Stora Enso is a well-established provider of renewable solution packaging and board materials.Board products for liquid packaging and folding cartons for food are particularly sensitive tothe microbiological contaminants. In the manufacturing process, microbiological growth occursdue to environmental favourable conditions. Most of the microorganisms eventually die in theboard machine. The microflora in the process consists mainly of bacteria from genera Bacillusand Paenibacillus, and these species have a unique characteristic of forming endospores. Thespores are non-vegetative capsules transformed from the dying bacteria, with its purpose ofprotecting the bacterial genome from the unfriendly environment as it passes through in theboard machine. The levels of spores found in the board products are usually low, but suddenpeaks of spores in the board products are unwanted for food and health safety. Bacterial andspore cultivation is a standard method to investigate microbiological activity. The method isinaccessible due to 48-hour incubation time for obtaining test results and does not provide anyoverview in a short time frame of where in the process that might triggered sporulation. In thelong run, it can cause production losses that affect the prospects of the board production.The purpose of this study is to investigate a new analysis method to facilitate identification andquantification of microbiological activity with ATP bioluminescence (AdenosineTriphosphate) measurement and redox potential, and as well investigate the main process sitethat possibly causes the issue. ATP bioluminescence measures the concentration of ATP inrelation to the number of bacterial cells. The study was limited to the broke system due to theclosed system and accumulation of microorganisms. The broke system manages the reuse ofdowngraded new paper board. For the laboratory work, 15 process positions were selected inthe broke system. Pulp were sampled from each process position for each laboratory workday,and measurements of ATP bioluminescence, redox potential, pH, temperature, TOC (totalorganic carbon), retention time, and bacterial and spore cultivation were completed as well. Thecollected data were studied in a multivariate analysis and correlograms were produced for eachprocess position. In addition, a parallel study of a lab scale broke tower simulation wasperformed to further investigate if the broke tower could be the source of the microbiologicalactivity.The obtained results showed low correlations between the process parameters and the totalbacterial and spore concentration. Similar results were obtained for ATP bioluminescence andredox potential, resulted in a low correlation to the total bacterial and spore concentration aswell. The simulation gave additional insight in the function of ATP bioluminescence and redoxpotential.The conclusion is that ATP bioluminescence is an accessible method due to high repeatability,however the reliability is lacking. The analysis is not reliable because of low correlationbetween the total bacterial and spore concentration. Redox potential is both a reliable andaccessible method to identify and quantify the microbiological growth in the system, becauseit signifies the environmental conditions for the bacterial growth. It has been proven in the brokesimulation. Further research is needed to understand the representation in relation to thebacterial growth behind each analysis in order to fully consider the analysing measurementapplicable. Due to low correlations between the variables in each process position, anyassumptions cannot be considered in any specific process position that might be main cause ofraised spore values in board products. / Stora Enso är en väletablerad leverantör av förnybara lösningar för förpackningar ochkartongmaterial. Kartongprodukter för vätskeförpackningar och vikkartong för livsmedel ärsärskilt känslig för mikrobiologisk aktivitet. I tillverkningsprocessen sker mikrobiologisktillväxt på grund av gynnsamma miljöförhållanden. De flesta av de vegetativa cellerna dör såsmåningom i kartongmaskinen, men en stor del av mikrofloran består av bakterier från släktenaBacillus och Paenibacillus. Dessa arter har en unik egenskap att bilda endosporer. Sporerna äricke-vegetativa kapslar som transformerats från de döende bakterierna, med syftet att skyddabakteriegenomet från den ogynnsamma miljön som passeras i genom maskinen. Nivåerna avsporer som finns i kartongprodukterna är låga, men plötsliga förhöjda värden av sporer ikartongprodukterna är oönskade för livsmedels- och hälsosäkerheten. Bakterie- och sporodlingär en standardmetod att undersöka den mikrobiologiska aktiviteten. Metoden är otillgängligvars resultat visas efter 48 timmar inkubation. Metoden ger ingen översikt var i processen somkan ha framkallats sporulering, och detta bildar en diffus överblick var i processen inom korttidsram som kan ha bidragit till sporuleringen. På lång sikt kan det orsakas produktionsförlustersom påverkar kartongproduktionens framtidsutsikter.Syftet med denna studie är att undersöka nya analysmetoder för att underlätta identifiering ochkvantifiering av mikrobiologisk aktivitet med en ATP bioluminescens (Adenosin Trifosfat)mätning och redoxpotential och även undersöka den huvudsakliga processposition som orsakardet huvudsakliga problemet. ATP bioluminescens mäter koncentrationen av ATP i förhållandetill antalet vegetativa celler. Studien begränsades till utskottssystemet på grund av slutet systemoch ansamling av mikroorganismer. För laborationsarbetet valdes 15 processpunkter ut iutskottssystemet. Utskottsmassan togs från varje processpunkt för varje laborationsdag, ochmätningar av ATP bioluminescens, redoxpotential, pH, temperatur, TOC (totalt organiskt kol),retentionstid och bakterie- och sporodling genomfördes också. De insamlade data studerades ien multivariat analys och korrelogram togs fram för varje processpunkt. En parallellundersökning genomfördes med en labbsaklig simulering av utskottstornet för att ytterligareundersöka om tornet är möjligtvis källan till den mikrobiologiska aktiviteten.De erhållna resultaten visade låg korrelation mellan processparametrarna och den totalabakterie- och sporkoncentrationerna i samtliga processpositioner. ATP bioluminescens ochredox potential erhöll låg korrelation mellan den totala bakterie- och sporkoncentrationen, mensimuleringen gav tydligare förståelse i de båda mätningarnas funktion.Slutsatsen är att ATP är en tillgänglig metod eftersom det är repeterbar. Däremot har det visatsatt den är opålitlig, på grund av den låga korrelationen mellan den totala bakteriella ochsporhalten. Redox potential är pålitlig att använda, vilket har visats i simuleringen. Denförklarar de miljömässiga förhållandena i systemet och på så sätt stärks förståelsen om denbakteriella tillväxten. Vidare forskning behövs för att förstå betydelsen i samband med denbakteriella tillväxten bakom varje mätning för att analysmetoden ska vara applicerbar. På grundav låga korrelationer mellan variablerna i varje processposition kan några antaganden intebeaktas i någon specifik processposition som kan vara huvudorsaken till förhöjda sporvärden ikartongprodukter.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-91200 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Bartos, Claudia |
| Publisher | Karlstads universitet, Avdelningen för kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0032 seconds