Estudio del refinado de pastas de papel utilizando métodos biotécnológicos (enzimas)

• Autores: Edith Marleny Cadena Chamorro
• Directores de la Tesis: Antonio L. Torres López (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2009
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Teresa Vidal Llucia (presid.), María Blanca Roncero Vivero (secret.), Juan Carlos Villar Gutiérrez (voc.), María Enriqueta Arias Fernández (voc.), Francisco Ignacio Javier Pastor Blasco (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología textil
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • La presente tesis se enmarca en una de las líneas de investigación del Departamento de Ingeniería Textil y Papelera que se orienta a la Aplicación de la Biotecnología en los Procesos de Fabricación del Papel, en particular la aplicación de métodos biotecnológicos en la operación de Refinado para potenciar la modificación superficial de las fibras celulósicas mediante la utilización de enzimas, de manera que una respuesta positiva generará la obtención de una etapa de "biorefinado" aportando ventajas en la disminución del consumo energético -requerido por el refinado mecánico- y en la consecución de tecnologías limpias que cumplan con las leyes medioambientales.En la investigación de nuevas técnicas biotecnológicas (enzimas) que se introducen en la operación de refinado se utilizan enzimas hidrolíticas (celulasas), y debido al gran auge de las enzimas oxidativas (lacasas) en los procesos de bioblanqueo se estudia la influencia indirecta que puede realizar sobre la morfología de las fibras y consecuentemente en el proceso de refinado y la calidad del papel. Los efectos de estas enzimas son evaluados en pastas kraft con secuencias de blanqueo ECF y TCF de Eucalyptus globulus.La obtención de una etapa de "biorefinado" está influenciada por la efectividad de las enzimas en favorecer el proceso de refinado y, al mismo tiempo, depende de las variables del proceso, siendo la materia prima uno de los parámetros más importantes que modifica la aptitud al refinado; así lo revela el comportamiento diferencial de las pastas ECF y TCF donde la severidad de los procesos de obtención (cocción y blanqueo) confieren propiedades específicas a las fibras y, de acuerdo a las condiciones de operación, causarán mayor o menor alteración sobre la morfología de las fibras, de manera que estas alteraciones condicionaran la aptitud al refinado de las pastas. La comparación de los dos tipos de pastas permite afirmar que la secuencia TCF causa mayor cambio estructural en las fibras y, como consecuencia, se obtiene una más rápida respuesta en la operación de refinado.En la pasta ECF, al potenciar su respuesta al refinado con la aplicación de la enzima Cel9B (1,4-β endoglucanasa) de Paenibacillus barcinonensis se revela un valor añadido al conseguir una aceleración de los efectos primarios y secundarios del refinado, y fenómenos como la mayor hidratación en la matriz interna de las fibras favorecen los mecanismos de cohesión interfibrillar que generan resistencia en el papel. Existe un efecto de biorefinado, respuesta que permite catalogar a la enzima Cel9B como "coadyuvante del refinado", su aplicación permite reducir la energía de refinado para conseguir determinadas propiedades de resistencia. En las pastas TCF la acción de Cel9B también genera cambios morfológicos en las fibras, verificando así su actuación sobre las fibras celulósicas. Para evaluar la posibilidad de un sinergismo entre celulasas que incremente el efecto individual de la enzima Cel9B en el refinado se estudia el sistema endo-exo entre endoglucanasas (Cel9B) y exoglucanasas (Cel48C); este posible efecto sinérgico se descarta ya que no se obtienen propiedades de resistencia superiores al efecto individual de la celulasa Cel9B.La etapa de biorefinado con la enzima Cel9B permite identificar en su estructura modular [GH9-CBD3c- Fn3-CBD3b] el dominio responsable de la modificación superficial de las fibras. La aplicación de las celulasas recombinantes de Cel9B: dominio catalítico [GH9-CBD3c], dominios de unión a celulosa [Fn3- CBD3b] y [CBD3b] revelan que la mayor contribución del efecto de biorefinado se debe a la actuación del dominio catalítico [GH9-CBD3c], resultados innovadores que demuestran que la aplicación de esta celulasa recombinante produce resistencia en el papel con una mejor respuesta en la resistencia al desgarro en comparación a la enzima completa Cel9B.Con respecto a la aplicación de la enzima lacasa de Trametes villosa junto con el mediador HBT -1- hidroxibenzotriazol- se encuentra que el sistema lacasa-mediador oxida la celulosa de las pastas blanqueadas (generación de grupos carbonilo) y modifica el contenido de los ácidos carboxílicos presentes en la pasta TCF, y a su vez las propiedades electrocinéticas; estos resultados se vinculan a la remoción parcial de los ácidos hexenurónicos [HexAs]. También se ha encontrado que el sistema lacasamediador no degrada la celulosa, por consiguiente su influencia en el refinado de la pasta TCF se considera positiva.La remoción de los ácidos hexenurónicos con el sistema lacasa-mediador cobra especial interés al verificar su influencia en las determinaciones del número kappa y en la estabilidad de las propiedades ópticas; así el sistema lacasa-mediador reduce la reversión de la blancura por su efecto en la eliminación de los HexAs. El estudio de termoamarillamiento y fotoamarillamiento de la pasta TCF pone en evidencia la interferencia de los HexAs en la reversión de la blancura, siendo la aplicación del sistema lacasamediador una alternativa potencial para obtener papeles permanentes y resistentes. Además la remoción de HexAs modifica las propiedades de las pastas en la operación del refinado, un efecto muy importante se observa al aumentar la drenabilidad para un valor específico de resistencia manteniendo la energía requerida en el refinado.