"TÄHTEESTÄ TÄHDEKSI" : Ohran ja kauran kuoren ominaisuudet ja soveltuvuus elintarvikepakkauspaperin valmistukseen

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201903271529
Title: "TÄHTEESTÄ TÄHDEKSI" : Ohran ja kauran kuoren ominaisuudet ja soveltuvuus elintarvikepakkauspaperin valmistukseen
Author: Aalto, Angela
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201903271529
http://hdl.handle.net/10138/300454
Thesis level: master's thesis
Abstract: Teollisuuden sivuvirta materiaalin hyödyntäminen ja uudelleen tuotteistaminen on nykyään tavoiteltavaa. Elintarviketeollisuudessa syntyy paljon sivuvirtajätettä, jota voitaisiin hyödyntää erilaisissa tuotteissa. Viljojen kuoret ovat tästä yksi esimerkki.Tämän tutkielman tavoitteena oli tutkia elintarviketeollisuudessa syntyvän kauran ja ohran kuoren rakenne ja kemialliset ominaisuudet. Lisäksi selvitettiin mahdollisuutta käyttää kuorijaetta selluun sekoitettuna elintarvikepaperin valmistuksessa. Kauran ja ohran jyvän rakennetta ja koostumusta on tutkittu paljon elintarviketeollisuudessa, mutta kuoria ei ole tutkittu juuri ollenkaan. Kuorista haluttiin selvittää rasvojen, hemiselluloosasokereiden ja ligniinien määrät. Kuorien kuitujen eli anatomian, niiden erottelun ja kuituseinämän fibrilloitumisen tutkiminen oli tärkeää myös paperin valmistuksen kannalta. Pakkauspaperin tulee täyttää tietyt lujuusvaatimukset. Kestäväksi paperin tekee kasvikuitujen riittävän hyvä fibrilloituminen ja kuituverkon muodostuminen. Kuorien kuituja tarkasteltiin valomikroskoopilla. Kuoret valmisteltiin mikroskopointia varten maseroinnilla. Yhdisteet, rasvat, orgaaniset hapot ja sokerit uutettiin heksaanilla ja asetonilla ASE-uutolla. Näytteet analysoitiin kaasukromatografi-massaspektrometrillä. Kuorten hemiselluloosat eristettiin metanolyysillä ja näytteet ajettiin kaasukromatografi-liekki-ionisaatiotunnistimella. Kuorten ligniinit määriteltiin pyrolyysi-kaasukromatografia-massaspektrometrillä. Ennen pyrolyysi määritystä näytteistä oli poistettu muut yhdisteet asetonilla käyttäen ASE-uuttoa. Paperin valmistusta varten kauran ja ohran kuoret jauhettiin levyjauhimella ja mäntysellu Valley-hollanterilla. Sellua jauhettiin 90 min ja jauhetulle sellulle tehtiin suotautuvuus mittaukset Schopper-Riegler mittarilla ja laskettiin vedenpidätysarvo. Paperiarkit tehtiin arkkimuotilla. Paperiarkkien neliömassatavoite oli 60 g/m². Arkeista mitattiin mekaanisia, fyysisiä ja optisia ominaisuuksia. Mitatut ominaisuudet olivat paksuus, tiheys, pintasileys/-karheus, ilmanläpäisevyys, opasiteetti, valonsironta, valoabsorptio, vaaleus, vetolujuus, murtositkeys, venymä, puhkaisulujuus ja repäisylujuus. Osa paperiarkeista kalanteroitiin. Kauran ja ohran kuoret eivät eronneet kemiallisilta ominaisuuksiltaan merkittävästi toisistaan. Molemmista kuorista löytyi samat hemiselluloosasokerit, mutta kauran kuoressa oli enemmän mannoosia ja arabinoosia kuin ohran kuoressa. Molempien kuorien kokonaishemiselluloosa määrät olivat lähellä toisiaan. Myös ligniinien osalta kuoret olivat hyvin samanlaisia. Molemmissa kuorissa guajasyyli ligniiniä oli eniten. Hemiselluloosasokerien pienet erot eivät vaikuttaneet paperin valmistukseen. Mikroskooppisessa tutkimuksessa kuorien kuidut olivat hyvin samankaltaisia, kauran kuoret olivat vähän pidempiä kuin ohran kuoret. Kuituuntumiseen, fibrilloitumiseen tai paperin valmistukseen erot eivät vaikuttaneet. Kauran kuoret olivat kovempia kuin ohran kuoret ja vaikutus näkyi selkeimmin paperiarkkien kalanteroinnissa ja visuaalisuudessa. Optisilta ominaisuuksiltaan ohran kuoret olivat tummempia ja mekaanisilta sekä fyysisiltä ominaisuuksiltaan kuori paperiarkit poikkesivat vähäisesti toisistaan. Se kuinka paljon kuorimateriaalia lisättiin (10% tai 20%) ei kuitenkaan vaikuttanut merkittävästi tuloksiin. Jauhettu kuorimateriaali ei ollut jakautunut tasaisesti arkkeihin, kuoret eivät olleet kuituuntuneet kunnolla ja ulkoista/sisäistä fibrillaatiota ei ollut tapahtunut lainkaan. Edellä mainitusta syystä paperiarkit eivät olleet tasalaatuisia ja arkkien ominaisuuksien keskihajonnat olivat osin suuria. Kuorimateriaalin lisääminen selluun onnistui hyvin eikä kuorimateriaali varissut paperiarkeista pois. Kalanterointi teki paperista sileää ja kiiltävää. Lisäksi arkit olivat visuaalisesti näyttäviä. Tämä tutkimus osoitti, että kuorimateriaalia on mahdollista käyttää paperin ja pakkauspaperin valmistuksessa. Paperi oli monilta osin kaupallisten paperien laatuvaatimukset täyttävää. Lisätutkimus on tarpeen lisäoptimointien tekemiseksi. Kauran ja ohran kuoren kemiallinen tutkimus olisi tarpeen, sillä molempien viljojen kuoret sisältävä antioksidanttisina yhdisteinä tunnettuja komponentteja ja voisi antaa lisää tietoa myös kuituuntumisen ja fibrilloitumisen edistämisestä.Today it is desirable to utilise and reproductive sidestream materials from the industry. The food industry generates lot of sidestream waste which could be utilised in various products. Grain hulls are one example. The aim of this work was to study the structure and chemical features of sidestream oat and barley hulls from the industry. Furthermore, the potential to use hull fractions with pulp to produce kraft paper was examined. The grain structure and chemical features of oat and barley have been studied extensively in the food industry but hulls barely at all. The intention was to study lipids, hemicellulose sugars and lignins. From the perspective of paper production, it was important to examine hulls fibres (anatomy), fibre separation and fibre wall fibrillation. Kraft paper must possess specific mechanical properties. Sufficient fibrillation and fibre network of the plant fibres renders paper durable. The hull fibres were examined with a light microscope. The hulls were macerated before microscopy. Compounds, lipids, organic acids and sugars were extracted with hexane and acetone in the Accelerated Solvent Extraction. The samples were analysed with gas chromatography-mass spectrometry. The hemicellulose sugars of the hulls were isolated with methanolysis and analysed with a gas chromatography-flame ionization detector. The hull lignins were defined with pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry. The other compounds of the samples were extracted with acetone by Accelerated Solvent Extraction before pyrolysis determination. The oat and barley hulls were milled with a disc refiner and added to the softwood (pine) pulp in a Valley hollander beater. The pulp was milled for 90 min and the pulp filtration was measured with a Schopper-Riegler freenes tester. Also, water retention value was calculated. Sheets of paper were made with a conventional sheet mould. The aim grammage of the paper sheets was 60 g/m². The mechanical, physical and optical properties of the paper sheets were measured. The properties measured were thickness, density, surface smoothness/roughness, air permeability, opacity, light scattering, light absorption, brightness, tensile strength, breaking strength, elongation, bursting strength and tearing strength. Half of the paper sheets were calandered. The chemical properties of oat and barley hulls did not differ significantly from each other. The same hemicellulose sugars were found in the hulls of both grains, however more mannose and arabinose were found in oat hulls. The hulls of both grains had almost the same total hemicellulose quantity. The quantity and quality of lignins were also similar in both grain hulls. Guaiacyl lignin was dominant in both hulls. Minor differences in hemicellulose sugars does not have an impact on paper production. The hull fibres were very similar in microscopic examination, but oat hulls were somewhat longer than barley hulls. These differences did not impact the separation of fibres, the fibrillation of fibre wall or paper making. Oat hulls were harder, which became most apparent in the calandering and appearance of the sheets. Barley hulls were darker but the mechanical and physical properties of the grain hull paper sheets were quite similar. The hull fractions amount in the pulp (10% or 20%) did not significantly impact the results. The milled hull fractions were not distributed evenly in the sheets, the fibres did not separate properly and no internal or external fibrillation occurred. As mentioned before, the sheets were not homogeneous and the standard deviation of the sheet properties were partly significant. Adding the hull fractions to the pulp was successful and the milled hull fractions did not fall off the sheets. Calandered sheets were smooth and glossy. Moreover, the sheets were visually pleasing. This study indicated that it is possible to use hull fractions for paper and kraft paper production. The paper mostly met the same quality requirements as commercial paper. More research is needed for further optimisation. More research into the chemical properties of oat and barley hulls is also needed, because of the hulls of both grains contain antioxidant components and could provide more information about advanced fibre separation and fibre wall fibrillation.
Subject: Kauran kuori, ohran kuori, fibrillaatio, GC-MS, GC-FID, Pyrolyysi-GC-MS, paperin valmistus, paperin mekaaniset ominaisuudet
Discipline: kasvibiologia
Plant Biology
växtbiologi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record