La biotecnología enzimática se ha aplicado en el descortezado y modificación de la fibra.
La retirada de la corteza es el primer paso en todo el procesado de la madera. Este paso consume enormes cantidades de energía. Un descortezado extenso es necesario para una alta calidad de la pasta, pues incluso pequeñas cantidades de viruta provocan el oscurecimiento del producto. Además de su alta demanda energética, el descortezado completo lleva a una pérdida de materia prima debido a tratamientos prolongados en tambores mecánicos.
La frontera entre la madera y la corteza es el cambium, el cual consiste en una sola capa de células. En todas las especies de madera estudiadas, la característica común es que el cambium incluye un alto contenido en pectinas y ausencia o un bajo contenido en lignina. El contenido de pectinas en las células del cambium varía entre las especies de madera pero puede ser tan alto como el 40 % del peso seco.
Las pectinasas han sido encontradas como la clave enzimática en el proceso, pero las xilanasas pueden también jugar un papel debido al alto contenido en hemicelulosas del floema del cambium. La energía consumida en el proceso de descortezado experimenta una reducción del 80 % después del pretratamiento con enzimas pectinolíticas. Una de las principales dificultades con el descortezado enzimático es la pobre infiltración de las enzimas en el cambium de troncos enteros.
La modificación enzimática de la fibra ayuda a disminuir la energía consumida en la producción de pastas termomecánicas y disminuir la cantidad de los productos químicos en las pastas o mejorar las propiedades de la fibra. En las pastas mecanizadas, la mayoría de la lignina y de la hemicelulosa permanece. De acuerdo a las determinaciones del ancho medio de poro de la madera sin tratar, es evidente que las modificaciones enzimáticas de la composición de la pasta pueden ser lograda solo en la superficie más exterior de la fibra. Esto fue verificado cuando las xilanasas fueron aplicadas a pastas termomecánicas. Incluso usando altas dosis de enzima, solo alrededor del 1 % de la pasta fue disuelta. Cuando lo combinamos con un pre-tratamiento alcalino, el tratamiento enzimático fue sustancialmente mejorado, y la cantidad de energía re querida para refinar la pulpa termomecánica disminuyó.
Los cambios estructurales deseados en la fibra, los cuales son creados durante el refinamiento, son fibrilaciones externas e hinchamiento de la fibra, lo cual mejora la flexibilidad y la capacidad de adhesión de las fibras. El papel de los xilanos en las propiedades de la fibra fue estudiada usando xilanasas de Sporotrichium dimorphosporum. Se observó que el valor de retención de agua, el cual describe el hinchamiento que han experimentado las fibras, se incrementó considerablemente. De este modo se reduce el gasto energético, ya que se reducen los tiempos de refinamiento hasta en un 25%. Además las propiedades de resistencia de la pasta no se encontraron afectadas.
La retirada de agua de la maquinaria de producción de papel se ha mejorado como resultado de la hidrólisis limitada de las fibras en el papel reciclado. Una mezcla de xilanasas y celulasas a baja concentración se ha visto que incrementa marcadamente el grado de refino de las fibras recicladas sin reducir considerablemente la materia prima. Así se ha mostrado que muchas celulasas y xilanasas diferentes incrementan el grado de refino, el cual muestra un rápido incremento inicial, con más de la mitad del efecto observado durante la primera media hora. Relativamente, solo se requiere una pequeña cantidad de enzima. Mientras que los efectos iniciales son altamente beneficiosos, prolongar el tiempo de reacción de la enzima es perjudicial. Desafortunadamente, la mezcla de enzimas crudas también reduce las propiedades de resistencia. Las celulasas y las xilanasas actúan la superficie de las fibras. Si el tratamiento es limitado, las enzimas retiran solo elementos que tienen una gran afinidad por el agua los cuales contribuyen poco al potencial de unión de las interfibras. Por retirada selectiva de estos componentes de la superficie, las interacciones de la pasta y el agua son reducidas y el drenaje se incrementa sin producir cambios en las propiedades finales de resistencia de la pasta. Si el tratamiento es prolongado, sin embargo, la fibrilación llega a ser pronunciada y el drenaje disminuye. Si se utilizan extensas cantidades de enzima cruda, la longitud media de las fibras se reduce y la resistencia de las fibras se pierde. Por ello, en el tratamiento se requiere un nivel de enzima óptimo, especialmente para las xilanasas, cuyo exceso puede conducir a un deterioro de las propiedades del papel.
“Application of Enzymes in the Pulp and Paper Industry” Pratima Bajpai. Biotechnol. Prog. 1999.
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