Das Fazit der Untersuchungen zum Einsatz von Mediatoren bei der enzymatischen Aktivierung der fasereigenen Bindekräfte zur Herstellung enzymgebundener, bindemittelfreier MDF-Platten lautet:
Mit der Verwendung von 200 U/ml Laccase und 10 mM Mediator HBA ist es möglich, im Pilotmaßstab 8 mm starke MDF-Platten mit einer Rohdichte von 800 kg/m³ bei einer Presstemperatur von 200 °C und einer Pressdauer von 5 Minuten herzustellen, die so hohe Querzug- und Biegefestigkeiten, sowie niedrige Dickenquellwerte erreichen, um die entsprechenden EN-Normen zu erfüllen. Dazu sollten die Fasern in einem Schritt besprüht (100 %), kurz inkubiert, danach unmittelbar getrocknet und verpresst werden. Die Ergebnisse aus den analytischen Untersuchungen (z. B. GPC, REM, ESR, NMR und FTIR) zum Laccase-Mediator-System, bei der eine optimale Inkubationszeit von 2 Stunden ermittelt wurde, dienen zur modellhaften Interpretation des Laccase-Mediator-Systems. In der praktischen Anwendung des Laccase-Mediator-Systems zur Herstellung enzymgebundener, bindemittelfreier MDF-Platten stellte sich heraus, dass eine Inkubationszeit von 2 Stunden nicht erforderlich ist, sondern die Inkubation nur wenige Minuten betragen kann.
Als weiterer Schritt sollte eine Übertragung der in dieser Dissertation gewonnen Ergebnisse und Erfahrungen vom Pilotmaßstab in den Industriemaßstab erfolgen. Eine mögliche industrielle Applikation und zukünftige Vermarktung von enzymgebundenen, bindemittel- und emissionsfreien MDF-Platten sollte als besonderer Anreiz für die Holzwerkstoffindustire gesehen werden.
7 Ausblick
Die Untersuchungen in dieser Dissertation haben gezeigt, dass es möglich ist, durch den Einsatz von Mediatoren die enzymatischen Aktivierung der fasereigenen Bindekräfte so zu unterstützen, dass es möglich ist bindemittelfreie MDF-Platten herzustellen, die wesentlich bessere mechanisch-technologischen Eigenschaften aufwiesen als die MDF-Platten, bei denen das Enzym ohne Mediator verwendet wurde. Letztlich konnten mit den Laccase-Mediator gebundenen MDF-Platten alle Vorgaben der hier behandelten Europäischen Normen erfüllt werden.
Als sehr geeigneter Mediator erwies sich die organische, aromatische Verbindung 4-Hydroxybezoesäure (HBA). Bei dem Vergleich verschiedener Mediatoren wurden die besten
Resultate mit HBA erzielt. Dennoch sollten für zukünftige Untersuchungen des Laccase-Mediator-Systems bei der Herstellung von MDF-Platten weitere Mediatoren ausgewählt werden, die eine nochmalige Steigerung der Effektivität des hier erprobten Systems bewirken könnten. Als geeignete Laccase- und Mediatorkonzentrationen erwiesen sich 200 U/ml Laccase und 10 mM Mediator HBA. Hier könnten weitere Versuche stattfinden, die jeweiligen Konzentrationen so aufeinander abzustimmen, dass unter guten ökonomischen Bedingungen die bestmögliche Leistungsfähigkeit des Laccase-Mediator-Systems gewährleistet wird. Die enzymgebundenen MDF-Platten wurden im Trockenverfahren an der MDF-Pilotanlage der Arbeitsgruppe Chemie und Verfahrenstechnik von Verbundwerkstoffen des Büsgen-Institutes der Universität Göttingen hergestellt. Dort sollte der Produktionsablauf der MDF-Platten weiterhin optimiert werden. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Besprühungstechnik, die Inkubationszeit und die Pressbedingungen zu werfen. In weiteren Versuchen sollte eine Erhöhung der Plattenstärke von 8 mm auf 10 mm bis zu 20 mm vorgenommen werden, ohne dass die guten mechanisch-technologischen Eigenschaften der Laccase-Mediator gebundenen MDF-Platten verloren gehen.
Eine Übertragung der Plattenproduktion vom Pilot- in den Industriemaßstab wird als wichtiges Vorhaben angesehen. Sind die Ergebnisse des Pilotmaßstabs auch im Industriemaßstab reproduzierbar, kann in einem weiteren Schritt eine industrielle Applikation Laccase-Mediator gebundener, bindemittelfreier MDF-Platten angestrebt werden.
Als Alternative zu den hier verwendeten Kiefernholzfasern bietet sich auch der Einsatz von Fasern anderer Holzarten, wie z. B. Buchen-, Fichten- oder Küstentannenholz an.
Desweiteren könnte neben dem erfolgreichen Einsatz des Laccase-Mediator-Systems bei der Produktion von MDF-Platten auch über eine Anwendung in der Holzfaserdämmstoffindustrie nachgedacht werden. Entsprechende Versuche in dieser Dissertation haben gezeigt, dass durch die enzymatische Aktivierung der fasereigenen Bindekräfte Holzfaserdämmplatten mit guter Qualität hergestellt werden können. Eine ausführliche Untersuchung für diesen weiteren Einsatzbereich sollte somit unbedingt erfolgen.
8 Literaturverzeichnis
ADLER, E. (1977): Lignin Chemistry – Past, Present and Future, Wood Sci. Technol. 11, pp.
169-218.
ANDER, P.; ERIKKSON, K.E. (1976): The importance of phenol oxidase activity in lignin degradation by the white-rot fungus Sporotrichum pulverulentum. Arch. Microbiol.
109 (1-2): 1-8.
ANDERSEN, S.O. (1985): Sclerotization and tanning cutile. In: KERKUT, G.A.; GILLERT, L.I.
(Hrsg.): Comparative insect physiology, biochemistry and pharmacology, Vol. 3.
Oxford: Pergamon Press, pp. 59-64.
BACK,E.L.(1987):The Bonding Mechanism in Hardboard Manufacture. Holzforschung 41, pp.
247-258.
BALDRIAN, P. (2006). Fungal laccases – occurence and properties. FEMS Microbiology Reviews, 30, pp. 215-242.
BALAKSHIN, M.; CAPANEMA, E.; CHEN, C.-L.; GRATZL, J.; KIRKMAN, A.; GRACZ, H. (2001):
Biobleaching of pulp with dioxygen in the laccase-mediator system – reaction mechanism for degradation of residual lignin. J. Mol. Cat. B: Enzymatic 13, pp. 1-16.
BARRECA, A.M.,SJORGEN, B.,FABBRINI, M.,GALLI, C. GENTILI, P. (2004): Catalytic efficiency of some mediators in laccase-catalyzed alcohol oxidation. Biocat. Biotrans. 22, pp. 105-112.
BARISKA, M.,PÖHLER-ROTACH, E., SEUBERT-HUNZIKER, H. (2001): Holzchemie. Holzkunde Teil 2 Vorlesungsskript des Departements Forstwissenschaften, Professur Holzwissenschaften. Eidgenössische Technische Hochschule Zürich.
BERGMANN,K. (1998): Enzymatische Aktivierung der holzeigenen Bindekräfte zur Herstellung einer bindemittelfreien Mitteldichten Faserplatte, Dissertation an der Forstwissenschaftlichen Fakultät der Georg-August-Universität Göttingen, Tectum Verlag.
BERTRAND, G., (1894): C.R. Hebd. Acad. Sci. (Paris) 118, S. 1215.
BERTRAND, G., (1896): C.R. Hebd. Acad. Sci. (Paris) 123, S. 463-465.
BLECHSCHMITD, J., BLOSZFELD, O., BÄURICH, C., ENGERT, P., GRAF, M., WURDINGER (1988):
Eigenschaften von CTMP aus einheimischen Holzarten (Teil II). Zellstoff und Papier 37 (2), S. 43-46.
BOURBONNAIS, R., PAICE, M.G. (1990): Oxidation of non-phenolic sustrates. An expanded role for laccase in lignin biodegradation. FEBS Lett. 267, pp. 99 – 102.
BOURBONNAIS, R., PAICE, M.G. (1992): Demethylation and delignification of kraft pulp by Trametes versicolor laccase in the presence of ABTS. Appl. Microbiol. Biotechnol. 36, S. 823-827.
BOURBONNAIS,R.;PAICE,M.G.;REID,I.D.;LANTHIER,P.;YAGUCHI,M. (1995): Lignin oxidation by laccase isozymes from Trametes versicolor and role of the mediator 2,2’-Azinobis(3-Ethylbenzthiazoline-6-sulfonate) in Kraft lignin depolymerization. Appl. Environ.
Microbiol. 61 (5), pp. 1876-1880.
BRUSS,M.L.,BLACK,A.L.(1978): Anal. Biochem. 84, pp. 309-312.
CALL, H.P., STRITTMATTER, G. (1992): Einsatz von Lignolytischen Enzymen in der Papier und Zellstoffindustrie – Neuere Ergebnisse. In: Das Papier, Heft 10 A.
CALL, H.P.; MÜCKE, I. (1994): Die enzymatische Bleiche mit dem Laccase-Mediator System (LMS): Labor- und Pilotversuche. In: MILETZKY, F.; BORCHERS, B.; BAUMGARTEN, H. L.
(Hrsg.): Enzymtechnik in der Papierindustrie. München: PTS. 5.1-5.9.
CALL, H.P., MÜCKE, I. (1997): History, overview and applications of mediated lignolytic systems, especially laccase-mediator-systems (Lignozym-process). J. Biotechnol. 53, pp. 163–202
CAMARERO, S., IBARRA, D., MARTINEZ,M.J., MARTINEZ, A.T. (2004): Lignin-derived Compounds as Efficient Laccase Mediators for Decolorization of Different Types of Realcitrant Dyes. Applied and Environmental Microbiology, April 2005, pp. 1775-1784.
CASTRO,A.I.R.P.,EVTUGUIN,D.V.,XAVIER,A.M.B.(2003): Degradation of biphenyl lignin model compounds by laccase of Trametes versicolor in the presence of 1-hydroxybenzotriazole and heteropolyanion [SIW11VO40](5). J. Mol. Catal. B –Enz.
22, pp. 13-20.
CHAKAR, F.S., RAGAUSKAS,A.J.(2004): Biobleaching Chemistry of laccase-mediator systems on high-lignin-content kraft pulps. Can. J. Chem. 82, pp. 344-352.
CHANDRA,R.P., FELBY,C., RAGAUSKAS,A.J. (2004): Improving laccase-facilitated grafting of 4-hydroxybenzoic acid to high –kappa kraft pulps. Journal of Wood Chemistry and Technology, 24, 69-81.
CHEFETZ, B.; CHEN, Y.; HADAR, Y. (1998): Purification and characterization of laccase from Chaetomium thermophilum and its role in humification. Appl. Environm. Microbiol. 63, pp. 3444-3450.
CHILDS, R.E., BARDSLEY, W.G. (1975): Biochem. J. 145, pp. 93-103.
CLAUS, H. (2003). Laccases and their occurrence in prokaryotes. Archives of Microbiology, 179, pp. 145-150.
CLAUS, H. (2004). Laccases: structure, reactions, distribution. Micron, 35, pp. 93-96.