PT95094B

PT95094B - Processo para o tratamento de polpa lignocelulosica

Info

Publication number: PT95094B
Application number: PT95094A
Authority: PT
Inventors: Lars Saaby Pedersen; Steen Skjold-Joergensen; Lisbeth Anker; Helen F Austin
Original assignee: Novo Nordisk As
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1997-05-28
Also published as: DE69005308D1; EP0489104B1; EP0489104A1; AU6358490A; BR9007608A; DK0489104T3; ES2047950T3; ATE98713T1; JPH05500087A; WO1991002839A1; NZ235039A; FI920798A0; DK420289D0; NO175948B; NO920734L; PT95094A; CA2065244A1; NO920734D0; NO175948C; AU635070B2

Description

INVENTORES: Lars Saaby Pedersen,

Steen Skjold-Joergensen, Lisbeth Anker,

Helen F. Austin,

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.

Dinamarca, 25 de Agosto de 1989, sob o NQ. : 4202/89

IN»l Mi

R P 15722

NOVO NORDISK,A/S

PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE POLPA LIGNOCELULÓSICA

Uma operação comum no tratamento de aparas de madeira para a produção de papel e a operação da formação da polpa química, por exemplo, o assim chamado processo Kraft, que é uma operação de cozimento das aparas de madeira com sulfato alcalino.

As aparas de madeira natural contêm cerca de 30$ de lenhina e, no fim do processo de cozimento químico, menos de 5$ dos compostos da lenhina são ainda deixados na polpa. Devido à cor castanha intensa da lenhina restante e à sua tendência para escurecer por acção da luz ultravioleta ou por oxidação, esta tem de ser eliminada a fim de obter-se uma polpa branca que não tenha a tendência para sofrer a inversão da cor.

A cor castanha pode ser eliminada por uma operação de branqueamento em andares múltiplos utilizando, por exemplo, cloro e/ou dióxido de cloro. No entanto, devido à sempre crescente importância dos problemas de poluição do meio ambiente, a dosagem de cloro e/ou de dióxido de cloro tem de ser mantida igual a um valor mínimo e, por esta razão, foi introduzido o tratamento enzimático da polpa Kraft, (vide, por exemplo, The Third International Conference on Biotechnology in the Pulp and Paper Industry, Estocolmo, 16 a 19 de Junho de 1986, páginas 67 - 69).

Até agora, o tratamento enzimático tem-se realizado a

-2um valor de pH ácido com hemiceluloses com um valor óptimo de pH na zona de pH ácido (vide, 4th International Symposium Wood and Pulping Chemistry, Paris, 22 a 30 de Abril de 1987, Vol. 1, páginas 151 - 154).

facto de o tratamento enzimático até ao presente ter sido feito a um valor de pH ácido possui um incoveniente porque a polpa Kraft alcalina tem de ser acidulada, o que requer a utilização de grandes quantidades de produtos químicos e também porque perturba o equilíbrio dos sais, o que pode constituir um problema no sistema de recuperação das instalações de fabricação de polpa.

Para certos processos químicos de fabricação de polpa, por exemplo, o processo Kraft, seria muito vantajoso que o tratamento enzimático pudesse ser efectuado a um valor alcalino de pH, evitando assim a necessidade de neutralização da polpa e tornando o processo enzimático directamente aplicável com utilização do equipamento do processo actualmente existente.

Surpreendentemente, de acordo com a presente invenção, a requerente descobriu que existem efectivamente xilanases alcalinas que possuem um excelente efeito da melhoria da possibilidade de branqueamento.

Além disso, descobriu-se ainda que o intervalo de tempo necessário para o pré-tratamento enzimático pode ser consideravelmente encurtado com estas xilanases alcalinas e também que a utilização das xilanases alcalinas é acompanhada da necessidade reduzida de cloro activo nas operações de branqueamento em comparação com os tratamentos ácidos descritos na literatura e/ou em que a

-3Vbranoura é melhorada.

Assim, o processo de tratamento de polpa química lignocelulósica caracteriza-se pelo facto de se tratar a polpa llgnocelulósica com uma xilanase alcalina a um pH maior do que 7,5, depois do que a polpa lignocelulósica assim tratada é tratada com cloro com um múltiplo de cloro activo igual a 0,20 ou menor no primeiro andar de cloração.

Na presente memória descritiva e nas reivindicações, uma xilanase alcalina é uma hemi-celulase que possui uma elevada actividade de xilanase a elevados valores do pH, como se especifi ca mais pormenorizadamente em seguida.

Na presente memória descritiva e nas respectivas reivin dicações, considera-se uma xilanase alcalina como uma hemi-celulase que, a um valor do pH igual a 9,0, conserva pelo menos 10$ da sua actividade máxima como xilanase (actividade a pH óptimo).

A actividade de xilanase a um determinado valor do pH é medida como a redução do índice Kapa obtida no procedimento experimental descrito mais adiante.

Condições Experimentais substrato é uma polpa Kraft de bétula bem lavada com um índice de Kapa compreendido entre 15 e 25 e uma viscosidade •o igual a 1200 - 1500 dm /Kg (viscosidade medida em solução de cupri-etileno-diamina de acordo com a norma SCAN-CM 15 : 88).

Soluções Tampão

No intervalo de pH de 5,8 a 8,0, utiliza-se um tampão de di-hidrogeno-fosfato de potássio 0,05 M e no intervalo de pH .

-4(f de 8,0 a 10,8, utiliza-se um tampão de borato 0,0125 molar.

Maneira de Proceder

Desintegra-se uma amostra de polpa de acordo eom a norma SCAN (SCAN-C18 : 65). Utiliza-se uma solução tampão tendo o valor de pH pretendido no repolpador em vez de água.

Depois de se repolpar, a polpa é esgotada numa rede de arame até se obter uma concentração de aproxidamente 25%. A polpa é em seguida diluida até 10% de matéria seca, utilizando uma solução tampão com o pH pretendido, a qual contém a xilanase em solução. Adicionam-se 500 unidades EXU de xilanase por quilograma de polpa seca. EXU é a abreviatura de ” unidades de endoxilanase como se definirá em seguida.

Mistura-se cuidadosamente a polpa e a xilanase e coloca-se em banho—maria a 50°C durante três horas.

Depois das três horas de tratamento com enzima, a polpa é lavada com água numa rede de arame e determina-se o índice Kapa da polpa depois de bem lavada.

J

Repete-se a maneira de proceder que se acaba de descrever como experiência de controlo, isto é, sem adição de xilanase.

A um determinado valor de pH, calcula-se a redução do índice Kapa como a diferença do índice Kapa do controlo e o índice Kapa de polpa tratada com xilanase.

Se se utilizar menos xilanase do que 10 EXU/Kg de polpa seca, não se pode detectar qualquer aperfeiçoamento significativo da brancura da polpa.

-5As preparações de hemicelulase alcalina contém usualmente actividade de celulase com actividade secundária. A fim de evitar a decomposição da celulose em proporção indevida, a actividade de celulase deve ser pequena em comparação com a actividade de xilanase. Assim, uma dosagem de enzima que origina uma actividade de celulase maior do que 1.000 unidades de EGU/Kg de polpa seca (a unidade EGU da actividade de celulase será definida mais adiante) não deve ser preferivelmente utilizada. A unidade de actividade de xilanase, EXU, para a actividade de xilanase é definida em AF—293-9/1, que pode ser obtida em Novo Nordisk a/s, Novo Allé, DK-2880 Bagsvaerd, Dinamarca. A unidade de actividade EGU de actividade de celulase é definida em AF-275/1, que pode ser também obtida a pedido em Novo Nordisk a/s, Novo Allé, DK-2880 Bagsvaerd, Dinamarca.

Como se indica, o tratamento com xilanase alcalina antecede o tratamento com cloro; no entanto, o tratamento com cloro não se segue necessariamente directamente depois do tratamento com xilanase alcalina.

múltiplo de cloro é o factor que, multiplicado pelo índice de Kapa da polpa, dá a dosagem do cloro aetivo no primeiro andar de branqueamento como percentagem (peso/peso) em relação à polpa seca.

índice de Kapa é uma medida do teor de lenhina e é definido na norma SCAN-C 1 : 77 (scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee - Comissão Escandinava de Ensaio de Polpa, Papel e Cartão ).

-6·/ r.

Devido ao facto de as preparações de enzima utilizadas de acordo com a presente invenção serem formadas por complexos de hemicelulase, estas preparações contêm também geralmente outras enzimas que degradam as polioses como actividades secundárias em relação à actividade de xilanase, por exemplo, galactomanases e arabinosidases. A actividade de xilanase é a actividade principal mas as outras actividades de hemicelulase são também desejáveis para se obter um efeito de melhoria de branqueamento.

Assim, o processo para o tratamento de polpa Kraft lignocelulósica é uma nova combinação de duas operações : 1) utilização de xilanases alcalinas e 2) utilização de um múltiplo pequeno, menor do que o geralmente utilizado nos processos de branqueamento tradicionais dentro do intervalo de 0,20 a 0,25·

Resumindo, o processo para o branqueamento de polpa lignocelulósica tratada enzimaticamente de acordo com a presente invenção possui as seguintes vantagens:

1) não há necessidade de efectuar a neutralização das polpas alcalinas, isto é, do material de polpa Kraft castanha;

2) o tempo para o tratamento com enzima pode ser consideravelmente encurtado;

3) o pequeno valor do múltiplo significa que a adição de cloro é reduzida, o que em si mesmo é acompanhado por certo número de vantagens (económicas, tratamento mais fácil da água de esgoto, menores quantidades de substâncias tóxicas); e

4) um maior grau de brancura.

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, o tratamento com xilanase realiza-se a temperaturas compreendidas entre 40 e 100°, preferivelmente entre 40 e 80°C, mais preferivelmente entre 50 e 70°C. 0 intervalo de temperaturas de 40 a 100°C é a temperatura normal da polpa nesta fase e verificou-se que a actividade e a estabilidade das xilanases alcalinas utilizadas no processo de acordo com a presente invenção é satisfatória neste intervalo de temperatura.

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, o tratamento com xilanase realiza-se durante um intervalo de tempo de quinze minutos a vinte e quatro horas, preferivelmente entre trinta minutos e cinco horas, mais preferivelmente, entre trinta minutos e três horas. Com actividades de xilanase razoáveis compatíveis com uma sólida economia comercial, descobriu-se que a xilanase efectuou a sua actividade de hidrólise com o grau de hidrólise pretendido neste curto intervalo de tempo, enquanto doze a vinte e quatro horas é o intervalo de tempo usual da técnica anterior para o tratamento com xilanase. (veja-se Viikari, L. e col., Third International Conference on Biotechnology in the Pulp and Paper Industry, Estocolmo, 16 a 19 de Junho de 1986).

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, o tratamento com xilanase realiza-se com uma consistência de 5 a 35%, preferivelmente compreendida entre 8 e 25$ e, mais preferivelmente, entre 8 e 15$. A consistência é o teor de matéria seca da polpa. Uma polpa com uma con8 sistência maior do que 35$ é difícil de misturar efectivamente com a preparação da enzima e uma polpa com uma consistência inferior a 5$ possui demasiadamente água, o que constitui um incoveniente do ponto de vista económico.

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, a xilanase pode obter-se por meio dos microrganismos Malbranchea cinnamomea, Humicola insolens, Bacillus pumilus, Bacillus stearothermophilus, Thermonmonospora fusca ou Streptomyces olivochromogenes. Estes microrganismos são capazes de produzir xilanases alcalinas que podem ser utilizadas no proces so de acordo com a presente invenção. Outros microrganismos que são capazes de produzir xilanases alcalinas podem ser detectados por meio do ensaio de rotina descrito antes na presente memória descritiva.

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, introduz-se um tratamento (EOP) entre o tratamento de xilanase e tratamento de cloro. Uma operação de EOP é um andar de extracção (EO) reforçado com peróxido de hidrogénio, como é descrito, por exemplo, por O.Helming e col., Tappi Journal, Vol. 72, N²7 (1989), páginas 55 - 61. Por meio deste pro cesso suplementar, o Índice de Kapa da polpa tratada com enzima é baixado consideravelmente mais do que acontece normalmente depois de uma fase de tratamento (EOP).

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção, o múltiplo de cloro está compreendido entre 0,10 e 0,20. Mesmo uma pequena diminuição do múltiplo de cloro constitui um aperfeiçoamento significativo, visto que uma

-9^ · 4 pequena redução da quantidade de cloro utilizado reduz significativamente a formação de compostos orgânicos clorados, por exemplo dioxinas cloradas (veja-se K. Kringstad, Sv. Papperstidning, Vol. 92, N2 6, 1989, páginas 42 - 44).

Com o fim de ilustrar o processo de acordo com a presente invenção, faz-se referência aos seguintes Exemplos.

Os andares de branqueamento são abreviados como processo C, D e E, sendo 0 processo C um andar de branqueamento com cloro, sendo o processo D um andar de branqueamento com dióxido de cloro e sendo 0 processo E um andar de extracção alcalina (veja-se ” The Bleaching of Pulp , Rudra P. Singh, Tappi Press, 1979).

A brancura ISO é definida na Norma Internacional ISO 24?0/1977(E), Paper and Board - Measurement of Diffused Blue Reflectance Factor (ISO Brightness) [Papel e Cartão - Medição do Factor de Reflectância Azul Difundido (Brancura ISO)].

EXEMPLOS

J

Exemplo 1

Produção de Xilanase de Malbranchea clnnamomea

Manteve-se uma cultura de Malbranchea clnnamomea (sin. M. sulfurea, M. pulchella var. sulfurea) UAMH 2485 (UAMH significa a colecção de culturas de Herbário de Fungos da Universidade de Alberta, Alberta, Canadá) em tubos de ensaio com agar de YPG a 45°C.

-10Composigão de YPG-Agar

Glucose	15	g/1
Extracto de levedura
(de Difco)	4	g/i
k₂hpo₄	1	g/1
MgS0₄.7H₂0	0,5	g/1
Agar	20	g/1

Aqueceu-se em autoclave a 121°C durante vinte minutos.

J

Inocularam-se cento e vinte balões de sacudimento com

150 ml de meio XYH-4 cada um com culturas de tubos de ensaio inclinados de YPG-agar e cultivou-se (a 250 rotações por minuto com a amplitude de aproximadamente 2 centímetros) a 45°C durante seis dias.

Composição do Meio XYH-4:

Extracto de levedura (Difco)	5 g/1
kh₂po₄	5 g/1
Xilose	10 g/1
Pluronic 61	0,1 ml/1.

Ajusta-se o pH de maneira a ser igual a 6 (eom NaOH/HgSO^) Aquece-se em autoclave a 121° C durante quarenta minutos. Retirou-se o micélio do caldo por filtração através de um filtro de nylon de 100 micrómetros e de um filtro de nylon de 10 micrómetros. Concentrou-se o filtrado ( um total de 9,2 litros) por ultrafiltração ( e lavou-se três vezes com um volume /11 de água) de modo a obter-se o volume de 500 ml por meio de um aparelho de ultrafiltração de Pellicon de firma Millipore, com uma camada de filtração de corte de 10.000 de peso molecular. Liofilizou-se o concentrado resultante, obtendo-se 6,25 gramas de pó.

Exemplo 2

Produção de Xilanase de Bacillus pumilus

Manteve-se uma cultura de Bacillus pumilus DSM ???? (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen) em meio A3 a 37°C.

Meio A3

Peptona (Difco)	g/1 6,0
Extracto de levedura	3,0
Pepticase	4,0
Extracto de carne	1,5
Glucose	1,0
Agar (Merck)	20,0
Água até perfazer	1000 ml.

Antes de se aquecer em autoclave, ajustou-se o pH de maneira a ser igual a 7>3· Aqueceu-se em autoclave durante vinte e cinco minutos a 121°C.

Cultivaram-se durante quatro dias cento e vinte balões com agitação por sacudimento contendo cada um 150 ml de meio XYL-8 cada um inoculado com o conteúdo de tubos de ensaio de A3-agar durante quatro dias a 37°C, a 250 rotações por minuto com a amplitude aproximada de 2 centímetros.

<12Meio XYL-8

Bacto-peptona (Difco)	g/1 10,0
Extracto de levedura	10,0
k₂hpo₄	15,0
MgSO_v7H₂O	0,5
KC1	0,1
FeS0₄.7H₂0	0,01
Xilano de faia de Lenzing	6,0

Realizou-se o ajustamento do pH de maneira a ser igual a 7,0 antes de se aquecer em autoclave. Aqueceu-se em autoclave a 121°C durante vinte e cinco minutos.

Centrifugou-se o caldo durante meia hora a 4.000 rotações por minuto (centrífuga SORVALL RC-3B com rotor 6000 A). Filtrou-se o líquido sobrenadante, 7,3 litros, através de um filtro de nylon de 10 micrómetros e concentrou-se por ultrafiltração por meio do aparelho de Pellicon da firma Millipore com uma membrana de corte de 10.000 de peso molecular e lavou-se por duas vezes com um volume de água. Isto teve como resultado a obtenção de 540 ml de concentrado. Em seguida, liofilizou-se o concentrado, tendo-se obtido 8,8 gramas de pó.

Exemplo 3

Produção de Xilanase de Bacillus stearothermophilus

Utilizou-se uma cultura de Bacillus stearothermophilus N2 B—18659 (Agricultural Research, Culture Collection, Peoria,

IL, Estados Unidos da América).

-13Realizou-se a formentação de uma carga da cultura do Bacillus stearothermophilus acima referido em meio de cultura contendo xilano juntamente com uma alimentação a 50% (peso/peso) de xilose. Controlou-se o pH de modo a não descer para um valor inferior a 6,5 por meio de NH^OH 4 N.

Utilizaram-se os seguintes ingredientes:

Xilano de faia (Lenzing)	5,0	g/1
Caldo de cereais	10,0	g/1
Extracto de levedura	2,0	g/1
(nh₄)₂so₄	2,0	g/1
k₂hpo₄	2,0	g/1
kh₂po₄	0,5	g/1
CaCl₂.2H₂0	0,5	g/1
MgS0_v7H₂0	0,5	g/1
Vestígios de metais AEF-4	0,15 ml/1

Iniciou-se a alimentação ao fim de vinte e duas horas a uma taxa constante de 3,3 ml/l/hora. Interrompeu-se a alimentação ao fim de noventa horas e interrompeu-se a fermentação ao fim de noventa e cinco horas. A preparação de enzimas é um líquido obtido após ultrafiltração com um filtro de corte de peso molecular igual a 10.000 (MWCO) e procedeu-se à estabilização com 20% de sorbitol.

Exemplo 4

Produção de Xilanase de Humicola insolens

Manteve-se a cultura de Humicola insolens ATCC 22082

-14(ATCC é a abreviatura da American Type Culture Collection, Rockville, MD, Estados Unidos da América) em tubos de ensaio inclinados contendo meio YPG-agar a 37°C.

Composição do Meio YPG-Agar :

Glucose	15 g/1
Extracto de levedura (de Difco)	4 g/1
k₂hpo₄	1 g/i
MgS0₄.7H₂0	0,5 g/1
Agar	20 g/1.

Aqueceu-se em autoclave a 121°C durante vinte minutos.

Inocularam-se cem balões de agitação por sacudimento com 150 ml de meio de XYH-9, cada um inoculado com o conteúdo de tubos de ensaio inclinados de YPG-agar e cultivaram-se ( a duzentas e cinquenta rotações por minuto com aproximadamente 2 centímetros de amplitude) a 37°C durante cinco dias.

Composição de XYH-9 :

J

Farelo de trigo 50 g/1

Extracto de cereais 30 g/1

NaH₂P0₄ 5 g/1

Ajustou-se o pH de maneira a ser igual a 6 (com NaOH/ /H^SO^). Aqueceu-se em autoclave a 121° C durante quarenta minutos

Centrifugou-se o caldo durante trinta e cinco minutos a 4.000 rotações por minuto por meio de uma centrífuga Sorvai RC-3B com um rotor 6000 A. Filtrou-se o líquido sobrenadante ( um

X

-15total de 5,4 litros) através de um filtro de nylon (10 micrómetros) e concentrou-se por ultrafiltração ( e lavou-se três vezes com um volume de água), de maneira a obterem-se 760 ml, num aparelho de ultrafiltração Pellicon da firma Millipore, com uma camada de filtração de corte a 10.000 de peso molecular. Liofilizou-se o concentrado resultante obtendo-se 19,1 gramas de pó.

Exemplo 5

Produção de Xilanase de Thermonmonospora fusca

Manteve-se uma cultura de Thermonmonospora fusca ATCC 27730 (American Type Culture Collection) em meio A3 a 37°C.

Meio A3

	g/1
Peptona (Difco)	6,0
Extracto de levedura	3,0
Pepticase	4,0
Extracto de carne	1,5
Glucose	1,0
Agar (Merck)	20,0
H₉0 até perfazer	1000 ml.

Ajustou-se o pH de modo a ser igual a 7,3 antes de se aquecer em autoclave. Aqueceu-se em autoclave a 121°C durante vinte e cinco minutos.

Desenvolveu-se a Thermonmonospora fusca em tubos de ensaio inclinados contendo meio A3 durante cinco dias, a 37°C.

-16Ressuspendeu-se a cultura em água esterelizada e inoculou-se em balões de sacudimento contendo meio XYL-10a. Cultivaram-se os balões de sacudimento de 100 ml durante dois dias, a 45°C, 250 rotações por minuto, com uma amplitude de aproximadamente 2 centímetros.

Meio XYL-IOa g/1

Grânulos de soja 20,0

Caseinato de sódio 10,0

Na₂HPO₄ 9,0

Xilano de faia (Lenzing) 3,0

Pluronic 61 L 0,1 ml

HgO até prefazer 1000 ml.

Ajustou-se o pH de maneira a ser igual a 7,5 antes de se proceder ao aquecimento em autoclave. Aqueceu-se em autoclave a 121°C durante trinta minutos.

Em seguida, incubou-se um fermentador Applicon de três litros de capacidade cheio com 2,5 litros com substrato de XYL-10a e incubou-se oom 5$ do volume de fermentação. 0 fermentador funcionou durante quatro dias a 45°C, 700 rotações por minuto, 2 litros N/minuto. Centrifugou-se o caldo de cultura durante trinta minutos a 4.000 rotações por minuto numa centrífuga Sorwall RC-3B com rotor 6000 A e, em sguida, filtrou-se através de um filtro de 10 micrómetros. Ultrafiltrou-se o volume resultante de 2.470 ml através de uma membrana de corte a 10.000 de peso molecular, utilizando um equipamento de ultrafiltração Pellicon da firma Milli-17pore. Como resultado, obtiveram-se 275 gramas de líquido.

Exemplo 6

Produção de Xilanase de Streptomyees olivochromogenes

Manteve-se uma cultura de Streptomyees olivochromogenes DSM ???? (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen) em meio A3 a 30°C.

Meio A3

	g/1
Peptona (Difco)	6,0
Extracto de levedura	3,0
Pepticase	4,0
Extracto de carne	1,5
Glucose	1,0
Agar (Merck)	20,0
H₂0 até prefazer	1000 ml.

Ajustou-se o pH até 7,3 antes de se proceder ao aquecimento em autoclave. Realizou-se o aquecimento em autoclave a 121°C durante vinte e cinco minutos.

Cultivou-se o Streptomyees olivochromogenes em tubos de ensaio inclinados contendo meio A3 durante cinco dias a 30° C. Ressuspendeu-se a cultura em água esterilizada e inoculou-se em balões de sacudimento com meio XYL-10. Cultivaram-se os balões de sacudimento de 100 ml durante dois dias, a 30°C, 250 notações por minuto, com uma amplitude aproximada de 2 centímetros.

-18Meio XYL-10

Grânulos de soja	g/1 20,0
Caseinato de sódio	10,0
Na₂HP0₄	9,0
Xilano de faia (Lenzing)	3,0
Pluronic 61 L	0,1 ml
H₂0 até prefazer	1000 ml.

Ajustou-se o pH de modo a ser igual a 7,0 antes de se aquecer em autoclave. Aqueceu-se em autoclave a 121° C durante trinta minutos.

Em seguida, incubou-se um fermentador Chemap A de 10 litros de capacidade cheio até 7 litros com substrato XYL-10 com 5% do volume de fermentação. 0 fermentador trabalhou durante cinco dias a 30°C, 600 rotações por minuto, 1 litro normal/minuto. Centrifugou-se o caldo de cultura durante trinta minutos a 4.000 rotações por minuto numa centrífuga Sorwall RC-3B com rotor 6000 A e, em seguida, filtrou-se através de um filtro de 10 micrómetros. Seguidamente, ultrafiltrou-se o volume resultante de 7.000 ml através de uma membrana de corte de massa atómica igual a 10.000, utilizando um equipamento de ultrafiltração Pellicon da firma Millipore. Como resultado, obtiveram-se 398 gramas de líqui do.

Exemplo 7

Trata-se madeira dura deslignifiçada com oxigénio com uma preparação de hemicelulase de Malbranchea cinnamomea (pro-19duzida de acordo com a maneira de proceder que se descreveu no Exemplo 1) a pH = 8,0, 50°C e com uma consistência de 10$, durante duas horas. Utiliza-se uma dosagem de enzima igual a 1500 KEXU/Kg. Depois do tratamento com a enzima, lava-se a polpa e determinam-se os índices Kapa. Trata-se uma amostra de polpa de controlo semelhante à amostra tratada com enzima mas sem a adição de enzima.

Depois do tratamento enzimático, as polpas são branqueadas numa sequência C/D-E, usando várias quantidades de cloro activo na fase C/D. As condições do branqueamento são as seguintes :

Operação C/D

Tempo

Temperatura

Consistência

Substituição

Operação E

J

Tempo

Temperatura

Consistência

Dosagem de NaOH t - 45 minutos T = 40°C

DS = 10$

30$ com C10₂ (como cloro activo) t = 1 hora T = 60°C

DS = 10$

2,0$ (peso/peso) em relação à polpa seca.

Depois das operações C/D-E, determinou-se o índice de Kapa das polpas. No Quadro 1 seguinte, encontram-se reunidos os valores dos índices Kapa depois do tratamento enzimático. No

Quadro 2, reunem-se os valores dos índices Kapa depois das operações C/D-E, juntamente com as quantidades de cloro activo utilizadas no branqueamento juntamente com os múltiplos de cloro activo.

QUADRO 1

Valor do índice Kapa depois do tratamento com enzima

Controlo

Enzima

11,0 9,2

QUADRO 2

Múltiplo para Cl activo na fase C/D	Valor do índice Kapa depois de C/D-E	Dosagem de Cl activo em C/D
	Controlo	Enzima	Controlo	Enzima
			%(peso/peso)	$(peso/peso)
0,22	2,06	1,58	2,42	2,00
0,18	2,71	2,00	2,00	1,67
0,15	3,45	2,83	1,65	1,37

Observa-se que o múltiplo para o cloro activo se pode diminuir para um valor inferior ao reivindicado de 0,2 depois do tratamento em enzima e, ao mesmo tempo, obtém-se um índice de Kapa menor depois das operações C/D-E do que para uma amostra de jy.

controlo branqueada com cloro activo em uma quantidade correspondente a um múltiplo de 0,22.

Exemplo 8

Trata-se uma amostra de madeira dura castanha não branqueada com uma preparação de hemicelulase de Bacillus pumilus (produzida de acordo com a maneira de proceder descrita no Exemplo 2), nas seguintes condições:

Tempo

Temperatura

PH

Consistência

Dosagem t =3 horas

T = 50°C pH - 8,0

DS = 10%

715 EXU/Kg de polpa seca.

Depois do tratamento com a enzima, lava-se a polpa com água e branqueia-se segundo uma sequência de branqueamento de três operações, C/D-E-D.

Trata-se uma amostra de controlo da mesma maneira, mas sem a adição de enzima.

Quadro 3 seguinte reune os valores dos índices Kapa das polpas depois do tratamento enzimático:

QUADRO 3

Valores do índice Kapa

Redução %

Controlo

Bacillus pumilus

15,0

13,6

9,2

-22.....

Λ

As operações C/D-E-D de branqueamento realizam-se nas seguintes condições:

Operação C/D

Tempo

Temperatura

Consistência

Substituição

J

Operação E

Tempo

Temperatura

Consistência

Dosagem de NaOH t =20 minutos

T = 50 °C

DS = 5$

50$ com 010^ (expresso como cloro activo).

t = 1 hora

T = 60°C

DS = 10$

2,0$ (peso/peso) em relação à polpa seca.

Operação D

Tempo

Temperatura

Consistência t =3 horas T = 70°C DS = 10$.

Branquearam-se as duas polpas até se obter um índice Kapa igual a 3,5 depois das operações C/D-E. Para o controlo é necessário 2,8$ (peso/peso) de cloro activo na operação C/D para atingir este valor do índice Kapa. Para a polpa tratada com enzima, é preciso apenas 2,38$ (peso/peso) de cloro para atingir um índice Kapa igual a 3,5. Isto corresponde a uma dimi-23 nuição de cloro activo igual a 14,5% para a polpa tratada com enzima em comparação com o controlo a fim de se atingir o índice Kapa pretendido.

Na operação D final branqueiam-se ambas as polpas tendo um valor do índice Kapa igual a 3,5 depois de C/D-E até aos respeetivos tectos de brancura.

Para a polpa tratada com enzima, é necessária uma dosagem de dióxido de cloro igual a 0,99$ (peso/peso) para conseguir que a polpa tenha uma brancura igual a 87,2$ (ISO). Para o controlo, é necessária uma dosagem de 1,2$ (peso/peso) de dióxido de cloro para se conseguir uma brancura final igual a 85$ (ISO). Isto mostra que o tratamento com enzima torna possível reduzir a dosagem de dióxido de cloro na operação D final em 17,5$ e, ao mesmo tempo, elevar o tecto de brancura da polpa de 2,2$ de brancura ISO.

tratamento da polpa com enzima não provoca nem diminuição de resistência mecânica nem de rendimento.

Exemplo 9

Utilizou-se uma preparação de xilanase bruta de Bacillus stearothermophilus ( produzida de acordo com a maneira de proceder que se descreveu no Exemplo 3) para pré-tratar uma polpa Kraft de madeira macia antes de um branqueamento C-E.

A polpa foi tratada nas seguintes condições:

Polpa : material de polpa castanha Kraft de pinheiro Loblolly (valor do índice Kapa inicial 24) pH : 8,5

-24Tempo:

Temperatura:

Consistência da polpa:

Dose :

1.hora

60°C

3,5$

1500 EXU/Kg de polpa seca.

Misturaram-se manualmente a polpa e a enzima em sacos de plástico e conservaram-se a uma temperatura constante em banho-maria. Submeteu-se uma amostra de controlo ao mesmo tratamento como se descreveu antes, mas sem adição de enzima.

Depois do tratamento com enzima, as polpas foram branqueadas nas seguintes condições:

Operação C

Tempo:

Temperatura:

Consistência:

Operação E

J

Tempo:

Temperatura : Consistência:

Dosagem de NaOH:

No Quadro 4, encontram-se reunidos índices Kapa depois das operações C-E, tanto tadas com enzimas como para os controlos com diferentes de cloro na primeira operação.

t = 45 minutos

T = 40°C

DS = 3,5% t = 1 hora

T = 70°C

DS = 10$

0,5 vezes a carga de cloro.

os valores dos para polpas tra quatro dosagens

Ο ensaio mostra que o tratamento com enzima a pH alcalino (8,5) causa uma descida significativa do valor do valor índice Kapa depois da operação de branqueamento C-E em comparação com o controlo.

QUADRO 4

Múltiplo para o	índice	Kapa
cloro activo	Enzima	Controlo
0,11	12,53	17,22
0,14	7,50	14,16
0,18	6,66	10, 10
0,22	5,98	7,12

Verifica-se que se pode obter um valor do índice Kapa igual a 7,12 ( o valor do índice Kapa do controlo a um múltiplo igual a 0,22) depois do tratamento com enzimas por meio de um múltiplo aproximadamente igual a 0,158 (determinado por interpolação linear entre os valores experimentais). Isso constitui uma diminuição da dosagem de cloro igual a aproximadamente 30$ depois do tratamento enzimático em comparação com o controlo .

Exemplo 10

Tratou-se uma polpa Kraft de bétula não branqueada com uma preparação de hemicelulase rica em xilanase de Humicola insolens (produzida de acordo com a maneira de proceder do Exemplo 4).

Depois da operação de tratamento com enzima, as polpas foram bran26 queadas numa sequência de branqueamento de três operações, C/D -E-D, até se obter uma brancura final de 88% ISO.

As polpas foram tratadas nas seguintes condições:

Enzima

Tempo:	t = 3 horas
Temperatura:	T = 50°C
Consistência:	DS = 10$
pH: k	pH = 9,0
Dosagem:	1900 EXU/Kg de polpa seca.

Operação C/D

Tempo:	t =45 minutos
Temperatura:	T = 40°C
Consistência:	DS = 5$
Substituição:	30$.

Operação E

Tempo: Temperatura:	t = 1 hora T = 60°C
Consistência:	DS = 10$
Dosagem de NaOH:	2$ (em peso/peso) sobre polpa sece

Operação D

Tempo:	t = 3 horas
Temperatura:	T = 70°C
Consistência:	DS = 10$

-27Tanto a polpa tratada com enzima como a polpa de controlo foram branqueadas até se atingir um valor do índice Kapa igual a 3,0 depois das operações C/D-E. Para se obter este valor do índice Kapa, a dosagem de cloro activo para a polpa tratada com enzima pode reduzir-se de 19$ para 2,24$ (peso/ /peso) em comparação com o controlo. 0 múltiplo para o cloro activo para a polpa tratada com enzima é igual a 0,16.

Na operação D final, a amostra de controlo atinge o tecto de brancura a 88$ de brancura ISO por meio de uma dosagem de 1,33$ em peso/peso de C10₂ em relação à polpa seca. A polpa tratada com enzima necessita apenas de 0,86$ (peso/peso) de C10₂ em relação à polpa para atingir este grau de brancura.

Por adição das quantidades reduzidas de agentes de branqueamento nas duas operações de branqueamento ( como cloro activo), verifica-se que o tratamento da polpa por meio de uma preparação de hemicelulase de H. insolens torna possível diminuir a quantidade necessária de cloro activo depois do tratamento com enzima em 28$ em comparação com o controlo quando se branqueia a polpa até à brancura final de 88$ (ISO).

Exemplo 11

Ensaiou-se também a preparação de enzimas provenientes de H. insolens que foi empregada nas experiências descritas no Exemplo 10 com polpa de madeira macia deslenhifiçada com oxigénio.

Tratou-se a madeira macia com a enzima e branqueou-se segundo uma sequência C/D-E. As condições de realização do tra-28tamento com enzima assim como o branqueamento foram as mesmas que se descreveram acima no Exemplo 10, com a diferença da substituição por dióxido de cloro;

a substituição aumentou para 50$ nesta experiência.

Depois do tratamento com enzima, branqueou-se a quan tidade total da polpa com cloro activo em uma quantidade que corresponde a um múltiplo igual a 0,2 na operação C/D, correspondendo à dosagem de 3,36$ (peso/peso) de cloro activo.

No Quadro 5, encontram-se reunidos os valores do índice Kapa depois das operações de branqueamento C/D-E para quatro tratamentos com enzima com várias dosagens de enzima :

QUADRO 5

Dosagem da enzima	Valor do índice	Redução do valor
EXU/Kg	Kapa depois de C/D-E	do índice Kapa $
Controlo	3,05
115	2,69	11,8
230	2,41	21,0
935	2,36	22,6
1870	2,24	26,6

Verifica-se que o tratamento com enzima com todas as quatro dosagens ensaiadas reduz o valor do índice Kapa da polpa depois das operações de branqueamento C/D-E de maneira muito significativa em comparação com o controlo.

-29- .

Quando se comparam estes resultados com os resultados obtidos no Exemplo 7, observa-se também que a preparação de hemicelulase apresenta aproximadamente o mesmo efeito de reforço de branqueamento tanto em polpa de madeira macia como em polpa de madeira dura.

Exemplo 12

Tratou-se polpa castanha de madeira dura não branqueada com uma preparação de enzima contendo xilanase proveniente de Thermonmonospora fusea (produzida de acordo com a maneira de proceder descrita no Exemplo 5) e depois branqueou -se numa sequência de branqueamento C/D-E. As condições de realização do tratamento com enzima e do branqueamento foram as seguintes:

Enzima

Tempo:

Temperatura:

Consistência pH :

Dosagem:

Operação C/D

Tempo:

Temperatura:

Consistência

Substituição t =3 horas

T = 50°C

DS = 10% pH = 8,0 a 9,0

200, 400 e 800 EXU/Kg de polpa seca.

t =45 minutos T = 40°C DS = 5$

50$.

-30Operação Ε

Tempo:	t	- 1 hora
Temperatura:	T	= 60°C
Consistência:	DS	= 10%
Dosagem de NaOH:	$	(peso/peso) de NaOH = 0,5%

(peso/peso) de Cl₂ + % (peso/ {peso) de C10₂ + 0,3.

Na operação C/D, as polpas foram branqueadas utilizando um múltiplo do cloro activo igual a 0,18. Depois da operação E,determinaram-se os números Kapa das polpas. Os resultados obtidos estão reunidos no Quadro 6 para três dosagens de enzimas e dois níveis de pH para o tratamento com enzima. No Quadro 6, indica-se também a redução dos valores do índice Kapa depois do tratamento com enzima em comparação com o tratamento de controlo:

QUADRO 6

J	Dosagem da enzima EXU/Kg	Valor do índice Kapa depois de	Redução do valor do índice Kapa
C/D-E pH=8,0	pH=9,0	pH=8,0	ph=9,0
	Controlo	3,75	3,89	—	—
	200	3,61	3,46	3,73%	11,05%
	400	3,35	3,10	10,67%	20,31%
	800	3,03	2,93	19,20%	24,68%

-3¾

No caso deste complexo de enzimas, observam-se bons efeitos do reforço de branqueamento, verificados tanto a pH 8 como a pH 9« Os resultados mostram que os efeitos obtidos a pH igual a 9 são melhores do que os efeitos obtidos a pH igual a 8.

Exemplo 13

Tratou-se uma polpa de madeira dura não branqueada com uma preparação de enzima contendo xilanase obtida a partir de Streptomyces olivochromogenes (produzida de acordo com a maneira de proceder que se descreveu no Exemplo 6) e em seguida branqueou-se de acordo com uma sequência de branqueamento C/D-E. As condiçSes empregadas tanto para o tratamento com enzima como para o branqueamento são as mesmas que se referem no Exemplo 12.

Depois do branqueamento C/D-E, determinaram-se os valores dos índices Kapa das polpas. Os resultados estão reunidos no Quadro 7 seguinte. A redução percentual dos valores do índice Kapa depois de tratamento com enzima em comparação com o controlo é também indicada.

J

QUADRO 7

Dosagem de enzima EXU/Kg	índice Kapa pH=8,0 pH=9,0	Redução do valor do índice Kapa
pH=8,0	pH=9,0
Controlo	3,8	3,9	—	-
80	2,8	3,2	24,3%	17,0%
160	2,5	3,0	34,1%	23,4%
320	2,5	2,7	32,5%	30,3%

-32Observa-se que se obtêm bons efeitos de reforço do branqueamento quando a polpa é tratada com enzima tanto a pH 8 como a pH 9.

Exemplo 14

Tratou-se polpa Kraft de madeira dura com a mesma preparação de enzimas de Streptomyces que se empregou no Exemplo 13, nas mesmas condições referidas no Exemplo 12. Tratou-se a polpa com enzima com 160 EXU/Kg de polpa seca, a pH 8 e a pH9 ·

Depois do tratamento com a enzima as polpas foram branqueadas de maneira a obter-se o mesmo índice Kapa das operações C/D-E.

Quando se branqueia até um valor do índice de Kapa igual a 3j8, a dosagem de cloro activo na operação C/D pode ser reduzida em 23$ e 16$ em comparação com o controlo com as enzimas num tratamento a pH 8 e 9, respectivamente.

Em seguida, as polpas foram branqueadas até uma brancura final de 89$ de brancura ISO numa operação D.

Determinaram-se as propriedades de resistência mecânica das polpas completamente branqueadas. A resistência mecânica das polpas assim como o rendimento não sofreram qualquer redução por acção do tratamento com enzimas.

f

-£3-

Claims

REIVINDICAÇÕES

L.- P.ro_ca.s_s.o para o tratamento de polpa lignocelulõsica química, caracterizado pelo facto de se tratar a polpa lignocelulôsica com uma xilanase alcalina a um pH maior do que 7,5, depois do que se trata a polpa celulósica assim tratada com cio ro tendo um teor de cloro activo múltiplo de 0,20 ou menos na primeira fase de cloração.
2.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se realizar o tratamento com xilanase a uma tem peratura compreendida entre 40 e 100°C, preferivelmente entre 40 e 80°C e, mais preferivelmente ainda, entre 50 e 70°C.
3.- Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, carac terizado pelo facto de se realizar o tratamento com xilanase durante um intervalo de tempo compreendido entre 15 minutos e .24 horas, de preferência entre 30 minutos e 5 horas e, mais preferi, velmente ainda, compreendido entre 30 minutos e 3 horas.
4. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, carac terizado pelo facto de se realizar o tratamento com xilanase a uma consistência de 5 - 35 %, preferivelmente 8 - 25 % e, mais preferivelmente ainda, 8 - 15 %.
5. - .Process.o. d.e .acordo com as reivindicações 1 a 4, carac terizado pelo facto de se produzir a xilanase por meio dos microrganismos Malbranchea cinnamomea, Humicola insolens, Bacillus pumilus, Bacillus stearothermophilus, Thermonmonospora fusca ou Streptomyces olivochromogenes.
6. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de entre o tratamento com xilanase e o trata mento com cloro se introduzir um andar de tratamento (EOP).
7. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de o múltiplo de cloro estar compreendido en tre 0,10 e 0,20.

Lisboa, 24 de Agosto de 1990

O Agente Oficial da Propriedade Indusfçk»)

35RESUMO

II

PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE POLPA LIGNOCELULÓSICA

O processo compreende o tratamento da polpa com uma xilanase alcalina a valores do pH superiores a 7,5 com tratamento subse quente da polpa assim tratada com cloro com um múltiplo de cloro activo igual a 0,20 ou menos na primeira fase de cloração. Desta maneira, pode reduzir-se o tempo necessário para o pré-tratamento enzimãtico e, além disso, reduz-se a necessidade da quantidade de cloro activo na primeira operação de cloração.

Lisboa, 24 de Agosto de 1990 O Agente Oficiai da Prooriedade Industriai