Влияние предварительной подготовки картона на определение крахмала ферментативным методом

  • И. А. Хадыко Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0001-7128-1688
  • Е. В. Новожилов Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0003-3642-3307
  • Д. Г. Чухчин Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0003-3250-8469
Ключевые слова: гофрокартон, крахмал, определение крахмала, амилолитические ферменты, разволокнение, макулатура

Аннотация

Ферментативным методом определено количество крахмала в различных образцах гофрокартона: в образце, произведенном из первичных полуфабрикатов, и в гофрокартоне из 100 %-й макулатуры. При ферментативной деструкции крахмала необходимо извлечение его из структуры картона, а процессы сжатия и ороговения целлюлозных волокон уменьшают доступность крахмала для экстракции. Ферментативная обработка требует применения комплексного амилолитического препарата с целью полного гидролиза крахмала до глюкозы. Механическими методами, такими как разволокнение в воде и деструкция в среде жидкого азота, удалось определить соответственно 70 и 84 % крахмала, добавленного на стадии производства гофрокартона, полученного из первичных полуфабрикатов. Для более полного извлечения крахмала необходима экстракция щелочными реагентами. Выполнен анализ влияния щелочной обработки на характеристики волокон макулатурных фракций, полученных на Сухонском целлюлозно-бумажном комбинате. Происходит набухание волокон в щелочи, что приводит к увеличению ширины волокна и его укорочению, а также снижение кристалличности – положительная предпосылка для более полного извлечения крахмала. Данные процессы проходят интенсивнее у коротковолокнистой фракции по сравнению с длинноволокнистой. По стандартной методике SСAN-Р 91:09 SСAN-W 13:09 не удалось определить весь крахмал, добавленный на стадии производства гофрокартона из первичных полуфабрикатов. Также обработка по данной методике ведет к деструкции частично гидролизованного крахмала. Наиболее полного извлечения крахмала из гофрокартона удалось достичь в результате проведения двух этапов щелочной экстракции при следующих условиях: 5 %-й раствор NaOH, температура – 20 оС, продолжительность каждой экстракции – 2 ч. В гофрокартоне, произведенном из первичных полуфабрикатов с известным расходом крахмала, при данных условиях обработки удалось определить весь крахмал (22,8 кг/т), в гофрокартоне, сделанном из 100 %-й макулатуры, содержание крахмала составило 48,2 кг/т.
Для цитирования: Хадыко И.А., Новожилов Е.В., Чухчин Д.Г. Влияние предварительной подготовки картона на определение крахмала ферментативным методом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 150–162. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-150-162
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-04-00457 «Поры в анатомических элементах ксилемы высших растений: формирование, морфология и функции».
Благодарность: Работы с применением электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа осуществлены с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ), с применением анализатора L&W Fiber Tester – оборудования ИТЦ «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» (САФУ).

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

И. А. Хадыко, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

ст. преп.; ResearcherID: N-1537-2017

Е. В. Новожилов, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: O-9738-2015

Д. Г. Чухчин, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

канд. техн. наук, проф.; ResearcherID: O-9487-2015

Литература

Дулькин Д.А., Спиридонов В.А., Комаров В.И. Современное состояние и перспективы использования вторичного волокна из макулатуры в мировой и отечественной индустрии бумаги. Архангельск: АГТУ, 2007. 1118 с. Dul’kin D.A., Spiridonov V.A., Komarov V.I. Current State and Prospects of the Use of Recycled Fiber from Waste Paper in the Global and Domestic Paper Industry. Arkhangelsk, ASTU Publ., 2007. 1118 p.

Дьякова Е.В., Дулькин Д.А., Комаров В.И. Переработка макулатуры. Архангельск: АГТУ, 2009. 172 с. D’yakova E.V., Dul’kin D.A., Komarov V.I. Waste Paper Recycling. Arkhangelsk, ASTU Publ., 2009. 172 p.

Залевская Ю.М., Белик Е.С., Бурмистрова М.В. Проблема очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности // Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика. 2015. Т. 1. С. 137–144. Zalevskaya Yu.M., Belik E.S., Burmistrova M.V. Wastewater Treatment Pulp and Paper Industry. Proceedings of the XIII All-Russian Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduate Students and Young Scientists “Ecology, Scientific and Technological Progress. Urban Studies”. Perm, PNRPU, 2015, vol. 1, pp. 137–144.

Лапин В.В., Смоляков А.И., Кудрина Н.Д. Загрязнения в бумажной массе из 100 % макулатуры: влияние на степень помола и прочность бумаги и картона // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2001. № 7-8. С. 32–34. Lapin V.V., Smolyakov A.I., Kudrina N.D. Impurities in Paper Pulp Made of 100 % Waste Paper: Influence on the Degree of Grinding and Strength of Paper and Cardboard. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2001, no. 7-8, pp. 32–34.

Лапин В.В., Смоляков А.И., Кудрина Н.Д. Проблема прочностных свойств бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев из 70…100 % макулатуры: роль помола // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2002. № 9-10. С. 32–34. Lapin V.V., Smolyakov A.I., Kudrina N.D. The Problem of Strength Properties of Corrugated Paper and Cardboard for Liners of 70–100 % Waste Paper: The Role of Grinding. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2002, no. 9-10, pp. 32–34.

Михайлова О.С., Крякунова Е.В., Канарский А.В., Казаков Я.В., Дулькин Д.А. Влияние ферментативной обработки крахмала картофельного на физико-механические свойства бумаги // Вестн. технол. ун-та. 2015. Т. 18, № 4. С. 203–207. Mihailova O.S., Kryakounova E.V., Kanarskii A.V., Kazakov Y.V., Dulkin D.A. Effect of Enzymatic Treatment of Potato Starch on the Physical and Mechanical Properties of Paper. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2015, vol. 18, no. 4, pp. 203–207.

Новожилов Е.В. Применение ферментных технологий в целлюлозно-бумажной промышленности: моногр. Архангельск: САФУ, 2013. 364 с. Novozhilov E.V. Application of Enzyme Technologies in Pulp and Paper Industry. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2013. 364 p.

Фляте Д.М. Свойства бумаги. 5-е изд., стер. СПб.: Лань, 2012. 384 с. Flyate D.M. Properties of Paper. Saint Petersburg, Lan’ Publ., 2012. 384 p.

Хадыко И.А., Казаков Я.В., Новожилов Е.В., Канарский А.В. Применение ферментов для оценки биодеградации материалов экспресс методом // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2014. Т. 17, № 13. С. 277–280. Khadyko I.A., Kazakov Y.V., Novozhilov E.V., Kanarskii A.V. The Use of Enzymes for the Assessment of Biodegradation of Materials by the Express Method. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2014, vol. 17, no. 13, pp. 277–280.

Хадыко И.А., Новожилов Е.В., Пригодич Я.А., Канарский А.В. Ферментативный метод определения крахмала в бумаге и картоне // Вестн. технол. ун-та. 2017. Т. 20, № 7. С. 156–159. Khadyko I.A., Novozhilov E.V., Prigodich Y.A., Kanarskiy A.V. Enzymatic Method for Determination of Starch in Paper and Cardboard. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2017, vol. 20, no. 7, pp. 156–159.

Alexandersson T. Water Reuse in Paper Mills. Measurements and Control Problems in Biological Treatment. Licentiate Thesis. Lund, Sweden, Lund University, 2003. 126 p.

Baсеrra V., Оdеrmatt J. Direct Determination of Cationic Starches in Paper Samples Using Analytical Pyrolysis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2014, vol. 105, pp. 348–354. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2013.11.024

Bogolitsyn K.G., Zubov I.N., Gusakova M.A., Chukhchin D.G., Krasikova A.A. Juniper Wood Structure under the Microscope. Planta, 2015, vol. 241, iss. 5, pp. 1231–1239. DOI: https://doi.org/10.1007/s00425-015-2252-1

Hernadi A., Lele I. Improving the Recycled Fibre Performance by Means of α-Amylase Treatment. Papiripar, 2004, vol. 48, no. 3, pp. 97–106.

Hubbe M.A., Venditti R.A., Rojas O.J. What Happens to Cellulosic Fibers during Papermaking and Recycling? A Review. BioResources, 2007, vol. 2(4), pp. 739–788. DOI: https://doi.org/10.15376/biores.2.4.739-788

SCAN-P 91:09 SCAN-W 13:09. Paper, Board and Process Waters – Starch Content. Scandinavian Pulp, Paper and Board Testing Committee, 2008. 10 p.

TAPPI/ANSI T 419 Om-18. Starch in Paper. ANSI, 2011. 6 p.

Topgaard D., Söderman O. Changes of Cellulose Fiber Wall Structure during Drying Investigated Using NMR Self-Diffusion and Relaxation Experiments. Cellulose, 2002, vol. 9, iss. 2, pp. 139–147. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1020158524621

Wistara N., Young R.A. Properties and Treatments of Pulps from Recycled Paper. Part I. Physical and Chemical Properties of Pulps. Cellulose, 1999, vol. 6, iss. 4, pp. 291–324. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1009221125962

Опубликован
2021-10-26
Как цитировать
Хадыко, И., Е. Новожилов, и Д. Чухчин. Влияние предварительной подготовки картона на определение крахмала ферментативным методом. Лесной журнал, вып. 5, Oct. 2021, сс. 150-62, doi:10.37482/0536-1036-2021-5-150-162.
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ