Removal of sugars from tannin-containing bark extracts using hydrolytic enzymes and filtration technology

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
Bioprosessitekniikka
Mcode
Kem-70
Degree programme
Language
en
Pages
viii + 91 + [12]
Series
Abstract
The aim of this thesis was to study and develop a sugar removal process for tannin containing bark extracts using enzymatic hydrolysis and ultrafiltration technology. Renewable polyphenolic spruce bark tannins could be used to replace fossil-based phenol in the production of insulating foams for the construction industry. The enzymatic hydrolysis of soluble polysaccharides to monosaccharide's was studied using different commercial enzymes and their mixtures for two bark extracts produced in laboratory (8 1) and pilot scale (250 I). A total of 96% of the sugars in the laboratory extract were hydrolysed using a mixture of three commercial enzyme preparations with ß-glucosidase, ß-glucanase and pectinase activities. Using a different mixture of the same preparations a hydrolysis yield of 56% could be reached for the pilot extract. The ultrafiltration experiments were performed in laboratory scale with the pilot extract to find a suitable membrane, which allows the hydrolysed monosaccharide's to pass to the permeate but retains the tannins in the retentate. A total of 21.3% of the extract sugars could be removed from the pilot extract using the enzymatic hydrolysis and ultrafiltration at the expense of a 6.9% loss of tannin. Even though a part of the sugars could be removed from the extract, the actual execution of the filtrations was challenging due to slow flow rates. The results were positive indicating that the sugars could be removed to some extent from the extracts using enzymatic hydrolysis and ultrafiltration. However, more research is needed in order to improve the hydrolysis yield of the pilot extract as well as to determine more effective ultrafiltration techniques that could be applied also in industrial scale.

Diplomityön tavoitteena oli tutkia ja kehittää tanniinia sisältävien kuoriuutteiden puhdistusta sokereista käyttämällä entsymaattista hydrolyysia ja ultrasuodatusta. Kuusen kuoren polyfenolisia tanniineja voitaisiin käyttää rakennusteollisuuden eristevaahtojen valmistuksessa käytettävien fossiiliset fenolien korvaamiseen. Laboratoriomittakaavassa (8 1) ja pilot-mittakaavassa (250 1) valmistettujen kuoriuutteiden vesiliukoisten polysakkaridien entsymaattista hydrolyysia monosakkarideiksi tutkittiin erilaisilla kaupallisilla entsyymeillä ja niiden seoksilla. Yhteensä 96 % laboratoriouutteen sisältämistä sokereista voitiin hydrolysoida monosakkarideiksi kolmen kaupallisen entsyymin seoksella, joka sisälsi ß-glukosidaasi-, ß-glukanaasi-ja pektinaasiaktiivisuuksia. Pilot-uutteelle puolestaan saavutettiin 56 %:n hydrolyysisaanto käyttämällä samoja kaupallisia entsyymejä, mutta eri suhteissa. Ultrasuodatuskokeet tehtiin pilot-uutteelle laboratoriomittakaavassa. Kokeiden tarkoituksena oli määrittää sopiva suodatuskalvo, joka pidättäisi tanniinit, mutta päästäisi monosakkaridit läpi. Yhteensä 21.3 % uutteen sokereista onnistuttiin poistamaan hydrolyysilla ja ultrasuodatuksella, mutta samalla menetettiin myös 6.9 % tanniineista. Vaikka uutetta onnistuttiinkin jonkin verran puhdistamaan, itse suodatusten toteutus oli heikkoa hitaiden virtausnopeuksien vuoksi. Tulokset olivat positiivisia, sillä uutetta pystyttiin jossain määrin puhdistamaan sokereista entsymaattisella hydrolyysilla ja sitä seuranneella ultrasuodatuksella. Lisätutkimusta tarvitaan kuitenkin pilot-uutteen hydrolyysisaannon parantamiseksi sekä tehokkaamman ja teolliseen mittakaavaan soveltuvan suodatusmenetelmän kehittämiseksi.
Description
Supervisor
Ojamo, Heikki
Thesis advisor
Kemppainen, Katariina
Keywords
spruce bark, kuusen kuori, tannin, tanniini, enzymatic hydrolysis, entsymaattinen hydrolyysi, ultrafiltration, ultrasuodatus
Citation