Procedimiento para la producción de madera y/o una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC.

Procedimiento para la producción de madera y/o de una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC,

caracterizado por que la madera o la materia derivada de la madera se tratan con al menos una enzima como catalizador de oxidación para iniciar una reacción de oxidación autocatalítica.

Procedimiento para la producción de madera y/o una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de madera y/o una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC. Además, la invención se refiere a madera o a una materia derivada de la madera que se produce con un procedimiento de este tipo. También es objetivo de la invención el uso de un sistema de mediador de enzima, en particular un sistema de mediador de lacasa y/o lipoxidasa para la producción de madera o una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC.

Básicamente son conocidos los procedimientos en los que se reduce el contenido de materias de extracto de madera de materiales que contienen celulosa. Las materias de extracto de madera representan una mezcla de distintos ingredientes de madera que son solubles en disolventes orgánicos polares y/o apolares y/o agua, por ejemplo, en agua, alcohol, benceno, hexano, ciclohexano, éter y/o acetona. Las materias de extracto de madera que, por lo habitual, representan de aproximadamente el 3 % al 10 % del peso de la madera contienen, por ejemplo, hidrocarburos de bajo peso molecular, terpenos, ácidos aromáticos y alifáticos, alcoholes, taninos, colorantes, proteínas, alcaloides y ligninas solubles.

Las materias de extracto de madera desempeñan un papel esencial durante el procesamiento de madera hasta dar pasta de madera así como durante la producción de papel. De este modo, las materias de extracto de madera lipófilas que están compuestas, principalmente, de ácidos grasos de cadena larga, ácidos resínicos, triglicéridos, esteroles, ésteres de esterol, ceras y alcoholes grasos (D. Fengel y G. Wegener, Wood chemistr y , ultrastructure, reactions. 1989, Berlín: Walter de Gruyter) , tienden a la formación de pequeñas gotas. Estas pequeñas gotas se pueden acumular entonces en la propia pasta de madera o en el agua residual. Además, forman deposiciones pegajosas sobre máquinas papeleras (E. L. Black y L. H. Allen, Pitch control, wood resin and deresination. 2000, Atlanta: Tappi Press) .

Los efectos que se han mencionado anteriormente son conocidos como "problemas de brea" y conducen a una vida útil reducida de máquinas así como a una mayor toxicidad del agua residual y a una calidad reducida de la pasta de madera (W. E. Hillis y M. Sumimoto, Effect of extractive on pulping. Natural products of woody plants ii, ed. J. W. Rowe. 1989: Springer Verlag. 880-920) . Además de compuestos lipófilos, las materias de extracto de madera contienen también compuestos polares, principalmente fenólicos. Estos conducen con frecuencia a decoloraciones indeseadas en pastas de madera mecánicas (J. Polcin y W. H. Rapson, Sapwood and heartwood of western hemlock and jack pine. Part ii. Heat stability of extractives, Canadian Pulp and Paper Magazine 1971, 72, 324-330) .

Pero las materias de extracto de madera no tienen un efecto negativo únicamente en la producción de pasta de madera y de papel. De este modo, las materias de extracto de madera influyen esencialmente en las propiedades de materiales que se emplean en la industria procesadora de madera, tales como, por ejemplo, las propiedades superficiales de la madera así como su comportamiento de secado o encolado.

Por consiguiente, existe una necesidad de reducir la cantidad de materias de extracto de madera en madera (en particular madera maciza) y materias derivadas de la madera (en particular tiras de madera, virutas de madera o 45 fibras de madera) , por ejemplo, para la producción de planchas de madera.

Pero la presencia de materias de extracto de madera en materiales que contienen celulosa es desventajosa también por otros motivos. De este modo, con calor, por ejemplo, en etapas de secado tales como las que se llevan a cabo habitualmente en la industria procesadora de la madera, los compuestos insaturados que aparecen en las materias 50 de extracto de madera, por ejemplo, grasas o ácidos resínicos, se oxidan mediante inducción térmica, formándose compuestos orgánicos volátiles (VOC) . Además, en particular la liberación de aldehídos de cadena corta conduce a la generación de un olor desagradable del producto final.

También a causa de la degradación química, en particular oxidativa de materias de extracto de madera se pueden 55 producir VOC. Otras fuentes de VOC son la degradación térmica y/o química de lignina, hemicelulosa o celulosa así como de resinas. La liberación de VOC se ve favorecida además también por un aumento de la superficie de la partícula durante el procesamiento de productos que contienen celulosa.

Además de emisiones de formaldehído causadas por parte del aglutinante, las emisiones de VOC desempeñan un 60 papel creciente en la valoración de las cargas de volumen de piezas constructivas y materias primas de materiales que contienen celulosa. En este caso es problemática en particular la liberación de monoterpenos, sesquiterpenos, fenoles (en particular guayacol) así como alcoholes alifáticos de bajo peso molecular y aldehídos (en particular hexanal y heptanol) que son emitidos por materiales que contienen celulosa. La emisión de VOC está sometida cada vez más, a causa de los temidos riesgos sanitarios, a restricciones. Por este motivo existe una gran necesidad en la 65 industria de la madera y del plástico de reducir las emisiones de VOC de productos que contienen celulosa.

Es conocida una serie de procedimientos físico-químicos para la retirada de materias de extracto de madera. En los últimos tiempos se han propuesto además distintos procedimientos biotecnológicos, en particular mediante el uso de enzimas, como alternativa a estos procedimientos. Los procedimientos enzimáticos presentan la ventaja de que en general son sustancialmente más selectivos, proporcionan menos productos secundarios indeseados y, habitualmente, se pueden llevar a cabo en condiciones sustancialmente más cuidadosas que los procedimientos físico-químicos. Por ello se puede evitar sustancialmente la formación de sustancias tóxicas y de otras sustancias perjudiciales. Además, el uso de enzimas evita sustancialmente el empleo de metales pesados tales como Fe o Cu como catalizadores.

En los procedimientos biotecnológicos se usan habitualmente microorganismos o enzimas producidas por microorganismos. De este modo se han ensayado, por ejemplo mutaciones albinas de hongos de coloración de la albura (sap stain fungi) (principalmente Ophiostoma spp.) , que entretanto están disponibles en el mercado, y algunos hongos de podredumbre blanca (white rot fungi) en relación con su capacidad de degradar compuestos lipófilos durante el almacenamiento (M. J. Martinez-Inigo, et al., Time course of fungal removal of lipophilic extractives from

eucalyptus globulus wood, Journal of Biotechnology 2000, 84, 119-126; M. J. Martinez-Inigo, et al., Biodegradability of extractives in sapwood and heartwood from scots pine by sapstain and white rot fungi, Holzforschung 1999, 53 (3) , 247-252; T. A. van Beek, et al., Fungal bio-treatment of spruce wood with trametes versicolor for pitch control: Influence on extractive contents, pulping process parameters, paper quality and efluent toxicity, Bioresource Technology 2007, 98, 302-311) .

También el tratamiento de pasta de madera y agua residual con enzimas mostró resultados prometedores. De este modo se usan las lipasas disponibles en el mercado desde los años 90 durante el tratamiento rutinario de pasta de madera blanda mecánica (K. Hata, et al., Mill-scale application of enzymatic pitch control during paper production. Enzymes for pulp and paper processing, ed. L. Viikari y T. W. Jeffries. Vol. 655. 1996: ACS. 280-296) . Las lipasas 25 son capaces de hidrolizar la mayoría de los triglicéridos de pasta de madera en pocas horas. Pero no son capaces de degradar ésteres de esterol y otras sustancias que forman brea. Las lacasas se han empleado también para blanquear distintas pastas de madera de papel (H. P. Call e I. Mücke, Histor y , overview and applications of mediated lignolytic systems, especially laccase-mediator-systems (lignozym-process) , Journal of Biotechnology 1997, 53, 163202) , para la modificación de fibras de madera (C. Felby, J. Hassingboe y M. Lund, Pilotscale production of fiberboards made by laccase oxidized wood fibers: Board properties and evidence for cross-linking of lignin, Enzyme and Microbial Technology 2002, 31 (6) , 736-741) y para la funcionalización de partículas de madera (K. Fackler, et al., Laccase-catalyzed functionalization with 4-hydroxy-3-methoxybenzylurea significantly improves internal bond of particle boards, Holzforschung... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de madera y/o de una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC, caracterizado por que la madera o la materia derivada de la madera se 5 tratan con al menos una enzima como catalizador de oxidación para iniciar una reacción de oxidación autocatalítica.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el catalizador de oxidación se emplea en una cantidad del 1 x 10-7 al 1 % en peso con respecto a la sustancia seca de la madera o de la materia derivada de la madera.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la madera o la materia derivada de la madera se tratan con enzima en una cantidad total de 0, 001 a 20 unidades de enzima (U) , con respecto a 1 g de sustancia seca de la madera o de la materia derivada de la madera.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que como catalizador de oxidación se emplea al menos un sistema de mediador de lacasa y/o al menos una lipoxidasa.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que como mediador se emplea ácido violurónico, ácido ferúlico (ácido trans-4-hidroxi-3-metoxicinámico) , ácido homovanílico (ácido 4-hidroxi-3

metoxifenilacético) , alcohol vanílico (alcohol 4-hidroxi-3-metoxibencílico) , TEMPO (2, 2, 6, 6-tetrametilpiperidin-1-oxilo) y/o ABTS [ácido 2, 2-azino-bis (3-etil-benztiazolin-6-sulfónico].

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que la cantidad total de mediador es del 0, 001 al 1 % en peso, con respecto a la sustancia seca de la madera o de la materia derivada de la madera. 25

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el tratamiento de la madera o de la materia derivada de la madera se lleva a cabo con el catalizador de oxidación en un medio acuoso.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el medio acuoso presenta un valor de 30 pHde4a10.

9. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que la humedad de partida de la madera o de la materia derivada de la madera se ajusta a un valor del 10 al 300 % en peso, con respecto a la sustancia seca de la madera o de la materia derivada de la madera.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el medio acuoso contiene de 0, 001 a 200 U ml-1 de enzima.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la oxidación 40 autocatalítica se lleva a cabo a una temperatura de más de 60 º C.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que como madera o materia derivada de la madera se emplean virutas de madera.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que con el catalizador de oxidación se trata solamente una parte de la superficie de la madera o de la materia derivada de la madera.

14. Madera o materia derivada de la madera, obtenible mediante un procedimiento acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13. 50

15. Uso de un sistema de mediador de enzima para la producción de madera o de una materia derivada de la madera con un contenido reducido de materia de extracto de madera y/o VOC.