Development of bioactive paper based on Trametes versicolor laccase

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorSmolander, Maria 
dc.contributor.authorVirtanen, Heini
dc.contributor.departmentBiotekniikan ja kemian tekniikan laitosfi
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Chemical Engineeringen
dc.contributor.supervisorLaakso, Simo 
dc.date.accessioned2020-12-23T12:56:11Z
dc.date.available2020-12-23T12:56:11Z
dc.date.issued2010 
dc.description.abstractThe aim of this thesis was to develop bioactive paper based on Trametes versicolor laccase enzyme. Bioactive paper is a paper or paper-like product that includes functionalities based on selective reactions of bioactive compounds, such as enzymes. Laccases catalyze the oxidation of many phenolic substrates with simultaneous reduction of oxygen to water. Many of laccase substrates, such as ABTS (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6- sulphonic acid)) also change colour while oxidizing. Therefore, laccase based bioactive paper could be used for oxygen scavenging and oxygen indicating applications. These applications are further explored by reviewing previous studies and inventions. In this study, the bioactive ink composition was first developed. The stability and activity of T. versicolor laccase was determined on various solutions. Next, T. versicolor laccase was coated on different substrates with various polymers with and without additives. Various ink compositions and coating substrates were compared by evaluating the laccase activity of paper samples containing the different bioactive coatings. Besides, the surface profile of the paper samples was investigated by measuring roughness with profilometer. Finally, the indicator performance was examined. The colour changing reaction of ABTS was observed visually and instrumentally by applying ABTS solution to the papers containing laccase based ink. Based on the determination of the optimum pH for T. versicolor laccase activity (pH < 4.5 with ABTS substrate) and stability (pH 7 - 9), pH 6 was chosen for further use. Sulfo polyester resin, HZ1100D was a favourable coating component. The tests proved that laccase cannot retain its activity long time on papers without any ink. When laccase was coated with HZ1100D, laccase activity typically did not significantly decrease during eight weeks of storage. Additives enhanced the stability of laccase in solutions, but not on the paper with the coating. EUCA paper proved to be a good substrate for laccase based coating. The colour changing reaction of ABTS on EUCA paper was rapid and excellent colour change from colourless to dark green was observed on the paper samples containing laccase. The findings of the study indicate that T. versicolor laccase can be used together with HZ1100D polymer dispersion to prepare functional bioactive paper products. These kinds of bioactive paper products were found to be particularly useful for indicator applications. However, when used in oxygen scavenging applications, calculations suggest that more optimization is needed.en
dc.description.abstractTämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää bioaktiivista paperia käyttäen Trametes versicolor lakkaasi entsyymiä. Bioaktiivinen paperi on paperi tai paperin kaltainen tuote, jonka toiminta perustuu bioaktiivisten aineiden, kuten entsyymien, selektiivisiin reaktioihin. Lakkaasit katalysoivat monien fenolisten substraattien hapettumista pelkistäen samalla happea vedeksi. Monet lakkaasin substraateista, kuten ABTS (2,2'-atsino-bis- (3-etyylibentsotiatsoliini-6-sulfonihappo)), myös muuttavat väriä hapettuessaan. Lakkaasia sisältävää bioaktiivista paperia voitaisiin siten käyttää hapenpoisto- ja happi-indikaattorisovelluksissa. Näitä sovelluksia on tarkemmin käsitelty tarkastelemalla aikaisempia tutkimuksia ja keksintöjä. Tässä työssä kehiteltiin ensin bioaktiivinen musteseos. T. versicolor lakkaasin aktiivisuus ja stabiilisuus määritettiin erilaisissa liuoksissa. Seuraavaksi T. versicolor lakkaasilla päällystettiin erilaisia papereita erilaisten polymeerien kanssa ilman lisäaineita ja lisäaineiden kanssa. Erilaisia musteseoksia ja päällystysalustoja verrattiin määrittämällä lakkaasin aktiivisuus bioaktiivisilla päällysteillä päällystetyistä paperinäytteistä. Lisäksi paperinäytteiden pintaprofiilia tarkasteltiin mittaamalla pinnan karheus profilometrillä. Lopuksi indikaattorin toimintakykyä tutkittiin tarkastelemalla ABTS:n värinmuutosreaktiota visuaalisesti ja koneellisesti lisäämällä ABTS-liuosta lakkaasipohjaisella päällysteellä päällystetyille papereille. T. versicolor lakkaasille määritettiin optimiaktiivisuus pH (pH < 4.5, kun ABTS substraattina) ja optimistabiilisuus pH (pH 7 - 9). Määrityksiin perustuen valittiin pH 6 käytettäväksi. Sulfopolyesteri resiini HZ1100D osoittautui hyväksi päällysteaineeksi. Testit osoittivat, ettei lakkaasi pysy kauaa aktiivisena paperilla ilman mustetta. Kun lakkaasi päällystettiin HZ1100D:n kanssa, aktiivisuus ei yleensä merkittävästi laskenut kahdeksan viikon säilytyksen aikana. Lisäaineet paransivat lakkaasin stabiilisuutta liuoksissa, mutta eivät paperilla. EUCA-paperi osoittautui hyväksi pohjapaperiksi lakkaasipäällysteelle. ABTS:n värinmuutosreaktio EUCA paperilla oli nopea ja erinomainen: värinmuutos värittömästä tummanvihreään havaittiin lakkaasia sisältävissä papereissa. Työn tulokset osoittavat, että T. versicolor lakkaasi soveltuu hyvin käytettäväksi HZ1100D:n kanssa bioaktiivisien paperituotteiden valmistamiseen. Tällaiset bioaktiiviset paperituotteet soveltuisivat erityisen hyvin indikaattorisovelluksiin. Laskelmat osoittavat, että hapenpoistosovellusta varten tätä bioaktiivista paperia pitäisi vielä optimoida tarkemmin.fi
dc.format.extentviii + 98 + [2] 
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/98705
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-2020122357532
dc.language.isoenen
dc.programme.majorBiokemia ja mikrobiologiafi
dc.programme.mcodeKem-30fi
dc.rights.accesslevelclosedAccess
dc.subject.keywordlaccaseen
dc.subject.keywordlakkaasifi
dc.subject.keywordbioactive paperen
dc.subject.keywordbioaktiivinen paperifi
dc.subject.keywordindicatoren
dc.subject.keywordindikaattorifi
dc.subject.keywordoxygen scavengingen
dc.subject.keywordhapen poistajafi
dc.titleDevelopment of bioactive paper based on Trametes versicolor laccaseen
dc.titleTrametes versicolor lakkaasiin perustuvan bioaktiivisen paperin kehittäminenfi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö 
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotPro gradu -tutkielmafi
dc.type.publicationmasterThesis 
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_07678
local.aalto.idinssi41055
local.aalto.openaccessno
Files
Collections
[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM