Đánh giá khả năng khử mực giấy báo của hỗn hợp cellulase và xylanase

ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 3
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG GIẤY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .............. 3
1.2 GIẤY BÁO IN VÀ PHƢƠNG PHÁP IN........................................................ 6
1.3 KHỬ MỰC GIẤY BÁO IN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ............ 7
1.4 HÓA CHẤT SỬ DỤNG ĐỂ KHỬ MỰC THÔNG THƢỜNG ..................... 9
1.5 ENZYM VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYM ................................. 10
1.5.1 Giới thiệu chung về enzym..................................................................... 10
1.5.2 Tính chất của enzym ............................................................................... 10
1.5.3 Cơ chế hoạt động của enzym.................................................................. 11
1.6 ỨNG DỤNG ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH KHỬ MỰC GIẤY BÁO .... 12
1.7 SỬ DỤNG ENZYM CELLULASE VÀ XYLANASE TRONG KHỬ MỰC
GIẤY BÁO .......................................................................................................... 14
1.7.1 Cellulase ................................................................................................. 14
1.7.2 Xylanase ................................................................................................. 20
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP.................................................. 29
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 29
2.1.1. Enzyme .................................................................................................. 29
2.1.2. Giấy ....................................................................................................... 29
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 30
2.2.1 Xác định hoạt độ xylanase...................................................................... 30

2.2.2 Xác định hoạt độ cellulase ...................................................................... 31

i


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

2.2.3 Thí nghiệm xác định khả năng khử mực giấy báo cũ với hỗn hợp enzyme
......................................................................................................................... 32
2.2.4 Sơ đồ qui trình thí nghiệm khử mực giấy in báo bằng enzyme ............. 33
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................... 33
3.1. ĐẶC TÍNH CỦA CELLULASE THU NHẬN TỪ CHỦNG NẤM MỐC .. 34
3.1.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng phản ứng đến hoạt lực của
celllulase .......................................................................................................... 34
3.1.2. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng phản ứng đến hoạt lực của celllulase .. 35
3.2. ĐẶC TÍNH CỦA XYLALASE THU NHẬN TỪ CHỦNG NẤM MỐC .... 36
3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng phản ứng đến hoạt lực của xylanase
......................................................................................................................... 36
3.2.2. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng phản ứng đến hoạt lực của xylanase .. 37
3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH
TẨY MỰC LÊN ĐỘ BỀN HOẠT LỰC CỦA ENZYME .................................. 39
3.4. ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHỐI TRỘN ENZYME LÊN HIỆU QUẢ
CỦA QUÁ TRÌNH TẨY MỰC GIẤY IN BÁO ................................................. 40
3.5. ẢNH HƢỞNG CỦA LƢỢNG ENZYME SỬ DỤNG VÀ pH PHẢN ỨNG
LÊN HIỆU QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH KHỬ MỰC GIẤY IN BÁO ................... 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 46

ii


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Học viên

Đỗ Thị Thanh Bình

iii


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Đặng Minh Hiếu – Viện Công
Nghệ sinh học- Công nghệ Thực phẩm Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận
tình giúp đỡ và hƣớng dẫn tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Trong thời gian
học tập và nghiên cứu vừa qua, tôi luôn nhận đƣợc sự giúp đỡ và tạo điều kiện của
thầy cô trong Bộ môn và các thầy cô trong Viện Sau Đại Học - Trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó.
Các nội dung nghiên cứu trong luận văn này đƣợc thực hiện và hoàn thành

tại Trung Tâm Nghiên Cứu và Phát Triển Công Nghệ Sinh Học Trƣờng Đại Học
Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của tập thể cán
bộ trong phòng. Đồng thời tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới các
bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ tôi.
Nhân đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo, các Chú, Cô,
Anh, Chị và các em ở Viện Công Nghiệp Giấy và Xenluylô, 56 Vũ Trọng Phụng,
Cầu Giấy, Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi hoàn thành các thí
nghiệm của luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn
quan tâm giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.

Hà Nội, tháng 10/2015.
Học Viên

Đỗ Thị Thanh Bình

iv


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

OCC

: Hỗn hợp giấy caton cũ

ONP

: Giấy báo cũ

OMG

: Giấy tạp chí cũ

CBD

: Cellulose binding domain

v


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng1.1. Sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy theo khu vực giai đoạn 2005 – 2010
(1000 tấn) [1].............................................................................................................. 4
Bảng 1.2. Giấy loại thu hồi qua các năm ở Việt Nam (tấn) ....................................... 5
Bảng 1.3: Enzyme trong khử mực giấy tái chế ........................................................ 26
Bảng 2.1: Tỷ lệ phối trộn enzyme trong các hỗn hợp mẫu ...................................... 32
Bảng 3.1:Ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng phản ứng lên hoạt độ của cellulase....... 34
Bảng 3.2: Ảnh hƣởng pH môi trƣờng phản ứng lên hoạt lực của Cellulase ............ 35
Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng lên hoạt lực của enzyme xylanase ... 36
Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng phản ứng lên hoạt lực ............................ 38
của enzyme xylanase ................................................................................................ 38

Bảng 3.5: Độ bền hoạt độ của cellulase và xylanase trong các điều kiện công nghệ
của một qui trình khử mực thông thƣờng................................................................. 39
Bảng 3.6: Ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn enzyme lên một số tính chất của ............ 41
bột giấy sau quá trình khử mực (Xylanase : Cellulase) ........................................... 41
Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của pH phản ứng enzyme và lƣợng dùng enzyme lên ......... 43
một số tính chất của bột giấy.................................................................................... 43

vi


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cấu trúc -1,4-endo glucanase từ chủng Streptomyces lividans ............. 15
Hình 1.2: Cơ chế hoạt động của hệ enzyme cellulase.............................................. 16
Hình 1.3: Quá trình phân giải Cellulose của Cellulase ............................................ 16
Hình 1.4: Đặc điểm hình thái của chủng nấm mốc Trichoderma. ........................... 18
Hình 1.5: Cấu trúc 3-D của G11 xylanase từ Bacillus subtilis ................................ 20
Hình 1.6: Sơ đồ hoạt động của hệ enzyme xylanase................................................ 22
Hình 1.7: Hình thái khuẩn lạc và bào tử nấm msốc A. niger ................................... 24
Hình 3.1: Ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng phản ứng lên hoạt độ của cellulase ...... 34
Hình 3.2: Ảnh hƣởng pH môi trƣờng phản ứng lên hoạt lực của Cellulase ............ 35
Hình 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng lên hoạt lực của enzyme xylanase .... 37
Hình 3.4: Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng phản ứng lên hoạt lực ............................ 38
của enzyme xylanase ................................................................................................ 38

vii

ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

MỞ ĐẦU
Hiện nay, do vấn đề về kinh tế và môi trƣờng mà nhu cầu sử dụng giấy loại
ngày càng tăng, giấy loại trở thành nguồn nguyên liệu xơ sợi thay thế quan trọng
trong công nghiệp sản xuất giấy. Giấy loại thƣờng có ba loại chính:
o Hỗn hợp cacton cũ (Old corrugated container - OCC)
o Giấy báo cũ (Old newspaper - ONP)
o Hỗn hợp giấy loại văn phòng.
Thông thƣờng, OCC đƣợc xử lý dùng cho sản xuất giấy bao gói, giấy báo cũ
đƣợc khử mực, tẩy trắng dùng cho sản xuất giấy in báo… Xuất phát từ thực tế trên,
công nghệ khử mực giấy loại luôn có những bƣớc cải tiến và hoàn thiện hơn nhằm
làm tăng hiệu suất và chất lƣợng bột giấy thu hồi.
Các phƣơng pháp khử mực giấy loại bằng hóa chất truyền thống từ trƣớc tới
nay có giá thành cao, sử dụng nhiều hóa chất có hại cho môi trƣờng. Việc sử dụng
hoá chất có xu hƣớng cải thiện mức loại mực và độ trắng của bột giấy, nhƣng
những hóa chất này sau đó thải ra môi trƣờng gây ô nhiễm trầm trọng. Cùng với giá
thành cao và sự ảnh hƣởng đến môi trƣờng, các hóa chất khử mực còn tác động vào
trong xơ sợi và ảnh hƣởng tới các tính chất cơ lý của bột.
Một trong những phƣơng pháp cải tiến quá trình khử mực giấy loại là kết
hợp giữa tác nhân sinh học và hóa học đã thu hút đƣợc sự chú ý của các nhà sản
xuất trong thời gian gần đây. Một số nghiên cứu đã chỉ ra những loại enzym nhƣ
cellulase, hemicellulase, xylanase, amylase và lipazase có hiệu quả trong việc khử
mực giấy báo và giấy loại văn phòng. Các enzym có thể đƣợc sử dụng một mình
hoặc kết hợp với nhau để nâng cao hiệu quả khử mực giấy loại báo và tạp chí, cung
cấp nguyên liệu cho sản xuất giấy in báo, giấy vệ sinh và hòm hộp.
Chính từ những nhu cầu xuất phát từ việc xây dựng một phƣơng pháp khử

mực giấy in báo hiệu quả, thân thiện với môi trƣờng sử dụng các tác nhân sinh học
là enzyme, năm 2014 chúng tôi đã đề xuất đề tài nghiên cứu:

1


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

“Đánh giá khả năng khử mực giấy báo của hỗn hợp cellulase và xylanase”.
Đề tài đƣợc sự chấp thuận của Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và bắt đầu
đƣợc triển khai từ tháng 4/2014.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
 Khảo sát đặc tính hoá lý của enzyme cellulase thu nhận từ chủng nấm
mốc Trichoderma reesei (đƣợc đặt tên là Trichoderma reesei T9).
 Khảo sát đặc tính hoá lý của enzyme xylanase thu nhận từ chủng nấm
mốc Aspergillus niger (đƣợc đặt tên là Aspergillus niger BH7).
 Bƣớc đầu đánh giá khả năng sử dụng hỗn hợp phối trộn enzyme
cellulase và xylanase cho quá trình khử mực giấy báo cũ.

2


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG GIẤY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Hiện nay, tái chế giấy loại và các sản phẩm từ giấy đang đƣợc các nhà máy
bột giấy và giấy hết sức quan tâm. Do ý thức bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc cải thiện
và nhƣ những quy định chặt chẽ trong sản xuất, ngành công nghiệp giấy thế giới
cũng nhƣ ở Việt Nam đang nỗ lực thu hồi và tái chế ít nhất 40 % tất cả các sản
phẩm giấy đã qua sử dụng. Ví dụ nhƣ Nhật Bản, Hoa Kỳ, Trung Quốc đã sử dụng
đến 61%; 62% và 65% lƣợng bột tái chế từ giấy loại. Các quốc gia trong khu vực
Đông Nam Á nhƣ Indonesia, Malaysia, Philippine… có mức sử dụng giấy loại lên
đến 60%.
Ở Châu Âu, đây cũng là một vấn đề đƣợc chú trọng và thực hiện một cách
nghiêm ngặt. Điển hình ở Đức, gần 100% giấy bao gói đƣợc thu hồi và mức độ tái
sử dụng có hiệu quả đạt 70%.
Ở Phần Lan đã thu hồi đƣợc 75% giấy loại và 53% trong số đó đƣợc sử dụng
có hiệu quả. Các quốc gia khác nhƣ Pháp, Bỉ, Thuỵ Điển cũng có mức độ thu hồi
giấy loại lên đến 75%. Sử dụng bột giấy loại hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm chi phí hoá
chất, vận hành và giảm thiểu đƣợc ảnh hƣởng xấu tới môi trƣờng do việc khai thác
rừng và quá trình nấu bột gây ra.
Trên thế giới, sử dụng giấy thu hồi cho sản xuất đã tăng 3% trong cả giai đoạn
2005 – 2010 do giá bột giấy tăng liên tục. Châu Á là nơi sử dụng giấy thu hồi nhiều
nhất, chiếm gần 40% so với toàn thế giới. Lƣợng giấy thu hồi và tỉ lệ sử dụng giấy
thu hồi cho sản xuất giấy trong thời gian gần đây đã đƣợc thống kê trong bảng 1.1
[1]. Ngoài lƣợng lớn giấy bao bì và cacton cũ thì giấy báo cũ (ONP) và giấy tạp chí
cũ cũng đƣợc thu hồi đáng kể.
Năm 2010, tỉ lệ thu gom giấy báo loại ONP trên thế giới đạt 67,8%. Dự kiến
đến năm 2015, con số này sẽ đạt 69%, cung cấp nguồn nguyên liệu đáng kể cho sản
xuất giấy.

3


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Bảng1.1. Sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy theo khu vực giai đoạn
2005 – 2010 (1000 tấn) [1]
Năm
Tỉ lệ so
Khu vực

với thế
2005

2006

2007

2008

2009

2010
giới năm
2010, %

Châu Á

70 344 72 127 79 027

76 724

79 213

82 698

37,78

Châu Âu

58 464 59 946 61 942

65 389

62 788

65 551

29,95

Bắc Mỹ

49 616 50 874 52 405

51 715

49 857

52 051

23,78

Mỹ Latinh

9 074

9 304

10 301

10384

10 034

10 475

4,79

Châu Úc

2 359

2 419

2 518

3 482

3 584

3 704

1,69

Châu Phi

1 751

1 795

1 850

2 253

2 142

2 236

1,02

0

-

-

2 021

2 075

2 166

0,99

Trung Đông

Thông thƣờng, bột giấy tái chế thu đƣợc sau quá trình khử mực giấy loại
đƣợc sử dụng trong sản xuất các loại giấy nhƣ: giấy in báo, giấy vệ sinh, giấy in và
giấy viết, các lớp lót của giấy cactong duplex… Đối với giấy in báo, lƣợng bột khử
mực từ giấy in báo loại đƣợc sử dụng chiếm từ 40 – 100%. Lƣợng bột khử mực từ
giấy loại văn phòng sử dụng trong sản xuất giấy in và giấy viết là 10% – 50%, trong
sản xuất giấy vệ sinh là 20% – 100%. Giấy bao gói tái sử dụng 5%- 40% bột giấy
khử mực. Đặc biệt, bột giấy khử mực dùng trong lớp lót của giấy cacton duplex có
thể lên đến 100% (Bajpai và cộng sự, 1989).

4


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Theo xu hƣớng chung trên thế giới, Việt Nam cũng rất quan tâm đến vấn đề
sử dụng giấy loại. Việc sử dụng giấy loại ở Việt Nam không chỉ xuất phát từ ƣu thế
của giấy loại là giá rẻ mà còn do sự mất cân đối nghiêm trọng giữa sản lƣợng bột
giấy và giấy. Hiện nay, bột giấy sản xuất trong nƣớc chỉ đáp ứng đƣợc khoảng 60%
nhu cầu sản xuất giấy các loại, còn lại là bột giấy nhập khẩu và giấy loại tái chế.
Tuy nhiên, lƣợng giấy thu hồi ở Việt Nam mới chỉ đạt 27 % trong năm 2010. Mức
độ thu hồi, sử dụng giấy loại trong sản xuất giấy ở Việt Nam đƣợc chỉ ra trong bảng
dƣới đây.
Bảng 1.2. Giấy loại thu hồi qua các năm ở Việt Nam (tấn)
Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

2005

2006

2007

2008

2009

2010

546310

629118

771928

767696

880420 1003955

OCC

438855

503774

619140

613000

724930

848900

ONP,OMG

107455

125344

152788

154696

155491

155055

411370

433546

507490

500953

663456

734212

134940

195572

264438

266743

216946

269743

31,0

28,0

27,0

25,1

30,0

32,0

Tiêu dùng giấy
thu hồi

Thu gom trong
nƣớc
Nhập khẩu
Tỷ lệ thu hồi, %

Theo dự báo, đến năm 2015, tỉ lệ thu gom giấy loại trong nƣớc hằng năm
cũng chỉ tăng thêm khoảng 1 % và đạt khoảng 35 %. Để nâng cao hiệu quả sản xuất
giấy, chủ động nguồn bột, nhiều công ty đã đầu tƣ vào các dây chuyền khử mực
nhƣ công ty cổ phần giấy Sài Gòn 20 tấn/ngày; công ty cổ phần giấy Trúc Bạch
6000 tấn/năm; công ty Newtoyo 60 tấn/ngày; công ty giấy Tissue Sông Đuống 20
000 tấn/năm; công ty cổ phần giấy Diana công suất 25 000 tấn/năm… Mới đây, dây
5


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

chuyền khử mực của công ty cổ phần giấy Bãi Bằng đã đi vào hoạt động với công
suất 50 000 tấn/năm nhằm cung cấp bột giấy cho dây chuyền sản xuất giấy in báo

của công ty. Tuy nhiên, hiệu suất bột thu đƣợc chƣa cao, chất lƣợng bột sau khử
mực không ổn định. Mặt khác, quá trình sản xuất nghiêm ngặt và cạnh tranh hiện
nay đòi hỏi các nhà máy phải có những chuyển biến lớn để tăng mức sử dụng bột từ
giấy loại, nhằm giảm giá thành sản phẩm mà vẫn đáp ứng đƣợc nhu cầu về chất
lƣợng ngày càng cao của thị trƣờng, tuân theo các điều kiện môi sinh và môi trƣờng
sản xuất. Chính vì vậy, các quy trình khử mực cần có sự cải tiến không ngừng.
1.2 GIẤY BÁO IN VÀ PHƢƠNG PHÁP IN
Giấy in báo chứa chủ yếu là bột cơ học tẩy trắng và bột tái sinh. Hàm lƣợng
tro trong giấy in báo nằm trong khoảng 10% – 15% tuỳ loại giấy, bao gồm cả chất
độn và chất tráng phủ (nếu có). Các chất độn hiện nay chủ yếu là cao lanh và canxi
cacbonat. Giấy in báo phổ biến hiện nay có định lƣợng từ 40 – 65 g/m2, có thể có
hoặc không có gia keo nội bộ, độ nhám bề mặt PPS (1 Mpa) không lớn hơn 2,5 mm,
hàm lƣợng độn chiếm khoảng 0% – 15 % giống nhƣ trong bột tái chế và đƣợc in
theo phƣơng pháp offset và flexo.
Giấy in báo loại là các loại giấy báo đã qua sử dụng hoặc bị loại trong quá
trình sản xuất, phân loại, gia công, in ấn đƣợc sử dụng để tái sản xuất thành bột giấy
(dùng cho sản xuất giấy in báo và giấy cacton) bằng các phƣơng pháp xử lý cơ học
hoặc kết hợp giữa phƣơng pháp cơ học và hoá học. Giấy báo loại có thể tái sử dụng
nhiều lần, song số lần càng nhiều thì chất lƣợng giấy càng thấp đi do sự phá huỷ xơ
sợi. Quá trình sản xuất sau đó phải sử dụng một lƣợng xơ sợi nguyên thuỷ nhất định
để bù đắp lƣợng đã mất mát đó, cải thiện tính chất cơ lý của giấy. Giấy in báo ngoài
thành phần xơ sợi còn các thành phần sau:
o Mực in

: 1.0 % – 7.0 %

o Phụ gia các loại

: 3.0 % – 30 %

o Tạp chất ngoại lai

: 1.0 % – 3.0 %

Mực in là hỗn hợp các chất màu đƣợc pha chế từ các thành phần khác nhau
dung để tạo ra sự tƣơng phản về màu sắc trên vật liệu in qua khuôn in, nó phải phù
hợp với phƣơng pháp in và tính chất của vật liệu in. Ứng với mỗi loại mực in thì có

6


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

các phƣơng pháp in khác nhau. Một số phƣơng pháp in hiện nay gồm: phƣơng pháp
in flexo, phƣơng pháp in offset, phƣơng pháp in lƣới, phƣơng pháp in ống đồng và
phƣơng pháp in phun. Trong phạm vi đề tài này chỉ nghiên cứu giấy in báo đƣợc in
theo phƣơng pháp in offset.
Mực in offset là hỗn hợp lỏng quánh dạng huyền phù, mịn, đặc, độ nhớt nằm
trong khoảng 40 – 100 Pa.s, bền với nƣớc và có độ đậm cao, độ dày màng mực từ
0,5 – 1,0 µm. Thành phần cấu tạo mực offset gồm có:
o Pigment: 10 % – 30 %
o Dầu liên kết: nhựa cứng (20 - 50 %); nhựa alkyd (0 – 20 %); dầu thực
vật đã qua xử lý (0 – 30 %); các sản phẩm từ dầu mỏ (20 – 40 %)
o Chất làm khô: < 2 %
o Phụ gia (tùy theo loại mực): 10 %
o Các loại sáp để chống trầy xƣớc và tăng độ dính
o Chất phụ gia để làm giảm sự khô tại máng mực và trong quá trình vận
chuyển (Các chất phụ gia thêm vào khác nhau phụ thuộc vào phƣơng

pháp in, tính chất bề mặt của vật liệu in và tính chất sản phẩm in).
Trong giấy in báo, mực sử dụng hấp thụ qua giấy trong khi chất lỏng trong
các quá trình in khác thì bay hơi, để lại phần pigment trên mặt giấy. Phƣơng thức
làm khô là chỉ dùng hiệu ứng thấm hút (coldset).
Quá trình thấm hút tách các chất mang thành hai thành phần và quá trình khô
hình thành. Thông thƣờng, trong thành phần mực in báo không có thành phần dầu
khô (dầu khoáng). Đối với loại giấy báo chỉ in đen trắng thì hàm lƣợng mực in có
trong đó là thấp, chỉ khoảng 1 – 2 %. Tuy nhiên hiện nay báo thƣờng đƣợc in nhiều
màu nên quá trình khử mực trở nên khó khăn hơn.
1.3 KHỬ MỰC GIẤY BÁO IN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYỂN NỔI
Giấy báo loại hiện nay cũng là một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào
cho quá trình tái sản xuất bột giấy. Quá trình khử mực giấy in báo có thể tiến hành
kết hợp cả hai phƣơng pháp rửa và tuyển nổi, trong đó quá trình tuyển nổi đƣợc chú
trọng hơn do loại bỏ đƣợc nhiều tạp chất, tận thu đƣợc cả xơ sợi vụn và chất độn mà
lại tiết kiệm lƣợng nƣớc tiêu thụ cho cả quá trình.
7


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Mực loại bỏ trong quá trình tuyển nổi dựa trên sự khác nhau giữa tính ƣa
nƣớc của xơ sợi và tính kị nƣớc của mực. Các thành phần mực kị nƣớc có xu hƣớng
bám vào các bọt khí và các bọt khí này bị tách khỏi các thành phần ƣa nƣớc (gồm
xơ sợi và các chất độn vô cơ) trong quá trình tuyển nổi. Các hạt mực đƣợc loại bỏ
hiệu quả nếu bảm đƣợc hết vào các bọt khí và nổi lên trên bề mặt. Diện tích bề mặt
bọt càng lớn thì hiệu quả khử mực càng cao. Điều này phụ thuộc nhiều vào tính
chất của chất hoạt động bề mặt và tốc độ chuyển động của hỗn hợp trong thiết bị
tuyển nổi.

Theo lý thuyết, nếu loại bỏ đƣợc hoàn toàn mực mà không bị tổn thất xơ sợi
và chất độn thì khối lƣợng chất thải sau quá trình tuyển nổi chiếm khoảng 2% so
với nguyên liệu ban đầu. Tuy nhiên tổng lƣợng thải thƣờng lớn hơn 10%. Nhƣ vậy
cùng với các thành phần kị nƣớc thì xơ sợi vụn và các chất vô cơ (thƣờng thì các
chất vô cơ bị bao phủ bởi các chất tổng hợp mang tính kị nƣớc) cũng bị loại bỏ
trong quá trình khử mực. Có thể lý giải một phần lý do của việc này là các xơ sợi có
bề mặt ƣa nƣớc có khả năng hấp thụ các vật liệu ƣa nƣớc khác, gồm các hóa chất
nội bộ và các chất kết dính đƣợc bổ sung ở phần ƣớt. Sự hấp thụ này tạo nên tính
chất khác biệt và làm tăng kích thƣớc so với ban đầu khiến các xơ sợi này nổi lên và
dễ dàng bị loại bỏ trong quá trình tuyển nổi.
Bề mặt ƣa nƣớc của các chất độn và xơ sợ vụn bị ảnh hƣởng đáng kể bởi
mức dùng kiềm trong quá trình đánh tơi. Nếu bổ sung một lƣợng kiềm thích hợp thì
có thể cải thiện tính ƣa nƣớc của một số huyền phù rắn, giảm đƣợc sự mất mát của
xơ sợi vụn và các chất khoáng.
Tuy nhiên nếu vƣợt quá mức kiềm cho phép trong quá trình đánh tơi thì có
thể làm phá vỡ hay hòa tan cấu trúc hạt mực và các sticky, gây khó khăn cho quá
trình tuyển nổi sau này.
Do đó lựa chọn mức dùng kiềm phù hợp là vấn đề quan trọng cần nghiên cứu
trong quá trình khử mực bằng phƣơng pháp tuyển nổi. Xu hƣớng ngày nay là tiến
hành quá trình khử mực trong môi trƣờng kiềm nhẹ hoặc trung tính (Puneet và cộng
sự , 2010)

8


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Quá trình khử mực nhƣ vậy giúp giảm đƣợc mức dùng hóa chất trong quá

trình đánh tơi, giảm ảnh hƣởng đến tính chất bột sau tuyển nổi cũng nhƣ giảm
lƣợng thải độc hại ra môi trƣờng. Muốn đạt đƣợc mục đích nhƣ vậy thì sự hỗ trợ
của enzym là rất cần thiết (Puneet và cộng sự, 2010).
1.4 HÓA CHẤT SỬ DỤNG ĐỂ KHỬ MỰC THÔNG THƢỜNG
 Trong các hệ thống khử mực, hóa chất đƣợc cho vào có những tác dụng sau:
o Hóa chất phân tách mực từ giấy và bề mặt giấy.
o Hóa chất loại bỏ và loại mực từ huyền phù bột.
o Hóa chất xử lý nƣớc thải sau quá trình khử mực.
o Hóa chất tẩy trắng bột giấy
 Các hóa chất chính thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình khử mực thông
thƣờng đƣợc thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1.3: Các hóa chất sử dụng trong quá trình khử mực thông thƣờng
Tên hóa chất

TT

Tác dụng

1

NaOH

Trƣơng nở xơ sợi, tách long mực in.

2

Na2 SiO3

Đệm pH, phân tán, ổn định H2O2

3

H 2O 2

Dùng tẩy trắng và phá vỡ liên kết mực

4

Na2S2O4:

Tẩy trắng

5
6
7

8
9

Chất hoạt động bề mặt (xà phòng, Thu gom mực trong tuyển nổi
axit béo)
CaCl2, Ca(OH)2

Tăng độ cứng của nƣớc

Tác nhân chelat hóa (DTPA)

Hạn chế sự phân hủy H2O2 do các ion
kim loại chuyển tiếp
Kết bông bùn từ nƣớc trắng trong quá

Polyme

trình cô đặc và tuyển nổi.
Bột đá

Hấp thụ Sticky

9


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

1.5 ENZYM VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYM
1.5.1 Giới thiệu chung về enzym
Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học với hiệu suất rất
cao, mặc dù ở điều kiện bình thƣờng về nhiệt độ, áp suất, pH. Sở dĩ nhƣ vậy vì nó
có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học đƣợc gọi chung là enzym. Enzym là chất
xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein. Trong các phản ứng này, các phân
tử lúc bắt đầu của quá trình đƣợc gọi là cơ chất (substrate), enzym sẽ biến đổi chúng
thành các phân tử khác nhau. Tất cả các quá trình xảy ra trong tế bào đều cần
enzym. Enzym có tính chọn lọc rất cao đối với cơ chất của nó. Loài ngƣời đã từ lâu
dùng enzym để lên men trong sản xuất bánh mỳ, bia, nƣớc chấm…..
Đầu thế kỷ 19 Kiecgo (Nga) đã tách đƣợc chế phẩm gây ra hiện tƣợng lên
men chuyển hóa tinh bột. Khoảng 30 năm gần đây ngƣời ta đã tổng hợp đƣợc
enzym. Hiện nay, thế giới đã sản xuất đƣợc mỗi năm hàng triệu tấn chế phẩm
enzym các loại đem lại hiệu qủa kinh tế cao và ứng dụng trong nhiều ngành nghề
nhƣ nông - lâm - ngƣ nghiệp, dƣợc phẩm .v.v.. Enzym có trong động vật, thực vật

và nhiều là vi sinh vật. Enzym có thể có ngẫu nhiên hoặc do hoạt động của các vi
sinh vật tiết ra. Ngày nay, chế phẩm enzym rất đa dạng, ví dụ nhƣ glucoamylase,∝amylase, β-amylase,pectate–lase, cellulase…Nhờ kỹ thuật cố định enzym nên có
thể sử dụng enzym đƣợc nhiều lần. Hầu hết phản ứng đƣợc xúc tác bởi enzym đều
có tốc độ cao hơn nhiều so với khi không đƣợc xúc tác. Có trên 4000 phản ứng sinh
hóa đƣợc xúc tác bởi enzym và hoạt tính của enzym chịu tác động bởi nhiều yếu tố.
Chất ức chế là các phân tử làm giảm hoạt tính của enzym, trong khi yếu tố hoạt hóa
là những phân tử làm tăng hoạt tính của enzym.
1.5.2 Tính chất của enzym
o Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc tính lý hóa của protein. Đa
số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có kích thƣớc
lớn.

10


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

o Enzym tan trong nƣớc và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan
trong ete và các dung môi không phân cực.
o Enzym không bền dƣới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao thì enzym bị biến
tính. Môi trƣờng axít hay bazơ cũng làm enzym mất khả năng hoạt động.
o Enzym có tính lƣỡng tính. Tùy pH của môi trƣờng mà chúng tồn tại ở các
dạng nhƣ cation, anion hay trung hòa điện.
o Enzym chia làm hai nhóm: enzym một cấu tử (chỉ chứa protein) nhƣ pepsin,
amylase... và các enzym hai cấu tử (trong phân tử còn có nhóm không phải
protein). Trong phân tử enzym hai cấu tử có hai phần:
-

apoenzym: phần protein (nâng cao lực xúc tác của enzym, quyết định
tính đặc hiệu)

-

coenzym: phần không phải protein (trực tiếp tham gia vào phản ứng
enzym) có bản chất là những hợp chất hữu cơ phức tạp.

1.5.3 Cơ chế hoạt động của enzym
Trong quá trình xúc tác, chỉ có một phần enzym tham gia trực tiếp vào phản
ứng để kết hợp với cơ chất gọi là "trung tâm hoạt động". Cấu tạo đặc biệt của trung
tâm hoạt động quyết định tính đặc hiệu và hoạt tính xúc tác của enzym. Một enzym
có thể có 2 hoặc nhiều trung tâm hoạt động, tác dụng của các trung tâm hoạt động
không phụ thuộc vào nhau. Là một chất xúc tác có nguồn gốc sinh học, về mặt cơ
chế hoá học, enzym tác dụng lên cơ chất chỉ khi có tiếp xúc trực tiếp với cơ chất,
hay nói cách khác, các cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động tạo phức hợp enzym
- cơ chất. Đây là một giai đoạn cần thiết trong quá trình có sự tham gia của enzym.
Trong đó yêu cầu enzym và cơ chất phải bổ sung về mặt không gian và hóa
học, có khả năng hình thành nhiều liên kết yếu với nhau. Chúng liên kết sao cho có
thể tạo ra và cắt đứt sự dính nhau đƣợc gây nên do biến động nhiệt ngẫu nhiên ở
nhiệt độ thƣờng.
Một đặc tính quan trọng của enzym là tính đặc hiệu của nó. Enzym chỉ tác
dụng lên một số cơ chất và một số kiểu liên kết hóa học nhất định trong phản ứng.
11


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Chính vì vậy, enzym có tính chọn lọc rất cao và hạn chế đƣợc ảnh hƣởng đến cấu
trúc khác. Tính đặc hiệu của enzym thể hiện nhƣ sau:
o Đặc hiệu lập thể: Chỉ tác dụng lên một dạng đồng phân quang học. Enzym
cũng thể hiện tính đặc hiệu với các đồng phân hình học, chỉ tác dụng lên một
dạng đồng phân cis hoặc trans.
o Đặc hiệu tuyệt đối: Enzym chỉ có khả năng tác dụng lên một cơ chất nhất
định. Cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym phải kết hợp chặt chẽ với cấu
trúc của cơ chất, một khác biệt nhỏ về cấu trúc của cơ chất cũng làm enzym
không thể hiện đƣợc tính xúc tác.
o Đặc hiệu tƣơng đối: Enzym có tác dụng lên một kiểu nối hóa học nhất định
trong phân tử cơ chất mà không phụ thuộc vào bản chất hóa học của các cấu
tử tham gia tạo thành liên kết đó.
o Đặc hiệu nhóm: Enzym có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết nhất định
khi một hay hai cấu tử tham gia tạo thành liên kết này có cấu tạo nhất định.
Chính vì cơ chế hoạt động chọn lọc và hiệu quả, enzym đã đƣợc sử dụng
rộng rãi, trong đó phải kể đến quá trình khử mực giấy loại có sử dụng
enzym.

1.6 ỨNG DỤNG ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH KHỬ MỰC GIẤY BÁO
Sự phát triển nhanh của công nghệ khử mực trong hai thập kỉ qua đã đặt ra
yêu cầu phải có những giải pháp cơ học hay hoá học để cải tiến các mặt của quá
trình. Điều này đặt ra là do yêu cầu phải giảm giá thành sản xuất, tăng chất lƣợng
sản phẩm mà vẫn phù hợp với thực tế sản xuất cũng nhƣ giải quyết đƣợc phần nào
các vấn đề về môi trƣờng. Tuy nhiên, một trong những trở ngại lớn nhất với tất cả
các nhà máy khử mực hiện nay đó là loại bỏ hạt mực ở giai đoạn cuối cùng để đạt
đƣợc độ trắng của bột cao nhất và độ bụi có thể nhìn thấy là thấp nhất. Mặc dù bột
khử mực có thể giúp giảm giá thành đáng kể trong sản xuất giấy báo và giấy vệ
sinh, nhƣng nó vẫn có những hạn chế khi tái sử dụng để sản xuất các loại giấy cao
cấp hơn nhƣ giấy in và giấy viết (thƣờng đƣợc dùng khoảng 10 % ÷ 30 % tổng
12

ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

lƣợng bột cần dùng). Trong những loại giấy này, những hạt mực nhỏ vẫn có thể
nhìn thấy và không đáp ứng đƣợc yêu cầu chất lƣợng sản phẩm.
Do đó, enzym đƣợc sử dụng để cải thiện khả năng tách mực của giấy loại.
Enzym hiện nay đƣợc dùng nhằm vào một hay vài cơ chất có trong mực bảo lƣu
trong bột sau giai đoạn cuối cùng. Những chất này gồm cellulose, pectin,
hemicellulose, đặc biệt là xylan, amylose, amylopectin và các cacbonhydrat khác.
Chúng tồn tại hầu hết trên bề mặt và bên trong cấu trúc giấy loại hay ở giữa giấy và
mực bằng các tinh bột chứa trong chất tráng phủ hay ép gia keo bề mặt. Một vài
chất trong số đó đã có sẵn trong gỗ nhƣ cellulose, pectin, hemicellulose, đặc biệt là
xylan và các cacbonhydrat khác. Còn các chất khác, nhƣ amylo và amylopectin
thƣờng đƣợc thêm vào trong quá trình sản xuất giấy hay giấy hòm hộp để tăng độ
bền khô và là chất độn keo dính có giá thành thấp trong quá trình xử lý bề mặt giấy.
Quá trình khử mực gần đây đã thu đƣợc những hiệu quả rõ rệt khi sử dụng
enzym để tách và loại mực. Thông qua việc thuỷ phân tinh bột với cơ chế khử mực
ba giai đoạn, phân tán mực đã đƣợc cải thiện đáng kể. Đối tƣợng nghiên cứu khử
mực là các loại giấy in hay hỗn hợp của chúng, bao gồm giấy báo cũ, giấy loại văn
phòng, tạp chí cũ hay giấy hỗn hợp và bột thay thế. Các thành phần giấy loại trên
bao gồm các cơ chất ở trong hay bề mặt giấy , các chất giữa giấy và mực và toner,
các hạt mực và toner sẽ bị enzym tấn công.
Để tách loại bỏ mực và các chất độn trong quá trình công nghệ khử mực cần
thiết có sự trợ giúp của năng lƣợng hóa học cho các tác động cơ học (nhƣ đánh tơi,
khuấy, nghiền, bơm áp suất cao…). Việc tách mực in trong quá trình khử mực tức
là phá hủy mối liên kết mực giấy. Các chất kiềm, đặc biệt là NaOH có khả năng xà
phòng hóa và thủy phân axít béo để tạo xà phòng và nƣớc.

Quá trình xà phòng hóa làm phá hủy các liên kết hóa học giữa các chất màu
với bề mặt xơ sợi. Các phản ứng này cũng loại bỏ các liên kết giữa chất độn với
giấy, tạo ra sự thấm ƣớt các phần tử xơ sợi vừa tách đƣợc mực. Nói chung, tới nay
chƣa tìm đƣợc cơ chế có căn cứ khoa học xác định khi tách các phân tử mực.

13


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Một số nhà khoa học cho rằng, khi tiếp xúc với tác nhân kiềm, các xơ sợi
cellulose bị trƣơng nở và lỏng hơn, tạo điều kiện dễ dàng giải phóng các phân tử
mực là phân tử có thể tích ít thay đổi trong môi trƣờng kiềm. Mặt khác, trong môi
trƣờng kiềm, điện tích tĩnh điện của các phân tử mực và của xơ sợi tăng rất nhanh
khi có mặt các inon OH- . Kết quả đã tạo ra lực đẩy dẫn đến việc tách các liên kết
giữa mực và xơ sợi. Hiện tƣợng này đƣợc cải thiện thêm bởi sự có mặt của Na2SiO3
và các chất kích hoạt bề mặt. Khi bột giấy loại có chứa bột cơ học thì xơ sợi có xu
hƣớng vàng và sẫm màu đi, chủ yếu là do sự tạo thành các nhóm mang màu mới từ
lignin. Tốc độ tạo thành các tác nhân mang màu tăng cao hơn xung quanh pH 5,5.
Để kiềm chế hiện tƣợng làm sẫm màu xơ sợi, cần giữ pH ở mức 9÷10. Nếu giấy
loại có nhiều bột cơ học, cần thay thế một phần NaOH bằng Na2SiO3 cũng có tác
dụng giảm bớt sự sẫm màu của xơ sợi thu hồi.
Phƣơng pháp khử mực bằng hóa chất đối với giấy in, viết thƣờng gặp trở
ngại với dạng mực in laser, xerographic hay các dạng giấy in sâu do sự bám dính
của các phân tử mang mầu vào bề mặt giấy rất mạnh. Tuy nhiên tác nhân sinh học
có thể giải quyết đƣợc vấn đề này.
1.7 SỬ DỤNG ENZYM CELLULASE VÀ XYLANASE TRONG KHỬ MỰC
GIẤY BÁO

1.7.1 Cellulase
 Sơ lược về Cellulase
Cellulase có bản chất là protein đƣợc cấu tạo từ các đơn vị là axit amin, các
axit amin đƣợc nối với nhau bởi liên kết peptid –CO-NH- . Ngoài ra, trong cấu trúc
còn có những phần phụ khác. Cấu trúc hoàn chỉnh của các loại enzyme nhóm
endoglucanase (EG) và exoglucanase (CBH) giống nhau trong hệ cellulase của nấm
sợi, gồm một trung tâm xúc tác và một đuôi tận cùng, phần đuôi này xuất phát từ
trung tâm xác tác và đƣợc gắn them vùng glycosil hóa, cuối đuôi là vùng gắn kết
với cellulose (CBD: cellulose binding domain). Vùng này có vai trò tạo liên kết với
cellulose tinh thể. Trong quá trình phân hủy cellulose có sự tƣơng quan mạnh giữa
khả năng xúc tác phân giải cellulose của các enzyme và ái lực của enzyme này đối
14


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

với cellulose. Hơn nữa, hoạt tính của cellulase dựa vào tinh thể cellulose và khả
năng kết hợp của CBD với cellulose. Điều này chứng tỏ CBD làm gia tăng hoạt tính
cellulase đối với tinh thể cellulose. Sự có mặt của CBD sẽ hỗ trợ cho enzyme
cellulase thực hiện việc cắt đứt nhiều liên kết trong cellulose tinh thể. Vùng gắn kết
với cellulose có cấu tạo khác với liên kết thông thƣờng của protein và việc thay đổi
chiều dài của vùng glycosil hóa có ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme.
Cellulase là nhóm enzyme thuỷ phân có khả năng cắt mối liên kết -1,4-Oglucoside trong phân tử cellulose và một số cơ chất tƣơng tự khác. Đó là một phức
hệ gồm nhiều loại enzyme khác nhau và đƣợc xếp thành 3 nhóm cơ bản: endo-1,4-glucanase hay carboxymethyl cellulase (CMCase) (EC 3.2.1.4), exo--1,4glucanase hay cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) và -glucosidase hay -D-glucoside
glucohydrolase (EC 3.2.1.21).

Cơ chế tác dụng của enzyme cellulase. Mỗi loại enzyme tham gia thuỷ
phân cơ chất theo một cơ chế nhất định và nhờ có sự phối hợp hoạt động của các

enzyme đó mà phân tử cơ chất đƣợc thuỷ phân hoàn toàn tạo thành các sản phẩm
đơn giản nhất.

Hình 1.1: Cấu trúc -1,4-endo glucanase từ chủng Streptomyces lividans
Trong một phức hệ enzyme cellulase, endo--1,4-glucanase xúc tác cho phản
ứng thuỷ phân các liên kết ở bên trong phân tử cellulose. Exo--1,4-glucanase thuỷ
phân các liên kết ở đầu khử và đầu không khử của phân tử cellulose. Glucosidase
thuỷ phân các phân tử cellodextrin và cellobiose thành glucose.

15


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Cellulose
không tan
Cellulose
hoà tan
Cellubiose
Glucose

Đầu không khử
Hình 1.2: Cơ chế hoạt động của hệ enzyme cellulase.

Hình 1.3: Quá trình phân giải Cellulose của Cellulase
Thủy phân cellulose phải có sự tham gia của cả ba loại enzyme cellulose nhƣ
endoglucanase, exoglucanase và β-glucosidase. Thiếu một trong ba loại enzyme
16

ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

trên thì không thể thủy phân phân tử cellulose đến cùng. Từ những nghiên cứu riêng
lẽ đối với từng loại enzyme đến nghiên cứu tác động tổng hợp của cả ba loại
enzyme cellulose, nhiều nhà khoa học đều đƣa ra kết luận chung là các loại enzyme
cellulose sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành sản phẩm cuối cùng là
glucose.
Có nhiều cách giải thích khác nhau về cơ chế tác động của cellulose, trong
đó cách giải thích do Erikson đƣa ra đƣợc nhiều ngƣời công nhận hơn cả. Theo
Erikson và cộng tác viên (1980), cơ chế tác động hiệp đồng của 3 loại cellulose nhƣ
sau: đầu tiên endoglucanase tác động vào vùng vô định hình trên bề mặt cellulose,
cắt liên kết β-1,4-glucosid và tạo ra các đầu mạch tự do. Tiếp đó exoglucanase tấn
công cắt ra từng đoạn cellobiose từ đầu mạch đƣợc tạo thành. Kết quả tác động của
endoglucanase và exoglucanase tạo ra các celloligosaccharit mạch ngắn, cellobiose,
glucose. β-glucosidase thủy phân tiếp và tạo thành glucose.
 Cellulase thu nhận từ nấm mốc Trichoderma reesei
a. Nấm mốc Trichoderma
Trichoderma là chủng nấm mốc đƣợc phát hiện khoảng 200 năm về trƣớc
nhƣng không nhận đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Chủng nấm
này chỉ đƣợc biết đến có khả năng phân giải cellulose trong thế chiến lần thứ 2 khi
đƣợc báo cáo trong một báo cáo của quân đội Mỹ. Để tở lòng tôn kính ngƣời đã
khám phá ra loài nấm này Elwyn T. Reese, tác giả làm việc tại Viện nghiên cứu
Natick với sự cộng tác của Mary Mandels đã nghiên cứu nhiều về đề tài sinh tổng
hợp, cơ chế phân huỷ cellulose và các hợp chất polysaccharides khác, chủng nấm
đƣợc đặt tên Trichoderma reesei.
Các công trình nghiên cứu đã khám phá ra hệ phân giải cellulose của

Trichoderma vào cuối thập niên 60. Cùng thời điểm đó, Rifai và Webster ở Anh lần
đầu tiên phân loại và mô tả đƣợc 9 loài Trichoderma, việc nuôi cấy dễ dàng và không
tốn kém các chủng Trichoderma đã lôi kéo các nhà nghiên cứu đi vào các hƣớng
nghiên cứu cơ bản hơn là nghiên cứu ứng dụng về phân giải cellulose của chúng.
Một phát hiện quan trọng trong nghiên cứu về Trichoderma là khả năng kích
thích tăng trƣởng cho cây trồng và khả năng đối kháng với các loài nấm bệnh giúp

17


ĐỖ THỊ THANH BÌNH 2013B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

Trichoderma đƣợc dùng nhƣ là tác nhân kiểm soát sinh học trong nông nghiệp. Ngày
nay lĩnh vực này đã trở thành hƣớng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới.

A

B

Hình 1.4: Đặc điểm hình thái của chủng nấm mốc Trichoderma.
Về mặt hình thái, Trichoderma là một loài nấm bất toàn, sinh sản vô tính
bằng bào tử đính từ khuẩn ty. Khuẩn ty của vi nấm không màu, cuống sinh bào tử
phân nhánh nhiều, ở cuối nhánh phát triển thành một khối tròn mang các bào tử trần
không có vách ngăn, không màu, liên kết thành chùm nhỏ ở đầu cành nhờ chất
nhầy. Bào tử hình cầu, hình elip hoặc hình thuôn. Khuẩn lạc nấm có màu trắng hoặc
từ lục trắng đến lục, vàng xanh, lục xỉn đến lục đậm.
Các chủng nấm Trichoderma hiện diện gần nhƣ trong tất cả các loại đất và
trong một số môi trƣờng sống khác. Chúng hiện diện với mật độ cao và phát triển

mạnh ở vùng rễ của cây, một số giống có khả năng phát triển ngay trên rễ, những
giống này có thể bổ sung vào trong đất hay hạt giống bằng nhiều phƣơng pháp.
Nấm Trichoderma khi tiếp xúc với rễ sẽ phát triển trên bề mặt rễ hoặc vỏ rễ tuỳ
từng chủng. Vì vậy, khi đƣợc dùng trong xử lý hạt giống, những giống thích hợp
nhất sẽ phát triển trên bề mặt rễ ngay cả khi rễ phát triển dài hơn 1 m phía dƣới mặt
đất và chúng có thể tồn tại và có hiệu lực cho đến 18 tháng sau khi sử dụng, tuy
nhiên không nhiều giống có khả năng này.
Ngoài sự hình thành khuẩn lạc trên rễ, nấm Trichoderma còn tấn công, kỹ
sinh và lấy chất dinh dƣỡng từ các loài nấm khác. Bởi vì nơi Trichoderma phát triển
18