NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME FIBREZYME LBL ĐẾN QUÁ TRÌNH NGHIỀN BỘT GIẤY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
************

PHAN THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME FIBREZYME
LBL ĐẾN QUÁ TRÌNH NGHIỀN BỘT GIẤY

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 6/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
************

PHAN THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ENZYME FIBREZYME
LBL ĐẾN QUÁ TRÌNH NGHIỀN BỘT GIẤY

Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn: Th.S ĐẶNG THỊ THANH NHÀN

Thành Phố Hồ Chí Minh

Tháng 6/2012

i


LỜI CẢM TẠ
Để hoàn thành tốt đề tài như hôm nay tôi xin chân thành cảm ơn:
Cảm ơn cha mẹ - Người đã sinh thành và nuôi dưỡng con đền ngày hôm
nay, đã tạo mọi kiện tốt nhất về tinh thần và vật chất để con học tập và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Toàn thể thầy cô trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thầy
cô khoa Lâm Nghiệp, bộ môn Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy đã giảng dạy
và truyền đạt kiến thức cho tôi trong những năm tháng theo học ở trường.
Th.S Đặng Thị Thanh Nhàn – Giáo viên hướng dẫn, người đã trực tiếp
hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tôi trong suốt thời gian thưc hiện đề tài.
Ban giám đốc công ty giấy Bình An đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được
nhận mẫu bột giấy để làm thí nghiệm dùng trong đề tài.
T.S Lê Quang Diễn – Giảng viên Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội, người đã tạo điều kiện cho tôi trong việc tìm kiếm Enzyme làm
thí nghiệm và chụp SEM mẫu bột sau khi hoàn thành thí nghiệm tại trường.
Trung tâm nghiên cứu chế biến lâm sản – giấy và bột giấy đã tạo mọi điều
kiện tốt nhất để tôi tiến hành thí nghiệm thực hiện tốt đề tài.
Chị Trần Thị Kim Chi – Nhân viên phụ trách Trung Tâm nghiên cứu chế
biến lâm sản – giấy và bột giấy, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi sử dụng máy
móc, thiết bị nghiên cứu trong suốt quá trình làm thí nghiệm tại trung tâm.
Ban giám đốc công ty Tập Đoàn Tân Mai đã giúp đỡ tôi tiến hành làm
Handsheet và đo tính chất bột giấy sau khi làm xong thí nghiệm ở trung tâm.
Tập thể lớp Công Nghệ Sản Xuất Giấy và Bột Giấy K34, các anh chị và bạn
bè tôi đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp
tại trường.

Trân trọng cảm ơn
Phan Thị Thảo

ii


TÓM TẮT
Để nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của mức dùng và thời gian xử lý bột bằng
Enzyme FibreZyme đến quá trình nghiền và tính chất cơ lý của bột, tôi đã tiến hành đề
tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của Enzyme FibreZyme LBL đến quá trình nghiền bột
giấy”
Thời gian thực hiện: 10/02/2012 đến 15/06/2012. Tại Trung Tâm phân tích chế
biến lâm sản giấy và bột giấy trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. Sau
đó tiến hành làm handsheet và đo tính chất cơ lý tại Công Ty Tập Đoàn Tân Mai.
Nguyên liệu dùng cho thí nghiệm: 150g hỗn hợp bột khô tuyệt đối gồm: Bột
CTMP75, bột LBKP 90/Chilê (bột xớ ngắn) và bột NPKP 90/Inđô (bột xớ dài);
Enzyme xylanaza/xenlulaza dạng thương phẩm FibreZyme LBL.
Để Nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng và thời gian xử lý bột bằng enzyme
chúng tôi thực hiện thí nghiệm theo trình tự như sau: Xé bột giấy thành mảnh nhỏ rồi
ngâm trong nước ở nhiệt độ phòng trong 160 phút, sau đó đánh tơi bằng máy đánh tơi
trong 7 phút 50 giây, vắt nước bằng bình hút chân không, rồi cho bột vào bể, bổ sung
enzym và nước sao nồng độ bột đạt 10%, khuấy trộn đều và duy trì nhiệt độ trong 120
phút (thời gian xử lý). Kết thúc thời gian xử lý, bột được đưa vào nghiền (với nồng độ
bột 1%) tới độ nghiền khoảng 40 – 45oSR. Theo dõi độ nghiền của bột theo thời gian.
Sau đó, thu thập, xử lý và thảo luận chọn ra mức dùng tối ưu nhất làm cơ sở cho các thí
nghiệm sau. Tiến hành các bước tương tự nhưng thay đổi thời gian xử lý trong các mức
30; 60; 90; 120; 180 phút để chọn được thời gian xử lý thích hợp nhất cho các thí
nghiệm sau. Sau cùng, xeo handsheet và đo tính chất bột để so sánh hiệu quả sử dụng
enzyme.
Kết quả cho thấy: Enzyme có ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình nghiền. Mức dùng

enzyme tối ưu là 0,6 ml/kg bột KTĐ và thời gian xử lý bột bằng enzyme tối ưu là 120
phút. Kết quả đo tính chất cho thấy với mẫu bột sử dụng enzyme thì khả năng phân tơi,

iii


chổi hóa cao hơn và tính chất cơ lý của bột cũng tăng lên: Độ chịu kéo tăng 12,73 %,
độ bền xé tăng 20% và độ chịu bục lên 16,67 %.

iv


ABSTRACT
To study and assess the impact of the using and the processing time to pulp by
enzyme FibreZyme LBL to pulp refining processing, and strength properties of pulp, I
have conducted topics: "Research on the effects of enzyme FibreZyme LBL on refining
process".
Implementation period: From 10/02/2012 to 15/06/2012. At Analysis Forestry
Processing Products – Pulp and Paper Center Nong Lam University, Ho Chi Minh
City. And then, making handsheet and measuring physical properties of paper at Tan
Mai Group.
Experimental materials: 150g of mix oven dry pulp powder inclues: CTMP75
Pulp, LBKP 90/Chile Pulp (short fiber) and NPKP 90/Indo Pulp (long fiber); Enzyme
xylanaza /cellulase commercial type FibreZyme LBL.
The process as following:
To study the effect of the enzyme used and Pulp processing time by enzyme, we
had conducted the experiment in order: Tear paper into small pieces and soak it in
water at room-temperature in 160 minutes, and then spin it with a mechanical spinner
in 7 minutes 50 seconds, squeezed water with vacuum machine, and then put the Pulp
into the tank, add enzyme and water until the consistency of Pulp reached at 10%, stir

well and maintain the temperature for 120 minutes (processing time). At the end
processing time, grind powder (concentration of powder 1%) to the ground degree
about 40-45 ° SR. Monitoring the grinding degree over time
After that, collecting the data, handling and discussing are to choose the optimal
using for the following experiments. Performing these steps the same but change the
processing time in the 30, 60, 90; 120; 180 minutes to choose the optimal treatment
time for the following experiments. Finally, handsheet and measuring physical
properties of powder to compare efficiency of the enzyme.

v


The result: Enzyme had significantly affected on the grinding process. Optimal
enzyme is 0.6 ml/kg KTĐ and Pulp processing time with optimal enzyme is 120
minutes. The measurement physical properties showed that Pulp using the enzyme is
the ability of spin, brooms, and physical properties of Pulp has also increased: Tensile
strength up to 12.73%, tear-resistance up to 20%, and burst strength up to 16.67%.

vi


MỤC LỤC
TRANG
LỜI CẢM TẠ .................................................................................................................ii
TÓM TẮT ..................................................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................................................... v
MỤC LỤC .....................................................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG..........................................................................................xii
DANH SÁCH CÁC HÌNH......................................................................................... xiii

Chương 1: MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 1
1.2 Mục đích nghiên cứu .................................................................................................. 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................... 2
1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột giấy
trên thế giới và trong nuớc. .............................................................................................. 4
2.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột giấy
trên thế giới. ..................................................................................................................... 4
2.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột giấy
trong nuớc. ....................................................................................................................... 8
2.2 Cơ sở lý thuyết về quá trình nghiền ......................................................................... 11
2.2.1 Khái niệm quá trình nghiền ................................................................................... 11
2.2.2 Độ nghiền .............................................................................................................. 12
2.2.2.1 Độ nghiền ................................................................................................................... 12

vii


2.2.2.2 Cách đo độ nghiền ..................................................................................................... 12
2.2.3 Các khái niệm về tính chất cơ lý và quang học của tờ giấy .................................. 13
2.2.3.1 Các khái niệm về tính chất cơ lý của tờ giấy ......................................................... 13
2.2.3.2 Các khái niệm về tính chất quang học của tờ giấy ................................................ 15
2.2.4 Cơ chế của quá trình nghiền.................................................................................. 15
2.2.5 Diễn tiến của quá trình nghiền .............................................................................. 16
2.2.6 Các tác dụng chính của quá trình nghiền .............................................................. 17
2.2.6.1 Sự thủy hóa (fiber hydralization) ............................................................................ 17
2.2.6.2 Sự đánh tơi (fiber brushing) ..................................................................................... 17
2.2.6.3 Sự chổi hóa (fibrillation) .......................................................................................... 18

2.2.6.4 Sự cắt ngắn xơ sợi (fiber cutting) ............................................................................ 19
2.2.6.5 Sự cán dẹp xơ sợi (fiber delamination)................................................................... 20
2.2.7 Ảnh hưởng của quá trình nghiền lên tính chất của xơ sợi .................................... 20
2.2.8 Ảnh hưởng của quá trình nghiền lên tính chất tờ giấy .......................................... 21
2.2.8.1 Đối với tính chất cơ học của tờ giấy ....................................................................... 21
2.2.8.2 Đối với tính chất quang học của tờ giấy ................................................................. 23
2.2.9 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nghiền ........................................................... 23
2.2.9.1 Vật liệu xơ sợi trước khi nghiền .............................................................................. 23
2.2.9.2 Các thao tác xử lý trước nghiền ............................................................................... 24
2.2.9.3 Điều kiện vận hành.................................................................................................... 24
2.2.10 Thiết bị nghiền .................................................................................................... 26
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................ 28
3.1 Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 28
3.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 28
3.2.1 Nguyên liệu nghiên cứu ........................................................................................ 28
3.2.1.1 Bột giấy....................................................................................................................... 28
3.2.1.2 Nước cất...................................................................................................................... 29

viii


3.2.1.3 Enzyme FibrenZyme LBL ....................................................................................... 29
3.2.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................... 31
3.3 Tiến hành thí nghiệm ............................................................................................... 32
3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu ............................................................................................ 32
3.3.1.1 Chuẩn bị bột ............................................................................................................... 32
3.3.1.2 Chuẩn bị enzyme ....................................................................................................... 32
3.3.2 Sơ đồ và thuyết minh sơ đồ bố trí thí nghiệm ....................................................... 33
3.3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng enzyme; mức dùng và thời gian
xử lý bột bằng enzyme đến quá trình nghiền bột. ................................................ 33

3.3.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme đến tính chất bột
giấy. ............................................................................................................................ 36
3.4 Dụng cụ và thiết bị sử dụng ..................................................................................... 40
3.4.1 Cân khối lượng ...................................................................................................... 41
3.4.2 Máy đánh tơi bột ................................................................................................... 41
3.4.3 Bơm hút chân không ............................................................................................. 41
3.4.4 Máy nghiền Hà Lan............................................................................................... 42
3.4.5 Máy khuấy que. ..................................................................................................... 42
3.4.6 Máy đo độ nghiền.................................................................................................. 43
3.4.7 Máy xeo giấy, thiết bị ép giấy ............................................................................... 43
3.4.8 Tủ sấy .................................................................................................................... 44
3.4.9 Bình hút ẩm .......................................................................................................... 44
3.4.10 Thiết bị chụp SEM .............................................................................................. 45
3.4.11 Thiết bị đo tính chất bột ...................................................................................... 45
3.4.12 Các dụng cụ khác ................................................................................................ 46
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 47
4.1 Ảnh hưởng của enzyme đến quá trình nghiền ......................................................... 47
4.2 Ảnh hưởng của mức dùng enzyme đến quá trình nghiền ........................................ 48

ix


4.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý bột bằng enzyme đến quá trình nghiền .................. 50
4.4 Ảnh hưởng của enzyme đến tính chất bột giấy ........................................................ 52
4.3.1 Kết quả chụp SEM mẫu bột giấy .......................................................................... 52
4.3.2 Kết quả đo tính chất cơ lý của bột giấy ................................................................. 56
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 57
5.1 Kết luận .................................................................................................................... 57
5.2 Kiến nghị .................................................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 62
Phụ lục 2. ........................................................................................................................ 63
Phụ lục 3. ........................................................................................................................ 65
Phụ lục 4 ......................................................................................................................... 67
Phụ lục 5: Tiêu chuẩn SCAN – C 3 (Xác định độ khô nguyên liệu) ............................. 69
Phụ lục 6: Tiêu chuẩn máy nghiền Hà Lan .................................................................... 71
Phụ lục 7: Tiêu chuẩn SCAN – C 19 (đo độ nghiền SR) ............................................... 74
Phụ lục 8: Tiêu chuẩn đo độ bền xé .............................................................................. 76
Phụ lục 9: Tiêu chuẩn đo độ chịu bục ........................................................................... 78

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CTMP

Chemo-Thermo-Mechanical Pulp
Bột Hóa Nhiệt Cơ

CSF

Canadian Standard Freeness
Độ thoát nước theo tiêu chuẩn Canada

ISO

International Standards Organization

KTĐ

Khô Tuyệt Đối

LiP

Lignin Peroxidase

NXB

Nhà Xuất Bản

SEM

Scanning Electron Microscope
Kính hiển vi điện tử quét

SR

Schopper Reigler

PGS.TS

Phó Giáo Sư Tiến Sĩ

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam

Th.S

Thạc sĩ

Tp.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

T.S

Tiến Sĩ

xi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Minh họa sự chổi hóa xơ sợi trong quá trình nghiền bột gỗ cứng nấu theo
phương pháp kraft ........................................................................................................ 22 
Bảng 4.1: Tính chất cơ – lý học của bột giấy ........................................................................... 56 

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 2.1: Diễn tiến của quá trình nghiền ...................................................................... 16
Hình 2.2: Xơ sợi gỗ trước và sau nghiền ...................................................................... 18
Hình 2.3: Xơ sợi bột nghiền ở nồng độ cao và nồng độ thấp ....................................... 19
Hình 2.4: Mối liên hệ giữa tốc độ quay của rotor và năng lượng nghiền ..................... 25
Hình 3.1: Các loại bột sử dụng ...................................................................................... 29
Hình 3.2: Enzyme FibreZyme LBL .............................................................................. 30
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng enzyme; mức dùng và thời

gian xử lý bột bằng enzyme đến quá trình nghiền bột.................................. 34
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme đến tính chất bột
giấy. .............................................................................................................. 37
Hình 3.5: Cân định luợng: Độ chính xác đến 0.01g...................................................... 41
Hình 3.6: Cân phân tích: Độ chính xác đến 0.0001g .................................................... 41
Hình 3.7: Máy đánh tơi ................................................................................................. 41
Hình 3.8: Bơm hút chân không ..................................................................................... 42
Hình 3.9: Máy nghiền Hà Lan (Valley Beater) ............................................................. 42
Hình 3.10: Máy khuấy que ............................................................................................ 42
Hình 3.11: Máy đo độ nghiền........................................................................................ 43
Hình 3.12: Máy xeo giấy, thiết bị ép giấy ..................................................................... 43
Hình 3.13: Tủ sấy .......................................................................................................... 44
Hình 3.14: Bình hút ẩm ................................................................................................. 44
Hình 3.15: Thiết bị chụp SEM ...................................................................................... 45
Hình 3.16: Các thiết bị đo tính chất bột ....................................................................... 45
Hình 3.17: Các dụng cụ khác ........................................................................................ 46
Hình 4.1: Ảnh hưởng của enzyme tới quá trình nghiền bột giấy .................................. 47

xiii


Hình 4.2: Ảnh hưởng của mức dùng enzyme tới độ nghiền của bột giấy..................... 49
Hình 4.3: Ảnh hưởng của thời gian xử lý bột bằng Enzyme tới quá trình nghiền ........ 51
Hình 4.4: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) bột chưa nghiền ......................................... 53
Hình 4.5: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) bột giấy sau nghiền (45oSR)...................... 55

xiv


Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, thế giới đang trong giai đoạn phát triển mạnh, hầu hết các nước trên thế
giới đang dần dần phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học vào trong hầu hết các
ngành công nghiệp, nông nghiệp và đời sống. Các sản phẩm và các ứng dụng của
ngành công nghệ sinh học đã thật sự mang lại rất nhiều những lợi ích to lớn về mặt
kinh tế lẫn môi trường. Cũng như những ngành công nghiệp khác, ứng dụng của công
nghệ sinh học trong công nghệ giấy đã thu hút được nhiều sự quan tâm của nhiều nhà
nghiên cứu và đã đạt được nhiều thành tựu lớn trong hơn hơn hai thập kỷ nghiên cứu
và ứng dụng. Nhiều chế phẩm enzym đã được sử dụng hiệu quả làm tác nhân biến đổi
các thành phần của nguyên liệu thực vật, giúp thúc đẩy các phản ứng hóa học trong quá
trình tẩy trắng, nghiền bột giấy, xử lý bề mặt giấy.
Hiện nay, ngành công nghiệp giấy của nước ta đang trên đà phát triển nên việc
ứng dụng công nghệ sinh học đang được chú ý đến. Với đề án “Phát triển và ứng dụng
công nghệ sinh học trong lĩnh vực công nghiệp giấy đến năm 2020” đã thu hút được
được nhiều sự nghiên cứu và đạt được nhiều thành tựu. Tuy nhiên, so với những quốc
gia khác trên thế giới thì hiệu quả sử dụng các loại chế phẩm từ công nghệ sinh học vẫn
còn rất thấp. Vì vậy, cần phải có cơ sở hoàn thiện và nâng cao chất lượng của chế
phẩm enzyme trong nước, đồng thời các doanh nghiệp sản xuất bột giấy và giấy có thể
áp dụng công nghệ sinh học vào trong quá trình sản xuất để từ đó có thể nâng cao chất
lượng sản phẩm bột và giấy sau khi sản xuất, giảm mức tiêu hao hóa chất, giảm giá

1


thành sản phẩm và giảm được ảnh hưởng tới môi trường xung quanh và sức khỏe cộng
đồng.
Từ những yêu cầu cấp thiết như trên, được sự chấp thuận của Ban Chủ Nhiệm
Khoa Lâm Nghiệp và sự hướng dẫn của Th.S Đặng Thị Thanh Nhàn, tôi đã tiến hành
đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của Enzyme FibreZyme LBL đến quá trình nghiền bột

giấy”.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Qua quá trình tiến hành thực nghiệm việc sử dụng Enzyme FibreZyme LBL làm
chất trợ nghiền trong quá trình nghiền bột, với sự thay đổi các thông số công nghệ để
từ đó xác định điều kiện tối ưu. Đồng thời, cũng xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật
của bột giấy và lấy đó làm cơ sở để khuyến cáo việc sử dụng Enzyme FibreZyme LBL
với các điều kiện và mức dùng sao cho đạt hiệu quả cao nhất trong công đoạn nghiền
bột của quá trình sản xuất giấy. Qua đó có thể nâng sao chất lượng sản phẩm bột giấy
sau khi sản xuất, đồng thời giảm được ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh và
sức khỏe cộng đồng.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Phân tích đánh giá ảnh hưởng của mức dùng và thời gian sử dụng Enzyme
Fibrezyme LBL đến quá trình nghiền, tính chất của bột giấy.
1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Do sự hạn chế về thời gian cũng như những điều kiện tiến hành thí nghiệm nên đề
tài chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu quá trình nghiền bột bằng máy nghiền Hà Lan. Bột
giấy được chọn để nghiên cứu là bột Bột CTMP75 được sản xuất từ nhà máy Tân Mai,
bột LBKP 90/Chilê (bột xớ ngắn) được nhập từ ChiLê và bột NPKP 90/Inđô (bột xớ
dài) được nhập từ Inđônêxia. Ba loại bột trên được lấy từ Nhà Máy giấy Bình An thuộc
Tập Đoàn Tân Mai, chất được sử dụng làm chất trợ nghiền là Enzyme
xylanaza/xenlulaza dạng thương phẩm FibreZyme LBL của hãng Dyadic International
(Mỹ). Được lấy từ Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

2


Thí nghiệm đã được tiến hành từ ngày 10/02/2012 – 15/06/2012 tại Trung Tâm
phân tích chế biến lâm sản – giấy và bột giấy trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố
Hồ Chí Minh. Sau đó tiến hành làm handsheet và đo tính chất cơ lý tại Công Ty Tập
Đoàn Tân Mai.

3


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột
giấy trên thế giới và trong nuớc.
2.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột
giấy trên thế giới.
Việc ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất công nghiệp nói chung và ngành
công nghiệp sản xuất giấy nói riêng đã được phát hiện vào năm 1983, tuy nhiên kết quả
cho thấy từ những nghiên cứu đó không rõ ràng. Và cho đến năm 1990, nhiều công
trình của các nhà nghiên cứu đã thật sự đánh dấu những thành tựu này.
Năm 1990, Pommier tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của enzyme Liftase A40
(một loại enzyme được pha trộn từ các enzyme có nguồn gốc từ T. reesei) đến khả
năng thoát nước và khả năng chổi hóa xơ sợi của bột giấy, bằng các thí nghiệm được
thực hiện trong phòng thí nghiệm. Các thí nghiệm đựợc tiến hành trong cùng một điều
kiện: loại bột giấy, nhiệt độ, độ pH, nồng độ và thay đổi thời gian nghiền. Kết quả cho
thấy khả năng thoát nước đạt hiệu quả cao nhất khi thời gian nghiền là 30 phút. Nếu
tiếp tục tăng thời gian nghiền cao hơn thì sẽ làm giảm tính chất cơ lý của bột [16].
Sau đó, ông cũng tiến hành các thực nghiệm trong công nghiệp. Ông tiến hành
trong điều kiện xử lý tối ưu: nhiệt độ 40 – 45 oC; pH: 6; sử dụng 0.2% khối lượng/trọng
lượng enzyme. Kết quả cho thấy độ nghiền của bột đã tăng từ 215ml đến 323mloCSF
trong cùng thời gian nghiền; Đồng thồi cải thiện được năng lực nghiền lên 32%. Từ đó
làm giảm được năng lượng sử dụng [17].

4

Cùng năm 1990, phát triển thêm từ ý tưởng về “Hiệu ứng tách lớp” đề xuất của
Lee và Kim (1983), Pommier đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng enzyme vào việc tách
lớp xơ sợi bột giấy. Theo thuyết này, các chuỗi xenlulo trong tinh thể của nó do có cấu
trúc nhiều thớ nên trong quá trình thủy phân các lớp này sẽ được bóc tách lần lượt từng
lớp. Pommier đã tiến hành sử dụng enzyme để kiểm soát sự tách lớp của xơ sợi bột.
Kết quả cho thấy, enzyme có tác dụng hỗ trợ làm sự tách lớp xảy ra nhanh hơn, đồng
thời làm tăng khả năng liên kết hyđro trong tổng thể bề mặt xơ sợi. Tác dụng tách lớp
ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chổi hóa của xơ sợi. Trong giai đoạn đầu của quá
trình thủy phân thì tác dụng tách lớp xảy ra nhanh, tuy nhiên khi phản ứng đạt đến tối
ưu, nếu kéo dài thêm thời gian xử lý thì cũng không làm tăng thêm khả năng chổi hóa
và khả năng thoát nước của bột. Mặt khác, khi tăng thêm thời gian xử lý hay nồng độ
enzyme sẽ làm cho sợi dễ bị cắt ngắn làm ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của xơ
sợi [16].
Năm 1991, Bhat đã thử nghiệm các phương pháp để làm tăng khả năng thoát
nước của bột tái chế tẩy trắng và bột tái chế không tẩy trắng. Thực nghiệm được tiến
hành với enzyme Liftase A40 được xử lý trong 30 phút. Kết quả thu được từ việc đo
tính chất cơ lý của bột sau khi xử lý cho thấy, khả năng thoát nước của bột đã tẩy trắng
cao hơn nhiều so với khả năng thoát nước của bột chưa tẩy trắng. Điều đó cho thấy khả
năng tiếp cận của enzyme với xenlulo của bột tẩy trắng cao hơn so với bột không tẩy
trắng vì cơ bản hàm lượng lignin gây cản trở đến sự tiếp cận của enzyme. Đồng thời,
enzyme không ảnh hưởng nhiều tới tính chất cơ lý của bột [16].
Thừa kế các kết quả nghiên cứu về thuyết “Tách lớp xơ sợi” của Lee và Kim
(1983) và kết quả về ảnh hường của enzyme tới khả năng thoát nước mà không ảnh
hưởng đến tính chất cơ lý của Bhat (1991), năm 1993 Jackson đã tiến hành thực
nghiệm với các loại enzyme cellulasa, hemixenlulaza và hỗn hợp của chúng lên bột
giấy được làm từ gỗ mềm tẩy trắng. Bột được xử lý bằng enzyme với nồng độ khác
nhau trong thời gian 24 giờ. Kết quả thu được cho thấy, khả năng thoát nước của bột

5

tăng lên khi được xử lý với enzyme cellulasa, và không thay đổi khi bột được xử lý
bằng enzyme hemixenlulasa. Đồng thời, ba chế phẩm enzyme này làm giảm đựoc
lượng dịch nấu bột. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ enzyme lên thì làm tiêu hao lượng
dịch nấu. Khi tiến hành xử lý lâu hơn hay nồng độ enzyme cao hơn thì khả năng kết tụ
của xơ sợi là không đáng kể và bề mặt xơ sợi bị bong ra. Kết quả dưới kính hiển vi cho
thấy enzyme làm tăng độ đục của bột [16].
Năm 1994, Sabharwal đã nghiên cứu thành công sự ảnh hưởng của enzyme đựoc
chiết xuất từ một loại nấm thuộc chủng Ceriporiopsis subvermispora lên bột đay. Thực
nghiệm được tiến hành nhằm mục đích tiết kiệm được năng lượng trong quá trình
nghiền bột. Đồng thời khả năng thoát nước và tính chất quang học của bột cũng được
cải thiện. Kết quả thu được dưới kính hiển vi cho thấy xơ sợi đay không định hướng
xoắn mà dọc theo trục sợi [16].
Năm 1995, Sarkas đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại enzyme
cellulasa, hemixenlulaza sau đó được xử lý với một loại polymer. Kết quả cho thấy khả
năng thoát nuớc của bột tăng lên đáng kể sau thời gian xử lý là 45 – 60 phút. Tuy
nhiên, tính chất cơ lý của bột giảm khi xử lý bột bằng enzyme hemixenlulasa và
polymer. Để xác minh điều đó, Sarkas làm thực nghiệm bằng cách xử lý bột bằng
enzyme hemixenlulasa và polymer trong thời gian dài (một tuần) kết quả cho thấy xơ
sợi hoàn toàn bị phá vỡ. Sử dụng enzyme celulasa và polyme được coi là một đề xuất
trong phương pháp xử lý bột bằng phương pháp sinh hóa [16] [17].
Năm 1995, nghiên cứu của Stork đã cho thấy hiệu quả về khả năng thoát nước và
khả năng phân tách sơ sợi của loại enzyme thương phẩm và enzyme cơ bản. Được chỉ
rõ khi tiến hành đo khả năng thoát nước, chiều dài đứt, sự phân bố sợi, hệ số tán xạ ánh
sáng [16].
Năm 1996, Manfield đã tiến hành nghiên cứu và đưa ra kết quả rằng khi bột được
xử lý bằng enzyme thì làm tăng độ bền cơ lý của xơ sợi bột [16].

6

Năm 1998, Pavla Kutacova đã thành công với nghiên cứu của mình về việc ứng
dụng công nghệ sinh học vào công nghệ sản xuất giấy. Pavla Kutacova đã tiến hành sử
dụng enzyme hỗn hợp enzyme thương phẩm PergaIase A40 để xử lý bột đay, ông tiến
hành khảo sát ba chỉ tiêu: kích thước sợi khác nhau, thay đổi thời gian xử lý và thay đổi
nồng độ enzyme. Kết quả cho thấy, sau 30 phút xử lý bột với nồng độ enzyme tối ưu
0.02 ml/10g KTĐ khả năng thoát nước của bột đã được nghiền tăng lên 65% trong khi
đó khả năng thoát nước của bột chưa nghiền chỉ tăng 3%. Sau thời gian 30 phút thì
cường đô bột không giảm nhiều trừ độ bền xé, độ đục, độ nhớt [16].
Năm 2003, Ulmann chỉ ra rằng có nhiều loại enzyme thương phẩm được ứng
dụng vào công nghệ sản xuất giấy như một loại chất xúc tác thay thế cho nguyên, vật
liệu và làm giảm tiêu thụ năng lượng, nhằm đạt năng suất và chất lượng cuối cùng cho
quá trình sản xuất. Tất cả các nghiên cứu đều kết luận rằng enzyme là chế phẩm thân
thiện với môi trường [18] [19].
Năm 2004, Olsen tiến hành nghiên cứu ứng dụng enzyme xylanase vào tẩy trắng
bột Kraft. Kết quả cho thấy, enzyme xylanase lằm tăng độ trắng của bột trong một
khoảng thời gian ngắn hơn so với việc tẩy bằng hóa chất, nhờ cơ chế tác dụng làm
mềm lignin trong bột, làm tăng độ trắng của bột [19].
Năm 2005, Tandon tiến hành nghiên cứu sử dụng enzyme Cellulasa vào khử mực
giấy văn phòng thu hồi. Kết quả cho thấy khi sử dụng enzyme thì lượng hóa chất sử
dụng đã giảm rõ rệt mà vẫn đạt hiệu quả khử mực cao [21].
Tháng 9 năm 2005, Mike Paice đã tiến hành nghiên cứu thêm một lần nữa ứng
dụng của công nghệ sinh học vào công nghệ sản xuất giấy và bột giấy. Ông đã tiến
hành nghiên cứu và đạt kết quả tốt trong việc ứng dụng enzyme vào tẩy trắng và khử
mực giấy tái chế từ giấy loại văn phòng, giảm hàm lượng chất độc hại trong nước thải
cũng như làm giảm được năng lượng quá trình nghiền [18].

7

Công trình nghiên cứu của Hyoung-Jin Kim, Byoung-Muk Jo, và Seon-HoLee
năm 2006, đã một lần nữa khẳng định được tác dụng tiết kiệm năng lượng khi sử dụng
enzyme cellulasa và xylanasa trong sản xuất [26].
Năm 2006, Jorgensen đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của enzyme tới môi
trường. Bằng các nghiên cứu so sánh với kết quả phân tích nước thải trong nhà máy
sản xuất giấy sử dụng hóa chất, cho thấy sử dụng enzyme là thân thiận với môi trường
[20].
Năm 2007, Nielsen bằng thực nghiệm của mình đã chỉ ra rằng khi sử dụng
enzyme vào khử mực giấy tái chế đã làm giảm được lượng hóa chất. Đồng thời, làm
giảm được đáng kể sự tiêu hao năng lượng [23].
Năm 2011, một nghiên cứu về thăm dò về tình hình sử dụng enzyme trong công
nghiệp giấy của Braz J. Demuner, Nei Pereira Junior, Adelaide M.S. Antunes đã cho
thấy việc ứng dụng enzyme vào công nghiệp giấy đang ngày càng nhiều. Các kết quả
sau thống kê khẳng định một lần nữa về vai trò của các loại enzyme xylanase,
cellulasa, laccasa trong quá trình tẩy trắng và nghiền bột, đồng thời cũng cho thấy được
khả năng tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất [24].
Nhìn chung, các công trình nghiên cứu khoa học đó đã mang lại các kết quả có ý
nghĩa, tạo tiến đề cho các công trình nghiên cứu khác trong tương lai về việc ứng dụng
công nghệ sinh học vào công nghệ sản xuất giấy. Quan trọng hơn là mang ý nghĩa thực
tiễn về việc áp dụng công nghệ sinh học vào thực tế sản xuất nhằm đem lại hiệu quả
cao. Cụ thể là làm tăng độ trắng, giảm thời gian nghiền, năng lượng nghiền nhưng vẫn
đảm bảo được độ bền cơ lý của xơ sợi, từ đó giảm được chi phí của quá trình sản xuất.
2.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột
giấy trong nuớc.
Ở Việt Nam, về việc ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất giấy và bột giấy
nói chung đã và đang được Đảng và nhà nước quan tâm. Tuy nhiên, những kết quả thu
được từ các nghiên cứu vẫn chưa thực sự được ứng dụng vào thực tế sản xuất.

8

Tháng 1 năm 2007, Chính Phủ Việt Nam đã đưa ra quyết định số 14/2007/QĐTTg ngày 25 tháng 01 năm 2007 về việc phê duyệt “Đề án phát triển và ứng dụng công
nghệ sinh học trong lĩnh vực công nghiệp chế biến đến năm 2020” [27] đã khởi đầu
cho một mốc quan trọng trong ngành công nghệ sản xuất giấy về ứng dụng công nghệ
sinh học và sản xuất.
Hưởng ứng quyết định này, đồng thời tiếp thu những kết quả từ những nghiên
cứu trên thế giới, nhiều nhà nghiên cứu khoa học ở Việt Nam trong lĩnh vực sản xuất
giấy đã có nhiều đồ án mang lại hiệu quả cụ thể, có tính tích cực và thực tế cho ngành
giấy trong nước.
Năm 2007, bài báo cáo nghiên cứu “Tương lai ứng dụng enzyme trong xử lý phế
thải” của nhóm tác giả Trần Đình Toại, Trần Thị Hồng thuộc Viện Hóa Học, Viện
Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã cho thấy
hiệu quả của hai loại enzyme Hydrolases và Oxidoreductases trong xử lý các ô nhiễm
bằng cách kết tủa hoặc chuyển hóa các sản phẩm phân hủy chất thải, trong đó có chất
thải từ ngành công nghiệp giấy [5].
Năm 2007, báo cáo nghiên cứu của PGS. TS Doãn Thái Hòa về việc xử lý nước
thải trong sản xuất giấy bằng enzyme đã đánh dấu cho công trình nghiên cứu ứng dụng
công nghệ sinh học vào sản xuất giấy.
Năm 2011, kết quả nghiên cứu của TS. Lê Quang Diễn, Hồ Thị Thúy Liên về
việc nghiên cứu sử dụng enzyme Xylanase cho tẩy trắng bột giấy sunphat gỗ cứng, cho
thấy rõ sự ảnh hưởng của mức dùng và thời gian xử lý enzyme lên độ trắng cũng như
tính chất của bột. Nghiên cứu được tiến hành trên bột tẩy trắng sunphat gỗ cứng với
enzyme sử dụng là Xylanase. Tác giả đã tiến hành các thí nghiệm xác định thông số
công nghệ về mức dùng và thời gian xử lý thích hợp của quá trình xử lý bột bằng
enzyme. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đưa ra các thông số về mức dùng là 0.1;
0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 1ml/kg bột KTĐ và thời gian xử lý là 60; 90; 120; 150 phút để tiến
hành thực nghiệm. Kết quả thu được là tối ưu đối với mức dùng là 0.2ml/kg bột KTĐ

9

với thời gian xử lý là 120 phút. Đồng thời, nghiên cứu cũng cho thấy rằng sử dụng
enzyme xylanase làm tăng độ bền cơ lý của tờ giấy [10].
Năm 2011, công trình nghiên cứu “Úng dụng enzyme Lignin Peroxidase (LiP)
trong sản xuất bột giấy hiệu suất cao từ thân cây ngô” của TS. Lê Quang Diễn và
PGS.TS Doãn Thái Hòa cũng khẳng định được hiểu quả sử dụng của enzyme trong
ngành giấy. Tác giả tiến hành sử dụng enzyme Lignin Peroxidase (LiP) sinh tổng hợp
từ chủng nấm mục trắng Aspergillus flavus, nguyên liệu thân ngô đã nghiền sơ bộ được
xử lý bằng chế phẩm LiP hoạt độ 1,2 - 1,7 U/ml, sau đó được dùng để tạo bột giấy
theo phương pháp xử lý bằng hydropeoxit trong môi trường axit axetic có sử dụng xúc
tác TiO2. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thân cây ngô được xử lý bằng LiP trong điều
kiện tối ưu: mức sử dụng enzyme khoảng 10 U/g có bổ sung 0,1 mM H2O2/g
Nguyên liệu khô tuyệt đối (KTĐ), thời gian xử lý 5 – 6 h, tỉ dịch R:L (Rắn:Lỏng)
= 1:2, nhiệt độ xử lý 30oC và pH 3,0, đã cải thiện quá trình tách loại lignin và độ bền
cơ học của bột giấy. Bột giấy thu được có các tính chất cơ lý tăng 7 – 14% so với
trường hợp không sử dụng enzyme. Đây là hướng nghiên cứu mới về công nghệ thân
thiện môi trường trong sản xuất bột giấy từ nguyên liệu thân thảo ngắn ngày [11].
Tiếp tục nghiên cứu TS. Lê Quang Diễn và PGS.TS Doãn Thái Hòa tiếp tục thành
công với công trình nghiên cứu “Ứng dụng enzyme Xylanase trong sản xuất bột giấy
hiệu suất cao từ thân cây ngô”. Enzyme được sử dụng là một loại xylanase thương
phẩm tên FibreZyme LBL, nguyên liệu thân ngô đã nghiền sơ bộ được xử lý bằng
enzyme hoạt độ 1620 U/ml, sau đó được dùng để tạo bột giấy theo phương pháp xử lý
bằng hydropeoxit trong môi trường axit axetic có sử dụng xúc tác TiO2. Kết quả nghiên
cứu cho thấy, thân cây ngô được xử lý bằng xylanase trong điều kiện tối ưu: mức sử
dụng enzyme khoảng 405U/kg nguyên liệu khô tuyệt đối (KTĐ), thời gian xử lý 90
phút, tỉ dịch R:L (Rắn:Lỏng) =1:4, nhiệt độ xử lý 35 – 40oC đã cải thiện được đáng kể
quá trình nghiền bột:giảm được tới một nửa thời gian nghiền bột giấy. Ngoài ra,
enzyme còn có ảnh hưởng tốt tới một số tính chất cơ – lý học của bột giấy [12].

10