Chemical composition and fiber properties of pruning residues of some citrus species

Abstract

Citrus trees are pruned at certain periods in order to increase yield, to protect the trees from diseases or to give form to the tree, and thus lignocellulosic residues emerge. These residues are called pruning residues and cannot be used other than burning. There are many species in the citrus family throughout Turkey and it is one of the leading countries in terms of fruit production. In this study, the cell-wall main components, side components and fiber properties of orange (Citrus sinensis), tangerine (Citrus reticulata), lemon (Citrus limon) and grapefruit (Citrus paradisi) wood and bark, which are pruning residues in citrus orchards and evaluated as waste material, were revealed. In chemical analyses, the amount of holocellulose was found to be between 66.45% and 80.82%, the amount of α-cellulose between 41.54% and 55.24%, and the amount of klason lignin between 14.37-19.67%. Solubility values were determined close to each other in wood and bark samples. While the 1% NaOH solubility ranged between 19.38-78.17%, the amount of soluble substances after hexane extraction was found to be between 2.61-8.24 mg/g. Fiber length and width were determined as 0.64-0.77 mm and 13.00-14.90 µm, respectively.

Keywords

• Citrus
• Pruning residue
• Chemical analyses
• Fiber Properties
• Cellulose
• Lignin

Bazı turunçgil türlerinin budama artıklarının kimyasal bileşimi ve lif özellikleri

Abstract

Turunçgil ağaçları, verim artırmak, arız olan hastalıklardan ağaçları korumak ya da ağaca form vermek amacıyla belli dönemlerde budanmakta ve bu şekilde lignoselülozik artıklar ortaya çıkmaktadır. Bu artıklar budama artıkları olarak adlandırılmakta ve yakma dışında bir kullanım alanı bulunamamaktadır. Türkiye genelinde turunçgiller familyasında birçok tür bulunmakta olup ülkemiz meyve üretimi bakımından söz sahibi ülkeler arasındadır. Bu çalışmada, turunçgil bahçelerinde budama sonrası açığa çıkan ve atık malzeme olarak değerlendirilen portakal (Citrus sinensis), mandalina (Citrus reticulata), limon (Citrus limon) ve greyfurt (Citrus paradisi) odun ve kabuklarının hücre çeperi ana bileşenleri, yan bileşenleri ve odunlarının lif özellikleri ortaya konmuştur. Yapılan kimyasal analizlerde holoselüloz miktarı %66.45-80.82 değerleri arasında α-selüloz miktarı %41.54-55.24 arasında ve klason lignin miktarı ise %14.37-19.67 arasında tespit edilmiştir. Çözünürlük değerleri odun ve kabuk örneklerinde birbirine yakın değerlerdedir. %1’lik NaOH çözünürlüğü %19.38-78.17 arasında değişirken heksan ekstraksiyonu sonrası çözünen madde miktarı ise 2.61-8.24 mg/g arasında bulunmuştur. Lif uzunluğu ve genişliği sırasıyla 0.64-0.77 mm ve13.00-14.90 µm olarak belirlenmiştir.

Keywords

• Turunçgil
• Budama artığı
• Kimyasal analiz
• Lif özellikleri
• Selüloz

References

1. Ashari, A., 2006. Pulp and paper from kenaf bast fibres. Fibers Polymer Journal, 7(1): 26-29.
2. Ashari, A., Nourbakhsh, A., 2009. Studies on Iranian cultivated pauwlonia- A potential source of fibrous raw material for paper industry. European Journal of Wood and Wood Products, 67: 323-327.
3. Atlı, H.F., 2016. Hatay ili Dörtyol ilçesinde turunçgil üretim ve pazarlaması. Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
4. Caparrós, S., Díáz, M.J., Ariza, J., Lóez, F., Jiménez, F., 2008. New perspectives for Pauwlonia fortunei L. valorisation of the autohydrolysis and pulping process. Bioresource Technology, 99(4): 741-749.
5. Dönmez, İ.E., 2010. Yükselti farkına göre Sarıçamın (Pinus sylvestris L.) anatomik ve kimyasal bileşiminde meydana gelen değişimler. Doktora Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın.
6. Dönmez, İ.E., Dönmez, Ş., 2013. Ağaç kabuğunun yapısı ve yararlanma imkânları. SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, 14: 156-162.
7. Dönmez, İ.E., Hemming, J., Willför, S., 2016. Bark extractives and suberin monomers from Arbutus andrachne and Platanus orientalis. BioResources, 11: 2809-2819.
8. Dönmez, İ.E., 2018. Lipophilic and hydrophilic extractives from Strawberry tree (Arbutus andrachne L.) and Oriental plane (Platanus orientalis L.) wood. Applied Ecology and Environmental Research, 16: 741-747.

9. Eromosole, O.J., 2015. Fibre characteristics of the trunk of Citrus sinensis (L.) osbeck. IOSR Journal of Pharmacy and Biological Sciences (IOSRJPBS), 10: 76-81.
10. Espinach, F.X., Espinosa, E., Reixach, R., Rodríguez, A., Mutjé, P., Tarrés, Q., 2020. Study on the macro and micromechanics tensile strength properties of orange tree pruning fiber as sustainable reinforcement on bio-polyethylene compared to oil-derived polymers and its composites. Polymers, 12(10): 2206.
11. Gençer, A., 2015. The utilization of kiwi (Actinidia deliciosa) pruning waste for kraft paper production and the effect of the bark on paper properties. Drewno, 58(194): 103-113.
12. Gençer, A., Özgül, U., 2015. Yaygın fındık (Corylus avellana L.) odunundan soda yöntemi ile kâğıt hamuru üretim parametrelerinin belirlenmesi. Turkish Journal of Forestry, 16(2): 159-163.
13. Gençer, A., Özgül, U., 2016. Utilization of common hazelnut (Corylus avellana L.) prunings for pulp production. Drvna Industrija, 67(2): 157-162.
14. Gençer, A., Özgül, U., Onat, S.M., Gündüz, G., Yaman, B., Yazıcı, H., 2018. Chemical and morphological properties of apricot wood (Prunus armeniaca L.) and fruit endocarp. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20(2): 205-209.
15. Gençer, A., Gül-Türkmen, H., 2016. Yabani kiraz diri odunu ve öz odunundan kağıt üretim şartlarının belirlenmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 18(1): 23-31.
16. Gulsoy, S.K., Tufek, S., 2013. Effect of chip mixing ratio of Pinus pinaster and Populus tremula on kraft pulp and paper properties. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52: 2304-2308.
17. Gülsoy, S.K., Kılıç-Pekgözlü, A., Aktaş, A.C., 2015. Utilization of the pomegranate tree (Punica granatum L.) in the paper industry. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 39: 295-299.
18. Istek, A., Sivrikaya, H., Eroglu, H., Gulsoy, S.K., 2005. Biodegradation of Abies bornmülleriana (Mattf.) and Fagus orientalis (L.) by the white rot fungus Phanerochaete chrysosporium. International Biodeterioration & Biodegradation, 55: 63-67.
19. Kesik, H.İ., Kaymakçı, A., Olgun, Ç., Çağatay, K., Tor, Ö., 2017. Portakal (Citrus x sinensis (L.) Osbeck) odununun fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri. Uluslararası Taşköprü Pompeiopolis Bilim Kültür Sanat Araştırmalar Sempozyumu, 10-12 Nisan, Kastamonu, s. 1627-1633.
20. Keskin, H., Aksoy, H., Gençer, A., Tümen, İ., 2018. Yabani kızılcık odununun (Cornus australis L.) bazı kimyasal özellikleri. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 5(1): 251-258.
21. Khider, T., Safaa, O., Elzaki, O., Mohieldin, S., Shomeina, S., 2021. Application of alkaline pulping to pruned branches of Citrus limon from Sudan. Walailak Journal of Science and Technology (WJST), 18: 9409.
22. Kırcı, H., 2000. Kağıt Hamuru Endüstrisi Ders Notları. KTÜ Orman Fakültesi Ders Notları, Yayın No:63, Trabzon.
23. Kilic, A., Hafızoğlu, H., Dönmez, İ.E., Tümen, İ., Sivrikaya, H., Reunanen, M., Hemming, J., 2010. Extractives in the cones of Pinus species. European Journal of Wood and Wood Products, 69: 37-40.
24. Mtui, G.Y., 2009. Recent advances in pretreatment of lignocellulosic wastes and production of value added products. African Journal of Biotechnology, 8: 1398-1415.
25. Muhlack, R.A., Potumarthi, R., Jeffery, D.W., 2018. Sustainable wineries through waste valorisation: A review of grape marc utilisation for value-added products. Waste Management, 72: 99-118.
26. Odabaş-Serin, Z., Penezoğlu, M.K., 2020. İncir (Ficus carica) odunun kimyasal, fiziksel ve morfolojik özellikleri. European Journal of Science and Technology, 19: 843-849.
27. Romero-García, J.M., Sanchez, A., Rendón-Acosta, G., Martínez-Patiño, J.C., Ruiz, E., Magaña, G., Castro, E., 2016. An olive tree pruning biorefinery for co-producing high value-added bioproducts and biofuels: Economic and energy efficiency analysis. BioEnergy Research, 9: 1070-1086.
28. Rowell, R.M., Pettersen, R., Han, J.S., Rowell, J.S., Tshabalala, M.A., 2005. Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. CRC Press, Boca Raton, London, New York.
29. Scalbert, A., Montines, B., Favre, J.M., 1988. Polyphenols of Quercus robur; Adult tree and in vitro grown cali and shoots. Phytochemistry, 27(11): 3483-3488.
30. Tezel, O., 2020. Adana’da turunçgil yetiştiriciliği ve üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul.
31. TÜİK., 2021. Türkiye İstatistik Kurumu, 2020 Meyve ürünleri, içecek ve baharat bitkileri üretim miktarları. Ankara, Türkiye, https://data.tuik.gov.tr/Kategori/GetKategori?p=tarim-111&dil=1 Erişim: 15.01.2021
32. Tutuş, A., Çiçekler, M., Özdemir, F., Yılmaz, U., 2014. Kahramanmaraş koşullarında yetişen Trabzon hurma ağacı (Diospyros kaki)’nin kağıt hamuru ve kağıt üretiminde değerlendirilmesi. II. Ulusal Akdeniz Orman ve Çevre Sempozyumu, 22-24 Ekim, Isparta, s. 775-784.
33. Tutuş, A., Çiçekler, M. Küçükbey, N., 2016a. Pulp and paper production from bitter orange (Citrus aurantium L.) woods with soda-aq method. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 16(1): 14-18. Tutuş, A., Çiçekler, M., Ayaz, A., 2016b. Kayısı (Prunus armeniaca L.) odunu yongalarının kağıt hamuru ve kağıt üretiminde değerlendirilmesi. Türkiye Ormancılık Dergisi, 17(1): 61-67.
34. Tutuş, A., Çiçekler, M., Bektaş, İ., Odabaş-Serin, Z., Özdemir, F., 2018. Investigation of the chemical morphological properties of lamas lemon tree wood growing in the Erdemli. International Erdemli Symposium, 19-21 April, Erdemli-Mersin, pp. 894-899.
35. Yaşar, S., Demir, F., Karatepe, Y., 2016. Bazı maki türlerinin kimyasal içeriği ve fenolik ekstraktifleri üzerine araştırmalar. Turkish Journal of Forestry, 17(2): 187-193.
36. Wise, L.E., John, E.C., 1952. Wood Chemistry. 2nd Edition Vol 1-2, Reinhold Publication Co, New York, USA, 1330s, TAPPI.
37. Wise, L.E., Karl, H.L., 1962. Cellulose and Hemicellulose in Pulp and Paper Science and Technology. McGraw Hill Book Co., New York.