KETENİN GENEL ÖZELLİKLERİ VE HAVUZLANMASI
Jüt, rami, kenevir, kenaf ve keten gibi sak lifleri, bitki gövdesinin kortikal bölgesinden elde elde edilmektedir. Keten
(Linum usitatissimum L), yiyecek ve yakıt olarak kullanılan bir tarım ürünü olmasının yanında, bilinen en eski gövde lifidir (2). Ketenin sanayideki yeri çok eskilere dayanır ve özellikle Rönesans döneminde beğenilip, çok kullanılmıştır. Amerika’da ketenin kullanımı diğer batı ülkelerinden çok daha fazladır. Geleneksel keten Avrupa da uzundüzgün liflerden oluşsa da, birçok endüstriyel analiz Amerika’daki genel kullanımın pamuk ya da diğer liflerle
karıştırılan kısa ştapel liflerden oluştuğunu göstermektedir (5). Keten hem yağ ve tekstil hem de kompozit sanayinin hammaddesidir. Keten ürünlerinin tekstilde kullanımının yanında, nonwovenlarda ve kompozit ürünlerde kullanılması önemli oranda artmaktadır. Keten lifi biyolojik esaslı kompozitleri güçlendirir ve biyolojik olarak parçalanamayan ürünlerin miktarını azaltır. Lif eldesi için yetiştirilen ketenin gövdesi, tohum için yetiştirilenden daha uzun olup, dallanma da daha azdır. Tohum için yetiştirilen keten genellikle tekstil için gerekli olandan daha kaba olarak düşünülür ve kompozitler için (teknik derecede lif üretimi) bir seçenektir. Tohum için büyük miktarlarda yetiştirilen keten, tohumları alındıktan sonra yan ürün olarak kalmakta ve çevre açısından önemli sorun yaratmaktadır. Bu yüzden tohum için yetiştirilen bitkilerin liflerinin kompozitlerde kullanımı hem lif özellikleri hem de kalınlıkları açısından ürün geliştirmede avantajlar sağlarken, çevre sorununun çözümüne de yardımcı olur (2,3).
2. KETENİN FİZİKSEL VE KİMYASAL YAPISI
Keten gövdesinin enine kesiti alındığında, değişik tabakalar içerdiği görülmektedir (Şekil 1). Lif yığınlarını bir epidermis tabakası çevrelemektedir. Bunlar kuvvetli gövde lifleridir ve gövde boyunda, kökten yukarı doğru uzanırlar. Lif yığınları, kıymık (shive) adı verilen odunsu hücreler içeren, sert iç gövde tarafından çevrilmiştir. Gövdenin merkezinde boş bir alan mevcuttur. Her bir lif yığını 10-40 arası tek liften oluşmaktadır. Uzunlukları 14 μ’dan 70 mm’e kadar değişmektedir. Ortalama lif uzunluğu 20-35 mm’dır. Lif fibrilleri, elementer fibrillerin medyana getirdiği mikrofibrillerden oluşmuştur. Hücrelerin ilk çeperi eser miktarda ligninle birlikte pektin içerirken, ikincil çeper esas olarak selülozdur. Kambiyum hücreleri lifleri kıymık (shive) bölgesinden ayırır. Şekil 2’de ise, havuzlanmamış ketenin elektron mikroskobundan alınmış resmi görülmektedir. Ketenin yapısında selüloz yanında pek çok madde bulunmaktadır. Kimyasal madde analizleri Morrison tarafından tarif edildiği gibi, sıvı gaz kromatografisi ile yapılmıştır. Glikoz miktarları pektin ve/veya hemi-selülozdakinden belirgin miktarda fazladır. Selülozun belirticisi olan glikoz, bu doku lifinde yapısal polisakkaridin çok olduğunu göstermektedir. Keten lifleri yüksek oranda selülozun dışında kendine has şekerler de içermektedir. Havuzlama sırasında pektinazik
ve hemi-selülozik şekerler uzaklaştırılmaktadır. Havuzlanmış keten ör ısımda glukoz, mannoze, galaktoz miktarları
sırasıyla, %50, %27, %8 azalmaktadır. İkincil duvarda bulunan galaktan zincirleri ve arabinoglaktan proteinleri,
ketene önemli bir kuvvet vermektedir. Gövde dokusunda karbonhidratlar müstünken, az miktarda aromatik maddeler, mumlar ve kütin vardır (3).
2. KETENİN HAVUZLANMASI
Havuzlama işleminin amacı, selüloz liflerini, onları çevreleyen dokulardan ayrılarak, serbest kalmasını sağlamaktır.
Bu ya mikroorganizmalar bitki gövdesinin içine nüfuz ederek ya da enzimatik işlemler ile, lif yığınlarını birbirine bağlayan pektinazı, suda çözülebilen basit bileşiklere dönüştürerek yapılır (6). Havuzlama çiğde, durgun suda,
akar suda, sıcak suda, kimyasal olarak ya da enzimatik olarak yapılabilmektedir. Anaerobik bakterilerle fermantasyon esasına dayanan suda havuzlama, yüksek lif kalitesi vermesine karşın, kabul edilemez çevresel atıklara sebep olduğu için, batılı ülkelerde yıllarca önce vazgeçilmiştir. Çiğde havuzlama, aerobik mantarlar ile açık alanda bekleterek yapılmaktadır. Bu yöntem batılı ülkelerde tercih edilmekte ve bir çok keten lifi bu şekilde üretilmektedir. Ancak çiğde havuzlamanın;
* havuzlama için uygun nemi ve sıcaklığı olan belli coğrafik bölgelere bağımlılık
* suda havuzlamaya göre daha kaba ve düşük kaliteli liflerin eldesi
* lif özelliklerindeki tutarlılığın azalması
* tarım alanlarını haftalarca meşgul etmek gibi dezavantajlarından dolayı havuzlama halen keten lifinin üretimi
için büyük bir problemdir. 1980’ li yıllarda Avrupa’da, çiğde havuzlamanın yerini almak üzere enzimatik havuzlamanın geliştirilmesi için çeşitli araştırmalar yapılmaya başlanmıştır. (2). Bu araştırmalar sonucunda Nova Nordisk( Danimarka) tarafından ticari enzim karışımı Flaxzyme ve çeşitli enzimler üretilmiştir. Sharma 1987’de çiğde havuzlanmış liflerdeki selülozik olmayan kısımları gidermek için enzim karışımı kullanmıştır (1). Van Sumere
ve Sharma 1991’de Flaxzyme kullanarak yapılan havuzlamadan elde edilen liflerin incelik, sağlamlık, renk ve mumluluk gibi özelliklerinin, suda en iyi şekilde havuzlanmış keten liflerininkiyle karşılaştırılabilecek niteliklerde olduğunu belirlemiştir. Tüm gelişmelere rağmen Avrupa’da hala en çok çiğde havuzlama kullanılmaktadır. Enzimatik havuzlama işleminin ticari olarak gelişmesini engelleyen en önemli nedenlerden birisi fiyattır (2). Birleşik Devletlerde ise, Tarım Bakanlığı’nın, Tarım Araştırma Servisi Amerika’nın tekstil ve kompozitlerde kullanımı amacıyla keten lifi endüstrisini yeniden geliştirmek üzere çalışmalar yapmış ve enzimatik havuzlama prosesi geliştirmiştir (3). Hangi metod uygulanırsa uygulansın etkili bir havuzlama lif demetlerini, epidermis/
kütikula ve nüveden ayırır. Buna ek olarak lif demetleri, daha küçük demetlere ve bağımsız liflere parçalanır. Transmisyon elektron mikroskobu, lif hücre duvarlarının orta lamellerinde esas olarak çiğde havuzlamayı
gerçekleştiren mantar saldırısını göstermektedir (Şekil 3). Lifler, lif olmayan bileşiklerden ayrılırlar ve orta
lamel bağımsız lif oluşumu için bozulur. keten gövdesindeki bitki hücre duvarlarındaki yapısal karbonhidrat
analizi, havuzlamadan sonraki modifikasyon ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Havuzlama sonrası pektin,
arabinoz, ksiloz miktarı azalırken, glükoz, manoz ve galaktoz miktarı artmaktadır. Bu bilgiler selülozik liflerin yapısında non-glükozik bölgeler bulunduğunu akla getirmektedir (2). Akin ve arkadaşlarının yaptıkları bir
çalışmada, yüksek miktarda pektinaz içeren enzimler ile çalışılmıştır. Liflerin gövdeden ayrılışları taramalı elektron mikroskobu, ışık mikroskobu ve Fried testi ile değerlendirilmiştir. Kullanılan ticari enzim karışımları yüksek pektinolitik aktiviteye ve ayrıca ksilenaz ve selülaz aktivitesine sahiptir. Denemeler sonucunda, yüksek pektinaz aktivitesine sahip ama dayanıksız ksinelaz ve selülaz aktivesi olan kültürlerin ketenin
havuzlamasında yüksek etkiye sahip olduğu saptanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu, bitkisel alanlarının korumasız olarak enzimlere maruz bırakıldığında Ultrazym ve Flaxzyme liflerin ayrılmasında etkili olduğunu ama gövdeler daha bozulmamışken etkili olarak havuzlamadıklarını göstermiştir. Ayrıca artan sıcaklığın, enzimlerin hücre duvarlarını parçalayıcı aktivitesini değiştirmiştir. 40 ve 50°C’deki bir etki 22° C’ deki etkiden 2 kat daha hızlıdır. Daha öncede belirtildiği gibi, etkili havuzlama için gerekli olan enzim fiyatı, enzimatik havuzlamanın çok büyük bir dezavantajıdır. Bu nedenle kullanılan enzim miktarını düşüren yöntemler, ticari açıdan gereklidir. Havuzlamanın etkinliğini arttırmak için pektinaz karışımına bir çok şelat eklenmiş ve sonuçlar Tablo3’
de gösterilmiştir. Bu sonuçlar Flaxzyme aktivitesinin şelat ilavesi ile arttığını ve havuzlama için gerekli enzim miktarını azalttığını ortaya çıkarmıştır (2). Sharma ve arkadaşlarının yaptıkları bir çalışmada (1998), suda, çiğde ve enzimatik olarak havuzlanmış ketenin incelik, sağlamlık, kostik ağırlık kaybı, ADF (asidik deterjanla lif testi), NDF (nötr deterjanla lif testi), selüloz, hemiselüloz, lignin, karbon, hidrojen, azot, yağ, kül, ve mineral farklılıkları karşılaştırılmıştır. Her parametre için yapılan testlerde, havuzlanmış lifler arasında belirgin farklar gözlenmiştir. Lif örneklerinin kalitelerindeki farklılıklar esas olarak, selülozik olmayan polysakkarit, lipid, lignin ve çeşitli minerallerin tıklarının oranından kaynaklanmaktadır. Lif kalitesini belirlemede anahtar parametreler; lif inceliği, sağlamlığı, kül
miktarı, kostik ağırlık kaybı ve termogravimetrik ağırlık kaybıdır. Havuzlanmış numunelerin tuşe ve parlaklıkları
karşılaştırıldığında en iyi sonucu suda havuzlanan, en kötü sonucu ise havuzlanmamış lifler vermektedir. Havuzlanmamış liflerin rengi yeşil iken, suda havuzlananlar soluk yeşildir. Lif inceliği, mukavemeti ve kostik
ağırlık kaybı incelendiğinde, incelik ve kostik ağırlık kaybı arasında korelasyon
olduğu görülmüştür (r: 0,876). Suda havuzlanan lifler, her ne kadar farklılıklar kayda değer olmasa da, diğerlerine
göre en sağlamdır. Üç havuzlanmış numunede, ADF, NDF ve selüloz oranları en fazla enzimatik havuzlanmış
numunededir (Tablo 4). C,H,N, kül ve lipid miktarları karşılaştırıldığında, havuzlanmamış numunede karbon ve lipidin miktarı havuzlanmışlara nazaran daha düşüktür. En fazla kül, havuzlamamış ve çiğde havuzlanmış numunelerde bulunmuştur. Çiğde havuzlanan liflerde, her ne kadar farklılıklar kayda
değer olmasa da, diğerlerine göre en fazla hidrojen ve azot seviyesine sahiptir. Lif inceliği, Mg(0,909), K(0,844)
ile pozitif, NDF(-0,817) ile negatif korelasyon göstermiştir. P, Mn, Mg,Na, K ve Zn içerikleri, her lif tipinde kayda
değer değildir (Tablo 4). Sonuçta çiğde-, suda- ve enzimatik olarak havuzlanmış liflerin renkleri, kokuları,
incelikleri, tuşe ve diğer özellikleri farklıdır. Bunun ana nedeni, 3 tip havuzlamada polysakkarit parçalayıcı enzimlerin farklı olmasıdır. Örneğin, çiğde havuzlamada mantar kolonileri tarafından serbest bırakılan pektinaz ve hemiselülazlar, 5-8 haftalık bir sürede yavaşça havuzlarlar. Bunun aksine, suda ve enzimatik havuzlama 3-7 günde sona erer. Sonuçta elde edilen mamullerde, özellikle suda havuzlamada, belirgin yapısal farklılıklar bulunmaktadır. Karmaşık bir şekilde ketenin kalitesi, havuzlanmış lifteki artık pektin, hemiselüloz, lignin ve lipid oranı ile bağlantılıdır (4).
SONUÇ
Keten ve diğer gövde liflerinin kullanım alanları teknik tekstiller ve kompozitlerde gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle son yıllarda pek çok ülkenin konvansiyonel tekstil üretiminde rekabet edebilme özelliklerini kaybetmesi, teknik tekstiller ve daha özel ürünlerin üretimi konusundaki çalışmaları yoğunlaştırmıştır. İşte keten ve diğer gövde lifleri bu alanlarda önem taşımaktadır. Ancak havuzlanmalarında karşılaşılan sorunlar havuzlama ile ilgili araştırmaları arttırmıştır. Yapılan araştırmalar neticesinde aşağıda belirtilen noktalar ortaya çıkmıştır. Kimyasal ve yapısal özellikler havuzlamada önemli etkenlerdir. Gövde dokusunda lignin, havuzlamada önemli bir problem olarak ortaya çıkmazken, liflerle birleşik olan aromatikler işlemin etkinliğini azaltabilmekte ya da lif kalitesini düşürebilmektedir. Epidermis/ kütikül tabakası enzimatik havuzlama için enzimlerin iç bast dokulara nüfuz etmesini önleyen bir bariyerdir adeta. Yeni enzimatik havuzlama metodunda havuzlamayı geliştirmek için, bu bariyer mekanik olarak bozulur ve pektinaz oranı fazla enzim karışımına “çelatlar“ ilave edilir. Böylece epidermal bölgelere yerleşen Ca++- stabilize pektinlerin parçalanmasında etkili olduğu düşünülmektedir. Keten
gövde yüzeyinin (epidermis/kütikül) mekanik zarar görmesi, optimum havuzlama eldesi için enzim karışımlarının yüzey aktivitesini arttırmaktadır. Sıcaklığın 40 °C’ye çıkartılması Flaxzyme/ oksalik asit aktivitesini arttırmaktadır.
Sonuç olarak, kalsiyum şelatlarla ticari pektinaz zengin enzimler yüksek kaliteli lif eldesi için, kontrollü ve etkili bir
şekilde, mekanik olarak zarar görmüş gövdelere uygulanmaktadır Gövde hücrelerinin yapısı ve kimyası hakkında
daha fazla bilgi, enzim reçetelerinin fiyatının düşürüp, liflerin spesifik özelliklerini geliştirecektir. (3, 2)
Son söz söylemek gerekirse, gerek değişen dünya koşulları gerekse de havuzlamada karşılaşılan sorunlar nedeniyle havuzlama metodunun optimize edilmesi için çalışmalara devam edilmelidir.
Kaynak:Tekstil ve Konfeksiyon Dergisi
