Avaliação de tratamentos enzimáticos na estabilidade da brancura de pastas kraft de eucalipto

Abstract

A xilana, um dos polissacarídeos constituintes das fibras de pasta para papel, contribui para a instabilidade da brancura da pasta fruto das ligações covalentes que estabelece com a lenhina residual, e/ou dos grupos potencialmente cromóforos nela contidos, formados durante os processos de cozimento e branqueamento. Para combater este efeito aplicam-se xilanases que são enzimas que hidrolisam a xilana, permitindo a remoção daquelas entidades responsáveis pela reversão da brancura. Por outro lado, o recurso a este tratamento biológico pode permitir um aumento da brancura ISO final da pasta para níveis acima dos habituais 90%, conjuntamente com uma redução da quantidade de reagentes químicos e inerentes vantagens ambientais. Assim, o principal objetivo deste trabalho passou pela otimização de um estágio enzimático (X) aplicado nas etapas finais do branqueamento de pastas kraft de Eucalyptus globulus industriais recolhidas após a sequência DED. As pastas resultantes (DEDX) foram posteriormente sujeitas a um branqueamento final, com peróxido de hidrogénio (DEDXP) ou com dióxido de cloro (DEDXD). A pasta semi-branqueada de eucalipto foi tratada com quatro soluções enzimáticas diferentes (EN2, EN3, EN4 e EN5) a fim de avaliar o seu potencial de remoção de grupos potencialmente cromóforos associados às xilanas. Com o estudo da alteração de parâmetros como o pH, a dosagem de solução enzimática, a temperatura e o tempo de branqueamento, obteve-se um conjunto de condições recomendadas para o tratamento: • EN2: pH= 6; T= 70oC; t= 60min; dosagem recomendada= 0,08% odp; 2 U/g odp • EN3: pH= 7; T= 70oC; t= 60min; dosagem recomendada = 0,085% odp; 2 U/g odp • EN4: pH= 5; T= 50oC; t= 60min; dosagem recomendada = 0,15% odp; 4,5 U/g odp • EN5: pH= 7; T= 70oC; t= 60min; dosagem recomendada = 0,05% odp; 4,9 U/g odp Globalmente, a xilanase comercial EN5 é capaz de produzir a mesma brancura que as demais soluções enzimáticas por aplicação de uma dosagem menor. Contudo, as xilanas experimentais, EN2 e EN3, são as que necessitam de menos unidades de atividade por unidade de massa de pasta (2 U/g odp). Entre as duas, a EN3 tem a vantagem de permitir obter uma menor reversão de brancura da pasta (PC number=0,42 sendo este valor de 0,45 para a pasta DED, sem tratamento). Além disso, revelou ser mais versátil no que às condições de pH e temperatura diz respeito. Por comparação com as sequências tradicionais (sem tratamento enzimático) a utilização de xilanases permite obter uma menor reversão da brancura das pastas finais e uma poupança de reagente branqueador no último estágio de branqueamento, tendo em conta a carga aplicada para atingir a mesma brancura (DEDP vs DEDXP ou DEDD vs DEDXD).

The xylan is one of the polysaccharides that constitute the fibers of the pulp. It contributes to the instability of whiteness of the pulp in the consequence of establishing covalent bonds with residual lignin, and/or the groups potentially chromospheres therein contained, formed during the cooking processes and bleaching. In order to combat this effect xylanases, which are enzymes that hydrolyze xylan, are applied, allowing the removal of those entities responsible for the reversal of whiteness. On the other hand, the use of this biological treatment may improve the final whiteness ISO of the pulp to normal levels above 90%, leading to a reduced amount of chemical reagents and inherent environmental advantages. Therefore, the main objective of this work was the optimization of an enzymatic process (X), applied in the final stages of bleaching kraft pulps of industrial Eucalyptus globules, collected after the DED sequence. The pulps resulted from the process (DEDX) were subsequently subjected to a final bleaching with hydrogen peroxide (DEDXP) or chlorine dioxide (DEDXD). The semi-bleached eucalyptus pulps were processed with four different enzyme solutions (EN2, EN3, EN4 and EN5) to evaluate their potential for removing potentially chromophoric groups linked to xylan. During this study, the change in parameters such as pH, dosage of enzyme solution, the temperature and the time of bleaching was obtained a set of recommended conditions for the treatment: • EN2: pH = 6; T = 70°C; t = 60min; recommended dosage = 0,08% odp; 2 U/g odp • EN3: pH = 7; T = 70°C; t = 60min; recommended dosage = 0,085% odp; 2 U/g odp • EN4: pH = 5; T = 50°C; t = 60min; recommended dosage = 0,15% odp; 4,5 U/g odp • EN5: pH = 7; T = 70°C; t = 60min; recommended dosage = 0,05% odp; 4,9 U/g odp Overall, the commercial xylanase EN5 is capable of producing the same brightness as other enzyme solutions by applying a lower dosage. However the experimental xylanases, EN2 and EN3, need less activity units based on pulp weight (2 U/g odp). Between them, the EN3 has the advantage of obtaining a reduced brightness reversion of the pulp (PC number= 0,42 and this value was 0,45 for the DED pulp, untreated). Moreover, EN3 was found to be more versatile regarding pH and temperature conditions. In comparison with traditional sequences (without enzyme treatment) the use of xylanases gives a lower brightness reversion of the pulps and a saving in the final bleaching reagent in the last bleaching stage, taking into consideration the load applied to reach the same whiteness (DEDP vs DEDXP or DEDD vs DEDXD).