứu về sự phụ thuộc của thời gian ngâm nước

và sự trương nở của xơ sợi cho thấy, trong 12 giờ đầu xơ sợi trương nở rất nhanh, sau
đó thì mức độ trương nở hầu như không thay đổi. Bột giấy được ngâm trong nước
thường có độ trương nở hơi thấp hơn so với được ngâm trong nước c
ất .
Các thí nghiệm cũng chứng minh rằng khi hàm lượng lignin còn lại trong bột
giấy càng ít thì mức độ trương nở của xơ sợi càng tăng, như vậy sự có mặt của lignin
đã cản trở sự trương nở của xơ sợi bột giấy. Sự trương nở của bột giấy tăng khi hàm
lượng hemixenlulo trong bột giấy tăng. Sự có mặt của hemixenlulo làm tăng số l
ượng
nhóm OH tự do trên bề mặt xơ sợi, do đó làm tăng khả năng hấp thụ các phân tử nước
của xơ sợi, giúp cho các phân tử nước xâm nhập vào bên trong xơ sợi được dễ dàng
hơn.
Sự trương nở của xơ sợi bột giấy còn phụ thuộc vào pH của môi trường ngâm và
bản chất của từng loại bột giấy. Mỗi loại bột giấy có kh
ả năng trương nở khác nhau,
nhưng có điểm chung là khi pH tăng thì khả năng trương nở của các loại bột giấy tăng.
Khi pH tăng trong khoảng nhỏ hơn 10 thì khả năng trương nở của xơ sợi tăng không
đáng kể. Khi pH ở giá trị từ 10 – 11,5 thì mức độ trương nở tăng nhanh và đạt giá trị
cực đại, nhưng sau đó khi pH tiếp tục tăng thì mức
độ trương nở của xơ sợi giảm.
Xơ sợi bột giấy được ngâm trong các dung dịch không phân cực sẽ không bị
trương nở, vì trong môi trường đó không có các nhóm phân cực như nhóm OH của
nước nên không bị hấp thụ bởi các nhóm OH trong xơ sợi bột giấy.
Các nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy khi bột giấy hấp thụ các cation
thì mức độ trương nở của xơ sợi cũng t
ăng. Khả năng làm tăng sự trương nở của xơ sợi
của các cation được sắp xếp theo thứ tự sau: Fe3+< Al3+< Ca2+< Mg2+< NH4+<
Na+.
Khả năng trương nở của xơ sợi bột giấy có thể thay đổi trong khoảng rộng, phụ
thuộc vào phương pháp nấu bột giấy, loại nguyên liệu và thành phần hóa học của bột

giấy.

5
Xơ sợi xenlulo có cấu trúc tinh thể (các mạch xenlulo được sắp xếp theo thứ tụ
chặt chẽ) và cấu trúc vô định hình (các mạch xenlulo được sắp xếp lỏng lẻo hơn.
Nhưng phần vô định hình sẽ dễ dàng bị các phân tử nước xâm nhập hơn, do đó có khả
năng trương nở tốt hơn.
Theo các nhà khoa học thì sự trương nở của xơ sợi bột giấy trong quá trình là
yế
u tố quan trọng đối với độ bền cơ lý của giấy. Khi xơ sợi có sự trương nở tốt thì nó
sẽ trở nên mềm mại, ít bị cắt ngắn và dễ được chổi hóa trong quá trình nghiền, do đó sẽ
cho giấy có độ bền cơ lý tốt hơn.
Để đảm bảo xơ sợi được trương nở tốt và quá trình nghiền đạt hiệu quả cao thì
từ các k
ết quả nghiên cứu các nhà khoa học đã khuyến cáo là nên ngâm bột giấy trong
nước ở thời gian khoảng 4 giờ trước khi nghiền. Bột giấy nếu được ngâm cho trương
nở tốt trước khi nghiền thì độ bền kéo của giấy có thể tăng được 15% so với bột giấy
chưa được làm cho có sự trương nở tốt.
Sự trương nở hay thủy hóa của xơ sợi bột giấ
y là quá trình tỏa nhiệt, do vậy nên
khi giảm nhiệt độ của quá trình ngâm và nghiền thì sẽ làm tăng mức độ trương nở và
khả năng chổi hóa của bột giấy. Nếu bột giấy được nghiền trong điều kiện nhiệt độ cao
thì xơ sợi trương nở chưa đủ, độ mềm dẻo không tốt sẽ làm cho sơ sợi khó được chổi
hóa tốt , dễ bị c
ắt ngắn và sẽ làm giảm độ bền cơ lý của giấy.
1.1.3 Các yếu tố khác ảnh hưởng tới quá trình nghiền bột giấy
Quá trình nghiền bột giấy còn phụ thuộc vào các yếu tố như: Chủng loại bột
giấy, loại thiết bị nghiền, Áp lực nghiền, nồng độ bột giấy khi nghiền, nhiệt độ dòng
bột trong máy nghiền và các yếu tố khác.
Bột giấy sunphit nghi

ền nhanh hơn hẳn so với bột giấy sunphat, do xơ sợi bột
giấy sunphit được nấu trong môi trường axit, nên xơ sợi bị thủy phân và bị tổn thương
trong môi trường axit nhiều hơn là trong môi trường kiềm của phương pháp nấu
sunphat.
Bột giấy sunphat tẩy trắng sau khi kiềm hóa là khó nghiền nhất và nghiền lâu
nhất, do trong thành phần chủ yếu là alpha-xenlulo, không có hemixenlulo nên bột giấy
trương nở không tốt.
Bột giấy t
ừ gỗ cứng nghiền nhanh hơn bột giấy từ gỗ mềm, vì bột giấy từ gỗ
cứng có chiều dài ngắn hơn, chiều rộng nhỏ hơn so với xơ sợi của bột giấy từ gỗ mềm.
Áp lực nghiền quyết định tới quá trình chổi hóa và cắt ngắn xơ sợi. Khi tăng áp
lực nghiền sẽ làm giảm tác động thủy hóa giảm do
đó làm tăng sự cắt ngắn xơ sợi trong
quá trình nghiền.

6
Nồng độ nghiền bột giấy phụ thuộc vào đặc tính của các loại máy nghiền sử
dụng. Mỗi loại máy nghiền đều đưa ra một nồng độ nghiền tối ưu. Bột giấy khi nghiền
ở nồng độ cao sẽ cho sự chổi hóa tốt hơn. Khi nghiền bột giấy ở nồng độ thấp xơ sợi sẽ
bị cắt ngắn nhiều h
ơn.
Nhiệt độ tăng là một yếu tố không có lợi cho quá trình nghiền. Do sự tăng nhiệt
độ tăng lên trên 70oC sẽ làm giảm khả năng trương nở của xơ sợi dẫn tới giảm khả
năng nghiền.
1.1.4 Các loại máy nghiền được sử dụng để nghiền bột cho sản xuất giấy
1.1.4.1 Máy nghiền Hà Lan
Loại máy này thường được sử dụng trong các nhà máy có công nghệ cũ.
Ưu
điểm của máy là có thể dùng ở chế độ đánh tơi bột giấy, cắt ngắn hoặc chổi hóa xơ sợi.
Nhược điểm của máy là chỉ thực hiện được chế độ nghiền gián đoạn, từng mẻ, không

thể áp dụng trong dây chuyền nghiền liên tục, năng suất thấp, bột giấy nghiền không
đều vì máy có những vùng chết làm cho bột giấy tuầ
n hoàn không tốt.
1.1.4.2 Máy nghiền đĩa
Máy nghiền đĩa thiên về chế độ chổi hóa xơ sợi. Ưu điểm của việc sử dụng máy
nghiền đĩa là có thể thực hiện được cả quy trình nghiền gián đoạn hoặc nghiền liên tục.
Nếu áp dụng quy trình nghiền liên tục thì cho phép ổn định quá trình nghiền bột giấy
cho dây chuyền xeo liên tục, đáp ứng được năng suất nghiề
n cao trong những nhà máy
có công suất lớn, giảm diện tích lắp đặt thiết bị và tiết kiệm được năng lượng nghiền.
Máy nghiền đĩa có hiệu suất công có ích cao hơn máy nghiền Hà Lan.
Hiện nay trong các nhà máy sản xuất giấy thường sử dụng máy nghiền đĩa để
lắp đặt trong hệ thống nghiền liên tục. Máy nghiền đĩa cho phép nghiền bột giấy ở
nồng độ cao, đĩa nghiền có vậ
n tốc quay cao nên tác dụng chổi hóa xơ sợi tốt, do vậy
bột giấy sau nghiền đĩa thường cho giấy có độ bền cơ lý cao. Khi nghiền bột giấy ở
nồng độ thấp máy nghiền đĩa vẫn đảm bảo giấy có sự liên kết tốt giữa các xơ sợi, do xơ
sợi bột giấy vẫn được chổi hóa tốt.
1.1.4.3 Máy nghiền côn
Máy nghiền côn nếu là hệ thố
ng dao lắp thì thiên về chế độ cắt ngắn xơ sợi, nếu
hệ thống dao đúc thì thiên về chế độ chổi hóa xơ sợi. Cũng giống như máy nghiền đĩa
máy nghiền côn cho phép thực hiện cả quy trình nghiền gián đoạn hoặc nghiền liên tục.
Máy nghiền côn có hệ thống dao lắp còn được gọi là máy nghiền Gioocdan.
Máy nghiền côn có hệ thống dao đúc còn được gọi là Hydrofainer. Trong máy nghiền
Gioocdan thì chiề
u dày của lưỡi dao tương đối nhỏ, vận tốc quay của dao bay chậm

7
hơn so với vận tốc của dao bay trong máy nghiền côn hydrofainer. Nồng độ bột giấy

trong máy nghiền Gioocdan thường thấp khoảng 2,5 – 5%, nên tác dụng nghiền chủ
yếu là cắt ngắn xơ sợi, nền thường được sử dụng để nghiền các loại giấy cần độ xốp
cao, khả năng thấu khí và thấm hút tốt. Nồng độ bột giấy trong máy nghiền
Hydrofainer cao, khoảng 6%, nên tác dụng chổi hóa xơ s
ợi mạnh hơn so với máy
nghiền Gioocdan và thường được sử dụng để nghiền bột giấy cho sản xuất các loại giấy
có độ bền cao và cấp trúc chặt. Máy nghiền Hydrofainer chiếm diện tích ít hơn mà
năng suất cao hơn so với máy nghiền Gioocdan. Để thích ứng cho việc sản xuất nhiều
chủng loại giấy khác nhau người ta thường lắp đặt hệ thống nghiền liên hoàn gồm cả
máy nghi
ền Gioocdan và máy nghiền Hydrofainer.
1.1.5 Ảnh hưởng của quá trình nghiền tới tính chất của giấy
Ảnh hưởng rõ rệt của quá trình nghiền là làm giảm độ trắng của bột giấy. các
nhà khoa học đã xác nhận là mức độ giảm độ trắng của bột giấy sau quá trình nghiền
phụ thuộc vào chất lượng nước sử dụng trong quá trình nghiền. Sự có mặt của các ion
sắt làm cho độ trắng của b
ột giấy giảm mạnh. Các ion canxi, mangan có ảnh hưởng ít
hơn. Các ion nhôm ảnh hưởng không rõ rệt tới độ trắng của bột giấy trong quá trình
nghiền.
pH của nước sử dụng trong quá trình nghiền cũng ảnh hưởng tới độ trắng của
bột giấy. Nếu pH của nước từ 5 – 7 thì độ trắng cảu bột giấy giảm ít. Nếu bột giấy
được nghiền trong môi trường kiềm thì độ
trắng giảm nhiều nhưng lại ổn định trong
quá trình xeo giấy, giấy sẽ không bị vàng thêm trong quá trình xeo. Để hạn chế sự vàng
đi của bột giấy thì bột giấy phải được rửa sạch trước khi nghiền.
Quy trình nghiền riêng từng loại bột giấy và nghiền chung các loại bột giấy
cũng ảnh hưởng tới tính chất của giấy. Áp dụng quy trình nghiền chung có ưu điểm là
quá trình nghi
ền được thực hiện dễ dàng, đơn giản, không cần nhiều thiết bị nghiền và
hệ thống ỗng dẫn cho từng loại bột giấy. Nhưng nhược điểm của quy trình này là

không thể áp dụng chế độ nghiền tối ưu cho từng loại bột giấy do đó chất lượng giấy
không cao.
Quy trình nghiền riêng từng loại bột giấy sẽ cho giấy có chất lượ
ng cao hơn.
Nhưng quy trình này cần hệ thống thiết bị và đường ống dẫn bột nhiều hơn so với quy
trình nghiền chung.
Trong thực tế sản xuất các nghiên cứu đã đưa ra khuyến cáo, khi tỷ lệ một trong
hai loại bột giấy sử dụng nhỏ hơn 20% thì nên áp dụng chế độ nghiền chung, còn khi tỷ
lệ của một trong hai loại bột giấy lớn hơn 20% thì nên áp dụng chế
độ nghiền riêng.

8
Với giấy lề, nên nghiền riêng rồi phối trộn với dòng bột lên máy xeo với một tỷ lệ ổn
định thì sẽ đảm bảo sự ổn định cho chất lượng giấy sản xuất.
Nói chung, tùy thuộc vào từng loại giấy, từng điều kiện thiết bị của nhà máy,
quy mô sản xuất để chọn chế độ nghiền thích hợp. Quá trình nghiền riêng cho giấy có
độ bền kéo,
độ chịu bục, độ bền gấp cao hơn, nhưng độ bền xé lại thấp hơn so với chế
độ nghiền chung.
Độ nghiền của bột giấy có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của giấy. Chiều dài
của xơ sợi bột giấy sẽ giảm suốt trong quá trình nghiền do xơ sợi liên tục bị cắt ngắn.
Lực liên kết giữa các xơ
sợi tăng suốt quá trình nghiền do xơ sợi được chổi hóa ngày
càng nhiều. Độ bền kéo của giấy tăng khi độ nghiền tăng và đạt giá trị lớn nhất khi độ
nghiền đạt giá trị khoảng 50 – 60
0
SR. Nhưng sau đó tiếp tục nghiền thì độ bền kéo sẽ
giảm do chiều dài xơ sợi đã bị cắt ngắn nhiều.
Độ bền xé và độ bền gấp của giấy tăng khi độ nghiền tăng và đạt giá trị lớn nhất
khi giá trị độ nghiền đạt khoảng 30 – 40

0
SR (độ bền xé đạt giá trị lớn nhất trước).
Nhưng nếu tiếp tục tăng độ nghiền thì độ bền xé và độ bền gấp giảm nhanh. Vì khi độ
nghiền có giá trị trên 30
0
SR thì xơ sợi đã bị cắt ngắn, trong khi đó độ bền gấp và độ
bền xé của giấy chịu ảnh hưởng rất lớn bởi chiều dài xơ sợi.
Độ xốp của giấy giảm khi độ nghiền tăng, do đó khả năng thấm hút của giấy
cũng giảm.
Các giá trị độ bền cơ lý của giấy tăng theo độ nghiền cho tớ
i khi độ nghiền đạt
giá trị 30 – 50
0
SR. Sau đó khi độ nghiền tiếp tục tăng thì độ bền cơ lý giảm. Điều này
đã được các nhà khoa học giải thích là do sự phân bố hemixenlulo trong xơ sợi. Trong
bột giấy thì khoảng một nửa hàm lượng hemixemluylo được phân bố ở lớp ngoài của
xơ sợi, một nửa được nằm len lỏi giữa các vi sợi xenlulo. Khi độ nghiền tăng tới 30
0
SR hoặc 50
0
SR (tùy theo từng loại bột giấy) thì lớp hemixenlulo trên bề mặt xơ sợi sẽ
bị tách ra ngày càng nhiều, mà hemixenlulo có khả năng tạo nên các liên kết trung gian
giữa các xơ sợi, vì vậy mà độ bền của giấy tăng trong giai đoạn này. Khi độ nghiền cao
hơn (trên 60
0
SR) thì xơ sợi bị phá hủy và cắt ngắn rõ rệt do vậy độ bền cơ lý của giấy
sẽ giảm.
Sự phân bố của phần hemixeluylo len lỏi giữa các vi sợi cũng có tác dụng tích
cực trong quá trình nghiền vì chúng giúp cho xơ sợi có thể tách ra thành các vi sợi hay
còn gọi là sự chổi hóa của xơ sợi, do đó làm tăng khả năng liên kết giữa các xơ sợi và

làm tăng độ bền cơ
lý của giấy.
Các nhà khoa học cũng đã khuyến cáo, để cho giấy đạt được độ bền cơ lý cao,
không cần nghiền mạnh mà chỉ cần nghiền sao cho giải phóng được lớp hemixenlulo ở

9
lớp vỏ ngoài P của xơ sợi và chổi hóa thêm lớp ngoài S1 của thành tế bào xơ sợi. Cần
giữ nguyên lớp S
2
là lớp chính của thành tế bào để đảm bảo được xơ sợi không bị phá
hủy, khi đó độ bền của giấy là tối ưu.
Vai trò của những sơ sợi nhỏ mịn được tạo thành trong quá trình nghiền và có
sẵn trong bột giấy sau nấu đối với độ bền cơ lý của giấy hoàn toàn khác nhau. Xơ sợi
nhỏ mịn tự nhiên là thành phần xơ sợi được tạo thành trong quá trình n
ấu bột giấy,
chúng có chứa nhiều chất keo nhựa, chất vô cơ và có màu sẫm hơn xơ sợi bột giấy. Các
xơ sợi nhỏ mịn này sẽ làm giảm độ bền kéo, độ bền gấp của giấy do chúng làm giảm
khả năng tạo thành các liên kết giữa các xơ sợi.
Nhưng xơ sợi nhỏ mịn được tạo thành trong quá trình nghiền là những lớp vỏ
của P và S
1
của thành tế bào xơ sợi bị tách ra trong quá trình nghiền bột giấy. Nhưng
xơ sợi nhỏ mịn này lại làm tăng độ bền cơ lý của giấy do chúng có khả năng phân bố
len lỏi giữa các xơ sợi có kích thước lớn, tạo thành liên kết giữa các xơ sợi.
1.2 Emzyme trợ nghiền
1.2.1 Khái niệm về enzyme
Enzyme là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein. Trước thế kỷ
17 người ta
đã biết sử dụng các quá trình enzyme trong đời sống, tuy nhiên chỉ có tính
chất kinh nghiệm thực tế và thông qua hoạt động của vi sinh vật. Sau thế kỷ 17 người

ta đã khái quát hiện tượng lên men như là hiện tượng phổ biến trong sự sống và
enzyme là yếu tố gây nên chuyển hóa các chất trong quá trình lên men. Năm 1926,
Sumer kết tinh được enzyme urease lần đầu tiên. Sau đó Northrop (1930) kết tinh được
pepsin, Northrop và Kunitz (1931) kết tinh được trypsin đã cho phép xác định được
một cách dứt khoát b
ản chất của enzyme là protein và đặt nền móng cho những nghiên
cứu cơ bản về enzyme.
Những thành tựu nghiên cứu cơ bản về enzyme là cơ sở để phát triển các nghiên
cứu ứng dụng enzyme trong thực tế. Hiện nay có trên 30 ngành sản xuất khác nhau đã
sử dụng các chế phẩm của enzyme. Con số này ngày càng tăng và số lượng enzyme
ngày càng lớn. So với các chất hóa học, enzyme có những tính chất ưu việt hơn hẳn
như phản ứng xúc tác có thể diễn ra ngay ở nhưng điều kiện bình thường về áp suất,
pH và nhiệt độ. Chúng có thể tác động ở nồng độ rất thấp. Phản ứng do enzyme xúc tác
là những phản ứng có tính đặc hiệu rất cao, ít sinh ra các sản phẩm phụ. Vì vậy, chúng
tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc tiến hành các quá trình sản xuất công nghiệp
Các enzyme có tính đặc hiệu trong các ch
ức năng mà chúng thực hiện. Điều này
có thể nói chúng chuyên tiến hành chỉ đơn chức năng với vô thời hạn. Chúng cũng xúc
tác các phản ứng mà năng lượng hoạt hóa thấp hơn, không bị tiêu thụ bởi phản ứng.

10
Các enzyme sẽ duy trì hoạt tính cho tới khi chúng bị biến tính hoặc mất hoạt tính bởi
các phân tử đặc hiệu được gọi là các chất ức chế. Phụ thuộc vào dạng, các enzyme hoạt
động với các khoảng pH và nhiệt độ tối ưu.
Enzyme có trong các tế báo sống của động vật, thực vật và vi sinh vật, bản thân
chúng không phải là tế bào sống, chúng có tính không độc và có khả năng phân hủy
sinh học. Hiện nay enzyme rất được quan tâm nghiên c
ứu ở nhiều quốc gia để sử dụng
thay thế cho các hóa chất có tính độc hại.
Các chế phẩm enzyme thương mại đã được đưa vào thực tế sử dụng trong nhiều

năm. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và trong
ngành dệt may, các phản ứng đã biến đổi các vật liệu thành sản phẩm cuối cùng hoặc
sản phẩm có hiệu qu
ả mong muốn như bột giặt dùng cho giặt quần áo.
Sử dụng các chế phẩm enzyme thương phẩm trong công nghiệp giấy mới được
thực hiện trong những năm gần đây. Các dạng enzyme bao gồm amylase, protease,
lipase, xylanase và gần đây nhất là cellulase. Sản phẩm được sản suất từ nấm, vi khuẩn
và sinh vật đơn bào, cellulase phá vỡ các vách xenlulo của xơ sợi thực vật.
Các tiến bộ về mặt công ngh
ệ gần đây đã thúc đẩy được việc tiết kiệm năng
lượng mà vẫn cho giấy có chất lượng cao, đó là sử dụng enzyme trong quá trình nghiền
bột giấy. Enzyme được sử dụng với mục đích trợ nghiền và cho hiệu quả là enzyme
cellulase và hemicellulase.
1.2.2 Cơ chế tác động của enzyme trong quá trình nghiền bột giấy
Enzyme được sử dụng trong công nghiệp giấy từ lâu nhưng những năm gần
đây
mới trở lên phổ biến. Từ năm 1942 các nghiên cứu về sử dụng enzyme hemicellulase
từ Bacillus và Aspergillus cho vào trong quá trình nghiền và hydrat hóa xơ sợi bột giấy
[22]. Năm 1952 Bolaski và các cộng sự [23]đã được cấp bằng sáng chế trong việc sử
dụng enzyme cellulase từ Aspergillus niger để tách và chổi hóa bột giấy. Năm 1968
Yerkes đã được cấp bằng sáng chế về sử dụng enzyme cellulase từ nấm sợi trắng
để
giảm năng lượng nghiền hoặc thời gian nghiền. Sau đó Noe và các cộng sự [6] cũng có
các công trình nghiên cứu về sự chổi hóa của bột giấy hóa học và giảm năng lượng
nghiền đòi hỏi trong quá trình sản xuất giấy.
Enzyme có tính ôn hòa và hiệu quả trong quá trình nghiền. Như trong trường
hợp nghiền cơ học, xơ sợi mịn được tạo thành có thể dẫn tới việc giảm
độ bền của giấy,
khả năng thoát nước của bột giấy và như vậy cần phải chi phí thêm cho việc làm tăng
độ bền và tính thoát nước. Trong các nghiên cứu [7]các nhà khoa học đã miêu tả những

nguyên tắc cơ bản khác nhau giữa quá trình nghiền và tác động của việc sử dụng
enzyme cellulase đến xơ sợi kraft gỗ mềm. Họ đã tiến hành nghiên cứu về bột giấy

11
nghiền và bột giấy được xử lý cellulase để so sánh hiệu quả của các xử lý đó trên xơ
sợi. Theo đó, nghiền là tác động cơ học và enzyme thủy phân là tác động hóa học, hiệu
quả của chúng được xem là tương tự nhau nếu chỉ xét về việc làm ngắn xơ sợi kraft gỗ
mềm. Thực vậy, chiều dài xơ sợi được phân bố (số lượng xơ sợi dài và xơ sợ
i ngắn) tạo
ra theo cùng một cách đối với cả quá trình nghiền và xử lý bột giấy bằng enzyme.
Enzyme là một phức chất protein phân tử có tác động xúc tác các phản ứng hóa
học trong các điều kiện có phạm vi hạn chế. Hoạt độ của enzyme phụ thuộc vào môi
trường hóa học và vật lý ( như nhiệt độ, pH, …), mức dùng enzyme và thời gian phản
ứng, dạng và nồng độ của cơ chất. Phân tử enzyme (E) có vị trí liên k
ết xác định cao
hoặc vị trí tác động liên kết với cơ chất (S) để tạo thành phức chất enzyme-cơ chất
(ES). Quá trình phản ứng tại vị trí liên kết để tạo thành sản phẩm (P) với phần còn lại
kết hợp với enzyme tạo sản phẩm phức chất (EP). Sản phẩm sau đó được giải phóng và
phân tử enzyme tự do trong trạng thái tác động, bắt đầu vòng khác của quá trình xúc
tác như miêu t
ả trong phương trình sau:
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
Enzyme có thể được bổ sung vào trước khi nghiền với các điều kiện khác nhau
của quá trình như nhiệt độ , pH, nồng độ bột, mức dùng enzyme, thời gian phản ứng.
Các enzyme chủ yếu được sử dụng cho nghiền bột giấy là cellulase và
hemicellulose mà sẽ tác động tới xenlulo và hemixenlulo tương ứng. Mạch xenlulo tại
bề mặt xơ sợi có chứa các nhóm hydroxyl tham gia vào liên kết xơ sợ
i – xơ sợi trong
giấy. Các nhóm xenlulo hydroxyl trên bề mặt xơ sợi và trong vách xơ sợi cũng có
tương tác mạnh với nước và đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng trương nở.

Hemixenlulo tương tác mạnh với nước và góp phần to lớn tới sự trương nở của xơ sợi,
thúc đẩy liên kết giữa xơ sợi và xơ sợi trong giấy.
Enzyme cellulase
Cellulase thủy phân liên kết β1,4-glucosidic trong mạch xenlulo. Hai dạng chính
củ
a cellulase là exocellulase và endocellulase. Exocellulase tác động tới đầu của mạch
xenlulo, cắt các liên kết đầu của xơ sợi bằng sự phân tách cellobiose hoặc glucose dẫn
tới sự phá vỡ liên kết hydro. Endocellulase tác động tới phần giữa của mạch xenlulo
dẫn tới sự thủy phân phần xenlulo dễ bị ảnh hưởng, trong sự trợ lực của chuỗi các điều
kiện [24]. Trong công nghiệp giấy loại enzyme được sử dụng v
ề nguyên tắc là dạng
endo-cellulase. Các vi sinh vật là nguồn to lớn để tạo enzyme và các loại enzyme này
đã chứng tỏ được hiệu quả trong giai đoạn nghiền của quá trình sản xuất giấy. Sản
phẩm cellulase chủ yếu được sử dụng là từ nấm sợi trắng, Phanaerochaete

12
chrysosporium, Aspergillus niger, Trichoderma resei, Chrysosporium lucknowens và
các loài của Acremonium, Talaromyces.
Enzyme hemicellulase
Xylanase và mannanase là hemicellulase với các tác động khác nhau. Xylanase
(endoxylanase) thủy phân liên kết 1,4 β-d-xylopyranosyl của xylan. Mannanase (1,4 β-
d-mannanase) thủy phân liên kết 1,4β-d-mannopyranosyl của D-mannan và D-galacto
–D-mannan [24]. Một số mẫu của hemicellulase được sản xuất từ vi khuẩn Coriolus
versicolor, glionatic trabeum, Trichocladium candense, Trichoderma ressei,
Sporotrichum pulverulentum, S. Diorphosporum và các dạng của Bacillus và
Aspergillus.
Cơ chế tác động chính xác của enzyme diến ra trong quá trình chổi hóa xơ sợi
vẫn còn chưa rõ ràng và điều này vẫn là một lĩnh vực cơ bả
n cần nghiên cứu. Cơ chế
cơ bản của enzyme trong quá trình nghiền có thể được miêu tả như sự tăng khả năng

trương nở của xơ sợi, hydrat hóa, chổi hóa và liên kết giữa các xơ sợi
1.2.3 Các nghiên cứu chính được tiến hành với các loại enzyme trong quá trình
nghiền bột giấy
Các nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu với các loại enzyme
trợ nghiền khác nhau và kết quả được ch
ỉ ra trong bảng 1.1
Bảng 1.1: Các kết quả nghiên cứu về enzyme trợ nghiền
Năm Tác giả Enzyme sử
dụng
Loại bột giấy Hiệu quả chính
1 2 3 4 5
1968 Yerkes Cellulase (nhận
được từ nấm sợi
trắng Trametes
suaveolens)
Bột giấy hóa học
hoặc cotton
Cải thiện độ bền và
giảm thời gian nghiền
1986 Noe và các
cộng sự
Xylanase Bột giấy hóa học tẩy
trắng
Giảm năng lượng
nghiền cần thiết
1996 Bhardwaj và
các cộng sự
Hemicellulase Bột giấy kraft chưa
tẩy trắng (gỗ mềm,
tre nữa và hỗn hợp)

Giảm thời gian nghiền
tới 17 – 25%
1997 Mansfield và
các cộng sự
Cellulase và
xylanase
Bột kraft gỗ linh sam Sự thay đổi trong xơ sợi
cả cấu trúc micro và
macro

13
1 2 3 4 5
1999 Mansfield và
các cộng sự
Cellulase Bột giấy kraft gỗ linh
sam
Tăng độ bền của giấy
xeo trong phòng TN
1999 Kibblew và
Wong
Endoglucamase
và xylanase
Bột kraft gỗ thông Tăng chỉ số độ bền xé,
tỷ trọng và độ bền kéo
của tờ giấy xeo trong
phòng TN
2000 Seo và các
cộng sự
Cellulase Bột giấy hóa học Thời gian nghiền ngắn
hơn do xơ sợi bị cắt và

cải thiện khả năng thoát
nước mà không giảm
chiều dài xơ sợi
2001 Sigoillot và
các cộng sự
Manganese
peroxidise
APMP từ gỗ dương Giảm năng lượng
nghiền tới 25%

2006 Bajai và các
cộng sự
Hỗn hợp của
cellulose và
hemicellulase
Các dạng khác nhau
của bột giấy gồm bột
giấy kraft tẩy trắng từ
gỗ cứng, phần xơ sợi
dài của bột tre nứa,
OCC
Giảm năng lượng
nghiền cần thiết tới 18 –
45 %
2006 Shamim và
các cộng sự
Cellulase
hemicellulase
Hỗn họp bột giấy hóa
học tẩy trắng và chưa

tẩy trắng của gỗ cứng
và tre nứa
Tăng giá trị độ nghiền,
giảm thời gian nghiền
và giảm năng lượng
nghiền 15 – 20 %
2008 Sandeep và
các cộng sự
hemicellulase Bột giấy tẩy trắng từ
gỗ cứng gồm hỗn
hợp của acacia và
MTH
Tiết kiệm được 6 – 30%
năng lượng, cải thiện độ
thoát nước và các tính
chất bền
2009 Gill và các
cộng sự
Cellulase và
carbonhydrase
hỗn hợp
Bột giấy kraft bạch
đàn tẩy trắng
Cải thiện khả năng thoát
nước (
0
SR) tới 80% tại
cùng một mức năng
lượng nghiền (1500
vòng trên máy nghiền

PFI)

14
1.2.4 Các tác động của enzyme đến quá trình sản xuất giấy
1.2.4.1 Tác động của enzyme đến năng lượng nghiền
Việc xử lý bột giấy bằng enzyme trước nghiền, các nhà máy có thể giảm được
năng lượng yêu cầu cho quá trình nghiền và tiết kiệm được lượng hơi tiêu thụ. Các
nghiên cứu trong các năm qua đã cho thấy các enzyme thủy phân có thể được dùng để
giảm năng lượng tiêu thụ trong quá trình nghiền bột giấy hóa họ
c [22]. Giấy chống
dính là loại giấy có tỷ trọng lớn được làm từ bột giấy hóa học với độ nghiền cao. Các
thử nghiệm trong nhà máy cho thấy xử lý bột giấy bằng enzyme cellulase làm giảm
năng lượng nghiền cần thiết tới 7,5% [8]. Các loại sản phẩm khác như giấy dùng trong
công nghiệp thực phẩm, giấy tụ điện và giấy bóng mờ, đòi hỏi độ nghiền cao trong quá
trình sả
n xuất. Bột giấy được xử lý bằng enzyme sẽ làm giảm đáng kể năng lượng cần
cho giai đoạn nghiền. Các thử nghiệm khác tại nhà máy với bột giấy kraft tái chế hoặc
OCC đã đạt được những thành công lớn trong việc tiết kiệm năng lượng nghiền. Việc
sử dụng enzyme cellulase có thành phần cellobiohydrolase I từ Trichoderma reesei, đã
giảm năng lượng tiêu thụ trong khi nghiền, tính chất c
ủa giấy thu được vẫn đảm bảo
chất lượng. Điều này cũng cho thấy tính tác động có chọn lọc cao của enzyme.
Các nhà khoa học cũng đã tiến hành các nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm
và ở quy mô sản xuất thử nghiệm, với hỗn hợp của enzyme cellulase và hemicellulase
để giảm năng lượng nghiền cần thiết đối với các loại bột giấy khác nhau bao gồm bột
kraft gỗ mềm, bộ
t từ tre nứa, phần xơ sợi dài của bột giấy từ OCC, Các kết quả trong
phòng thí nghiệm cho thấy năng lượng nghiền đã giảm được 18 – 45% đối với các loại
enzyme khác nhau trong khi đó tính chất bền của bột giấy không bị ảnh hưởng do xử lý
enzyme. Trong các thử nghiệm, sử dụng một sản phẩm enzyme trong quá trình sản

xuất giấy kraft làm bao có độ bền cao đã giảm được năng l
ượng nghiền tiêu thụ
25kwh/tấn bột giấy và tiết kiệm được lượng hơi tiêu thụ cho một tấn bột giấy khoảng
20% tại quá trình xeo giấy. Sử dụng enzyme nhà máy sẽ hạn chế được việc tắc trong
quá trình nghiền ở dây chuyên bột gỗ mềm và làm tăng được sản lượng lên 12% [9].
Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trên hỗn hợp bột giấy gỗ cứng tẩy trắng với
các loại enzyme th
ương phẩm khác nhau. Kết quả cho thấy tiết kiệm được năng lượng
nghiền từ 6 - 30%.
Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được thực hiện với các loại enzyme
cellulase/hemicellulase khác nhau trên hỗn hợp bột giấy hóa học (gỗ cứng và tre nứa)
tẩy trắng và chưa tẩy trắng, kết quả cho thấy năng lượng nghiền giảm được từ 15 –
20% .Từ các nghiên cứu được tiến hành các nhà khoa học đã đư
a ra kết luận rằng

15
enzyme có tác dụng đối với bột giấy hóa học tẩy trắng tốt hơn do lignin đã bị loại và lộ
các nhóm hydroxyl của xenlulo và hemixenlulo.
1.2.4.2 Tác động của enzyme đến thời gian nghiền
Sử dụng enzyme cho kết quả trong việc giảm thời gian nghiền bột giấy cần thiết.
Từ năm 1968 một phát minh đã được công bố về việc sử dụng enzyme cellulase từ nấm
sợi trắng Trametes suaveolens để
xử lý xơ sợi kraft đã làm giảm được thời gian nghiền
bột giấy [25]. Khi xử lý bột giấy bằng enzyme xylanase cũng thu được hiệu quả tương
tự [6]. Sử dụng xylanase có lợi thế hơn sử dụng cellulase do không làm mất hoặc có
ảnh hưởng rất nhỏ tới độ bền của xơ sợi và chỉ làm thay đổi rất nhỏ các tính chất của
tờ giấy xeo trong phòng thí nghiệm. Khi thử
nghiệm được tiến hành tại các nhà máy
enzyme xylanase cũng cho hiệu quả tốt hơn
Năm 1996 các nhà khoa học Ấn Độ [4] đã dùng enzyme hemicellulase thương

phẩm để xử lý bột giấy kraft chưa tẩy trắng từ gỗ mềm, tre nứa và bột hỗn hợp (60% lề
cactong kraft sóng và 40% bột giấy chưa tẩy trắng từ gỗ mềm) trong điều kiện tối ưu
về pH, nhiệt độ, mứ
c dùng enzyme 0,05% so với bột giấy khô tuyệt đối, thời gian 180
phút và kết quả nhận được như sau:
Bảng 1.2- Tác động của các loại enzyme tới thời gian nghiền
Enzyme pH tối ưu Nhiệt độ tối ưu,
0
C Thời gian nghiền giảm, %
Pulpzyme HC 7 0 8 60 - 70 22,7
Amano 90 4,5 - 5 45 - 50 25,0
Catazyme HS 10 4,5 - 5 45 - 55 17,9
Irgazyme 40s 7 - 8 50 - 60 17,9
Bleachzyme F 6,5 - 7 40 - 50 20,4
Các nghiên cứu sử dụng enzyme cellulase [11]để xử lý hỗn hợp của bột giấy
hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng và bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm cũng đã được
tiến hành. Kết quả cho thấy đã giảm được thời gian nghiền bột giấy, cải thiện khả năng
thoát nước của xơ sợi mà không ảnh hưởng tớ
i chiều dài xơ sợi
1.2.4.3 Tác động của enzyme đến tính chất xơ sợi, bột giấy và giấy
Xơ sợ tự chúng đã có chiều dài rất khác nhau từ 1,5 tới 5,5 mm và chiều rộng
bằng khoảng 1/100 của chiều dài. Bên trong xơ sợi có một khoảng rỗng được gọi là
lumen và vách xơ sợi tạo lên một số lớp. Xơ sợi có vách đầu tiên ngoài cùng (P) và
vách phụ bên trong tạo ra 3 thành phần (S1, S2, S3). Ba thành phần bên trong giầu

16
xenlulo và được coi là phần chủ yếu của xơ sợi. Khi xơ sợi đã được xử lý enzyme,
trong quá trình nghiền vách đầu tiên P và lớp đầu của vách bên trong S1 sẽ bị loại, để
cho quá trình chổi hóa ở vách S2 [26].
Kết quả của quá trình nghiền là xơ sợi được tách lớp, như vậy sẽ làm trương nở

bởi sự hydrat hóa, tăng khả năng đàn hồi và tăng diện tích bề mặt xơ s
ợi, tăng thể tích
riêng, giảm chiều dài do ảnh hưởng của sự cắt, có nghĩa là xơ sợi sẽ ngắn hơn, chổi hóa
bên trong, chổi hóa bên ngoài, …Giấy đã được định nghĩa là “tờ được tạo thành bằng
liên kết xơ sợi hình thành trên lưới mịn từ huyền phù bột giấy”. Enzyme đã làm cho
quá trình chổi hóa được tốt hơn, nhưng tính chất của giấy phụ thuộc vào hàm lượng các
x
ơ sợi nhỏ. Xử lý bột giấy bằng enzyme cải thiện rõ rệt tỷ trọng của tờ giấy, độ nhẵn,
độ chịu bục, chỉ số kéo, và độ cứng, có thể làm giảm độ đục, độ xốp, độ bền xé, độ
thấu khí và độ nhám.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy cellulase cộng với cellobiase khi cho vào bột
giấy sẽ chổi hóa từng phần mà không làm mất độ b
ền. Nghiên cứu xử lý bột giấy kraft
từ cây linh sam bằng enzyme cellulase và xylanase cho thấy, enzyme đã làm thay đổi
xơ sợi ở cả cấu trúc macro và micro và làm giảm đáng kể thể tích lỗ của xơ sợi. Như
vậy quá trình xử lý bột giấy bằng enzyme đã mài mòn bề mặt xơ sợi. Trong một nghiên
cứu khác xử lý bột giấy hóa nhiệt cơ tẩy trắng (CTMP) từ cây vân sam với enzyme
endoxylanase cho kết quả cả
i thiện diện tích bề mặt của xơ sợi do sự chổi hóa tốt hơn
[24]. Một số các nghiên cứu cũng đã được tiến hành với xơ sợi tái chế và cũng cho kết
quả tốt.
Nghiên cứu [13]ảnh hưởng của trichoderma reesei cellulase và hemicelluase
đến các tính chất giấy kỹ thuật được làm từ bột giấy kraft tẩy trắng xử lý với 4 enzyme
cellulase tinh chế, xylanase và mananase từ Trichoderma reesei đã
được tiến hành. Thí
nghiệm được tiến hành đối với bột giấy kraft tẩy trắng từ gỗ thông. Kết quả cho thấy,
tiền xử lý bột giấy với cellobiohydrolase (CBH) hầu như không ảnh hưởng đến tính
chất bột giấy trong quá trình nghiền, trừ tính chất bền giảm nhẹ. Xử lý bột giấy bằng
endoglucanase I (EGI) và endoglucanase II (EGII) cải thiện khả năng nghiền bột giấy
theo giá trị đ

o độ SR, tỷ trọng tờ giấy và độ thấu khí Gurley. Với EGII có hiệu quả lớn
đến sự cải thiện quá trình nghiền. Sự kết hợp giữa CBH với EGI và EGII cũng có ảnh
hưởng tương tự đến các tính chất của bột giấy như endoglucanase, mặc dù lượng
xenlulo bị thủy phân tăng. Tiền xử lý bột giấy với xylanase hoặc mannanase không
thấy xuất hiện sự biến tính củ
a tính chất bột giấy. Các xử lý với cùng loại enzyme đã
cải thiện khả năng nghiền, tuy nhiên độ bền giảm nhẹ đặc biệt là độ bền xé tại các mức
sử dụng enzyme. Khi so sánh tại cùng một mức dùng để thủy phân xenlulo, EGII
không có ảnh hưởng tới tính chất bền, EGI có ảnh hưởng rõ rệt. Như vậy khi xử lý bột

17
giấy bằng enzyme cellulase phải tìm được sự tối ưu về cả thành phần cấu tạo và mức
dùng. Enzyme endoglucanace không ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền kéo, điều này được
giải thích là tăng quá trình nghiền đồng nghĩa với tăng lượng xơ sợi bị đứt và tạo thành
xơ sợi mịn.
Các nghiên cứu sử dụng 5 loại enzyme endoglucanase và một loại enzyme
xylanase từ trichoderma ressei và Humicola insolens
để xử lý bột giấy kraft từ gỗ
thông, kết quả nhận được là tăng chỉ số xé, tỷ trọng và chỉ số bền kéo của tờ giấy xeo
trong phòng thí nghiệm. Bột giấy xử lý bằng endoglucanase làm giảm độ bền thông
thường mà không phân hủy rõ rệt nguyên liệu carbohydrat khi lượng sử dụng thấp. Sự
thay đổi kích thước xơ sợi trong quá trình nghiền không như nhau với các enzyme
endoglucanase. Nghiên cứu [14]ảnh hưở
ng của việc xử lý bột giấy kraft chưa tẩy trắng
từ gỗ thông bằng enzyme thương phẩm xylanase được tiến hành trên máy nghiền
Escher-Wyss và PFI. Với máy nghiền Escher-Wyss máy nghiền côn thí nghiệm cho kết
quả gần tương ứng với quy mô thử nghiệm hơn máy nghiền PFI. Kết quả nghiên cứu
cho thấy tính chất giấy xeo trong phòng thí nghiệm từ bột giấy nghiền trên máy nghiền
PFI lớn hơn nhiều so với máy nghiền Escher-Wyss. Vớ
i máy nghiền Escher-Wyss, sự

biến tính của đặc tính xơ sợi khi xử lý với xylanase rõ ràng hơn kết quả nhận được trên
máy nghiền PFI.
Nghiên cứu sử dụng enzyme từ nấm trong quá trình nghiền bột giấy và cho thấy
có tác động đáng kể đến đặc tính chổi hóa của bột giấy kraft tẩy trắng từ gỗ vân sam
mà giai đoạn chính là sự tách các vi sơ sợi xenlulo. Các nghiên cứu trong phòng thí
nghiệm trên bột giấy tẩy tr
ắng của hỗn hợp gỗ cứng (tẩy trắng và chưa tẩy trắng), sử
dụng hỗn hợp enzyme cellulase/hemicellulase thương phẩm, kết quả cho thấy sự cải
thiện tính thoát nước và các tính chất bền tốt hơn.
Gần đây các nghiên cứu [5] về hiệu quả của việc sử dụng enzyme cellulase và
xylanase để xử lý bột giấy APMP từ gỗ dương mọc nhanh đã được tiế
n hành. Các nội
dung nghiên cứu bao gồm, nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố mức dùng enzyme,
pH, nhiệt độ và thời gian xử lý đến năng lượng tiêu thụ, độ bền cơ lý và tính chất
quang học của bột giấy. Kết quả cho thấy cấu trúc của xơ sợi xốp hơn, xơ sợi trương
nở nhanh hơn, lực liên kết giữa các xơ sợi lớn hơn, năng l
ượng tiêu thụ giảm rõ rệt và
tính chất độ bền và quang học của bột giấy được cải thiện hơn. Kết quả nghiên cứu
cũng cho thấy cellulase cho độ bền cơ lý tốt hơn, cải thiện việc giảm năng lượng tiêu
thụ và enzyme xylanase cho độ trắng của bột giấy tốt hơn.

18
1.2.5 Ưu điểm của việc sử dụng enzyme trong quá trình nghiền bột giấy
Quá trình nghiền bột giấy đòi hỏi năng lượng sử dụng lớn cũng như phải đầu tư
thiết bị, bởi vậy việc giảm năng lượng nghiền sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm
năng lượng điện. Hơn nữa việc sử
dụng enzyme trợ nghiền cũng cải thiện một số tính
chất cơ lý của giấy.
* Giảm năng lượng điện trong quá trình nghiền
Bằng việc sử dụng enzyme các nhà máy có thể giảm được năng lượng cần thiết

cho quá trình nghiền bột giấy. Việc sử dụng enzyme cũng mang lại cho nhà máy nhiều
lợi ích như không phải bổ sung năng lượng nghiền cũng như nă
ng lực nghiền.
* Cải thiện tính thoát nước
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy xử lý bột giấy bằng enzyme sẽ làm tăng độ
nghiền của bột giấy. Tác động của enzyme bao gồm cơ chế bóc tách các sợi nhỏ và làm
cho các sợi nhỏ giảm tính hút nước và làm sự thoát nước dễ dàng hơn. Tính thoát nước
tăng cũng được cho là do việc tách các xơ sợi nhỏ mịn trên bề mặt củ
a xơ sợi xenlulo.
* Giảm lượng hơi tiêu thụ
Bột giấy được xử lý bằng enzyme trước khi nghiền sẽ cải thiện khả năng thoát
nước, như vậy sẽ làm cho quá trình loại nước được tốt hơn, do đó sẽ giảm lượng hơi để
làm khô giấy và giảm được hơi tiêu thụ.
* Cải thiện các tính chất giấy
Xử lý bằng enzyme sẽ làm cho bột giấy trong quá trình nghi
ền chổi hóa được tốt
hơn, do đó cải thiện được một số tính chất giấy như độ bền kéo, độ nhẵn.
* Khả năng hoạt động của máy xeo tốt hơn
Xử lý bột giấy bằng enzyme trợ nghiền sẽ làm tăng tính thoát nước của bột giấy
trên lưới xeo. Do vậy sẽ sẽ cho phép tăng tốc độ máy xeo. Thời gian cần cho giai đoạn
s
ấy ngắn hơn. Kết quả là tăng được khả năng chạy máy xeo dẫ tới tăng khối lượng sản
phẩm.
* Làm sạch nước quay vòng
Enzyme sẽ khử được một phần xơi sợi nhỏ mịn và các chất keo, chủ yếu có
trong nước trắng quay vòng do thời gian tiếp xúc của nước trắng với hoạt tính còn lại
của enzyme lâu hơn. Điều này làm cho nước quay vòng được sạch h
ơn, với hàm lượng
sợi nhỏ và mịn ít hơn. Quá trình xử lý enzyme cũng có thể được dùng cho quá trình
làm sạch nước trong nhà máy. Các enzyme thủy phân từng phần xenlulo, khử sợi dẫn

19
tới giảm khối lượng phân tử của saccharide do đó làm cho quá trình phân hủy sinh học
trong hệ thống xử lý nước thải dễ dàng hơn.
1.2.6 Các tồn tại của việc sử dụng enzyme trong quá trình nghiền
Tồn tại chính của việc sử dụng enzyme là, làm sao tăng sự liên kết của xơ sợi
bằng việc tăng sự chổi hóa mà không làm giảm độ nhớt của bột giấy. Độ nhớt c
ủa bột
giấy giảm khi cellulase tách các mạch xenlulo làm giảm độ trùng hợp, phá hủy tính
nguyên vẹn của xơ sợi. Mặc dù các nghiên cứu đã cho các kết quả đầy triển vọng,
nhưng việc nghiên cứu sử dụng enzyme trong quá trình nghiền cần phải đẩy mạnh hơn
nữa để giảm được giá thành enzyme, chế độ công nghệ thực hiện tiện lợi hơn, tính
chọn lọc của enzyme cao hơn. Nh
ư vậy thì việc sử dụng enzyme mới được chấp nhận
trong các nhà máy sản xuất giấy.
1.2.7 Triển vọng của việc sử dụng enzyme trong quá trình nghiền
Áp dụng enzyme trong quá trình nghiền có tiềm năng lớn do giá năng lượng
tăng cao, và giá enzyme sẽ giảm trong tương lai gần. Để enzyme mang lại hiệu quả
trong công nghệ sản xuất giấy cần phải tiến hành các nghiên cứu kỹ lưỡng để xác lập
được quy trình công ngh
ệ sử dụng phù hợp nhất trong thực tế sản xuất.
1.3 Định hướng nghiên cứu
Dựa vào các kết quả đã được công bố của các nhà khoa học trên thế giới và các
chế phẩm enzyme trợ nghiền hiện hiện có ở Việt Nam. Đề tài lựa chọn các loại enzyme
trợ nghiền sau;
- Enzyme cellulase: Maximyze 2535 – Buckman;
- Enzyme hemicellulase: Papyrase RF – Epygen Biotech Industries, Dubai, UEA;
- Enzyme cellulase + hemicellulase: FiberZyme LBR– yadic International, USA.
Hiện tại các nhà máy sản xuất giấy in, giấy viế
t ở Việt nam chủ yếu sản xuất từ

nguyên liệu bột giấy hóa học tẩy trắng nhập ngoại. Tùy thuộc vào thiết bị cũng như
trình độ công nghệ, nguyên liệu sử dụng có thể là 100% bột giấy hóa học tẩy trắng từ
gỗ cứng, hoặc hỗn hợp bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng với một phần bộ
t giấy
hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm (10 – 30%). Bột giấy hóa học tẩy trắng sản xuất trong
nước chỉ có loại từ gỗ cứng và hiện có ở Tổng công ty giấy Việt Nam và Công ty CP
bột giấy An Hòa. Do Công ty CP bột giấy An Hòa mới đi vào sản xuất, chất lượng
chưa thật sự ổn định, nên bột giấy được lựa chọn cho nghiên cứu gồm:
-
Bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ mềm nhập khẩu;
- Bột giấy hóa học tẩy trắng từ gỗ cứng nhập khẩu;
- Bột giấy hóa học từ gỗ cứng được sản xuất tại tổng công ty giấy Việt Nam.

20
PHẦN II
NGUYÊN LIỆU,THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu
2.1.1 Nguyên liệu
- Bột giấy tẩy trắng từ gỗ cứng từ nhập khẩu từ Indonesia
- Bột giấy tẩy trắng từ gỗ cứng được sản xuất tại Tổng công ty Giấy việt Nam
- Bột giấy tẩy trắng từ gỗ mềm nhập khẩu từ Mỹ.
Tính ch
ất của các loại bột trên được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1 – Tính chất của bột giấy hóa học tẩy trắng dùng trong
nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm
STT Các thông số Các loại bột giấy
Bột giấy từ gỗ
cứng nhập
khẩu
Bột giấy từ gỗ

cứng sx tại Tcty
Giấy VN
Bột giấy từ
gỗ mềm
Số vòng nghiền của máy
PFI, vòng
6300 6200 8200
1 Độ nghiền
0
SR 38 38 38
2 pH của bột giấy 7,2 7,3 7,3
3 Chiều dài xơ sợi, mm 0,63 0,61 1,06
4 Tỷ trọng, g/cm
3
0,69 0,67 0,69
5 Chiều dài đứt, m 6960 5880 8090
6 Chỉ số độ bền xé,
mN.m
2
/g
6,69 5,83 9,84
7 Chỉ số độ chịu bục,
kPa.m
2
/g
4,04 3,52 5,63
8 Độ đục, % 79,2 74,8 59,1
2.1.2 Hóa chất và phụ gia
- Keo chống thấm AKD
- Tinh bột cation

21
- Chất trợ bảo lưu Percol
- Cacbonat canxi nghiền
2.1.3 Chế phẩm enzyme
* Enzyme cellulase: Maximyze 2535 – Buckman.
- Dạng lỏng, tỷ trọng tại 25
0
C; 1,05 – 1,10g/l.
- Chế phẩm enzyme hoạt động trong khoảng pH: 6 – 9, nhiệt độ 40 – 65
0
C, mức
dùng: 0,25 – 0,5kg/tấn bột giấy.
- Hoạt tính cellulase:396 U/g mẫu khô.
* Enzyme hemicellulase: Papyrase RF – Epygen Biotech Industries, Dubai, UEA.
- Dạng lỏng, tỷ trọng : 1,15 – 1,25 g/ml, pH 5,0 ± 1,0.
- Chế phẩm enzyme hoạt động trong khoảng pH: 5–9 (khuyến cáo dùng trong
khoảng 6–8), nhiệt độ 20-75
0
C (khuyến cáo dùng trong khoảng 25–50
0
C), mức dùng
trong khoảng 70–150 g/tấn bột giấy khô (phụ thuộc vào thời gian xử lý).
- Hoạt tính xylanase của chế phẩm: 341 U/g mẫu khô.
- Hoạt tính của enzyme bị khử tại pH 11,0 hoặc tại nhiệt độ trên 80
o
C trong 5
phút. Hoạt tính của enzyme cũng có thể được xử bằng peroxide. Tính chất của enzyme
bị khử trong quá trình nghiền là 70% và trong giai đoạn sấy giấy là 100%. Hoạt tính
của enzyme không còn lại trên sản phẩm giấy.

* Enzyme cellulase + hemicellulase: FiberZyme LBR – Dyadic International, ASA
- Dạng lỏng, tỷ trọng: 1,15 – 1,25 g/ml; pH: 4,5 ± 1,0
- Chế phẩm hoạt động trong khoảng pH 6,0 – 8,0; nhiệt độ 25 – 60
0
C; mức
dùng 100 – 200g/tấn bột giấy khô. Thời gian xử lý 30 phút hoặc lâu hơn.
- Hoạt tính cellulase 931 U/g mẫu khô; hoạt tính xylanase 616 U/g mẫu khô
- Hoạt tính của enzyme bị khử ở pH khoảng 11 hoặc nhiệt độ trên 71
0
C hoặc
kết hợp cả hai điều kiện. Trong quá trình sản xuất giấy hoạt tính của enzyme bị khử ở
giai đoạn sấy khô. Hoạt tính của enzyme không còn lại trên sản phẩm giấy.
2.1.4 Thiết bị
- Máy nghiền bột giấy PFI, hãng PTI do Áo sản xuất.
- Máy xeo Rapit-Kithen, hãng PTI do Áo sản xuất.
- Máy đo độ nghiền, hãng PTI do Áo sản xuất.
- Thiết bị ổn định nhiệt, do Trung Quốc sản xuất.