Legno cellulosa Carta Carta riciclata Pulping Processo chemiotermomeccanico (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione meccanica) Processo Kraft (Calore, solfuro sodico, basi) Lignina (80%), black liquor (fenoli) cellulosa ENERGIA Prodotti ad alto valore aggiunto Sbianca Carta stampa giornali Disinchiostrazione IMBALLAGGI Carta riciclata

INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA: Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, ENZIMI DIMINUIRE costi + AUMENTARE competitività + MANTENERE elevate produzioni Utilizzo SOSTENIBILE di risorse rinnovabili Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, ENZIMI Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere: efficiente; economicamente interessante (costi enzima e downstream); privo di barriere tecniche (pH, T a cui usare enzima) (si accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del processo)

Legno cellulosa Carta Carta riciclata Pulping Processo chemiotermomeccanico (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione meccanica) Processo Kraft (Calore, solfuro sodico, basi) Lignina (80%), black liquor (fenoli) cellulosa ENERGIA Prodotti ad alto valore aggiunto Sbianca Carta stampa giornali Disinchiostrazione IMBALLAGGI Carta riciclata

BIOTECHNOCAL TOOLS FOR FIBRE MATERIAL ENGINEERING Potential substrate Action Mechanisms of Application in wood pulp modification Enzymes Cellulases Cellulose Xylanase Xylan Mannanase Glucomannan Lipases Triglycerides Oxidases - Laccase Lignin, lignan in DCS - Peroxidase Lignin, lignan in DCS - Tyrosinase Lignin ? - Galactose oxidase Galactoglucomannans in fibres and in DCS Transferases Hemicelluloses Esterases (e.g. XET) etc. Proteins hydrophobins Binding to surfaces Incerased hydrophobisity Process aids? Hydrophobisation? swollenins Cellulose Loosening of cellulose fibril structure? Fibre engineering? Specific hydrolysis Surface specific action Process aids & Specific hydrolysis Surface specific peeling analytical tools Specific hydrolysis Surface specific peeling - " - Specific hydrolysis Removal of extractives - " - Process aids & functionalisation - " - - " - Functionalisation Formation of radicals Covalent linkage due Formation of radicals to radical reaction Formation of quinone Quinone based linkages Formation of ketones Ketone and its further reactions Transfer reactions Transfer of activated of esterases etc. group

SBIANCA PRE-SBIANCA: XILANASI Agenti clorurati; H2O2, O3 rottura legami covalenti lignina-emicellulose > accesso a lignina combinate + trattamenti ciclici  ottimi risultati (riciclare enzima) nuove: da termofili e alcalofili; DNA ricombinante studi di struttura-attività enzima

Disinchiostrazione: Cellulasi (modificate; separano inchiostro da fibre) + surfattanti Rimozione Stickies: polimeri (resine acriliche, polivinilacetato, PE, PP) da adesivi, inchiostri, film plastici; formano agglomerati con le fibre; riducono qualità carta, rallentano tempo macchina Rimozione meccanica (centrifugazione) Controllo carta in entrata Agenti chimici Enzimi lipolitici prima/durante pulping + adsorbenti (bentonite, …) lipasi, proteasi, emicellulasi, amilasi (Bork, K., et al., 2002. WO02095127); laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June 2007)

Rimozione depositi microbici: Slime aerobico/anaerobico da acque riciclate causa blocco macchine; Biocidi per prevenire formazione matrice (proteasi, lipasi, amilasi) Detossificazione acque di cartiera: Laccasi per degradare fenoli e derivati di lignina in black liquor (FONT, X., et al., 2003. J Chem Technol Biotechnol, 78, 548–554)

Manganese perossidasi Lignina perossidasi, Manganese perossidasi trattamento con funghi (ARCHIBALD, F.S. et al., 1997. J Biotechnol, 53, 215–236) MnP  H2O2  > brillantezza carta combinazioni MnP – xilanasi Laccasi facile produzione; in commercio alcali  laccasi; xilanasi  laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June 2007) nuove laccasi (Azospirillum spp, Bacillus subtilis); nuovi mediatori O2 2 H2O Laccasi Ridotta Ossidata Mediatore Ossidato Ridotto Lignina

Non-enzymatic reactions LACCASI Laccases catalyse the oxidation of diphenols, substituted phenols, polyphenols, amines, and many others including fibre bound lignin Laccases can be used to activate, i.e. radicalise, the surface lignin of lignin-rich wood pulps OH O • O e - e - laccase OH OH O O2 + 4e- + 4H+  2 H2O Non-enzymatic reactions

A STRUCTURAL SCHEME FOR SOFTWOOD LIGNIN FRAGMENTS Brunow et al., 1998 Laccase oxidation of lignin Phenoxy radical formation Depolymerisation Polymerisation

CHEMO-ENZYMATIC FUNCTIONALIZATION OF FIBRES PRINCIPLE OF THE METHOD Bonding of functional chemistry to activated fibre surfaces Modification occurs via surface lignin Activation by enzymatic or chemical means Based on fast radical reactions METHOD CAN BE EXPLOITED IN Enhancing inherent fibre properties Creating completely new fibre properties Lignin on TMP fibre

FUNCTIONALISATION OF FIBRES BY CHEMO-ENZYMATIC MEANS Enzymatic/chemical oxidation of fibres Enzymatic/chemical oxidation of additives Activation of fibres Activation of additives Tailor-made fibres

FUNCTIONALISATION OF FIBRES 1. fibre 2. 3. = Component with selected properties = Linker component between fibre and component with selected properties