Evaluación del uso de cócteles enzimáticos comerciales en la conversión de pulpa grado papel a pulpa grado soluble de eucalipto para elaboración de hidrogeles de celulosa.
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Date
2023
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Volume Title
Publisher
Universidad de Concepción.
Abstract
Cellulosic pulp obtained from wood through pulping processes is the raw material for paper grade and dissolving pulp production. Dissolving pulp is used to obtain different biodegradable derivatives such as cellulose hydrogels. Currently, chemical treatments are used for the conversion of paper grade pulp to dissolving grade pulp but more sustainable alternatives as enzymatic treatments have also been tested. This work evaluated the effect of enzymatic treatments on bleached Eucalyptus Kraft pulp using the commercial cocktails Cellic CTec2 and Cellic CTec 3, and a monocomponent cellulase from Trichoderma reesei; comparing their effect on dissolving grade pulp obtained from a purification and activation with acid hydrolysis. The objective was to obtain soluble grade pulps of superior quality by means of the enzymatic treatments, to elaborate cellulose-based hydrogels and their adsorption capacity of methylene blue dye. For this purpose, the intrinsic viscosity, carboxyl content and supramolecular structure of the treated pulps were determined, as well as the bulk density, porosity, and adsorption capacity of the hydrogels in different concentrations of methylene blue. After the application of the commercial enzyme preparations (10 and 100 U), it was possible to obtain soluble grade pulp from paper grade pulp, and subsequently the elaboration of cellulose hydrogels. The analysis of the chemical and supramolecular properties of the treated eucalyptus pulps and hydrogels showed an improvement when applying a dose of 10 U of endoglucanases from T. reesei (EGTr), presenting a higher carboxyl content (0.1391 mmol/g), a 17.61% decrease in intrinsic viscosity and a degree of crystallinity of 85.6 in pulps. These hydrogels showed a lower density (0.0437 g/cm3), higher porosity (96.92%) and maximum methylene blue adsorption capacity (22.90 mg/g) as compared with those from pulps treated with Cellic CTec enzymatic multicomponents (16.15 to 20.43 mg/g) and from the chemical treatment by alkaline extraction and acid hydrolysis (17.06 mg/g). The preparation of endoglucanases from T. reesei represents the best alternative among the commercial enzyme cocktails tested to replace chemical treatments under the conditions used in this study, for the modification of eucalyptus pulp intended for the elaboration of biomaterials, such as hydrogels with dye adsorption capacity.
La pulpa celulósica obtenida desde madera mediante procesos de pulpaje es la materia prima para la producción de pulpa grado papel y pulpa grado soluble. La pulpa grado soluble es utilizada para la obtención de diferentes derivados biodegradables como hidrogeles de celulosa. Actualmente se utilizan tratamientos químicos para la conversión de pulpa grado papel a pulpa grado soluble y como posibles alternativas más sustentables, se han probado diferentes tratamientos enzimáticos. Este trabajo evaluó el efecto de tratamientos enzimáticos en pulpa Kraft blanqueada de Eucalyptus utilizando los cócteles comerciales Cellic CTec2 y Cellic CTec 3, y celulasa monocomponente de Trichoderma reesei; comparando su efecto en la pulpa grado soluble obtenida desde una purificación química y activación con hidrólisis ácida. El objetivo consistió en obtener pulpas grado soluble de calidad superior mediante los tratamientos enzimáticos, para elaborar en base a ellas hidrogeles de celulosa y estudiar su capacidad de adsorción del colorante azul de metileno. Para esto se determinó la viscosidad intrínseca, contenido de carboxilos y la estructura supramolecular de las pulpas tratadas, así como la densidad aparente, porosidad y capacidad de adsorción de los hidrogeles en diferentes concentraciones de azul de metileno. Tras la aplicación de los preparados enzimáticos comerciales (10 y 100 U) se logró obtener pulpa grado soluble a partir de pulpa grado papel, y posteriormente la elaboración de hidrogeles de celulosa. El análisis de las propiedades químicas y supramoleculares de las pulpas de eucalipto tratadas y de los hidrogeles, evidenció una mejora al aplicar una dosis de 10 U de endoglucanasas de T. reesei (EGTr), presentando un mayor contenido de carboxilos (0,1391 mmol/g), una disminución del 17,61% de la viscosidad intrínseca y un grado de cristalinidad de 85,6 en el caso de las pulpas. En el caso de los hidrogeles, éstos presentaron una menor densidad (0,0437 g/cm3 ), una mayor porosidad (96,92%) y capacidad máxima de adsorción de azul de metileno (22,90 mg/g) que los resultantes de las pulpas tratadas con los multicomponentes enzimáticos Cellic CTec (16,15 a 20,43 mg/g) y con el tratamiento químico con extracción alcalina e hidrólisis ácida (17,06 mg/g). El preparado de endoglucanasas de T. reesei representa la mejor alternativa entre los cócteles enzimáticos comerciales probados para reemplazar los tratamientos químicos en las condiciones utilizadas en este estudio, para la modificación de pulpa de eucalipto destinada a la elaboración de diversos biomateriales, como los hidrogeles con capacidad de adsorción de colorantes.
La pulpa celulósica obtenida desde madera mediante procesos de pulpaje es la materia prima para la producción de pulpa grado papel y pulpa grado soluble. La pulpa grado soluble es utilizada para la obtención de diferentes derivados biodegradables como hidrogeles de celulosa. Actualmente se utilizan tratamientos químicos para la conversión de pulpa grado papel a pulpa grado soluble y como posibles alternativas más sustentables, se han probado diferentes tratamientos enzimáticos. Este trabajo evaluó el efecto de tratamientos enzimáticos en pulpa Kraft blanqueada de Eucalyptus utilizando los cócteles comerciales Cellic CTec2 y Cellic CTec 3, y celulasa monocomponente de Trichoderma reesei; comparando su efecto en la pulpa grado soluble obtenida desde una purificación química y activación con hidrólisis ácida. El objetivo consistió en obtener pulpas grado soluble de calidad superior mediante los tratamientos enzimáticos, para elaborar en base a ellas hidrogeles de celulosa y estudiar su capacidad de adsorción del colorante azul de metileno. Para esto se determinó la viscosidad intrínseca, contenido de carboxilos y la estructura supramolecular de las pulpas tratadas, así como la densidad aparente, porosidad y capacidad de adsorción de los hidrogeles en diferentes concentraciones de azul de metileno. Tras la aplicación de los preparados enzimáticos comerciales (10 y 100 U) se logró obtener pulpa grado soluble a partir de pulpa grado papel, y posteriormente la elaboración de hidrogeles de celulosa. El análisis de las propiedades químicas y supramoleculares de las pulpas de eucalipto tratadas y de los hidrogeles, evidenció una mejora al aplicar una dosis de 10 U de endoglucanasas de T. reesei (EGTr), presentando un mayor contenido de carboxilos (0,1391 mmol/g), una disminución del 17,61% de la viscosidad intrínseca y un grado de cristalinidad de 85,6 en el caso de las pulpas. En el caso de los hidrogeles, éstos presentaron una menor densidad (0,0437 g/cm3 ), una mayor porosidad (96,92%) y capacidad máxima de adsorción de azul de metileno (22,90 mg/g) que los resultantes de las pulpas tratadas con los multicomponentes enzimáticos Cellic CTec (16,15 a 20,43 mg/g) y con el tratamiento químico con extracción alcalina e hidrólisis ácida (17,06 mg/g). El preparado de endoglucanasas de T. reesei representa la mejor alternativa entre los cócteles enzimáticos comerciales probados para reemplazar los tratamientos químicos en las condiciones utilizadas en este estudio, para la modificación de pulpa de eucalipto destinada a la elaboración de diversos biomateriales, como los hidrogeles con capacidad de adsorción de colorantes.
Description
Tesis presentada para optar al grado Magister en Ciencias Forestales.