مشخصه‌یابی کمی، کیفی و ساختاری سلولز استخراج شده از ماکرو‌جلبک سبزCladophora sp.

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 عضو هیات علمی، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان - ایران

3 گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 دانشیار گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

10.22059/jfwp.2025.398125.1355

چکیده

سلولز استخراج شده از منابع جلبکی، به‌عنوان یک ماده زیستی با ارزش افزوده بالا و داشتن ویژگی‌های منحصربه‌فرد، توجه قابل ملاحظه‌ای را در حوزه‌های مختلف به‌خود جلب نموده است. با وجود پیشرفت های اخیر در روش‌های مختلف استخراج سلولز از زیست‌توده جلبک‌ها، این مسئله همچنان نیازمند بررسی و بهینه‌سازی روش‌های فیزیکی- مکانیکی برای تولید سلولز با ویژگی‌های مطلوب و قابلیت فراوری بهتر وجود دارد. این مطالعه به استخراج و مشخصه‌یابی سلولز از ماکروجلبک سبز کلادوفورا (Cladophora sp.) با استفاده از یک فرآیند شیمیایی-مکانیکی چندمرحله‌ای، شامل پیش ‌تیمار با متانول، تیمار قلیایی (NaOH) و رنگ‌بری دو مرحله‌ای (H2O2/NaOH) و (NaClO) می‌پردازد. محصول نهایی با آنالیزهای FTIR، ترکیب شیمیایی، درصد بازده، میزان آلفاسلولز، ویسکوزیته ذاتی و درجه پلیمریزاسیون (DP) شناسایی شد. فرآیند خالص‌سازی منجر به کاهش قابل ملاحظه پروتئین تا 7/0 درصد و خاکستر تا 51/0 درصد و افزایش خلوص آلفاسلولز تا 6/91 درصد شد. اگرچه این فرآیند با کاهش قابل ملاحظه DP، از 2500 به 1290 (حدود 5/48 درصد) در مرحله رنگ‌بری با NaClO همراه بود، اما این کاهش می‌تواند فرآیندهای مکانیکی بعدی برای تولید نانوسلولز را تسهیل کند. بازده کلی 9/69 درصد محاسبه شد، که بر قابلیت زیاد جلبک کلادوفورا به‌عنوان منبعی پایدار برای تولید سلولز با خلوص زیاد تأکید می‌کند. نتایج FTIR، نیز حذف مؤثر ترکیبات غیرسلولزی (لیپیدها، همی‌سلولزها، لیگنین و رنگدانه‌ها) و افزایش خلوص سلولز را تأیید کرد. این پژوهش اثربخشی فرآیند پیشنهادی را در تولید الیاف سلولز با خلوص بالا و ویژگی‌های مطلوب نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quantitative, Qualitative and Structural Characterization of Cellulose Extracted from Green Macroalgae Cladophora sp.

نویسندگان [English]

  • fatemeh asadi 1
  • Mohamad Hadi Aryaie Monfared 2
  • ahmadreza saraeyan 3
  • sahab Hedjazi 4
1 Ph.D. Candidate in Wood and Cellulosic Products Industries, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources 2*Assistant Professor, Department of Paper Sciences and Engineering
2 Assistant Professor, Paper Sciences and Engineering Department, Wood and Paper Engineering Faculty, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan - Iran
3 Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
4 Department of Paper Sciences and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Cellulose extracted from algal sources has attracted considerable attention as a high–value biopolymer due to its unique physicochemical characteristics and wide range of potential applications. Despite recent advances in cellulose extraction techniques from algal biomass, further investigation and optimization of physico mechanical methods are still required to obtain cellulose with desirable properties and enhanced processability. In this study, cellulose was extracted and characterized from the green macroalga Cladophora sp. through a multistep chemo–mechanical process consisting of methanol pretreatment, alkaline treatment (NaOH), and two–stage bleaching using H₂O₂/NaOH and NaClO. The final product was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), chemical composition analysis, yield determination, α–cellulose content, intrinsic viscosity, and degree of polymerization (DP). The purification process markedly reduced the protein and ash contents to 0.7% and 0.51%, respectively, while increasing the α–cellulose purity to 91.6%. Although the DP decreased significantly from 2500 to 1290 (approximately 48.5%) during the NaClO bleaching stage, this reduction may facilitate subsequent mechanical treatments for ideal nanocellulose production. The overall yield of cellulose was 69.9%, highlighting the high potential of Cladophora sp. as a sustainable source for producing high–purity cellulose. FTIR results further confirmed the effective removal of non–cellulosic constituents (lipids, hemicelluloses, lignin and pigments) and the corresponding enhancement in cellulose purity. Overall the findings demonstrate the efficiency of the proposed extraction approach for obtaining high–purity cellulose fibers with desirable physicochemical properties compare with previous methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cellulose
  • Fourier Transform Infrared (FTIR)
  • Green macroalga Cladophora sp
  • Marine macroalgae
  • Physico-chemical properties
  • Spectroscopy