Влияние предварительной подготовки картона на определение крахмала ферментативным методом = Influence of Cardboard Pretreatment on the Determination of Starch Content by the Enzymatic Method

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 целлюлоз- но-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 рентгенострук- турного анализа осуществлены с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ), с применением анализатора L&W Fiber Tester – оборудования ИТЦ «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» (САФУ).
We determined the amount of starch by the enzymatic method in different samples of corrugated cardboard, including the sample produced of primary semi-finished products and corrugated cardboard made of 100 % waste paper. For starch enzymatic degradation, it is necessary to extract it from the corrugated board structure, since the processes of compression and keratinization of pulp fibers reduce the availability of starch for extraction. Enzymatic treatment requires the use of a complex amylolytic preparation for complete hydrolysis of starch to glucose. We were able to determine, respectively, 70 and 84 % of starch obtained from primary semi-finished products by mechanical methods, such as defibrillation in water and degradation in a liquid nitrogen medium, and added at the production stage of corrugated cardboard. It was shown that extraction with alkaline agents was necessary for more complete extraction of starch from corrugated cardboard. The influence of alkaline treatment on the characteristics of fibers of waste paper fractions obtained at the Sukhonsky Cardboard and Paper Mill has been analyzed. The fibers swell in alkali, resulting in an increase in fiber width and its shortening, as well as a decrease in crystallinity, which can be a positive opportunity for more complete starch extraction. Fiber swelling and crystallinity reduction are more intensive for the short fiber fraction compared to the long fiber fraction. When determining starch in corrugated cardboard using the standard method SCAN-P 91:09 SСAN-W 13:09 it was not possible to detect all the starch added at the production stage of corrugated cardboard from primary semi-finished products. Also the processing conditions of this methodology lead to degradation of the partially hydrolyzed starch. The most complete extraction of starch from corrugated cardboard was achieved by two stages of alkaline extraction under the following conditions: 5 % NaOH, temperature of 20 °C, the duration of each extraction – 2 h. Under these processing conditions it was possible to determine all the starch (22.8 kg/t) in the corrugated cardboard produced of primary semi-finished products with known consumption of starch; the starch content in the corrugated cardboard produced of 100 % waste paper was 48.2 kg/t. For citation: Khadyko I.A., Novozhilov E.V., Chukhchin D.G. Influence of Cardboard Pretreatment on the Determination of Starch Content by the Enzymatic Method. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 5, pp. 150–162. DOI: 10.37482/0536-1036- 2021-5-150-162 Funding: The reported study was funded by the Russian Foundation for Basic Research within the framework of the research project No. 20-04-00457 “Pits in the Anatomical Elements of the Xylem of Higher Plants: Formation, Morphology and Functions”. Acknowledgements: The studies with the use of electron microscopy and X-ray structure analysis were carried out using the equipment of the Core Facility Center “Arktika”, NArFU. The studies with the use of L&W Fiber Tester were carried out using the equipment of the Innovative facilities Engineering and Innovation Center “Advanced Northern Bioresources Processing Technologies”, NArFU.

Электронное издание «Влияние предварительной подготовки картона на определение крахмала ферментативным методом = Influence of Cardboard Pretreatment on the Determination of Starch Content by the Enzymatic Method» (бесплатно). Скачать номера в формате PDF.