Để giảm thời gian nghiền và tiết kiệm chi phí về năng lượng, giải pháp công nghệ được đưa ra ở đây là xử lí bột giấy trước khi nghiền với các enzym cellulase và hemicellulase (xylannase, mannanase) nhằm cắt ngắn sợi cellulose hoặc thủy phân một phần hemicellulose (mannan, xylan) giải phóng lignin, tăng tốc độ trương nở và quá trình phân tơ chổi hóa xơ sợi.
Trang 1Chương I: TỔNG QUAN
1.1 Công nghệ sản xuất giấy
1.1.1. Sơ lược về ngành công ngiệp giấy
1.1.2. Nguyên liệu sản xuất giấy
Nguyên liệu sản xuất bột giấy chủ yếu từ thực vật như: gỗ lá rộng, gỗ lá kim.
Họ thân thảo, họ tre nứa… hay còn gọi là vật liệu lignocellulose.
Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và lignin (Hình 1.1) Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp từ tiền phenylpropanoid Các tế nào gỗ được cấu thành từ các lớp khác nhau, các lớp này khác nhau từ cấu trúc và thành phần hóa học Cellulose cơ bản hình thành nên bộ khung xương mà được bao quanh bởi các cơ chất tạo thành mạng lưới và hình thành lớp vỏ lignin Dưới đây là thành phần nguyên liệu lignocelluloses trong tự nhiên
Hình 1.1: Thành phần cấu trúc lignocellulose
Trang 2Thành phần cấu tạo và phần trăm của cellulose, hemicelluloses và lignin là khác nhau giữa các loài, trong cùng một cây hay các cây khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây và các điều kiện khác
Bảng 1.1 Thành phần của một số loại nguyên liệu lignocelluloses [ 42 ]
Nguồn lignocellulose Cellulose (%) Hemicellulose
Trang 3D – glucose nối với nhau bởi liên kết 1,4 β - glucoside (Hình 1.2).
Cellulose cũng là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong sinh quyển [ 32 ] [ 31 ], hàng năm thực vật tổng hợp được khoảng 1.5x10 11 tấn cellulose [ 11 ] Khoảng 33% khối lượng khô của thực vật là cellulose (sợi bông là 90%, gỗ là 40 -50% và cây gai dầu khô là khoảng 75%) [ 17 ] [ 44 ] [ 46 ].
Trang 4Hình 1.2: Công thức hóa học của cellulose Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là tinh thể và vô định hình Trong vùng tinh thể, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn công bởi enzyme cũng như hóa chất Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tấn công [ 22 ].Có hai mô hình cấu trúc của cellulose đã được đưa ra nhằm mô tả vùng tinh thể và vô định hình như hình 1.4 [ 35 ]
Hình 1.3: Mô hình Fringed fibrillar và mô hình chuỗi gập Trong mô hình Fringed Fibrillar: phân tử cellulose được kéo thẳng và định hướng theo chiều sợi Vùng tinh thể có chiều dài 500 Å và xếp xen kẽ với vùng vô định hình.
Trong mô hình chuỗi gập: phân tử cellulose gấp khúc theo chiều sợi Mỗi đơn vị lặp lại có độ trùng hợp khoảng 1000, giới hạn bởi hai điểm a và b như trên hình vẽ Các đơn vị đó được sắp xếp thành chuỗi nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các vị trí này rất dễ bị thủy phân Đối với các đơn vị lặp lại, hai đầu là vùng vô định hình, càng vào giữa, tính chất kết tinh càng cao Trong vùng vô định hình, các liên kết β - glycoside
Trang 5giữa các monomer bị thay đổi góc liên kết, ngay tại cuối các đoạn gấp, 3 phân tử monomer sắp xếp tạo sự thay đổi 180 o cho toàn mạch Vùng vô định hình dễ bị tấn công bởi các tác nhân thủy phân hơn vùng tinh thể vì sự thay đổi góc liên kết của các liên kết cộng hóa trị (β - glycoside) sẽ làm giảm độ bền của liên kết, đồng thời vị trí này không tạo được liên kết hydro [ 6 ].
Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân Người và động vật không có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa được cellulose, vì vậy cellulose không có giá trị dinh dưỡng Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cellulose
có thể có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu hóa Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose Nấm cũng có thể phân hủy cellulose Vì vậy chúng có thể
sử dụng cellulose làm thức ăn [ 31 ] [ 44 ].
1.1.2.1. Hemicellulose
Trang 6Hemicellulose là hợp chất polysaccharid chiếm tỷ lệ lớn trên thế giới sau cellulose Lượng hemicellulose được tạo thành trên thế giới được đánh giá là 3.900 triệu tấn/năm Ngược lại với cellulose, hemicellulose là một loại polymer phân nhánh,
độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 có cấu trúc phức tạp hơn đơn phân Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose và galactose và đường 5 carbon gồm xylose và arabinose Trong đó xylose, mannose là những thành phần chính Khác với Cellulose, Hemicellulose bao gồm những chuỗi mắt xích ngắn ( khoảng 200 đơn vị
đường) [ 44 ].
Hình 1.4:………
Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch kiềm
và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên chính Cùng với cellulose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững chắc ở thực vật Về cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, D-galactose, D-mannose, D- xylose và L-arabinose liên kết với các thành phần khác và nằm trong liên kết glycoside Hemicellulose còn chứa cả axit 4-O-methylglucuronic, axit D-galacturonic
và axit glucuronic [ 36 ] Trong đó, đường xylose, L-arabinose, glucose và galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và ngũ cốc Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật thân cỏ lại có lượng lớn các dạng liên kết và phân
Trang 7D-nhánh phụ thuộc vào các loài và từng loại mô trong cùng một loài cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mô đó.
Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà
nó sẽ có những tên tương ứng như mannan (chứa mannose), xylan (chứa xylose) hoặc galactan (chứa galactose) Các monose trong hemicellulose liên kết với nhau thông qua các liên kết beta-1,3, -1,6 và -1,4 glycozid, thường bị acetyl hóa, tạo thành
“keo dính” các phân tử cellulose và lignin.
Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào thực vật trong đó các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4-D- xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào thứ hai trên trái đất Đa số phân tử xylan chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên Các gốc thay thế chủ yếu trên khung chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl Các nhóm này có đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị và không hóa trị với lignin, cellulose và các polymer khác Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác nhau Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng (Hình 1.5), hay arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm (Hình 1.6), hay thành phần cấu tạo xylan là axit D-glucuronic, có hoặc không có ete 4-O-methyl và arabinose ở các loài ngũ cốc.
Trang 8Hình 1.5: O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng
Hình 1.6: Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm Khi thủy phân hoàn toàn hợp chất này sẽ tạo ra các nguyên liệu có giá thành thấp phục vụ cho các ngành công nghiệp hoặc trực tiếp cho lên men cồn nhờ các chủng có khả năng lên men đường C5 theo con đường Pentose Phosphate.
1.1.2.2. Lignin
Trang 9Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong gỗ và trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất [ 45 ] Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng
tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần
là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.
Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol (Hình 1.7) [ 45 ].
Hình 1.7: Các đơn vị cơ bản của lignin Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của
nó trong gỗ Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin
có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin.
Trang 10Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl Các nghiên cứu
đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin [ 35 ].
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong cấu trúc Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình cầu Lignin trong tế bào thực vật bậc cao không có vùng vô định hình Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysaccharide Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước.
Trang 11Hình 1.8: Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính
Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượu mạch thẳng và nhóm carbonyl (Hình 1.8) Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl
Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose (nhưng không nhiều) Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết [ 6 ] Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối hemicellulose Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và
Trang 12acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin Các liên kết có thể
là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin).
Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200 o C, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phá hủy trong quá trình nổ hơi Đồng thời, đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này
bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiếp tục tạo liên kết C-C [ 35 ].
Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó không bị tiêu hóa bởi enzyme của cơ thể vật chủ Lignin còn liên kết với nhiều polysaccharide và protein màng tế bào ngăn trở quá trình tiêu hóa các hợp chất gỗ Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác bị bẻ gãy.
1.1.3. Quy trình sản xuất bột giấy
Các phương pháp chính sản xuất bột giấy gồm: phương pháp hóa học (sulfat,sulfit…), bán hóa học, nhiệt cơ.
- Phương pháp hóa học:
Sơ chế nguyên liệu -> nấu bột -> bể chứa -> sàng, rửa -> tẩy -> bột giấy thành phẩm.
- Phương pháp bán hóa học:
Gỗ nguyên liệu -> ngâm tẩm trong điều kiện hóa chất/nấu -> bột giấy thành phẩm
- Phương pháp nhiệt cơ : hiệu suất bột loại này thường cao (85-90%) nhưng sử dụng nhiều năng lượng Bột giấy có độ bền không cao, dễ bị ố vàng…
Gỗ nguyên liệu -> cắt mảnh -> nghiền bột -> sàng chọn -> bột giấy thành phẩm
Trang 13Nguyên lý cơ bản của các phương pháp sản xuất bột giấy bao gồm hoá học, bán hóa học, hoá nhiệt cơ (bảng 1) Trên thực tế thường kết hợp các phương pháp nêu trên để sản xuất các loại bột giấy theo yêu cầu tiêu thụ.
Nguyên liệu dùng làm giấy phải có tính chất sợi, có khả năng đan kết và ép thành tấm đồng nhất Một số nguyên liệu có sợi rất dài nhưng lại khó liên kết nếu không qua xử lý cơ học làm phát triển sự liên kết giữa các sợi thì cũng khó được dùng làm giấy Như vậy giấy có thể được làm từ tất cả các loại cây có chứa xơ sợi cellulose như gỗ và phi gỗ Trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi chỉ dề cập tới nguyên liệu bột giấy đi từ gỗ.
Nguyên liệu gỗ được chia làm 2 loại: gỗ lá kim (gỗ mềm) như các loại thông, thông rụng lá, vân sam, linh sam… và gỗ lá rộng (gỗ cứng) như bạch đàn, sồi, dương, keo các loại , chúng khác nhau về cấu tạo và hàm lượng các hợp phần tạo nên chúng.
Gỗ mềm: galactoglucomannan là thành phần hemicellulose chủ yếu, chiếm tới
20% so với gỗ khô tuyệt đối Bên cạnh cấu tử chính còn có arabinoglucuronoxylan, chiếm khoảng 5-10% khối lượng gỗ khô Lignin gỗ lá kim gồm các đơn vị mắt xích guaiacylpropan (4-hydroxy-3-metoxy phenylpropan)
Gỗ cứng: glucuronoxylan là hemicellulose chủ yếu, dao động từ 15-25% so với
gỗ khô tuyệt đối Bên cạnh đó gỗ cứng còn chứa 2-5% glucomannan Lignin chiếm 25%, ngoài guaiacylpropan còn chứa 3,5-dimetoxy-hydroxy phenylpropan.
16-Sản xuất bột giấy là giai đoạn gia công để tách thành phần sơ sợi từ nguyên liệu gỗ hay một số thực vật bằng các phương pháp hóa học hay cơ học tương ứng ta
sẽ thu đươc bột hóa hay bột cơ Tùy theo yêu cầu sử dụng mà bột có thể có hoặc không được tẩy trắng hoặc được tẩy trắng với mức độ khác nhau (loại lignin).
Bột cơ: là bột giấy được sản xuất bằng cách mài hoặc nghiền lóng gỗ hoặc
dăm gỗ để tách các bó sợi Mài gỗ cho bột có độ che phủ rất cao, nhưng tính chất cơ,
lý lại kém Nghiền dăm gỗ cho bột có tính chất cơ lý cao hơn nhưng tính quang học lại kém hơn Sản xuất bột cơ cần gỗ chất lượng cao và tốn năng lượng Khả năng tạo liên kết của bột cơ kém hơn bột hoá và do vậy tính chất cơ, lý của bột cơ thấp hơn Bột cơ thường chứa tạp chất, không thể tẩy trắng bột cơ tới mức như bột hoá và độ hồi màu của bột cơ khá cao.
Trang 14Bột hóa: tuỳ theo hoá chất sử dụng ta có các loại bột khác nhau như bột soda
(dịch nấu gỗ là dung dịch NaOH), bột sunphat còn gọi là bột Kraft (hóa chất nấu là NaOH và Na 2 S), Bột sunphit ( dịch nấu gồm H 2 SO 3 +M(HSO 3 ) ), có thể có bột sunphit acid, bột sunphit trung tính hay bột sunphit kiềm
Bột hóa cơ: là bột giấy được sản xuất trên phương pháp kết hợp giai đoạn xử
lý hóa chất với xử lý cơ học để phân tách xơ sợi ra một cách hoàn toàn Hiệu suất với phương pháp này đạt từ 80-95% Vị trí xử lý hóa chất: công đoạn xử lý hóa chất có thể được bố trí ở các vị trí khác nhau trong dây chuyền sản xuất, tương ứng sẽ cho ra những loại bột hóa cơ khác nhau.
1.1.4. Quy trình nghiền bột giấy
Như đã nói ở trên, công đoạn nghiền bột đóng vai trò quan trọng và quyết định lớn đến chất lượng sản phẩm giấy Tùy theo yêu cầu sản phẩm và loại nguyên liệu mà công nghệ sản xuất sẽ thay đổi khác nhau, nhưng về nguyên tắc chung, có hai bước chính sau:
Bước 1, đánh tơi bột: thường bột đưa vào sản xuất là dạng kiện, dạng tấm không ở dạng xơ sợi do đó cần phải đánh tơi đưa bột về dạng xơ sợi phân tán trong nước ở dạng huyền phù.
Bước 2,nghiền bột: bột sau khi đánh tơi, các xơ sợi ở dạng huyền phù, tuy
nhiên chúng vừa không đều vừa không đan dệt được với nhau nên nếu đem sản xuất ngay thì giấy thu được sẽ rất thô, cứng và độ bền thấp Do vậy bột giấy phải được qua bước nghiền Dưới các tác động cơ học (như lực cắt, lực xé, lực va đập của các lưỡi dao lên xơ sợi, lực ma sát giữa các xơ sợi với nhau và với thành thiết bị) và các tác động thủy động học (lực nén ép thủy động) các xơ sợi bị cắt ngắn, trương nở, hydrat hóa và bị phân tơ chổi hóa Sự phân tơ chổi hóa là hiện tượng các xơ sợi bị tách dọc tạo thành những bó xơ sợi nhỏ hơn và thường xảy ra ở vị trí các vết cắt Khi
xơ sợi bị phân tơ chổi hóa, lớp vỏ bên ngoài (lignin) bị dập nát và bong ra, làm tăng khả năng thâm nhập của nước vào phân tử cellulose và tạo thành lớp vỏ solvat bao quanh bề mặt các phân tử cellulose Do những biến động này mà xơ sợi trở nên trơn, nhớt, mềm dẻo hơn, mịn hơn, độ linh động cao hơn Diện tích tiếp xúc bề mặt tăng lên, tạo nên những tính chất đặc biệt cho tờ giấy sau này.
Trang 151.1.5. Tác động của quá trình nghiền lên đặc tính xơ sợi
Quá trình nghiền nhằm mục đích tạo kích thước thích hợp ( chiều dài và độ dày) của xơ sợi theo yêu cầu của cấu trúc giấy; làm cho xơ sợi có độ thủy hóa nhất định để tạo lực kết dính giữa các xơ sợi
Trong quá trình nghiền đồng thời xảy ra quá trình cơ học thuần túy làm thay đổi kích thước và hình dạng xơ sợi, và quá trình hóa keo – thủy hóa xơ sợi Tác động
cơ học làm sợi bị cắt ngắn và bị phân tơ theo chiều dọc Thủy hóa ở đây được hiểu là hiện tượng hó keo bắt đầu bằng việc trương nở xơ sợi thực vật ưa nước làm cho các
xơ sợi có khả năng liên kết với nhau tạo thành cấu trúc chặt chẽ của tờ giấy Mục đích quan trọng của nghiền là phân tơ để tăng diện tích bề mặt xơ sợi Sự hấp phụ nước lên bề mặt này sẽ làm sợi trương nở, tăng độ mềm mại và tạo điều kiện thuận lợi để các xơ sợi liên kết lại hình thành độ bền cơ lý, độ thấm hút và thấu khí của giấy Kết quả sau khi nghiền xơ sợi bị chà phẳng và mền dẻo hơn, liên kết bề mặt tăng lên.
1.2. Các enzyme thủy phân lignocelluloses [9]
1.2.1. Hệ enzyme thủy phân cellulose
Cellulase là một nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết 1,4-β-O glucoside trong phân tử cellulose và một số cơ chất tương tự khác Đó là một phức hệ gồm nhiều loại enxyme khác nhau và được xép vào 3 nhóm cơ bản: endo - β - 1,4- glucanases, Exo -1,4- glucanases, β- glucosidases Mỗi loại enzyme tham gia thủy phân cơ chất theo một cơ chế nhất định và nhờ sự phối hợp hoạt động của các enzyme đó mà phân tử cơ chất được thủy phân hoàn toàn tạo thành các sản phẩm đơn giản nhất [ 31 ] [ 41 ] [ 40 ] [ 19 ].
Bảng 1.2: Các enzyme phân hủy cellulose [ 13 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 18 ]
lượng phân tử (kDa)
Nhiệt độ tối ưu
PH tối ưu
Trang 16định hình Cellobiohydrolases(CBH) Cellulose tinh
glucosid ở bên trong phân tử cellulose thành các sản phẩm đơn giản hơn Chúng cắt
ngẫu nhiên tại liên kết β -1,4-glucosid trong chuỗi polymer hình thành các đầu chuỗi khử tự do và các chuỗi oligosaccharide ngắn Các endoglucanase không thể thủy phân cellulose tinh thể hiệu quả nhưng nó sẽ phá vỡ các liên kết tại khu vực vô định hình tương đối dễ tiếp cận Các endoglucanases thường được dùng để giảm độ nhớt trong carboxymethyl cellulose (CMC) Cellulose tinh thể không bị phân hủy bởi endo- glucanases Nhiều phương pháp sắc kí đã chỉ ra endo được nhận thấy trong dịch lọc của môi trường nuôi cấy T reesei và Phanerochaete chrysosporium.
- Exo -1,4- glucanases (enzyme ngoại bào) gồm cả 1,4-β-D-glucan-glucanohydrolase (còn gọi là cellodextrinase) (EC 3.2.1.74) và 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolase (CBH) (EC 3.2.1.91) Exoglucolase xúc tác cho phản ứng thủy phân các liên kết ở đầu khử và đầu không khử của phân tử cellulose Cellulobiohydrolases hầu như không hoạt động trên CMC và dần dần làm suy giảm cellulose tinh thể.
- β- glucosidases hay β- glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) thủy phân cá phân tử cellodextrin và cellobiose thành glucose và acid cellobionic glucose và gluco- nolactone Hai loại enzyme trong P chrysosporium đã được xác định là một nội bào
và một ngoại bào Giống như endo và cellobiohydrolases, một mức độ thấp của glucosidase từ T.reesei đc tiết ra môi trường nuôi lỏng.
Trang 17Hình 1.9: Tác dụng của từng enzyme trong cellulose
1.2.2. Hệ enzyme phân hủy hemicelluloses
Để thủy phân hoàn toàn hemicelluloses thành monosaccharides cần sự kết hợp của một số loại enzyme Chúng bao gồm β-D-xylanases, β- D- galactanases, β- D- mannanases.
- Các enzyme phân hủy xylan: Do tính không đồng nhất của xylan, sự thủy phân của
nó đòi hỏi các ảnh hưởng của một hệ thống enzyme phức tạp Enzyme này thường bao gồm hai loại: enzyme không phân nhánh (β-1,4-endoxylanse, β-xylosidase) và enzyme phân nhánh (α-arabinofuranosidase, α-glucuronidase, esterase xylan acetyl
và esterase axit phenolic) (Hình 1.10) Tất cả các enzyme này tác động tương hỗ để chuyển đổi xylan thành cấu tử đường của nó Endo-xylanases tấn công mạch chính của xylan và các oligome chứa nhóm thế hoặc không chứa nhóm thế, xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết 1,4- β-D-xylopyranozyl của xylan như: L- arabino-D-xylan, L- arabino-D-glucurono-D-xylan và D-glucorono-D-xylan β-xylosidases (β-D-xyloside xylohydrolase; EC 3.2.1.37) có tác dụng thủy phân các oligosaccharide ngắn và