An Environment - Friendly Method to Prepare Microcrystalline Cellulose

• Autorzy: Stupińska H. , Iller E. , Zimek Z. , Wawro D. , Ciechańska D. , Kopania E. , Palenik J. , Milczarek S. , Stęplewski W. , Krzyżanowska G.

Warianty tytułu

PL

Otrzymywanie mikrocelulozy z zastosowaniem ekologicznych metod depolimeryzacji celulozy - dwustopniową modyfikacją celulozy metodą radiacyjną i enzymatyczną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this article a method is presented to prepare MCC from cellulose pulp employing an environment-friendly, effective two-step radiation-enzymatic depolymerisation process. The process was grounded on the radiation degradation by means of an electron beam to initially depolymerise the pulp prior to enzymatic hydrolysis. The cellulose pulp and the MCC made of it were estimated with the following quality indices: polymerisation degree, content of crystalline fraction (KWr), water retention value (WRV), specific volume, whiteness and grain coarseness. The characteristic of the molecular and crystalline structure of MCC as done by gel chromatography (GPC), the microscopic inspection of images and by the wide angle X-ray scattering (WAXS) method. It was documented that the results of preparing MCC by means of two-step depolymerisation depend primarily upon the average cellulose pulp polymerisation degree after enzymatic treatment. MCC preparation conditions recognised as optimal, may be specified as: irradiation of cellulose pulp with a 50 kGy dose followed by enzymatic hydrolysis during 0.5% at 50 °C and module E/S 46 UCMC/g. The depolymerised cellulose pulp is further processed in laboratory scale to form MCC by milling and drying. The MCC obtained is characterised by: DPv 150, a content of crystalline fraction (KWr) of about 64%, specific volume of 38 g/100 cm3and whiteness of 75%. Mass loss was 4.4% and the content of reducing sugars in the solution was 1.4 mg/cm3. The two-step depolymerisation route makes it possible to prepare MCC with quality indices close to materials used in the pharmaceutical industry, paving the way toward an ecological method of manufacturing microcrystalline cellulose for special uses.

PL

Przedstawiono metodę otrzymywania mikrokrystalicznej celulozy (MKC) z masy celulozowej z zastosowaniem nietoksycznego, sposobu dwustopniowej depolimeryzacji celulozy – radiacyjnej i enzymatycznej. Podstawą metody jest wstępna depolimeryzacja celulozy poprzez degradację radiacyjną wiązką elektronów przed hydrolizą enzymatyczną. Oceniono masę celulozową i otrzymaną z niej MKC poprzez oznaczenie stopienia polimeryzacji, zawartości frakcji krystalicznej (KWr), wskaźnika wtórnego pęcznienia (WRV), ciężaru nasypowego, białości i granulację. Charakterystykę molekularnej i krystalicznej struktury otrzymanej MKC zbadano za pomocą chromatografii żelowej (GPC), mikroskopowej analizy obrazu i szerokokątnego rozpraszania promieni rentgenowskich (WAXS). Wykazano, że jakość otrzymywanej MKC przy zastosowaniem dwustopniowej depolimeryzacji zależy od średniego stopnia polimeryzacji masy celulozowej po obróbce enzymatycznej. Za optymalne warunki otrzymywania MKC z zastosowaniem depolimeryzacji radiacyjnej i enzymatycznej uznano: napromienianie masy celulozowej Alicell Super dawką 50 kGy, hydrolizę enzymatyczną przy module E/S 46 JCMC/g, w temperaturze 50 °C, w czasie 0,5 h. Z tak depolimeryzowanej masy celulozowej otrzymano MKC , która charakteryzowała się DPV = 150, zawartością frakcji krystalicznej (KWr) ok. 64%, ciężarem nasypowym 38 g/100 cm3 i białością 75%. Opracowana metoda pozwala otrzymać MKC o parametrach zbliżonych do MKC stosowanych w przemyśle farmaceutycznym, co otwiera drogę do ekologicznej technologii wytwarzania celulozy mikrokrystalicznej do celów specjalnych.

Słowa kluczowe

EN

radiation-enzymatic depolymerisation; microcrystalline cellulose

PL

enzymatyczna depolimeryzacja promieniowania; celuloza mikrokrystaliczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 15, no. 5-6 (64)
• Strony: 167--172
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stupińska H.

• Pulp and Paper Research Institute, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Iller E.

• Radioisotope Centre POLATOM, 05-400 Otwock-Świerk, Poland

autor

Zimek Z.

• Institute of Nuclear Chemistry and Technology, ul. Dorodna 16, 03-195 Warszawa, Poland

autor

Wawro D.

• Institute of Biopolimers and Chemical Fibres, Member of EPNOE, European Polysaccharide Network of Excellence www.epnoe.org ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Ciechańska D.

• Institute of Biopolimers and Chemical Fibres, Member of EPNOE, European Polysaccharide Network of Excellence www.epnoe.org ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Kopania E.

• Pulp and Paper Research Institute, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Palenik J.

• Pulp and Paper Research Institute, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Milczarek S.

• Pulp and Paper Research Institute, ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Stęplewski W.

• Institute of Biopolimers and Chemical Fibres, Member of EPNOE, European Polysaccharide Network of Excellence www.epnoe.org ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

autor

Krzyżanowska G.

• Institute of Biopolimers and Chemical Fibres, Member of EPNOE, European Polysaccharide Network of Excellence www.epnoe.org ul. M. Skłodowskiej-Curie 19/27, 90-570 Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. Stupińska H., Iller E., Zimek Z., Kopania E., Palenik J., Milczarek S.: Preparation of microcrystalline cellulose employing ecological depolymerisation methods of cellulose pulp. Part 1. Radiation degradation (in Polish). Przegląd Papierniczy, Vol. 8(2006) p. 475.
• 2. Stupińska H., Wawro D., Ciechańska D., Krzyżanowska G., Stęplewski W., Kopania E., Palenik J., Milczarek S.: Preparation of microcrystalline cellulose employing ecological depolymerisation methods of cellulose pulp. Part 2 Enzymatic hydrolysis (in Polish). Przegląd Papierniczy, Vol. 9(2006) p. 543.
• 3. Stupińska H., Palenik J., Kopania E., Wawro D., Ciechańska D., Krzyżanowska G., Iller E., Zimek Z.: Method to prepare microcrystalline cellulose. Polish patent Appl. P-380328, 2006.
• 4. Iller E., Kukiełka A., Chmielewski A. G., Zimek Z., Michalik J., Perlińska J., Stupińska H., Mikołajczyk W., Starostka P., Strobin G.: Radiation stimulation of various cellulose pulps for the preparation of derivatives (in Polish). Przegląd Papierniczy, Vol. 8(2000) p. 672.
• 5. Struszczyk H., Ciechańska D., Wawaro D., Urbanowski A., Guzińska K., Wrześniewska-Tosik K.: „Method for the manufacture of fibres, film and another products from modified soluble Cellulose” EP 122 80 98.
• 6. Bikales N. M., Regal L.: „Cellulose and Cellulose Derivatives”, Russian edition, editor Z. A. Rocovin, t. 2, Roz. VI A, red. O. A. Battista, pp. 412-421, Moscov 1974.
• 7. Ekmanis J. L.: Am. Lab. News. Jan/Feb., 10 1987.
• 8. Hindeleh A. M., Johnson D. J.: J. Phys. D: Apel. Phys. Vol. 4(1971) p. 259.
• 9. Rabiej M.: Polimery, Vol. 47(2002) No. 6, p. 423; Polimery Vol. 48(2003) No.4, p. 288.