Koivun glukuronoksylaanilla stabiloidun emulsion rajapinnan karakterisointi

Puuteollisuus hyödyntää puusta korkean arvon lopputuotteina lähinnä selluloosaa. Ligniinin ja hemiselluloosien käyttökohteita vasta kehitetään. Niiden eristäminen onnistuu ympäristöystävällisesti kuumavesiuutolla ilman liuottimia, jolloin hemiselluloosaan jää sitoutuneeksi myös ligniiniä. Koivun hemiselluloosista tärkein on glukuronoksylaani (GX). Sen mahdollisia jalostustuotteita voisi olla mm. emulgointiaineena toimiminen, jota voitaisiin käyttää elintarvie-, lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa tuotteiden hyllyiän pidentämiseksi. Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia GX:lla stabiloidun öljy vedessä -emulsion pysyvyyttä ja analysoida emulsion pisaroiden rajapintaa. Pysyvyyttä arvioitiin määrittämällä pisarakokojakauma ja peroksidiluku kolmen kuukauden aikana. Alkuperäisestä materiaalista, emulsion jatkuvasta faasista ja rajapinnoilta määritettiin monosakkaridijakauma GC-FID-laitteistolla ja fenoliset yhdisteet UHPLC-UV/FID-aitteistolla. Fenolisista yhdisteistä tunnistettiin tärkeimmät massaspektrometrisesti. Tämän lisäksi yritettiin fraktioida anioninvaihtokromato-grafisesti galakturonihappoa (GalA) sisältävät fraktiot. GX:n stabiloima emulsio oli pysyvä sekä kemiallisesti että fysikaalisesti. Kolmen kuukauden aikana sen peroksidiluku ei kasvanut merkittävästi, mutta pisarakoko kasvoi. Faasit eivät kuitenkaan erottuneet toisistansa. GX:n tärkeimmiksi fenolisiksi yhdisteiksi tunnistettiin vanilliini ja syringaldehydi. Molempia löytyi jatkuvasta faasista ja rajapinnoilta. Suurin osa GX:n fenolisista yhdisteistä oli sitoutunut polysakkaridiketjuun esterisidoksilla ja glykosidisidoksilla. GX sopisi hyvin elintarvikkeiden stabilointiaineeksi, koska se ehkäisee hapettumista ja emulsiorakenteen hajoamista. GX:n pisaroiden rajapinnalla on sekä esterisidoksia että glykosidisidoksia. Esterisidokset mahdollistavat tiiviin rakenteen ja polysakkaridiketjujen pelkistävässä päässä olevat glykosidisidokset paksun, mutta harvan rakenteen. Myös GalA:n suuri määrä rajapinnalla viittaa siihen, että pektiini saattaa osallistua stabilointiin

Lignin-Rich PHWE Hemicellulose Extracts Responsible for Extended Emulsion Stabilization

Peer reviewe

Centrifugal fractionation of softwood extracts improves the biorefinery workflow and yields functional emulsifiers

With the emerging bio-based technologies, the fractionation of complex biomass is essential to obtain value-added functional molecules for material, chemical, and energy production. The refining process of biomasses often requires the use of solvents and hazardous chemicals, whose removal after fractionation decreases the eco-compatibility of the process and increases the cost and time of the refinement. Softwood extracts obtained through the environmentally friendly pressurized hot water extraction are heterogeneous mixtures rich in hemicelluloses and lignin. Here we developed a simple, fast, organic solvent-free, and sustainable method to fractionate softwood extracts using centrifugal forces. The characteristics of each obtained fraction in terms of composition, macromolecular properties (particle size, molar mass, charge), interfacial activity, and stabilization capacity were highly dependent on the centrifugal force and time applied. The hemicellulose and lignin contents in the fractions were balanced by centrifugal forces to obtain functional emulsifiers that efficiently stabilized the oil/water interface. Through fractionation of softwood extracts, we also found that both the hemicelluloses and lignin particles are involved in emulsion interface formation and stabilization. Centrifugation is a scalable concept that can be feasibly and easily introduced into the biorefinery system and used to optimize the composition of biomass fractions for targeted purposes.Peer reviewe

Revealing the role of phenolic residues co-extracted with hemicelluloses as emulsion stabilizers

201