Raps har odlats traditionellt i stor omfattning för att utvinna vegetabiliska oljor samt i form av biobränsle. Intresset har även ökat för rapshalmen då biopolymerer kan komma till nytta för produktion av material. Målet med projektet var att undersöka vilka parametrar som är signifikanta för att erhålla av ett högt utbyte av hemicellulosan glukomannan från rapshalm. Metoden som tillämpades under projektet var hydrotermisk extraktion med avseende på parametrarna temperatur, tid och närvaro av buffertlösningen natriumvätekarbonat. Det erhållna materialet, det vill säga hemicellulosaextraktet isolerades med hjälp av frystorkning. Materialet undersöktes med en rad analysmetoder. Detta bestod av kolhydratanalys, bestämning av molekylvikter, askhalt, och funktionella grupper. Ur hemicellulosamaterialet framställdes plastfilmer genom gjutning, där de mekaniska egenskaperna undersöktes genom dragprovning. De hydrotermiska extraktionsförsöken resulterade i ett högre utbyte vid 170 oC med lägre pH-värde samt höga halter av xylos. Extraktionsförsöken som utförde vid 150 oC gav extrakt med högre halter glukomannan, arabinos och rhamnos där de även hade större molekylvikt. Detta resulterade även i bättre mekaniska egenskaper hos plastfilmerna. Inverkan av buffertlösningen var så liten att den är försumbar. / Rapeseed has traditionally been grown extensively to extract vegetable oils as well as biofuels. There is an increased interest for the rapeseed straw as the biopolymers components can be useful in the production of materials. The aim of this project was to investigate parameters that were significant for obtaining a high yield of hemicellulose glucomannan. The used method in the project was a hydrothermal extraction in terms of parameters such as temperature, time and the presence of a sodium bicarbonate buffer solution. The obtained material, hemicellulose extract, was isolated by freeze-drying. The dry hemicellulose sample was analyzed with several analytical methods such as carbohydrate analysis, size-exclusion chromatography, thermogravimetric analysis and fourier-transform IR. Plastic films were produced with the yielded hemicellulose by casting, in which the mechanical properties were investigated by tensile testing. The hydrothermal extraction experiments resulted in a higher yield at 170 °C, with lower pH and a higher amount of xylose. Extraction experiments performed at 150 °C showed higher amounts of glucomannan, arabinose and rhamnose where they also had higher molecular weight. This resulted in better mechanical properties of the plastic films. The buffer solution made a negligible impact on the extraction.

Restprodukter är i fokus för vidareförädling. Restprodukter från jordbruk och skogsindustri innehåller en stor mängd fibrer och detta arbete undersöker restprodukternas kvalitativa egenskaper samt om det finns potential för att använda dem i cellulosaindustrin. Restprodukter som samlades in var vetehalm, rapshalm, vetekli, betfor, ensilage, grot, primärslam, sågspån samt fiberrejekt. En litteraturstudie utfördes om varje restprodukt för att få en bättre förståelse av vad de består av och hur de uppstår. Genom att extrahera holocellulosa från restprodukterna analyserades de kvalitativa egenskaperna som fibrerna har. För minsta möjliga förändring av fibrernas form och dimensioner användes en macereringsmetod för att extrahera holocellulosa från restmaterialen. Metoder som användes för att analysera de kvalitativa egenskaperna hos restprodukterna var viskositets bestämning, titreringar och gravimetriska analyser. Med dessa metoder kunde massutbyten, askhalter, massviskositeter, perättiksyra- och väteperoxidhalter avgöras för de extraherade holocellulosamassorna. För att undersöka om de extraherade holocellulosamassorna kan användas i cellulosaindustrin testades två typer av processer. Den ena var aerogelproduktionen och den andra en kompressionsgjutning för produktionen av biokompositer med hög styrka. Det visade sig att fiberrejekt gav störst holocellulosautbyte jämfört med de andra restprodukterna. Analyserna gav resultatet att sågspån hade de fibrer med högst polymerisationsgrad medan vetekli och betfor hade de fibrer med lägst polymersiationsgrad. Upplösningen av holocellulosamassans fibrer gick inte att utföra då testprovet hade antingen för hög massviskositet eller för hög andel hemicellulosa som förhindrar att lösningsmedlet löser upp fibrerna. Kompressionsgjutning av holocellulosamassan från vetehalm var lyckat då det gick att förädla den mjuka massan till en massa med mer styvhet. Kompressionsgjutning av holocellulosamassorna kan vara ett alternativ för att producera material för additiv tillverkning (3D-printing). / By-products are in focus for further processing. Residues from agriculture and forest industry contain a large amount of fiber, and this work investigates the qualitative properties of residues and whether there is potential for using them in the cellulose industry. By-products collected were wheat straw, rapeseed straw, wheat bran, betfor, silage, branches, primary sludge, sawdust and fiber rejects. A literature study was conducted around each by-product to get a better understanding of what they consist of and how they occur. By extracting holocellulose from the by-products, the qualitative properties of the fibers were analyzed. For the slightest change in the shape and dimensions of fibers, a maceration method was used to extract holocellulose from the by-products. Methods used to analyze the qualitative properties of the by-products were viscosity, titrations and gravimetric analyzes. With these methods, mass exchanges, ash levels, mass viscosities, peracetic acid and hydrogen peroxide levels could be determined for the extracted holocellulose masses. To investigate whether the extracted holocellulose masses can be used in the cellulosic industry, two types of processes were tested. One was aerogel production and the other a compression mold to produce high strength biocomposites. It was found that the fiber rejects yielded the greatest holocellulose exchange compared to the other residues. The analyzes gave the result that sawdust had the fibers with the highest degree of polymerization while wheat bran and betfor had the fibers with the lowest degree of polymerization. The dissociation of the holocellulose mass could not be performed because the test sample had either a too high mass viscosity or a too high a proportion of hemicellulose which prevents the solvent from dissolving the fibers. Compression molding of the holocellulose mass from wheat straw was successful as it was possible to make the soft pulp a lot more rigid. Compression molding of the holocellulose masses may be an alternative for producing additive manufacturing materials (3D printing).

Det finns en växande efterfrågan på nya material från biomassa för produktion av nya och ersättning av befintliga kemikalier, bränslen och material. Genom att förstå den kemiska sammansättningen hos ett material och dess strukturella egenskaper kan vi enklare hitta lämpliga användningsområden. Optotracing är en ny metod för fluorescensbaserad visualisering av biopolymerer. I detta projekt användes optotracertekniken som metod för fluorescensbaserad visualisering av hemicellulosa, cellulosa och lignin. Detta examensarbete bestod av två delprojekt. Först undersöktes om optotracing kunde användas för att identifiera och differentiera hemicellulosa. Därefter studerade vi möjligheten att använda optotracing för att bekräfta provsammansättningen hos nanocellulosa och för att mäta de fysiska dimensionerna av cellulosananofibriller. Av hemicellulosaproverna som analyserades med optotracern Carbotrace680 detekterades xyloglukan och galaktomannan. Förekomsten av cellulosa i både kommersiellt tillgängliga prover och extrakt kunde bedömas av Carbotrace680. Spektroskopimetoden möjliggör även detektion av lignin. Fibrillära fina strukturer detekterades med konfokalmikroskop och med svepelektronmikroskop. I detta projekt kunde även möjligheten att använda optotracing-tekniken för anatomisk kartläggning och därmed ta reda på sammansättningen i förhållande till den fysiska platsen i växter bekräftas. / There is a growing demand for new materials from biomass to produce new and replacement of existing chemicals, fuels, and materials. By understanding the chemical composition of a material and its structural characteristics, we can more easily find suitable applications. Optotracing technology is a novel method for fluorescence-based visualization of biopolymers. In this project, the optotracer technology was used as a method for fluorescence-based visualization of hemicellulose, cellulose, and lignin. This thesis consisted of two sub-projects. First, it was investigated whether optotracing could be used to identify and differentiate hemicelluloses. Second, it was investigated whether optotracing could be used to analyze nanocellulose to confirm sample composition and to measure the physical dimensions of cellulose nanofibrils. Out of the hemicellulose samples that were analyzed with the optotracer Carbotrace680, xyloglucan and galactomannan were detected. The presence of cellulose in both commercially available samples and extracts could be assessed by Carbotrace680. Furthermore, the spectroscopy method also allowed us to detect lignin. Fibrillar fine structures were detected by confocal laser scanning microscope (CLSM) and scanning electron microscopy (SEM). In this project, the possibility of using the optotracing technology for anatomical mapping and thus finding out the composition in relation to the physical location in plants could also be confirmed.

Intresset för användningen av material från förnybara råvaror ökar. Produktionen av vedmassa och material i skogsindustrin genererar dagligen stora mängder biprodukter, särskilt bark. Barken innehåller många värdefulla komponenter som kan förädlas och öka värdet för barken, men först måste de separeras. Målet med denna undersökning var att separera dessa genom att jämföra två olika typer av extraktionsmetoder. Den första metoden använde programmerbar utrustning som namnges accelerated solvent extraction (ASE) och den andra använde manuell teknik som namnges Soxhlet extraktion. Syftet med undersökningen var att avgöra vilken extraktionsmetod som kan användas till att utvinna bark komponenter mest effektivt. Metoden ASE omfattar acetonextraktion och varmvattenextraktion där trycket var 100 bar, temperaturen 100oC och tiden drygt en timme. Soxhletextraktion omfattade enbart acetonextraktion under atmosfäriskt tryck, kontinuerlig värme och tiden 90 minuter. ASE-metoden gav fyra extrakt; acetonextrakt vid 100oC samt varmvattenextrakt vid 100oC, 140oC och 160oC.  Barken som studerades var uppdelad i två fraktioner, fuktig bark och torr bark. En beräkning av utbyte % utfördes efter varje extraktion. Extrakten från fuktig bark hade mörkare färg än extrakten från torr bark. Det uppmätes pH-värden för alla vattenextrakt och den som gav lägst pH var vattenextrakt som erhölls vid 160oC. Slutligen visade utbyteresultaten inga stora skillnader mellan de utförda ASE vattenextraktionerna exklusive extraktfärgen som kan vara en indikation till skillnad i extraherade molekyler. Användningen av sand under varmvattenextraktionerna gav inga förbättringar i extraktionsmetoden. / Interest in the use of materials from renewable sources is increasing. The production of wood pulp and materials in the forest industry generates large amounts of by- products daily, especially tree bark. Bark contains many valuable components which if separated can be used in various types of applications. The aim of this study was to compare two extraction methods. The first method used programmable equipment and is named accelerated solvent extraction (ASE) and the second used manual technology and is named Soxhlet extraction.  The purpose of the study was to determine which extraction method can be used to extract bark components more efficiently. The ASE method included acetone extraction and hot water extraction where the pressure was 100 bar, the temperature 100oC and the time just over an hour. Soxhlet extraction involved only acetone extraction under atmospheric pressure, continuous heating, and a time of 90 minutes. The ASE method yielded four extracts: acetone extract at 100oC and hot water extract at 100oC, 140oC and 160oC.  The bark studied was divided into two parts, undried bark and dry bark. Total calculation of yield% was performed after each extraction. The extracts from undried bark had a darker color than the extracts from dry bark. The pH values were measured for all water extracts and the one that gave the lowest pH was obtained at 160oC. Finally, the extraction results did not show any major differences between the ASE water extractions performed excluding the extract color which may be an indication of difference in extracted molecules. The use of sand during the hot water extractions did not improve the extraction method.

Biomass has been used as a fuel since ancient times. In recent decades the use has increased and the technology has developed considerably in large parts of the world. In Sub Saharan Africa, traditionally used biomass, such as wood or charcoal, is still the main source of energy in households. Zambia consumes charcoal corresponding to 6 089 000 tonnes/year. The use of biomass is very ineffective and with increasing population and energy requirements, this is placing Zambia on the top ten list of highest deforestation rates in the world.  Emerging Cooking Solutions Zambia Ltd. [ECS], started in 2012 with a vision to establish a pellet production in Africa. They provide modern cooking stoves and fuel pellets to counteract the unsustainable use of biomass and the health risk with traditional fuels. ECS aims to expand their production and are now striving to find a biomass that can increase hardness of pellets. The purpose of this work is to increase knowledge of the ability of raw materials to be pelletized, to support ECS expansion in a sustainable manner.  In this report fourteen different biomasses was evaluated at three different moisture content, 5%, 7,5% and 10%. Peanut shell, Pigeon Pea, Pine and Sicklebush was assumed to be able to be used as a base material. Remaining biomasses as additive; Bamboo, Cassava peel, Cassava stem, Eucalyptus, Gliricidia, Peanut shell, Lantana, Miombo seed capsules, Olive tree and Tephrosia. Pellet production was performed in a single pellet press located at the department of environmental and energy system at Karlstad University, Karlstad. Compression energy, friction energy, hardness and moisture uptake was some of the operating characteriztics and properties that were evaluated. Additionally, four blends were pelletized with the aim to increased hardness.  Pigeon Pea resulted in hardest pellets of the base materials, it managed a radial pressure of 46.3 kg, Pine resulted in low hardness, 17.7 kg. For the additives, the following materials were hardest as pellets; Tephrosia, 70.0 kg, Gliricidia 58.7 kg, Cassava peel 48.6 kg och Miombo seed capsules, 48.3 kg. Pine was the material that required relatively more energy pelletizing, 183.0 J. Lowest energy, Cassava stem, 49,1 J.  All blends resulted in higher hardness of pellets. Most advantageous were Cassava peel and Tephrosia. Cassava peel in Pigeon Pea increased hardness even at 10% and reduced energy requirements. Pigeon Pea with 50% Tephrosia increased hardness with 21.1 kg to 67.4 kg, slightly increasing energy requirements. Though logistic chain for Cassava peel was evaluated higher than Tephrosia.  For ECS to expand their production they are recommended, accordingly to the results in this study, to use Pigeon Pea at about 6% moisture content, as a base material. In order to increase hardness of pellets, they should primarily use Tephrosia, about 7% and Cassava peel at approximately 8% moisture content as an additive. / Biomassa har använts som bränsle sedan urminnes tider. Användningen har ökat och olika tekniker för nyttjande har utvecklats avsevärt i stora delar av världen de senaste decennierna. I Afrika söder om Sahara utgör traditionellt använd biomassa, såsom ved eller träkol fortfarande den huvudsakliga källan till energi i hemmet. Zambia konsumerar träkol motsvarande 6 089 000 ton ved varje år. Användningen av biomassan är mycket ineffektiv och med en ökande befolkning och energibehov sätter detta Zambia på topp tio listan med högsta avskogningshastigheter i världen.  Emerging Cooking Solutions Zambia Ltd [ECS], startade 2012 med visionen att etablera en pelletsproduktion i Afrika. De tillhandahåller moderna pelletsbrännare och producerar bränslepellets för att motverka problemet med den ohållbara användningen av biomassa och hälsorisker i samband med detta. ECS har som mål att öka sin produktion och eftersträvar nu främst att hitta en spetsråvara som kan öka hårdheten på pellets. Syftet med denna rapport är att öka kunskapen om råvarors möjlighet att pelleteras för att bidra till att Emerging Cooking Solutions verksamhet ska kunna expandera på ett hållbart sätt.  I denna rapport utvärderades fjorton olika biomassor vid tre olika målfukthalter 5%, 7,5% och 10%. Jordnötsskal, Pigeon Pea, Pine och Sicklebush ansågs kunna användas som basdrift, resterande biomassor som spetsråvaror, Bambu, Cassavaskal, Cassavastam, Eucalyptus, Gliricidia, Lantana, Miombo, Olivträd och Tephrosia. Pelletsproduktion gjordes i en enpetare vid Karlstads universitet, avdelningen för miljö-, och energisystem. Kompressions- och friktionsenergi samt hårdhet och fuktupptag är några av de variabler som testades, dessutom pelleterades fyra blandningar av olika biomassor med syfte att öka hårdheten på pellets.  De basmaterial som resulterade i hårdast pellets var Pigeon Pea som klarade ett radiellt tryck på 46,3 kg, Pine medförde låg hårdhet, 17,7 kg. Av spetsråvarorna medförde följande högsta hårdhet på pellets, Tephrosia, 70 kg, Gliricidia 58,7 kg, Cassavaskal 48,6 kg och Miombo frökapslar, 48,3 kg. Vid kompressionsstudierna visade sig Pine kräva relativt hög energi vid komprimering, 183,0 J. Lägst Cassavastam 49,1 J.  Samtliga blandningar med Tephrosia, Cassavaskal eller Gliricidia som spetsråvaror medförde hårdare pellets. Mest fördelaktigt som spetsråvara var Tephrosia och Cassavaskal. Cassavaskal ökade hårdheten redan vid 10% inblandning i Pigeon Pea och minskade samtidigt energibehovet. Vid inblandning av 50% Tephrosia i Pigeon Pea ökade hårdheten mest av samtliga blandningar med 21,1 kg till 67,4kg. Logistikkedjan bedömdes dock bättre för Cassavaskal än för Tephrosia.  ECS skulle enligt resultaten i denna studie kunna använda sig av Pigeon Pea vid cirka 6% fukthalt för att bredda sin råvarubas. För att öka hårdheten på pellets bör de i första hand använda sig av Tephrosia cirka 7% och Cassavaskal cirka 8% fukthalt som spetsråvara.

Hemicelluloses are synthesized by proteins encoded by genes from the cellulose synthasegene superfamily. One subgroup of this gene family is the cellulose synthase-like B, which islargely uncharacterized and unexplored. The common model organism Nicotianabenthamiana has one such gene in its genome, NbCslB, encoding a membrane protein. Theexpression of this gene has previously been studied in vivo, but in order to study the protein invitro a viable solubilization and purification protocol is required. This study evaluated the useof the detergent n-Dodecyl β-D-maltoside (DDM) for solubilization, followed by purificationusing immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC), and thereafter reconstitutionof the protein into proteoliposomes. SDS-PAGE as well as Western blot analyses showed thatthe purification was successful and provided a pure sample of protein. Throughout theanalyses performed, an anti-FLAG antibody was discovered to bind well to the protein, andthereby be especially useful for analysis. An activity assay was performed on the purifiedprotein, to characterize its function and evaluate whether the protein had maintained itsactivity and conformation after the steps of purification and reconstitution. No activity couldbe detected in the enzymatic assay, which indicated that the purification protocol may havebeen too rough on the protein, that the reconstitution was not successful, or that the assayconditions were not optimal. These results can be used as a base for future research, where theprotocols for solubilization, purification, and reconstitution should be further refined in orderto obtain an end result where the purified protein is active. When an active and pure proteinsample is achieved, it will be possible to perform further attempts at characterizing thefunction of the protein using enzymatic activity assays. Additionally, the results showed thatthe choice of antibody can be crucial for proper analysis of this protein. / Hemicellulosa syntetiseras av proteiner vars gener återfinns i genfamiljen cellulosasyntas. Enundergrupp till denna genfamilj är cellulosasyntasliknande B, en grupp som till stor del ärokarakteriserad och outforskad. Den vanliga modellorganismen Nicotiana benthamiana haren sådan gen i sitt genom, NbCslB, som kodar för ett membranprotein. Hur denna genuttrycks har tidigare studerats in vivo, men for att kunna studera proteinet in vitro krävs etthållbart protokoll för solubilisering och rening. Denna studie utvärderade användningen avlösningsmedlet n-Dodecyl β-D-maltoside (DDM) för solubilisering, följt av rening medimmobiliserad metalljon-affinitetskromatografi (IMAC), och efter det rekonstitution avproteinet till proteoliposomer. SDS-PAGE och Western blot analyser visade att reningen varlyckad, och att ett rent proteinprov erhållits. När analyserna genomfördes upptäcktes att enanti-FLAG antikropp band särskilt väl till proteinet, och därmed var mycket användbar vidanalys. En aktivitetsanalys genomfördes med det renade proteinet för att karakterisera dessfunktion och utvärdera huruvida proteinet hade bevarat sin aktivitet och konformation efterrening och rekonstitution. Ingen aktivitet kunde detekteras i den enzymatiskaaktivitetsanalysen, vilket indikerade att reningen eventuellt var för hård mot proteinet,alternativt att rekonstitutionen inte var lyckad, eller att förhållandena för analysen inte varoptimala. Dessa resultat kan användas som en bas för framtida forskning om proteinet, därprotokollen för solubilisering, rening och rekonstitution bör vidareutvecklas för att uppnå ettslutresultat där det renade proteinet är aktivt. När ett aktivt och rent proteinprov uppnåtts ärdet möjligt att genomföra ytterligare försök att karakterisera proteinets funktion medenzymatiska aktivitetsanalyser. Resultaten visade också att valet av antikropp kan varaavgörande för att ordentligt kunna analysera detta protein.