Effect of solvent types on the yield and chemical properties of crude wood resin

Abstract

Natural pine resin, produced from coniferous species with different techniques is a very valuable and ancient biochemical product. It has wide uses in the chemical industry, paper, road paint, plastic, medicine and cosmetic industries. In recent years, legal restrictions all over the world on consumption of synthetic resin lead the industry to biodegradable products. Although there are suitable forests for natural resin production in Turkey, commercial manufacturing and scientific studies on this subject are not at the desired level today. The aim of this study is to examine the effect of different solvent types on the yield and chemical properties of crude wood resin. As a result of the analysis, extraction yields were found between 16% and 22%, and the highest yield was obtained in the ethanol-benzene solvent system. Collaterally to the yield, the highest acid and saponification numbers were found in alcohol-benzene extracts as 174,87 and 180,33 mg KOH /g, respectively. In order to evaluate our national resources and our current potential in crude wood rosin production, more detailed and effective studies should be carried out on the physical and chemical factors that affect the yield and quality of crude wood rosin .

Keywords

• Crude wood resin
• Colophony
• Acid number
• Saponification number
• Non-wood forest products

Farklı çözücü türlerinin ekstraksiyon reçinesinin verimi ve kimyasal özellikleri üzerine etkisi

Abstract

İğne yapraklı ağaçlardan farklı tekniklerle üretilen doğal çam reçinesi, oldukça kıymetli ve kadim bir silvikimyasal üründür. Başta kimya sanayi olmak üzere, kağıt, yol boyası, plastik sanayi, tıp ve kozmetikte sayısız kullanımı mevcuttur. Doğal çam reçinesinin üç kaynağı bulunmaktadır. Bunlar; 1) çam ağacı reçinesi 2) sülfat reçinesi 3) ekstrakt reçinesidir. Son yıllarda bütün dünyada sentetik reçine tüketimine getirilen yasal kısıtlamalar sektörü zorunlu olarak biyobozunur ürünlere yönlendirmektedir. Türkiye’de reçine üretimine uygun kızılçam ormanları olmasına rağmen, bugün ticari anlamda doğal ham reçine üretimi ve bu konu üzerine bilimsel çalışmalar istenilen düzeyde değildir. Bu çalışmanın amacı, farklı çözücü türlerinin çam kökü ekstraksiyon reçinesinin verimi ve kimyasal özellikleri üzerine etkisini incelemektir. Analizler sonucunda ekstraksiyon verimleri %16 ile %22 arasında bulunmuş olup en yüksek verim alkol-benzen çözücü sisteminde elde edilmiştir. Verime paralel şekilde, en yüksek asit ve sabunlaşma sayıları da alkol-benzen kullanılan örneklerde sırasıyla 174,87 ve 180,33 mgKOH/g bulunmuştur. Milli kaynaklarımızın ve ekstraksiyon reçinesi üretimindeki mevcut potansiyelimizin değerlendirilmesi için doğal reçinenin verimini ve kalitesini etkileyen fiziksel ve kimyasal faktörler üzerine daha detaylı ve etkin çalışmalar yürütülmesi gerekmektedir.

Keywords

• Ekstraksiyon reçinesi
• Kolofan
• Asit sayısı
• Sabunlaşma sayısı
• Odun dışı orman ürünleri

References

1. Abubakar, A.R., Haque, M., 2020. Preparation of medicinal plants: Basic extraction and fractionation procedures for experimental purposes. Journal of Pharmacy & Bioallied Sciences, 12(1): 1–10.
2. Angın, N., 2020. Çam kökü ekstraksiyon reçinesinin distilasyonu ve kimyasal karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
3. Aro, T., Fatehi, P., 2017. Tall oil production from black liquor: Challenges and opportunities. Separation and Purification Technology,175:469–480.
4. Baldwin, D., Loeblich, V., Lawrence, R., 1958. Acidic composition of oleoresins and rosins. Industrial Engineering Chemistry Chemical and Engineering Data Series, 3(2): 342–346.
5. Beglinger, E., 1958. Distillation of resinous wood (Revised Report 496). Madison (WI): Forest Products Laboratory, United States Department of Agriculture, Forest Service.
6. Büyükgebiz, T., Fakir, H., Negiz, M., 2008. Sütçüler (Isparta) Yöresinde doğal odun dışı bitkisel orman ürünleri ve geleneksel kullanımları. Türkiye Ormancılık Dergisi, 9(1): 109–120.
7. Coppen, J.J. W., Hone, G.A., 1995. Gum Naval Stores: Turpentine And Rosin From Pine Resin. FAO, Italy.
8. Deniz, İ., 2002. Dikili ağaçlarda reçinenin biyosentezi ve reçine üretimi. Gazi Üniversitesi Kastamonu Eğitim Dergisi, 10(2): 375–386.

9. Deniz, İ., 2018. Odun Dışı Orman Ürünleri Endüstrisi. KTÜ, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, Ders Notu, 256 s., Trabzon.
10. Deniz İ., Pekgözlü K.A., Dönmez İ.E., Karaoğul E., Yılmaz B., Ceylan E., Aydın, İ., 2019. Ülkemizde Üretilen Kolofanların Kimyasal Özellikleri, Kolofan ve Türevleri Çalıştayı, 2 Mayıs, İstanbul, s. 16.
11. Deniz, İ., 1987. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) reçinesinin kimyasal özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon.
12. Efthymiopoulos, I., Hellier, P., Ladommatos, N., Russo-Profili, A., Eveleigh, A., Aliev, A., Kay, A., Mills-Lamptey, B., 2018. Influence of solvent selection and extraction temperature on yield and composition of lipids extracted from spent coffee grounds. Industrial Crops and Products, 119, 49–56.
13. Erdin, N., Bozkurt, Y., 2013. Odun Anatomisi. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları. İstanbul.
14. Güle, M.E., 2019. Vazgeçilmez Ürün Kolofan. 1. Kolofan ve Türevleri Çalıştayı Bildirileri. 2 Mayıs, İstanbul, s. 49.
15. Güner, E., 2015. Toros Göknarı (Abies Cilicica) reçinesinin kimyasal analizi. Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın.
16. Handa, S.S., 2008. Extraction Technologies for Medicinal and Aromatic Plants, International Centre For Science And High Technology, Italy.
17. Humphrey, I.W., 1943. Solvent refining of wood rosin. Industrial & Engineering Chemistry, 35(10): 1062–1067.
18. Huş, S., 1959. Kolofan ve terebantin yağından elde edilen yeni türevler ve bunların endüstrideki önemi. İstanbul Orman Fakültesi Dergisi, 9(1): 80-94.
19. Joye Jr, N.M., Proveaux, A.T., Lawrence, R.V., 1973. Composition of neutral oils from rosin. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 50(4): 104–107.
20. Karlberg, A.T., Hagvall, L., 2020. Colophony: Rosin in unmodified and modified form. Kanerva’s Occupational Dermatology, 41(1): 607–624.
21. Keskin, A., Gürü, M., Altıparmak, D., 2007. Biodiesel production from tall oil with synthesized Mn and Ni based additives: Effects of the additives on fuel consumption and emissions. Fuel, 86(7-8): 1139-1143.
22. Kolosova, N., Bohlmann, J., 2012. Conifer defense against insects and fungal pathogens: In Growth and defence in plants. Springer. New York.
23. Kurt, R., Karayılmazlar, S., İmren, E., Cabuk, Y., 2016. Türkiye ormancılık sektöründe odun dışı orman ürünleri: İhracat analizi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 18(2): 158–167.
24. Langenheim, J.H., 1990. Plant resins. American Scientist, 78(1): 16–24.
25. Linlin, W., Xiaopeng, C., Youyan, L., Yuanjiao, Z., Zhangfa, T., 2005. Isolation and application of rosin acids. Chemical Industry and Engineering Progress, 24(11): 1301.
26. López-Goldar, X., Lundborg, L., Borg-Karlson, A. K., Zas, R., Sampedro, L., 2020. Resin acids as inducible chemical defences of pine seedlings against chewing insects. PloS One, 15(5):1651.
27. McQuaid, J.L., 1991. Risk Assessment of Hazardous Air Pollutants Under the EPA’s Final Benzene Rules and the Clean Air Act Amendments of 1990, 70: 427.
28. Outland, R.B., 1996. Slavery, work, and the geography of the North Carolina naval stores industry, 1835-1860. The Journal of Southern History, 62(1): 27–56.
29. Öz, M., Deniz, İ., Yaşar, M., Komut, O., Fidan, M.S., 2012. Kızılçam (Pinus brutia Ten.)’da reçine kelebeği (Dioryctria sylvestrella Ratz.) ve gövde reçinesinin uçucu yağ miktarları. KSÜ Doğa Bilimleri Dergisi, Özel Sayı: 89-95
30. Panda, H., 2013. Handbook on tall oil rosin production, processing and utilization. Asia Pacific Business Press Inc. India.
31. Poliakoff, M., Licence, P., 2007. Green chemistry. Nature, 450(7171): 810–812.
32. Smith, W.C., 1937. Influence of solvent on the saponification number of rosin. Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition, 9(10): 469–471.
33. Sukarno, A., 2018. Physical properties of turpentine and gum rosin pinus merkusii jungh et de vriese tapped oleoresin by borehole method. The Journal of Experimental Life Science, 8(1): 43-46.
34. Swami, H.S., Singh, K.S.P., Gennaro, L., Dutt, R.D., 2008. Extraction technologies for medicinal and aromatic plants. Trieste: United Nations Industrial Development Organization and the International Centre for Science and High Technology, 200–266.
35. TS 4862, 1986. Çam Reçinesi - Kolofanda Asit Sayısının Tayini. TSE, Ankara.
36. TS 4863, 1986. Çam Reçinesi - Kolofanda Sabunlaşma Sayısının Tayini. TSE, Ankara.
37. Wilbon, P.A., Chu, F., Tang, C., 2013. Progress in renewable polymers from natural terpenes, terpenoids, and rosin. Macromolecular Rapid Communications, 34(1): 8–37.
38. Woerfel, J. B., 1995. Extraction In Practical handbook of soybean processing and utilization. AOCS Press. United States of America.
39. Zinkel, D. F., 1975. Naval stores: silvichemicals from pine. Applied Polymer Symposium, 28: 309-327.