Регулирование влагопрочности картона обработкой биомодифицированным глютеном

УДК

676.73

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.5.181

Аннотация

В технологии производства бумаги и картона для придания им прочности во влажном состоянии применяют синтетические связующие вещества, далеко не безвредные для человека и окружающей среды. В связи с этим весьма актуален поиск биологически безопасных связующих, в частности биополимеров, для придания влагопрочности бумаге и картону. Цель наших исследований – повышение влагопрочности картона обработкой биомодифицированным глютеном. В соответствии с поставленной целью показано влияние биокаталитически обработанного глютена на деформационные свойства картона. Глютен пшеничный обрабатывался ферментными препаратами: гидролазой, трансферазой и липазой. При обработке картона в глютен вносили L-цистеин. Применение биомодифицированного глютена позволяет получать биоразлагаемые волокнистые материалы с наименьшими энергозатратами из возобновляемых источников сырья. Практическая значимость работы обусловлена заменой формальдегидных смол и/или синтетических полимеров, используемых для придания прочности во влажном состоянии бумаге и картону, на биомодифицированные расти-тельные полимеры. Показано увеличение (по отношению к контрольному образцу) прочностных характеристик картона: пропитанного биомодифицированным глютеном (трансглутаминазой) – удлинение до 19 % для продольного и поперечного направлений в сухом и влажном состояниях; пропитанного липопаном – удлинение до 28 % для продольного и поперечного направлений во влажном состоянии. Полученные результаты показывают потенциальную возможность применения биокаталически обработанного глютена для повышения влагопрочности бумаги и картона. Кроме того, получаемые материалы являются биоразлагаемыми.

Сведения об авторах

И.В. Захаров¹, асп.
Н.Л. Захарова¹, асп.
А.В. Канарский¹, д-р техн. наук, проф.
А.Н. Романова², асп.
Я.В. Казаков², д-р техн. наук, доц.
Д.А. Дулькин², д-р техн. наук
¹Казанский национальный исследовательский технологический университет,
ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Россия, 420015;
e-mail: zaharvv1991@mail.ru, alb46@mail.ru, nlzaharova@mail.ru
²Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова,
наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002;
e-mail: j.kazakov@narfu.ru

Ключевые слова

глютен, ферментативная обработка глютена, картон, липопан, трансглутаминаза, L-цистеин, влагопрочность

Для цитирования

Захаров И.В., Захарова Н.Л., Канарский А.В., Романова А.Н., Казаков Я.В., Дулькин Д.А. Регулирование влагопрочности картона обработкой биомодифицированным глютеном // Лесн. журн. 2018. № 5. С.181–190. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.181

Литература

1. Захаров И.В., Захарова Н.Л., Канарский А.В., Окулова Е.О., Казаков Я.В., Дулькин Д.А. Физико-механические свойства картона, обработанного биомодифицированным глютеном // Лесн. журн. 2017. № 6. С. 135–144. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.6.135.
2. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2000. № 3. С. 52–62.
3. Andersson C. New Ways to Enhance the Functionality of Paperboard by Surface Treatment – а Review // Packaging Technology and Science. 2008. Vol. 21, iss. 6. Pp. 339–373.
4. Bellussi G., Bohnet M., Bus J., Drauz K., Greim H., Jäckel K.-P., Karst U., Kleemann A., Kreysa G., Laird T., et al. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol. 32. Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2000. Рр. 145–167.
5. Khwaldia K., Arab-Tehrany E., Desobry S. Biopolymer Coatings on Paper Packaging Materials // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2010. Vol. 9, iss. 1. Pp. 82–91.
6. Renirie J.G., Van Der Meijden J.A.A., Plijter J.J., Van Soest J. Flour-Based Product, Its Preparation and Use, the United States of America, Pat. No. US 8,329,989 B2, 2012.
7. Tang X.Z., Kumar P., Alavi S., Sandeep K.P. Recent Advances in Biopolymers and Biopolymer-Based Nanocomposites for Food Packaging Materials // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2012. Vol. 52, iss. 5. Pp. 426–442.

Поступила 01.03.18

Ссылка на английскую версию:

Regulation of Cardboard Wet Strength by Biomodified Gluten Treatment

UDC 676.73
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.181

Regulation of Cardboard Wet Strength by Biomodified Gluten Treatment

I.V. Zakharov¹, Postgraduate Student
N.L. Zakharova¹, Postgraduate Student
A.V. Kanarskiy¹, Doctor of Engineering Sciences, Professor
A.N. Romanovа², Postgraduate Student
Ya.V. Kazakov², Doctor of Engineering Sciences, Associate Professor
D.A. Dul’kin², Doctor of Engineering Sciences
¹Kazan National Research Technological University, ul. K. Marksa, 68, Kazan, 420015, Russian Federation;
e-mail: zaharvv1991@mail.ru, nlzaharova@mail.ru, alb46@mail.ru
²Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;
e-mail: j.kazakov@narfu.ru

Synthetic binders are used in technology of paper and cardboard production in order to enhance final product strength in wet state. These substances are far from being harmless beings to humans and the environment. Therefore it is very important to find biologically safe substancee for wet-strengthening of paper and cardboard, for instance, biopolymers. The purpose of the research is the increasing of wet strength of cardboard by biomodified gluten treatment. The effect of biocatalytically treated gluten on the deformation properties of cardboard is shown in accordance with the purpose of the research. Wheat gluten was treated by enzymatic preparations: hydrolase, transferase and lipase. Amino acid L-cysteine was added to gluten for cardboard treatment. The use of biomodified gluten as a biopolymer allows obtaining biodegradable fibrous materials with the lowest energy costs from renewable sources. Practical significance of the research is determined by replacement of formaldehyde resins and/or synthesized polymers, which are used to enhance the strength of paper and cardboard in wet state, to biomodified plant polymers. The increase (in relation to the blank sample) of the strength properties of cardboard: impregnated with biomodified gluten (transglutaminase) showed elongation up to 19%, for length and width directions in dry and wet states; impregnated with lipopan showed elongation up to 28%, for length and width directions in wet state. The obtained results show the potential application of biocatalytically treated gluten for increasing the wet strength of cardboard. The obtained materials are biodegradable.

Keywords: gluten, enzymatic treatment of gluten, cardboard, lipopan, transglutaminase, L-cysteine, wet strength.

REFERENCES

1. Zakharov I.V., Zakharova N.L., Kanarskiy A.V., Okulova E.O., Kazakov Ya.V., Dul’kin D.A. Fizikomekhanicheskiye svoystva kartona, obrabotannogo biomodifitsirovannym glyutenom [Physical and Mechanical Properties of Cardboard Treated with Biomodified Gluten]. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2017, no. 6, pp. 135–144.
2. Komarov V.I., Kazakov Ya.V. Analiz mekhanicheskogo povedeniya tsellyulozno-bumazhnykh materialov pri prilozhenii rastyagivayushchey nagruzki [Analysis of Mechanics of Pulp and Paper Materials when Applying a Tensile Load]. Lesnoy Vestnik [Forestry Bulletin], 2000, no. 3, pp. 52–62.
3. Andersson C. New Ways to Enhance the Functionality of Paperboard by Surface Treatment – a Review. Packaging Technology and Science, 2008, vol. 21, iss. 6, pp. 339–373.
4. Bellussi G., Bohnet M., Bus J., Drauz K., Greim H., Jäckel K.-P., Karst U., Kleemann A., Kreysa G., Laird T., et al. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany, Wiley-VCH, 2000, vol. 32, рр. 145–167.
5. Khwaldia K., Arab-Tehrany E., Desobry S. Biopolymer Coatings on Paper Packaging Materials. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2010, vol. 9, iss. 1, pp. 82–91.
6. Renirie J.G., Van Der Meijden J.A.A., Plijter J.J., Van Soest J. Flour-Based Product, Its Preparation and Use, the United States of America, Pat. No. US 8,329,989 B2, 2012.
7. Tang X.Z., Kumar P., Alavi S., Sandeep K.P. Recent Advances in Biopolymers and Biopolymer-Based Nanocomposites for Food Packaging Materials. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2012, vol. 52, iss. 5, pp. 426–442.

Received on March 01, 2018

---

For citation: Zakharov I.V., Zakharova N.L., Kanarskiy A.V., Romanovа A.N., Kazakov Ya.V., Dul’kin D.A. Regulation of Cardboard Wet Strength by Biomodified Gluten Treatment. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2018, no. 5, pp. 181–190. DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2018.5.181