MỞ ĐẦU
Trong lịch sử nhân loại, phát minh ra giấy là một mốc quan trọng trong
quá trình tiến bộ và hoàn thiện của loài người. Nhu cầu tiêu thụ giấy tăng theo
sự phát triển của xã hội. Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông
tin tưởng chừng sẽ thay thế một phần lớn tiêu thụ giấy, nhưng thực tế lại
không hoàn toàn như vậy, bởi kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng vẫn
chưa có phương pháp lưu trữ nào tốt hơn là lưu trên giấy. Thống kê của các
nước phát triển cho thấy, trong tổng lượng gỗ thu hoạch để sử dụng trong
công nghiệp thì 42% dùng cho sản xuất giấy, và tỷ lệ này được đoán sẽ
tăng lên 50% trong 50 năm tới. Chỉ tính riêng các quốc gia có nền công
nghiệp phát triển, với dân số chiếm khoảng 20% dân số thế giới, thì đã tiêu
thụ 87% lượng giấy in và viết. Sản lượng của khu vực bột giấy, giấy và in ấn
toàn cầu dự kiến sẽ tăng 77% từ 1995 đến 2020
[http://www.greenamerica.org].
Trong hoạt động công nghiệp nói chung, sản xuất bột giấy và giấy tiêu
thụ nước nhiều nhất, và đứng thứ ba (sau công nghiệp hóa chất và thép) về
thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Quá trình chế biến từ gỗ thành giấy trắng phải
qua nhiều công đoạn xử lý bằng hóa chất, trong đó sử dụng các tác nhân oxy
hóa chứa clo để tẩy trắng bột giấy. Vì vậy, nhiều hợp chất hữu cơ chứa clo rất
độc hại được tạo ra và đi vào nước xả thải, khiến cho công nghiệp giấy cũng
là một ngành sản xuất có thể gây ô nhiễm môi trường nặng nề.
Ở Việt Nam, ngành công nghiệp giấy còn phát triển chậm so với thế
giới cả về trình độ và quy mô sản xuất. Cả nước có khoảng 300 doanh nghiệp,
chủ yếu là các doanh nghiệp vừa và nhỏ, trình độ công nghệ lạc hậu. Tổng sản
lượng bột giấy và giấy là xấp xỉ 787.000 tấn/ năm. Nhiều sản phẩm giấy với
chất lượng cao phải nhập khẩu với số lượng khoảng 500.000 tấn/ năm. Trong
lộ trình phát triển ngành giấy, Việt Nam đặt mục tiêu đạt 600.000 tấn bột giấy
vào năm 2010 và 1.800.000 tấn vào năm 2020, nghĩa là cần có sự gia tăng sản
xuất gấp 2 ÷ 3 lần. Điều này đồng nghĩa với gia tăng nguy cơ gây ô nhiễm
môi trường trầm trọng hơn mức hiện nay, nếu như phát triển sản xuất không
đi kèm với áp dụng các công nghệ thân thiện với môi trường và tăng cường
giám sát việc xử lý chất thải của nhà máy.
Trong những năm gần đây, ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất
giấy được quan tâm nghiên cứu nhằm xây dựng các quy trình thân thiện với
môi trường hơn. Các enzyme phân hủy lignin có nguồn gốc từ vi sinh vật như
laccase, lignin peroxidase, mangan peroxidase và một số loại khác có thể
được tích hợp vào quá trình sản xuất nhằm giảm sử dụng hóa chất và nâng
cao chất lượng của bột giấy tẩy trắng. Tính khả thi của công nghệ tạo enzyme
tái tổ hợp cho phép cải thiện quá trình sản xuất enzyme nhờ tăng hiệu suất
sinh tổng hợp, tăng hiệu suất thu hồi enzyme do giảm hay loại bỏ các phản
ứng phụ và tăng cường chức năng hoạt động của enzyme, ví dụ cải thiện tính
ổn định của hoạt tính v.v.
Chúng tui thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzyme
lignin peroxidase và laccase từ vi sinh vật tái tổ hợp để ứng dụng trong công
nghiệp sản xuất giấy” với mong muốn góp phần vào sự phát triển của công
nghiệp sản xuất enzyme và đặc biệt là phát triển ứng dụng enzyme trong công
nghiệp sản xuất bột giấy ở nước ta. Các nội dung chính của đề tài là tạo chủng
vi sinh vật tái tổ hợp sinh tổng hợp hai enzyme lignin peroxidase và laccase;
nghiên cứu xây dựng quy trình lên men sản xuất enzyme và thử nghiệm sử
dụng enzyme trong tẩy trắng bột giấy và xử lý nước thải rửa bột giấy ở quy
mô phòng thí nghiệm.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1. LIGNIN
1.1. Lignin trong tự nhiên
Trong thành phần của gỗ bao gồm nhiều hợp chất, chủ yếu là các chất
trích ly, hydratcacbon và lignin. Các thành phần này được phân bố không đều
nhau, tùy thuộc vào các mô và bộ phận của cây. Từ "lignin" có nguồn gốc từ
tiếng Latin lignum, nghĩa là "gỗ".
Lignin là polyme phenylpropanoid phức tạp, được cấu trúc từ ba rượu
thơm coniferyl, sinapsyl và p-coumaryl. Các tiền chất này tạo nên các tiểu
đơn vị (subunit) guaiacyl-, syringyl- và p-hydroxyphenyl- của phân tử lignin.
Phân tử lignin được mô tả có dạng lưới ba chiều ngẫu nhiên với những đơn vị
được kết nối rất phức tạp (hình 1). Lignin là một trong số những vật liệu sinh
học phong phú nhất trên trái đất, chỉ đứng sau cellulose và hemicellulose và
chiếm 15 ÷ 25% sinh khối khô của thực vật. Đại phân tử này đóng vai trò rất
quan trọng đối với cây. Lignin tạo độ cứng cho cây, làm giảm sự thẩm thấu
của nước qua thành tế bào mô xylem, bảo đảm vận chuyển nước và dinh
dưỡng trong cây. Lignin còn ngăn cản sự xâm nhập của các enzyme phân hủy
qua thành tế bào thực vật, nhờ đó bảo vệ cây khỏi bị phân hủy. Khi cây chết
đi, lignin bị phân hủy chậm nhất so với các thành phần khác của cây và nhả
dần cacbon vào môi trường tự nhiên.
