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Titel: Charakterisierung von Xylanen und xylanhaltigen Stärkeformulierungen
Sonstige Titel: Characterization of xylans and xylan-containing starch formulations
Sprache: Deutsch
Autor*in: Schwarz, Stephanie
Schlagwörter: Xylan; Oberflächenleimung; Wellpappe; starch; xylan; enzym; viscosity; paper; hemicellulose; surface sizing
GND-Schlagwörter: Stärke; Polyosen; Enzym; Viskosität; Papier
Erscheinungsdatum: 2019
Tag der mündlichen Prüfung: 2019-12-05
Zusammenfassung: 
In der vorliegenden Arbeit wurden ausgewählte Arabinoxylane, Xylan-Derivate und xylanhaltige Stärkeformulierungen bezüglich ihrer Eignung für den Oberflächenauftrag auf Wellpappenrohpapiere untersucht. Der Fokus lag dabei unter anderem in der Aufklärung einer viskositätssenkenden Wirkung von Arabinoxylanen auf Stärkeformulierung, durch die ein Einsatz der Formulierung ohne enzymatische oder oxidative und thermische Behandlung möglich wäre. Diese Wirkung war auf bestimmte industriell erzeugte Weizenxylan-Präparate beschränkt und auch innerhalb dieser Präparate unterschiedlich stark ausgeprägt.

Intensive Betrachtungen von Wechselwirkungen zwischen Xylan und Stärke in Formulierungen zeigten, dass der Rückgang der Viskosität bei bestimmten xylanhaltigen Stärkeformulierungen durch in den Präparaten vorliegende enzymatische Verunreinigungen hervorgerufen wurde und nicht wie angenommen durch das Xylan selbst oder das enthaltene Arabinogalactan. Die Kontamination der Arabinoxylane mit den Enzymen erfolgte während des Herstellungsprozesses und hatte die Hydrolyse der Stärke in den Formulierungen zur Folge. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Kontamination der Xylane anhand der Art der stärkeabbauenden Enzyme und deren Stabilität gegenüber thermischer Behandlung unterschieden. Weiterführende Untersuchungen zeigten zudem, dass die stärkeabbauenden Enzyme durch die Weizenxylane gegenüber einer thermischen Denaturierung bei Temperaturen von bis zu 120°C stabilisiert werden können.

Die Derivatisierung der Arabinoxylane führte zu einem Verlust der viskositätssenkenden Eigenschaft. Der durch die enzymatischen Verunreinigungen hervorgerufene hohe Stickstoff-Gehalt der Arabinoxylane erwies sich zudem bei der Berechnung des DS der Xylan-Derivate über den Stickstoff-Anteil der kationischen Substituenten als problematisch. Daher wurde eine neue Methode zur Berechnung des DS ohne Berücksichtigung des Stickstoff-Anteils entwickelt. Untersuchungen von xylanhaltigen Stärkeformulierungen für Oberflächenleimung von Wellpappenrohpapieren zeigten, dass es weder durch den Einsatz von Stärkeformulierungen mit Xylanen noch deren Derivaten zu einer Verbesserung der Festigkeitseigenschaften oder des Recycling-Verhaltens der beleimten Papiere im Vergleich zu Produkten mit reiner Stärkeformulierung kommt. Nach der Optimierung des Herstellungsverfahrens scheint die temperaturstabilisierende Wirkung gegenüber stärkeabbauenden Enzymen jedoch eine vielversprechende Eigenschaft der Xylane zu sein.

The paper industries developments constantly require new concepts, within the use of new starch formulations to improve the paper strength properties. In this thesis, arabinoxylans, xylan derivatives and xylan-containing starch formulations were investigated due to their surface application on corrugated raw paper. A part of this thesis investigated the viscosity-reducing effect of the addition of arabinoxylans to a starch formulation. This method induced a reduction of the starch viscosity without considering the traditional pre-treatment processes (enzymatic or oxidative-thermal). This viscosity-reducing effect was experimentally explored with several industrial produced wheat xylans, and surprisingly exhibit differently viscosity results according to the used arabinoxylans. A further investigation of the xylan-starch formulations showed a decrease of the viscosity, mainly due to the presence of enzymatic impurities in the xylans.

The enzymatic contaminations occurred during the xylan manufacturing process and lead to an intense hydrolysis of the starch. Those enzymatic impurities differed from one to another xylan product, and can be correlated to the types of enzymes used in the xylan production process and their thermal resistance. Further Investigations showed that the starch-degrading enzymes can be stabilized by the wheat xylans, and therefore kept their hydrolysis activity intact even at high temperatures (>120°C).

It was demonstrated that the derivatization of the arabinoxylans resulted in a loss of the viscosity-reducing property. The high nitrogen content of the arabinoxylans, caused by the enzymatic impurities, unabled an accurate calculation of the substitution degree (DS) for the xylan derivatives based on the nitrogen content of the cationic substituents. Therefore, a new method for calculating the DS, without considering the nitrogen content, has been introduced.

The investigations of xylan-starch formulations for surface sizing of corrugated board raw paper showed that the use of those formulations did not improve the strength properties, and the recycling behaviour, of the coated papers if compared to the coating with pure starch formulations. However, after optimization of the production process, the temperature-stabilizing effect of xylans against starch-degrading enzymes appears to be a promising property.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6151
URN: urn:nbn:de:gbv:18-102190
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Saake, Bodo (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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