TCC I - Loren

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LOREN BEATRIZ MATIAS JAMUCHEWSKI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA VISANDO 
AUMENTAR A RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS 
PAPÉIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Telêmaco Borba - PR 
2022 
 
 
 
LOREN BEATRIZ MATIAS JAMUCHEWSKI 
 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA VISANDO 
AUMENTAR A RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS 
PAPÉIS 
 
 
Monografia apresentada à Faculdade de 
Telêmaco Borba como requisito parcial à 
obtenção do grau de Bacharel em 
Engenharia Química. 
 
Orientadora: Ana Carolina Nascimento 
Co-orientador: Osvaldo Vieira 
 
 
 
 
 
 
 
Telêmaco Borba - PR 
2022 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jamuchewski, Loren 
S578g 
 
Análise da atividade enzimática visando aumentar a resistência 
mecânica dos papéis / Loren Beatriz Matias Jamuchewski. – 
Telêmaco Borba, PR. 2022. 
 
 Orientadora: Ms. Ana Carolina Nascimento . 
Monografia (TCC), Graduação em Engenharia Química – 
Faculdade de Telêmaco Borba. 
Bibliografia: f. 
 
 
 
 
 CDD 658 
 
 
 
 
LOREN BEATRIZ MATIAS JAMUCHEWSKI 
 
 
 
ANÁLISE DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA VISANDO 
AUMENTAR A RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS 
PAPÉIS 
 
Monografia apresentada ao Centro 
Universitário UNIFATEB como requisito 
parcial à obtenção do grau de Bacharel 
em Engenharia Química 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMISSÃO EXAMINADORA 
 
 
______________________________________ 
Prof. Ms. Ana Carolina Nascimento 
 Centro Universitário UNIFATEB 
 
 
______________________________________ 
Prof. Bianca Sandrino 
Centro Universitário UNIFATEB 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Telêmaco Borba, 30 de junho de 2022 
 
 
 
 
JAMUCHEWSKI, Loren ANÁLISE DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA VISANDO 
AUMENTAR A RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS PAPÉIS (Trabalho de Conclusão de 
Curso) – Centro Universitário UNIFATEB, 2022 
 
 
RESUMO 
As enzimas são uma alternativa para a melhoria no consumo energético de uma 
planta de fabricação de celulose, pois aceleram o processo e melhoram a qualidade 
do produto final. A análise dos efeitos da atividade enzimática (celulase) nas 
propriedades físico-mecânicas das polpas de papéis, é feita pontuando as 
vantagens do uso de enzimas e as diferenças em polpa de papel refinada e não 
refinada. As enzimas têm o objetivo de desagregar as fibras de forma que ajuda na 
fase de preparação para a fabricação de papel, a celulase catalisa a hidrólise no 
processo da celulose. Contudo as propriedades analisadas serão tração, estouro 
(teste Mullen), teste de permeabilidade ao ar (Gurley) e resistência ao rasgo. Será 
realizado um comparativo dos efeitos da enzima nas propriedades em folhas de 
polpa refinada e não refinada. 
Palavras-chave: enzimas, polpas de papel, resistência mecânica, refino. 
 
 
JAMUCHEWSKI, Loren ANALYSIS OF ENZYMATIC ACTIVITY AIMING TO 
INCREASE THE MECHANICAL STRENGTH OF PAPERS (Course Completion 
Work) – Centro Universitário UNIFATEB, 2022 
 
 
ABSTRACT 
Enzymes are an alternative for improving the energy consumption of a pulp 
manufacturing plant, as they accelerate the process and improve the quality of the 
final product. The analysis of the effects of enzymatic activity (cellulase) on the 
physico-mechanical properties of paper pulp is made by pointing out the advantages 
of using enzymes and the differences between refined and unrefined pulp. Enzymes 
have the objective of breaking down the fibers in a way that helps in the preparation 
phase for the manufacture of paper, cellulase catalyzes the hydrolysis in the cellulose 
process. However, the properties analyzed will be tensile, burst (Mullen test), air 
permeability test (Gurley) and tear strength. A comparison will be made of the effects 
of the enzyme on the properties of refined and unrefined pulp sheets. 
Key-words: enzymes, paper pulps, mechanical strength, refining. 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 1 – Imagem: Ação do processo do refino em polpa celulósica 12 
Figura 2 – Imagem: Ação das celulases sobre a molécula de celulose 13 
Figura 3 – Imagem: Modelo chave-fechadura 14 
 Cronograma: Realizado 1º semestre 21 
 Cronograma: Programado 2º semestre 22 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS 
 
Ea Energia de ativação 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 8 
2 OBJETIVOS 
2.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................. 12 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 12 
3 REFERENCIAL TEÓRICO 
3.1 REFINO .................................................................................................... 13 
3.2 TIPOS DE FIBRAS .................................................................................. 13 
3.3 ENZIMAS UTILIZADAS NA INDÚSTRIA ................................................. 14 
3.4 CELULASE .............................................................................................. 14 
3.5 FORMAÇÃO DE FOLHAS ....................................................................... 15 
3.6 TESTES FÍSICOS .................................................................................... 16 
4 MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................ 17 
5 CRONOGRAMA ...................................................................................... 18 
6 RESULTADOS ESPERADOS .................................................................. 19 
 REFERÊNCIAS ....................................................................................... 20 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
O presente trabalho abordará duas análises em paralelo, uma delas é a 
análise enzimática em polpa de eucalipto apresentando as vantagens do uso de 
enzimas no processo de fabricação de papel. A segunda análise será o próprio 
comparativo da resistência mecânica do papel gerado a partir das polpas refinadas e 
não-refinadas com o uso da celulase. 
Para se ter um papel mais resistente, a etapa de refinação é necessária para 
esse fim. Porém o refino é uma das etapas que mais consome energia no processo 
da fabricação do papel pelos seus equipamentos/refinadores, com isso, qualquer 
alternativa que tenha uma economia energética e de tempo, logo, que tenha 
economia no custo operacional no processo é viável, e a abordagem enzimática é 
uma dessas alternativas. Para esse trabalho a celulase é a enzima para ter sua 
atividade monitorada e testado seus efeitos na resistência mecânica em folhas de 
papel refinado e não-refinado, ”a celulase se destaca por facilitar a fibrilação e o 
inchamento das fibras, resultado do seu ataque às regiões amorfas da celulose” 
(LECOURT, 2010). 
Conforme Techmelt (2011) e Ito (1977) dizem, quando uma polpa é refinada 
com as fibras já separadas quando se pretende modificá-las, acrescentará a ela as 
características necessárias para a boa formação de papel dando impacto à 
resistência mecânica, e por isso, em uma indústria de papel o processo da refinação 
obtém o maior impacto no produto final. Por isso podemos considerar que a 
refinação é uma das partes mais importantes na fabricação para se ter um bom 
papel no final do processo. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 - Ação do processo do refino em polpa celulósica 
 
Fonte: (BAKER, 2000, p. 140) 
O aspecto compactado das fibras após o refino causado pelo empastamento 
das ligações entre fibras causam boas características físicas ao papel. As 
propriedades mecânicas/físicas, são de extrema importância para que seja possível 
a previsão do material quando é sujeito a esforços ou alguma tensão. Então, nesse 
trabalho será apresentado os resultados dos testes físicos comparandoos papéis de 
polpa de eucalipto refinada, não refinada, com o auxilio da celulase e polpa sem o 
uso da enzima. Sabendo que, o papel final gerado por polpas de fibra curta, tem 
menor resistência que o papel gerado por polpas de fibra longa. O eucalipto é 
caracterizado por fibra curta, neste trabalho vamos mapear a diferença desse tipo de 
fibra. 
Segundo RASHMI (2010) os índices de suavidade, ruptura, tração e rigidez 
podem ser obtidos com uma diminuição na opacidade, volume, resistência ao 
rasgo, porosidade e rugosidade. Contanto, nesse aspecto, as enzimas agem de 
forma indireta à resistência do papel, de forma que a enzima afeta diretamente no 
refino e o próprio refino impacta diretamente a resistência mecânica do papel. 
 
 
A celulase é a enzima para aplicação em celulose, nela existem três 
enzimas, endoglucanases, exoglucanases e beta-glicosidases. As endoglucanases 
atacam a região interna das fibras, as exoglucanases nas extremidades e as beta-
glicosidases são as responsáveis por quebrar as ligações entre duas unidades de 
glicose denominando as partes como celobiose tornando essas unidades livres, 
como apresenta o esquema abaixo: 
Figura 2: Ação das celulases sobre a molécula de celulose 
 
Fonte: (modificado de WRIGHT et al., 1988) 
A aplicação de enzimas acarreta em muitos outros pontos diferenças no 
produto final, com elas a etapa de refino será muito mais satisfatória, ou seja, terá 
um resultado melhor, logo se dará um papel final com mais qualidade e resistência. 
A enzima celulase ataca diretamente a celulose, pela especificidade que a celulase 
tem em seu sítio ativo que se complementa ao seu substrato. E é pelo modelo 
chave-fechadura que isso é explicado, que basicamente como propôs Fisher 
(1894), cada enzima tem um encaixe perfeito com seu substrato e é assim que é 
facilitado qualquer modificação feita posterior a adição da enzima, de forma que faz 
o substrato reagir de maneira mais rápida e a formação de produtos a partir dessa 
reação. 
Contudo, vale ressaltar que a enzima faz parte da reação química agindo 
como catalisador biológico acelerando sua reação, porém a enzima não pode ser 
chamada como um reagente da reação em questão. Apesar de todas as vantagens 
do uso de enzimas, sua desvantagem é o grau de sensibilidade a variações de 
temperatura e pH, podendo sofrer ionizações e desonizações que podem alterar a 
própria enzima, assim alterando o padrão de modelo chave-fechadura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Modelo chave-fechadura 
 
Fonte: (FERREIRA, Jeiely Gomes. 2016.) 
“A alta seletividade das reações enzimáticas também pode ser explicada 
levando-se em consideração os fatores cinéticos. As enzimas aceleram a velocidade 
das reações através do abaixamento da barreira energética entre reagentes e 
produtos, estando essa diminuição da Ea relacionada com a estabilização do estado 
de transição pela enzima” (FERREIRA, Jeiely Gomes. 2016.) Segundo a lei de 
Arrhenius: 
Equação 01 – Lei de Arrhenius 
 
Onde kcat é a constante de velocidade aumenta proporcionalmente conforme a 
energia de ativação diminui. 
 
 
 
 
 
 
 
2 OBJETIVOS 
2.1 OBJETIVO GERAL 
Analisar a atividade enzimática e como afetará as propriedades dos papéis de 
polpas de eucalipto sendo a refinada e não refinada, e fazer um comparativo das 
diferenças de resultados dos ensaios apresentando as vantagens do uso da 
celulase. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
• Descrever qual a melhor concentração da enzima para aplicação neste 
trabalho; 
 
• Fazer morfologia das fibras na polpa estudada; 
• Formar folhas de polpa de eucalipto refinada e não refinada; 
• Formar folhas de polpa de eucalipto com e sem aplicação da enzima; 
• Testar as propriedades mecânicas das folhas; 
• Realizar os testes de tração, de estouro (teste Mullen), de permeabilidade ao 
ar (Gurley) e rasgo; 
• Fazer um comparativo dos testes realizados da polpa refinada e não refinada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 REFERENCIAL TEÓRICO 
3.1 Refino 
“O “biorefinado” é influenciado pela eficácia das enzimas para favorecer o 
processo de refino. A gravidade diferente de processos de obtenção (cozimento e 
branqueamento) confere propriedades específicas ao fibras e causará diferentes 
alterações em sua composição química.” (RASHMI, Singh; BHARDWAJ NISHI, K. 
2010.) A parte de refinação é uma etapa que consome grande parte da energia 
utilizada no processo da fabricação de papel. Com isso as enzimas têm ajudado a 
acelerar e favorecer o custo energético do processo e se mostrado eficaz nessa 
tarefa, com isso diminuindo o tempo necessário no processo de refino 
consequentemente passa para as outras etapas mais rapidamente. 
“Como o refino requer entrada de energia, bem como capital no investimento 
em equipamentos, facilitando o processo de refinação, pode trazer inúmeros 
benefícios, incluindo papel mais resistente.” (RASHMI, Singh; BHARDWAJ NISHI, K. 
2010.) Às propriedades das fibras e logo o papel que será formado, terão diferenças 
depois dos processos de refinação, pois nele será alterado algumas características e 
propriedades da polpa como o aumento da sua flexibilidade, redução da sua 
dimensão e a fibrilação. A refinação produz fibrilação interna, externa e corte das 
fibras onde ocorre o aumento do número e das áreas de ligações entre elas, 
segundo NEVELL E ZERONIAN (1985). 
 
3.2 Tipos de fibras 
Existem 3 tipos de fibras utilizadas na fabricação de papel, fibras curtas como 
podemos ressaltar a fibra de Eucalipto, e as fibras longas de Pinus por exemplo e 
uma terceira opção, podemos citar o mix de fibras longas e curtas. 
“Características da matéria prima como a estrutura e anatomia da madeira, 
incluindo a biometria e proporção celular, fazem do eucalipto a principal cultura para 
a produção de celulose.” (OLIVEIRA et al, 2017). 
Além do comprimento das fibras, o que diferencia um tipo de fibra com a 
outra é a resistência do papel final. Pelo motivo de que a polpa de pinus ser 
relativamente mais cara, outras alternativas são explorados, como a polpa de 
 
 
eucalipto, ainda por ter um custo menor apresenta também maior densidade de 
fibras em massa ou em volume, assim conseguindo diminuir a distância de uma 
fibra e outra. Além de que fibras curtas têm maior suavidade, melhor absorção e 
seu volume é aparente. 
 
3.3 Enzimas utilizadas na indústria 
As enzimas são uma ótima alternativa para acelerar reações e economizar 
tempo e custos operacionais. São eficazes e diferentemente dos catalisadores 
químicos, as enzimas são específicas para determinados substratos. E essas 
enzimas industriais estão inseridas em seis classes: oxiredutases, transferases, 
hidrolases, liases, xilanases, isomerases e ligases, cada uma com sua 
característica e especificidade. 
Na indústria voltada para fabricação de celulose e papel, as enzimas 
utilizadas são as celulases e as hemicelulases. As celulases degradam a celulose, 
quebrando as ligações de glicose, tornando-as unidades livres. 
As enzimas xilanases possuem grande aplicação desde 1980, são usadas no 
branqueamento da polpa atuando de forma que reduzem a utilização de cloretos 
nessa etapa do processo (CARVALHO e SILVA, 2015). 
 
3.4 Celulase 
Celulases pertencem à classe de hidrolases, que são enzimas capazes de 
promover a hidrólise de materiais celulósicos (CASTRO; PEREIRA, 2010). “As 
celulases comerciais possuem muitas aplicações, como nas indústrias têxteis e de 
detergentes, indústrias de polpa e papel, nas indústrias de ração animal, na 
extração de sucos de frutas e vegetais, processamento do amido e produção do 
etanol” (HEBEISH et al., 2009; WILSON, 2009 Apud ZANCHETTA, 2012). A 
celulose sendo um polissacarídeo formada por unidades de glicose unidas através 
de ligações químicas, adicionando a enzima (celulase) essas ligações entre as 
glicoses são quebradas. A celulase serve para degradar as fibras da celulose, 
também produz umamelhor fibrilação tendo um efeito diretamente ao refino no 
processo de fabricação de papel, com a utilização da enzima, a massa deságua 
 
 
mais facilmente, ou seja, tem uma melhor drenagem, sendo necessário menos 
energia (na geração de vapor) para a secagem das fibras. 
A celulase “Ataca internamente à celulose de forma aleatória na parte amorfa 
da fibra celulósica, liberando oligossacarídeos de vários tamanhos e, 
consequentemente, novos terminais, sendo um redutor (quando a glicose possui 
uma hidroxila heterosídica livre) e um não redutor (quando a hidroxila heterosídica 
da molécula da extremidade participa de ligação com a glicose adjacente).” 
(CASTRO & PEREIRA, 2010). 
Além de que segundo Bajpai (2006) “Os tratamentos enzimáticos são úteis 
na limpeza da água de processo dentro do moinho. As enzimas hidrolisam 
parcialmente os detritos de celulose em sacarídeos de baixo peso molecular que 
são facilmente biodegradados no sistema de tratamento de águas residuais.” 
“O processo de secagem da fibra também influencia na refinação mecânica e 
enzimática. A retirada de água nos processos de secagem das fibras cria ligações 
de hidrogênio parcialmente ou totalmente irreversíveis em alguns pontos da 
superfície fibrosa, o que dificulta ou impede a hidratação nesses pontos no 
processo de refinação” ( PUBLIO, Roberto. 2012). 
 
3.5 Formação de folhas 
Para o comparativo dos efeitos da refinação com e sem o uso das enzimas 
nas folhas, serão realizadas folhas para testes de acordo com a norma de formação 
de folhas em laboratórios para ensaios físicos ABNT NBR ISO 5269-2, analisando os 
seguintes testes: 
• Volume específico segundo ABNT NBR NM ISO 534:2006; 
• Tração segundo ABNT NBR NM ISO 1924-2:2012; 
• Arrebentamento segundo ABNT NBR NM ISO 2758:2007; 
• Classificação Brecht Holl. 
 
 
 
 
3.6 Testes físicos 
 
Para testar a qualidade do papel é necessário a realização de alguns testes 
físicos, neste trabalho serão realizados no mínimo 10 ensaios em cada tipo de 
amostra. 
“Dentre todos os aspectos da indústria papeleira, são as propriedades de 
qualidade do papel que fazem ao todo parte de um contexto geral de fabricação, 
sendo essas propriedades definidas de acordo com cada tipo de papel e de acordo 
com o cliente 
que se é fabricado.” (SCHREDERHOF e RAYSON, 2021) 
Os principais testes para o papel ter uma boa qualidade são: 
• Resistência ao arrebentamento: TAPPI T403; 
• Resistência ao rasgo: TAPPI T414; 
• Resistência ao ar: TAPPI T460; 
• Tração: TAPPI T404. 
 
4 MATERIAIS E MÉTODOS 
Material 
• Polpa de eucalipto refinada 
• Polpa de eucalipto não-refinada 
• Enzima (Celulase). 
• Plataformas de pesquisa; 
 
Métodos: 
 
Será feito testes em laboratório para determinação de melhor concentração 
da enzima (celulase) à ser aplicada nas polpas, uma para ser refinada, outra não 
passará pela etapa de refino e outra amostragem não será feito processo algum 
para o comparativo. 
Após determinação da concentração e aplicação o próximo passo será a 
formação de folhas das polpas em questão, e realizado os ensaios laboratoriais que 
foram anteriormente definidos em laboratório, apresentando as diferenças de 
resultado obtidas em cada teste. 
 
 
Os resultados obtidos serão submetidos a um comparativo para a 
apresentação de resultados e vantagens da enzima. 
 
 
5 CRONOGRAMA 
 Cronograma: Realizado 1º semestre 
Cronograma Realizado 
Atividade Fevereiro Março Abril Maio Junho 
Definição do tema 
 
Definição de orientador e co-orientador 
 
Pesquisa sobre o tema 
Elaboração de esboço 
 
Elaboração do referencial teórico 
 
Marcar data de apresentação 
 
Definir etapas 
Definição de testes 
 
Definição de concentração da celulase 
 
Enviar arquivo para aprovação da orientadora 
 
Realizar modificações apontadas pela 
orientadora 
 
Realização dos testes 
Montagem do cronograma 
 
Enviar arquivo para pré banca 
 
Enviar arquivo para banca final 
 
Apresentação pré banca 
 
Apresentação banca final 
 
 Em andamento 
 Concluída 
 
 
 
 
Cronograma: Planejado 2º semestre 
 
Cronograma Planejado 
 Julho Agosto Setembro Outubro Novembro 
Definição do tema 
Definição de orientador e co-
orientador 
Pesquisa sobre o tema 
 
Elaboração de esboço 
Elaboração do referencial teórico 
 
Marcar data de apresentação 
 
Definir etapas 
 
Definição de testes 
Definição de concentração da celulase 
 
Enviar arquivo para aprovação da 
orientadora 
Realizar modificações apontadas pela 
orientadora 
Realização dos testes 
 
Montagem do cronograma 
Enviar arquivo para pré banca 
Enviar arquivo para banca final 
 
Apresentação pré banca 
 
Apresentação banca final 
 
 
 
 
 
 
 Planejado 
 
 
 
6 RESULTADOS ESPERADOS 
É esperado que com o uso das enzimas na polpa do papel refinado, os 
resultados dos testes sejam superiores ao do papel não refinado. Também fazer o 
levantamento da diferença do tempo que é necessário para cada tipo de polpa, 
tendo o consumo energético diminuído. Colher as informações das variáveis do 
processo dos testes. 
 
 
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