Action of laccase on mechanical softwood pulps

Träfibrernas naturliga egenskaper begränsar deras användning i många tillämpningar. Träfibrernas egenskaper kan modifieras genom att binda nya komponenter med önskade egenskaper till fiberns yta. DI Stina Grönqvist bevisade i sin avhandling att nya funktionella grupper kan bindas till ligninhaltiga träfibrer genom att aktivera ytligninet med lackasenzym. Resultaten kan utnyttjas till att förbättra de traditionella träfibrernas och fiberprodukternas egenskaper samt att hitta nya tillämpningar för träfibrerna. ”Om träfibrerna t.ex. modifieras så att de blir vattenavstötande kan de modifierade träfibrerna användas istället för plast i förpackningar” berättar Stina Grönqvist. Syftet med denna avhandling var att undersöka effekterna av lackasenzym på TMP (termomekanisk massa) och dess fraktioner. I Finland tillverkas TMP av gran och massan innehåller rikligt med lignin. När ytligninet på träfibrernas yta modifieras med hjälp av oxiderande enzymer, såsom lackas, bildas reaktiva radikaler i ligninen på fibrernas ytor. De bildade radikalerna kan utnyttjas till att binda komponenter med nya egenskaper till fiberytan. För att kunna utnyttja den fulla potentialen av den lackasbaserade modifieringsmetoden behövs mera information om så väl de faktorer som påverkar bildningen av radikaler som om mekanismerna hur de nya komponenterna binds till fibrerna. --------------------------------- Puukuitujen luontaiset ominaisuudet rajoittavat niiden hyödyntämistä joissakin sovelluksissa. Ominaisuuksia voidaan kuitenkin muuttaa liittämällä kuidun pintaan uusia yhdisteitä. DI Stina Grönqvist osoitti väitöstyössään, että uusia kuitujen ominaisuuksia muuttavia funktionaalisia yhdisteitä voidaan sitoa ligniinipitoisiin puukuituihin aktivoimalla kuitujen pinnan ligniiniä lakkaasi-entsyymillä. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää ligniinipitoisten puukuitujen ominaisuuksien parantamiseen ja jopa täysin uusien ominaisuuksien kehittämiseen. ”Jos kuituja muutetaan vettä hylkiväksi sitomalla kuituihin vettä hylkiviä yhdisteitä entsyymien avulla, voidaan puukuituja käyttää korvaamaan muovia pakkauksissa”, kertoo Stina Grönqvist. Väitöstyön kohteena oli TMP-massan eli kuumahiertämällä valmistetun mekaanisen puumassojen ja niiden fraktioiden muokkaaminen lakkaasi-entsyymillä (TMP, Thermomechanical pulp). Suomalainen TMP-massa valmistetaan kuusesta ja siinä on runsaasti muokkaamatonta ligniiniä. Kun puukuidun pinnan ligniiniä muokataan hapettavilla entsyymeillä, muodostuu kuidun pintaan reaktiivisia radikaaleja. Syntyneiden radikaalien avulla kuituihin voidaan liittää yhdisteitä, jotka antavat kuidulle uusia ominaisuuksia. Menetelmän tarjoamien mahdollisuuksien hyödyntämiseksi tarvitaan tietoa kuidun radikalisointiin ja yhdisteiden liittämiseen vaikuttavista tekijöistä

High consistency enzymatic pretreatment of eucalyptus and softwood kraft fibres for regenerated fibre products

Sustainability of regenerated cellulosic fibres could be improved by using paper grade pulp instead of dissolving pulp as a raw material in the fibre spinning process. However, the use of paper grade pulp calls for adjustment of the molar mass distribution (MMD) prior to dissolution to obtain good solubility and spinnability. The objective of this work was to adjust MMD of softwood and eucalyptus kraft pulps by enzymatic treatments at high pulp consistency. The reduction of the MMD of eucalyptus kraft pulp was found to require a nearly 30-fold higher dose of endoglucanase compared to the treatment of softwood pulp. Interestingly, when xylanase was used in combination with endoglucanase to treat eucalyptus kraft pulp, 27% of the xylan was dissolved and the required endoglucanase dose could be decreased from 0.57 to 0.06 mg/g. The endoglucanase dose could be further decreased to 0.028 mg/g when 67% of xylan was removed chemically before the enzymatic treatment. This suggests that xylan hinders endoglucanase action on eucalyptus kraft pulp. For softwood pulp, the addition of xylanase and mannanase had only a minor impact on the treatment efficiency. The different processabilities of softwood and eucalyptus kraft pulps are suggested to originate from the deviating cellulose accessibility which is affected by the fibre structures as well as their hemicellulose composition and localisation. The effect of the treatment consistency was further studied with softwood kraft pulp. Treatment at high consistency clearly enhanced the endoglucanase action whereas the effect of solid content on the hemicellulase action was modest.</p

High consistency mechano-enzymatic pretreatment for kraft fibres : effect of treatment consistency on fibre properties

Fibre reactivity is essential for cellulose dissolution and derivatisation and a porous fibre structure is one key determinant for a highly reactive pulp. Mechanical and enzymatic treatments are known to improve fibre reactivity and more recently, the combination of mechano-enzymatic treatment has been shown to synergistically enhance the beneficial effect. The aim of this work was to do a systematic study on the effect of dry matter content during enzymatic modification of fibres and define the conditions that optimally improve fibre porosity. The combined mechano-enzymatic treatments at 15-25 w% consistency had the most pronounced effect on fibre porosity and morphology analysed by solute exclusion technique, nitrogen sorption and scanning electron microscopy. Light microscopy imaging confirmed that the combined mechano-enzymatic treatment at high consistency (> 10 w%) resulted in extensive fibrillation of the treated fibres which was not observed after sole mechanical or enzymatic treatments.Peer reviewe