Gelation properties of spruce galactoglucomannans | Kuusen galaktoglukomannaanin geeliytymisominaisuudet

Nykyinen trendi elintarvike- ja metsäteollisuuksissa on kestävien ja uusiutuvien tuotteiden hyödyntäminen. Yksi tämän kaltainen tuote on galaktoglukomannaani (GGM), vesiliukoinen hemiselluloosa, joka kattaa 25–35 % kuivasta puumassasta. GGM voidaan uuttaa kuusen sahapurusta tai oksista ympäristöystävällisellä ja turvallisella paineistetulla kuumavesiuutto-menetelmällä (PHWE). PHWE- menetelmä ja kalvosuodastus emäksisissä olosuhteissa voivat johtaa deasetylaatioon GGM:n rakenteessa, joka voisi mahdollistaa sen geeliytymiseen. Tämän maisterintutkielman tavoittena on selvittää, pystyykö matalan asetyylitason GGM muodostamaan geeliä, sekä mitkä tekijät vaikuttavat sen geeliytymiseen ja geelin rakenteeseen. Matalan asetyylitason PHWE:llä uutetut GGM-jauheet toimitti Luonnonvarakeskus (Luke). GGM-liuokset eri pH arvoilla (4, 7, ja 10) ja konsentraatioilla (5, 10, 15 %) valmistettiin sekoittamalla, jonka jälkeen ne ultrasonikoitiin (50 % amplitudia, 5 minuutin ajan). Geelin viskositeetti, reologiset ominaisuudet, vedenpidätyskyky (WHC), kovuus ja tarttuvuus, mitattiin päivinä 1, 2, 3, ja 5. Näytteet olivat säilytyksessä huoneenlämmössä (22 °C). Tulokset näyttivät, että GGM pystyi muodostamaan geelin kaikissa tutkituissa olosuhteissa, lukuun ottamatta näytettä, jonka pH arvo oli 4 ja konsentraatio 5 %. GGM-liuokset korkeassa pH-arvossa (7–10) ja konsentraatiossa (10–15 %) pystyi muodostamaan geelin ilman ultraäänikäsittelyä. GGM geeleillä oli korkea WHC (≥ 90 %). Geelin viskositeetti kasvoi varastointiajan pidentyessä ja konsentraation lisääntyessä. Frekvenssipyyhkäisy näytteistä osoitti geelimäisen materiaalin. Geelin kovuus ja tarttuvuus nousi kaikissa näytteissä varastoinnin aikana ja konsentraation noustessa. Tämä tutkielma osoitti, että GGM:llä on kyky geeliytyä, jossa konsentraatio sekä pH vaikuttavat geelin rakenteeseen. Tulokset osoittivat, että GGM:ää voidaan käyttää hyytelöitymisaineena. Tämän myötä sen käyttö voisi laajentua teollisuudessa, tai ainakin herättää sen kiinnostusta.

The current trend in the food and forest industries is to utilize sustainable and renewable products. One such product is galactoglucomannans (GGM), water-soluble hemicelluloses covering 25–35 % of the dry wood mass. GGM can be extracted from spruce sawdust or branches using a safe and environmentally friendly pressurized hot water extraction (PHWE) method. Deacetylation of GGM happening during extraction and concentration by membrane filtration at alkali conditions possibly enables gel formation. This thesis aims to observe if low acetyl GGM has the ability to form a gel and which factors have an impact on its gelation and gel properties. Low acetyl PHWE GGM powders were provided by the Natural Resources Institute of Finland (Luke). The GGM solutions at different pH values (4, 7, and 10) and solid concentration levels (5, 10, and 15 %) were prepared using a magnetic stirring rod and then ultrasonicated (50% amplitudes for 5 min). Viscosity, rheological properties, water holding capacity (WHC), hardness, and adhesiveness were measured on days 1, 2, 3, and 5 during storage at room temperature (22 °C). The results showed that GGM was able to form a gel at all investigated conditions, except for the samples at pH 4 and a solid concentration of 5 %. GGM solutions at high pH (7–10) and solid concentrations (10–15%) formed gels without ultrasonication. All GGM gels had high WHC (≥ 90 %). Gel viscosity increased with prolonging of storage time and increased solid concentration. The frequency sweep analyses showed that all investigated samples had a gel-like behavior. Gel hardness and adhesiveness increased in all the samples during storage and increased solid concentration. The thesis demonstrated that low acetyl GGM could form a gel, which could be used as a gelling agent, where solid concentration and pH impacted to gel structure. Thus, the study could widen industrial applications of GGM or at least engage interest.