Biyolojik degradasyondan kağıt hamuru endüstrisinde yararlanma

Abstract

Biyoteknolojinin kullanılabileceği büyük endüstrilerden birisi de kâğıt endüstrisidir. Biyoteknolojinin kâğıt hamuru üretimi endüstrisinde kullanılmasında, beyaz çürüklük yapan bir gurup mantarın; diğer çürüklük mantarlarının aksine, hücre çe peri bileşenlerinden lignini de degrade edebilme yeteneğinden yararlanılması amaçlanmaktadır. Biyolojik kağıt hamuru üretimi (BIOPULP) denen bu alternatif modifiye yöntemde, ligninin bir kısmını beyaz çürüklük mantarlarının biyolojik degradasyonuyla doğal yoldan hammaddeden ayırmak, geri kalanı için de daha az kimyasal madde ve enerji kullanarak kâğıt hamuru elde edilmesi düşünülmektedir (Kirk,- 1989). Biyolojik degradasyondan sağlanması düşünülen yararların hangi ölçülerde gerçekleşeceğinin belirlenmesi amacıyla, çalışmamızda beyaz çürüklük mantarlarından lignin degrade edici. enzim sistemine sahip olduğu bildirilen(Kirk, 1987; Kirk, 1988? Fışkın ve ark., 1989) Pleurotus ostreatus Jacg. seçilerek, kızılcam yongaları ve buğday saplarına aşılanmıştır. Aşılamayı takiben, mantarın gelişme evreleri boyunca 10 haftalık bir inkübasyon süresi içerisinde birer haftalık peryotlarla alınan örnekler üzerinde yapılan kimyasal analizler yardımıyla, biyolojik degradasyonun seyri belirlenmiş ve kimyasal analiz sonuçlarının değerlendirilmesi suretiyle, ligninin en cok degrade edilirken selülozun en az etkilendiği inkübasyon süreleri (01S) hammaddele re göre tesbit edilmiştir. Kimyasal, analiz sonuçlarına göre; P. ostreatus. 10 hafta lık bir inkübasyonla, kızılcam yongalarında; V. 10.29 holoselü- loz, V. 8.40 selüloz ve % 12.46 oranında da lignin degradasyonu- na neden olmuştur. Mantarın buğday saplarında neden olduğu degradasyon oranları ise; holoselülozda "/. 11.16, selülozda 7. 7.83, ligninde de 7. 24. 59' dur..VI-Toplam inkübasyon süresi sonunda, kızılcam yongalarının X l'lik NaOH'de çözünürlüğü X 7.16'dan X 16.26'ya yükselerek orijinal örneğe oranla X 127.04 oranında artarken, bu artış buğday saplarında çözünürlüğün X 36.93*ten X 46.36'ya çıkmasıyla X 25.55 olarak gerçekleşmiştir. OtS; kızılcam yongaları için inkübasyonun 3. haftasının sonu(21.gün) olarak tesbit edilirken; buğday saplarında lignin/ selüloz degradasyon oranının 6. hafta sonunda (42. gün) tüm inkü basyon süresince gerçeklesen en yüksek değeri olan 5. 5* a ulaş ması nedeniyle bu süre buğday sapları için OÎS kabul edilmiştir. Diğer yandan, 10 haftalık inkübasyon süresi sonunda mantarın kızılcam yongalarında X 3.63; buğday saplarında da X 3.22 oranında bir ağırlık kaybına neden olduğu ortaya çıkarılmıştır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre belirlenen OÎS'leri iti bariyle hammaddelerde meydana getirilen değişiklikler aşağıda verilen oranlarda gerçekleşmiştir! OîS Sonunda Orijinal örneğe Oranla Meydana Belen Değişim Kızılcam yongalarında Buğday saplarında Lignindeki Azalma....X 7. 14............X 13.73 Selülozdaki Azalma.......... X 3.67......'/. 2.55 Lignin /Selüloz Degradasyon Oranı..............1.94...............5.38 Holoselülozdaki Azalma........X 5.02.....X 9.54 X l'lik NaOH'deki Cöz. Artısı. X 68.28.....X 20.45 Ağırlık Kaybı.................7. 1.52X 1.98 Aynı zamanda önemli bir yenebilir tür olan P. ostreatus'un. tam kuru materyal ağırlığına oranla haftalık verim ortalaması, - kızılcam yongalarında X 2.63, buğday saplarında ise X 2.85 olarak gerçekleşmiş olup; yenebilir mantar üretimi, P. ostreatus'un biyolojik kâğıt hamuru üretiminde kullanılmasında bir amaç olmayıp, ancak ek bir kazanç olarak dikkate alınabilir. -VII-OÎS'ne göre aşılanarak biyodegradasyona uğratılan kızılcam yongalarından sülfat yöntemiyle; buğday saplarından da NaOH-02 yöntemiyle kâğıt hamurları üretilerek, elde edilen hamurların verim değerleri ile kimyasal ve fiziksel özellikleri; yöntemler için verilen optimum koşullar esas alınmak suretiyle sağlam örneklerden üretilen kontrol hamurlarının sonuçlarıyla karşılaş tırılmış ve böylece biyolojik ön işlemle sağlanabilecek yarar ların belirlenmesine çalışılmıştır. Yapılan değerlendirme sonuçlarına göre, biyodegrade kızıl cam yongalarından sülfat yöntemiyle kağıt hamuru üretilmesinde; 7. 16-22 sülfidite ve % 14-16 arasında aktif alkali oranlarının uygun olduğu ve 30-45 dk.lık kısa süreli pişirmelerin ise yongalarda yeterli pişmenin sağlanması için uygun olduğu belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, kontrol hamuruyl a eşdeğer elek verimi ne 7. 2.4 oranında daha az Na2S'in kullanıldığı % 16 sülfidite'- de erişilirken, aynı sülfidite oranında kappa numarasında da 21 birimlik bir iyileşme sağlandığı saptanmıştır. Ayrıca 7. 14 aktif alkali oranında da, kontrol hamuruyla eşdeğer elek veriminde, 7. 0.7 daha az Na2S ve % 1.9 daha az NaOH kullanımının yanında kappa numarasında 10-11 birimlik iyi leşme sağlandığı ve elek artığının kontrol hamuruna göre % 67 oranında azaldığı görülmüştür. Biyodegrade kızılcam sülfat hamurlarının üretiminde, pişirme süresinin kısaltılmasına parelel olarak sağlanacağı he saplanan 7. 33-42 oranında enerji tasarrufunun yanı sıra sürenin kısaltılmasının üretim kapasitesine de olumlu yönde yansıya cağı düşünülmüştür. Biyodegrade sülfat hamurlarının dövülmesinde de, kontrol hamuruna oranla 7. 2.2-16.4 arasında daha az enerjiye gerek duyulacağı hesaplanmıştır. Biyodegrade hamurların kappa numaralarının düşük olmasına da bağlı olarak parlaklık değerlerinde 7. 15-20" lere varan artışlar saptanmıştır. -VIII-Tüm bu iyileşmelere karşılık, hamurların fiziksel direne değerlerinde pişirme koşullarına bağlı olmak üzere, kopma uzunluğunda % 3-20; patlama indisinde 'L 8-32 ve yırtılma indisinde 7. 4-18 oranlarında kayıplarla karsı 1 asılmıssa da; meydana gelen direne kayıplarının pişirme koşullarının ayarlanması yi a bir ölçüde giderilebileceği izlenimi edinilmiştir. Ayrıca, elde edilen direne değerlerinin sülfit, soda ve birçok yapraklı sülfat hamurundan daha üstün olduğu da dikkate alınarak, aşırı dayanım özellikleri istenmeyen kullanım yerlerinde bu hamurların başarıyla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Biyodegrade buğday saplarından NaOH-0 2 yöntemiyle kağıt hamuru elde edilmesinde; 7. 14 NaOH oranı, 100-1 10*C maksimum pişirme sıcaklığı ve 30 dk. maksimum pişirme süresi uygun bulunmuştur. Kontrol hamuruyla eşdeğer elek verimine 7. 3.0-3.3 daha az NaOH kullanımıyla, diğer pişirme koşulları sabit tutulduğunda kontrol pişirmesinden 10-20*C daha düşük pişirme sıcaklıklarında ve 10-20 dk.lık pişirmelerle erişilebileceği saptanmıştır. Böylece, NaOH' in daha az kullanılmasıyla üretim maliyeti ve çevre kirliliği yönlerinden sağlanacak kazançların yanı sıra, daha düşük sıcaklığın uygulanmasıyla 7. 8.3-17? kısaltılan pişirme süresine bağlı olarak da 7. 50-75 arasında bir enerji tasarrufu sağlanacağı hesaplanmıştır. Diğer pişirme koşulları sabit tutulduğunda, 10 dk.lık bir pişirme süresinde bile kontrol hamuruyla eşdeğer elek verimi ve kappa numarasına sahip biyodegrade hamur elde edilebilmesi; fabrika üretim kapasitesinin biyodegrade buğday sapı kullanılması halinde 7. 300 artacağını göstermektedir. Biyodegrade hamurların parlaklık değerlerinde de kontrol hamuruna oranla % 4.8-17.9 arasında değişen artışlarla 50-57 "Â MgO parlaklık derecelerine ulaşılmıştır. -IX-Biyodegrade buğday sapı hamurlarında yukarıda verilen olumlu gelişmelere karşılık, pişirme koşullarına bağlı olmak ü- zere fiziksel direne değerlerinden kopma uzunluğunda % 5-25;- patlama indisinde % 14-30; yırtılma indisinde 7, 20-37 oranlarında düşmeler saptanmıştır. Fiziksel direnç değerlerinde saptanan düşmelerle birlikte, biyodegrade hamurların direne değerlerinin yazı, baskı ve gazete kâğıtları için ticari alanda istenilen ortalama özellikleri sağladığından, yırtılma direncinin fazla önemli olmadığı yerlerde başarıyla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.