良質な紙を製造するために、粗キシラノペクチノロジー配合物を用いた環境に優しい小麦ワラのパルプ化

Eco-friendly pulping of wheat straw using crude xylano-pectinolytic concoction for manufacturing good quality paper.

• Libin Mathew Varghese
• Sharad Agrawal
• Raksha Nagpal
• Om Prakash Mishra
• Nishi Kant Bhardwaj
• Ritu Mahajan

抄録

本研究では、小麦ワラのパルプ化におけるキシラノペクチナーゼ酵素の適性について検討した。キシラナーゼ用量400とペクチナーゼ用量120IU/gの小麦ワラ、1:10（g/ml）の材料と液体の比率、55℃の温度、3時間の処理時間、0.75％Tween 80とpH8.5で、適切なバイオパルプ化条件が最適化されました。酵素前処理は小麦ワラのパルプ化性を効率的に高め、化学パルプと比較して、収率が高く、カッパ数（15.67％）、不合格率（59.65％）の低いパルプを生成した。また、酵素で前処理した小麦ワラパルプの明度は、酵素処理していない小麦ワラパルプよりも16.04％高かった。バイオパルプ化により、100%化学処理パルプで得られたものと同様の光学的および化学的特性を達成するために、残留アルカリ含有量の増加とともにパルプ化剤を12%削減することができた。パルプの物理的特性も酵素前処理後に改善され、破裂指数（26.50%）、引裂き指数（18.22%）、破断長さ（5.56%）が増加しました。酵素＋化学薬品（88％がパルプ化学薬品）で処理したパルプは、すべての漂白段階で黄ばみが減少し、明るさと白さに改善が見られました。化学的に漂白したパルプと比較して、アルカリ量を低減したバイオパルプ（88％）は、破断長（6.63％）、二つ折り数（51.28％）、破断指数（2.83％）、破裂指数（24.31％）が高く、粘度（6.12％）、ガーリー気孔率（27.50％）が増加していた。これらの結果から、キシラノペクチノロジー酵素を用いた小麦ワラの生パルプ化は、ソーダアントラキノンパルプ化時の化学的負荷を低減し、紙の品質を向上させることが可能であることが明らかになりました。本報告は、粗キシラノペクチノロジー酵素を用いた小麦ワラの生パルプ化を実証した初めての報告である。

In this study, suitability of xylano-pectinolytic enzymes in pulping of wheat straw has been explored. The suitable biopulping conditions were optimized, with xylanase dose of 400 and pectinase dose of 120 IU/g wheat straw, 1:10 (g/ml) material to liquid ratio, 55 °C temperature, 3 h treatment time, 0.75% Tween 80 and pH 8.5. Enzymatic pretreatment efficiently increased the pulpability of wheat straw, generated pulp with higher yield, lower kappa number (15.67%) and rejections (59.65%) in comparison with chemical pulp. The brightness of pretreated wheat straw pulp with enzyme was 16.04% higher than that of the non-enzyme treated wheat straw pulp. The biopulping resulted in 12% reduction of pulping chemicals along with more residual alkali content, in order to achieve similar optical and chemical properties as obtained by 100% chemically treated pulp. Physical properties of pulp also improved after enzymatic pretreatment, increasing burst index (26.50%), tear index (18.22%) and breaking length (5.56%). The enzyme plus chemical (88% pulping chemicals) treated pulp showed improvement in brightness and whiteness, with reduction in yellowness at all bleaching stages. In comparison with chemically bleached pulp, biopulp with reduced alkali dose (88%) had higher breaking length (6.63%), double fold number (51.28%), tear index (2.83%), burst index (24.31%), along with increased viscosity (6.12%) and Gurley porosity (27.50%). These results clearly suggest that biopulping of wheat straw with xylano-pectinolytic enzymes can reduce chemical loading during soda-anthraquinone pulping and also improve the quality of paper. This is the first report demonstrating the biopulping of wheat straw using crude xylano-pectinolytic enzymes.