04/09/2021
0На фото: «Четверть древесины ели состоит из гемицеллюлозы или смолы ели, но нам все еще нужно провести много исследований, чтобы можно было использовать ее в той мере, в какой мы используем лигнин, не говоря уже о целлюлозе», – говорит Мамата Бхаттараи, в настоящее время работающая в Университете Аалто. Фото: Анна Кауппи
Около четверти древесины состоит из гемицеллюлозы, которая, как ожидается, сделает прорыв в пищевой, упаковочной и фармацевтической промышленности в качестве стабилизатора. Древесные гемицеллюлозы, также называемые еловой камедью, получают из побочных продуктов производства целлюлозы.
Для получения однородной эмульсии при смешивании масла и воды необходим стабилизатор. Некоторые из них знакомы нам из описаний продуктов питания и косметики: например, гуммиарабик, гуаровая камедь, пектины и камедь из бобов рожкового дерева (всё это известные пищевые добавки растительного происхождения).
Однако эти традиционные добавки можно заменить гемицеллюлозами древесины, которые в последние годы интенсивно изучаются в Финляндии.
«Древесные гемицеллюлозы обладают огромным потенциалом», – говорит исследователь Мамата Бхаттарай из Университета Аалто.
«Гемицеллюлозы древесины могут использоваться для замены стабилизаторов как растительного, так и животного происхождения в пищевых продуктах, косметике и фармацевтических препаратах. Их потенциал также изучается для производства упаковочных пленок на биологической основе и материалов для хранения тепла ».
Еловая жевательная резинка стабилизирует йогурт
Бхаттараи особенно заинтересована в использовании древесных гемицеллюлоз в эмульсиях для различных продуктов питания, таких как йогурт или заправки для салатов. Здесь стабилизаторы обеспечивают желаемую консистенцию и вкус.
В своей докторской диссертации Бхаттарай изучала гемицеллюлозу ели, другими словами, галактоглюкоманнаны, а также свойства смол ели, извлеченных различными методами.
Она обнаружила, что растворимость еловой камеди и ее стабилизирующие свойства в эмульсиях сильно зависят от того, как она была извлечена из древесины. Например, чистая еловая камедь, полученная в результате модифицированной экстракции горячей водой под давлением, имела самую высокую растворимость в воде, в то время как еловая камедь, смешанная с лигнином, работала лучше как стабилизатор.
«Я считаю, что эти результаты послужат основой для многих дальнейших исследований. Нам все еще нужно много информации о влиянии различных методов экстракции на свойства гемицеллюлозы и, следовательно, на ее потенциальное использование в качестве сырья ».
Успешно защищенная диссертация способствует развитию биоэкономики замкнутого цикла.
Бхаттарай защитила докторскую диссертацию на факультете сельского и лесного хозяйства Хельсинкского университета в ноябре 2020 года. Вчера ее докторская диссертация « Ассоциативное поведение еловых галакто-глюкоманнанов в водных растворах и эмульсиях» была отмечена Финским фондом исследования природных ресурсов как лучшая докторская диссертация года . Целью награды является поощрение молодых исследователей к работе, способствующей устойчивому использованию природных ресурсов и имеющей коммерческий потенциал.
Фонд заявляет, что исследования Бхаттараи по добыче и использованию галакто-глюкоманнана раскрывают значительный промышленный потенциал биоэкономики замкнутого цикла Финляндии, основанной на лесах.
Бхаттарай говорит, что она заинтересовалась древесными гемицеллюлозами вскоре после того, как начала работать ассистентом-исследователем в группе доцента Кирси Микконен в Университете Хельсинки в 2015 году.
Микконен много лет изучал гемицеллюлозу и давно верил в огромный потенциал еловой камеди .
Четверть древесины состоит из гемицеллюлозы.
Считается, что задача гемицеллюлозы в древесине – сделать ее более гибкой. Без него деревья не гнулись бы на ветру.
Грубо говоря, древесина на одну четвертую часть состоит из й гемицеллюлозы, на одну треть из лигнина и более чем одну треть из целлюлозы. Структура гемицеллюлозы представляет собой длинную и сложную цепочку моносахаридов (сахаров).
Но почему, в отличие от целлюлозы и лигнина, гемицеллюлоза до сих пор не использовалась? Одна из причин, по словам Бхаттараи, заключается в том, что целлюлоза находится в центре внимания промышленности при производстве бумаги и картона, а также потому, что исследования в области применения гемицеллюлозы все еще находятся в зачаточном состоянии.
Особенно сложно отделить гемицеллюлозу от лигнина. «Еще один вопрос, который следует изучить, – можно ли использовать эти два материала в качестве сырья в сочетании», – отмечает Бхаттараи.
«Промышленность только несколько лет назад начала использовать потенциал древесных компонентов, отличных от целлюлозы, в качестве сырья. К настоящему времени количество заводов по производству биопродуктов сокращается из-за меньшего спроса на бумагу, и с новыми результатами исследований они наверняка заинтересуются также использованием гемицеллюлозы ».
Замена синтетического сырья в сельском хозяйстве
Бхаттараи в настоящее время исследует свойства гемицеллюлозы для использования в сельском хозяйстве в качестве наноносителей, в которых гемицеллюлоза может заменить синтетические аналоги.
«Даже здесь очень важен используемый метод экстракции. Мы изучаем несколько методов экстракции, чтобы найти то, что лучше всего работает на листьях растений », – говорит Бхаттарай.
Как для докторской диссертации, так и для своего текущего проекта Бхаттарай рада получить высококачественный материал из еловой жевательной резинки от доктора Петри Килпеляйнена , старшего научного сотрудника Института природных ресурсов Финляндии. Сам Килпеляйнен занимается экстракцией гемицеллюлозы горячей водой для получения сырья и материалов для исследований.
Бхаттарай говорит, что ее больше всего интересуют темы, связанные с использованием экологически безопасных материалов и технологий в агропродовольственных цепочках добавленной стоимости. Она считает, что использование свойств природных материалов для замены ископаемых материалов только начинается.
Родом из Непала, Бхаттараи долгое время считал древесину просто предметом исследования и экологически безопасным сырьем. Во время своего пребывания в Финляндии она научилась ценить леса.
«В Финляндии я открыла для себя лесные тропы, их успокаивающее действие и множество сокровищ, таких как ягоды и грибы».
