Estudio del refinado de pastas de papel utilizando mtodos biotecnolgicos (enzimas)

Tesis doctoral

Edith Marleny Cadena Chamorro

Terrassa, 2008

Universidad Politcnica de Catalua

Escuela Tcnica Superior de Ingeniera Industrial y Aeronutica de Terrassa

Departamento de Ingeniera Textil y Papelera

El Doctor ANTONIO LUIS TORRES LPEZ, Catedrtico de Universidad del

Departament de Enginyeria Txtil i Paperera de la Universitat Politcnica de

Catalunya

CERTIFICA:

que Edith Marleny Cadena Chamorro, Ingeniera Qumica,

ha realizado bajo su direccin el trabajo de investigacin

titulado Estudio del refinado de pastas de papel utilizando

mtodos Biotecnolgicos (Enzimas) que presenta para optar al

grado de Doctor.

Y para que as conste expide el presente certificado en Terrassa

a 21 de Noviembre de 2008.

Antonio Lus Torres Lpez

Catedrtico de Universidad

A mis padres y familia

Al recuerdo de mis abuelos

AGRADECIMIENTOS

La tesis realizada en los laboratorios de la especialidad Papelera y Grfica del Departamento de Ingeniera Textil y Papelera de la Universidad Politcnica de Catalua, se ha realizado gracias a la financiacin del Programa ALBAN becas de alto nivel de la Unin Europea para Amrica Latina N E04D036666CO; a las Becas UPC de investigacin para finalizacin de la tesis doctoral; y a los siguientes proyectos:

Proyecto nacional CICYT CTQ2004-07560-C02-01 (REFILAB) Estudio y optimizacin de nuevos procesos de refinado y blanqueo de pastas de papel reciclado aplicando mtodos biotecnolgicos

Proyecto nacional CTQ2005-08925-C02-01 (ENZPULP) Desarrollo de nuevos procesos de blanqueo de pastas para papel de alta calidad e inters estratgico utilizando sistemas enzimticos mejorados

Proyecto europeo NMP2-CT-2006-026456 (BIORENEW) White Biotechnology for added value products from renewable plant polymers: Design of tailor-made biocatalysts and new industrial processes

Proyecto nacional CTQ2007-68003-C02-01 (BIOFIBER) Optimizacin de nuevos procesos de reciclado de papeles ECF y TCF incluyendo tratamientos enzimticos

Estos aos de tesis se han convertido en una experiencia enriquecedora e inolvidable, y detrs de ella he recibido el apoyo constante de muchas personas, su ayuda ha sido indispensable en este proceso, a todos muchas gracias por darme la oportunidad de crecer a nivel profesional y personal. Especiales agradecimientos:

Al Dr. Antonio L. Torres, director de esta tesis, por su gran orientacin en el desarrollo de esta investigacin, y por recibir un continuo apoyo. Las horas invertidas en transmitirme sus conocimientos son incontables, horas agradables que me han permitido adquirir experiencia en el campo cientfico y tambin en el personal; horas que siempre sern recordadas. Estoy inmensamente agradecida por su confianza, dedicacin, por sus consejos y por pensar en mi bienestar y futuro.

A la Dra. Teresa Vidal por su valioso aporte a la realizacin de este proyecto; su gran vitalidad y acertados consejos han permitido sacar muy buenos resultados y hacer que la investigacin sea muy agradable, por permitirme seguir en el grupo de investigacin y mil gracias por su confianza, por el apoyo, por cuidarnos y animarnos constantemente.

A los Drs. Javier Pastor, Pilar Daz y a Iulia Chiriac del Departamento de Microbiologa de la Facultad de Biologa de la Universidad de Barcelona por suministrar las celulasas, por vuestra disponibilidad para transmitir los amplios conocimientos biotecnolgicos; y por los buenos momentos que hemos compartido en reuniones y viajes inolvidables.

Al Dr. Josep F. Colom por estar pendiente del desarrollo de esta tesis, por sus consejos, confianza, tiempo y disponibilidad para transmitir sus experiencias y amplios conocimientos.

A los Drs. Blanca Roncero y Jos Antonio Garca Hortal por su buena disposicin para resolver cualquier problema e inquietud, por transmitirme sus conocimientos, y prcticas orientaciones investigativas.

A Antonio Clemente y Adrian Oliva, por la constante ayuda y disponibilidad para la consecucin del material de laboratorio y por la introduccin en los mtodos experimentales y equipos; por el buen humor que hacen que los momentos compartidos sean inolvidables.

Al Grupo empresarial ENCE, por suministrar las pastas papeleras para realizar los estudios de refinado. A NOVOZYMES por suministrar la lacasa, a la Universidad Complutense de Madrid y Torraspapel S.A por su colaboracin para realizar los refinados en el estudio del acondicionamiento de superficies.

A Mercedes Escusa del Departamento de Ingeniera Textil y Papelera, por su colaboracin en las sesiones de microscopia electrnica de barrido (SEM).

A Cris y Ursula, por recibirme con los brazos abiertos en el laboratorio, e introducirme en los mtodos experimentales, gracias por brindarme vuestra

amistad, compartir las mltiples alegras, por ser tan especiales y transmitirme constantemente la cultura catalana, y por supuesto un poquito de la brasilea.

A Jordi, muchas gracias por tu confianza, alegra y tu disposicin para escucharme y dar tu opinin; por las horas y horas agradables que dedicamos al laboratorio y despacho para descubrir el mundo de las fibras y sacar adelante a misin imposible.

A los chicos de papel: Amandita, Elisabetta, Glria, Diego, Carlos por sorprenderme cada da con las mltiples historias, aventuras y experiencias, ancdotas que le dan chispa a la vida; son personas maravillosas de las cuales estoy muy agradecida por vuestra disposicin; y por los agradables e inolvidables momentos compartidos dentro y fuera del laboratorio.

A Maria, Slvia y Rosa, por la gran disponibilidad para realizar trmites y gestiones administrativas; por el buen humor, confianza y amabilidad; y a los chicos de proyectos que dejan su huella en el laboratorio (Giulio, Albert, Josep, Jose,).

A mis amigos, Paula por estar siempre all y transmitirme tu alegra y energa; Anita, Lina, Rodo indescriptible alegra encontrarlos en mi camino; a los chicos de Terrassa los cuatro J & Compaa por los gratos momentos que hemos pasado en nuestros das de alta culinaria y festejos, en especial a Javier gracias por tu confianza y amistad. A to Fabio, Sensen y Liz por los inolvidables momentos compartidos; a todos los que se han cruzado en mi camino para dejar muy buenos recuerdos; y a los amigos que estn a miles de kilmetros a quienes les debo sus mensajes sin importar la distancia.

A mi segunda familia, Maga y Javi, eternamente agradecida por adoptarme en vuestro hogar y tratarme con mucho cario, mil gracias por todo el apoyo, por los acertados consejos, y por estar pendientes en todo momento. Igualmente a la familia de Javi por toda su gentileza.

Especiales agradecimientos a mis padres, quienes siempre han confiado en mi, por su cario y generosidad, y por estar siempre conmigo animndome continuamente y vivir esta gran experiencia juntos; y a mis hermanos por todo el cario, por escucharme y siempre enviarme buena energa.

Nomenclatura

%Crl ndice de cristalinidad

%IRA ndice de retencin de agua

Potencial Zeta

A Absorbancia

CBD3b Dominio de unin a celulosa de la enzima Cel9B

Cel48C Tratamientos con la enzima exoglucanasa

Cel9B Tratamientos con la enzima endoglucanasa

DC Demanda catinica

E Etapa de extraccin alcalina

ECF Secuencia de blanqueo libre de cloro elemental (Elemental Chlorine Free)

Fn3 Dominio de unin a fibronectina de la enzima Cel9B

g p.s. Gramos de pasta seca

GH9-CBD3c Dominio cataltico de la enzima Cel9B

HBT 1-hidroxibenzotriazol, mediador

HexAs cidos hexenurnicos

I Intensidad

IU/g p.s. Unidades de enzima por gramos de pasta seca

IU/kg p.s. Unidades de enzima por kilogramo de pasta seca

k Tratamientos control

kLR Tratamiento control del sistema lacasa-mediador y etapa reductora

L Tratamiento con el sistema lacasa-mediador

L*a*b* Coordenadas cromticas

LE Extraccin alcalina posterior al tratamiento sistema lacasa-mediador

LE_HexAs Remocin qumica de HexAs posterior a la secuencia LE

LHBT Tratamiento sistema lacasa-mediador, con mediador HBT

LL Longitud media aritmtica de fibra ponderada en longitud

Ln Longitud media aritmtica de fibra

LR Tratamiento sistema lacasa-mediador y etapa reductora

LRE Tratamiento sistema lacasa-mediador, etapa reductora y extraccin alcalina

NK Nmero kappa

NKHexAs Nmero kappa debido a los cidos hexenurnicos

NKLig Nmero kappa debido a la lignina residual

NKOE Nmero kappa debido a otras estructuras

SR Grado Schopper-Riegler

Pb Bendtsen Permeabilidad Bendtsen

PFI Equipo de refinado

PI Pasta inicial

R Etapa reductora con NaBH4

rev. Nmero de revoluciones

SEM Microscopa electrnica de barrido

TCF Secuencia de blanqueo totalmente libre de cloro (Totally Chlorine Free)

TCF_HexAs Pasta TCF sin contenido de cidos hexenurnicos

TLC Cromatografa en capa fina

Visc. Viscosidad especfica

Wn Ancho medio aritmtica de la fibra

XRD Difraccin de rayos X

NDICE

RESUMEN

CAPTULO 1. INTRODUCCIN Y OBJETIVOS 1-1

1.1 PASTAS DE FRONDOSAS 1-1

1.1.1 Constituyentes de las fibras celulsicas 1-3

1.2 FABRICACIN DE PAPEL 1-4

1.2.1 Obtencin de pastas y blanqueo 1-5

1.2.2 Proceso de Refinado 1-7

1.3 BIOTECNOLOGA EN LA INDUSTRIA PAPELERA 1-9

1.4 OBJETIVOS 1-13

1.5 BIBLI