Schlechte Zeiten für Papierverschmutzer

XTRA-ARTIKEL AUSGABE 1/2017

Mikrostickies – der Feind jedes Papierherstellers. Lange Zeit galten Klebstoff-Rückstände im Papierbrei als nicht identifizierbar und verursachten teure Ausfallzeiten. Die Methode der Durchflusszytometrie ermöglicht die visuelle Darstellung dieser Stickies.

Micostickies verkleben die Maschinen und verschmutzen das Papier. Das Anhalten der Druckmaschinen kann dabei sehr teuer werden 

Woher kommt unser Papier?

Papier besteht hauptsachlich aus Zellulosefasern, die zu etwam 95 Prozent aus der Holzproduktion gewonnen werden. Durch vollständigere Recyclingkreislaufe entstammt jedoch mittlerweile etwa die Hälfte aller Zellulosefasern dem Altpapier. Dabei gelangt auch zunehmend veredeltes Papier in den Recyclingkreislauf, das nicht mehr im Reinzustand ist und papierfremde, organische, oft klebende Bestandteile enthalt. Bekannte Beispiele sind Post-its, verleimte Buchrucken oder zugeklebte Pizzakartons.

Kleine Klebstoffe, große Probleme

Die sich aus dem veredelten Papier losenden Klebstoffe werden im Fachjargon „Stickies“ genannt. Sie blockieren die Dusen der Papiermaschinen und können in der Papierherstellung massive, kostenschwere Produktionsschwierigkeiten verursachen. Die entstehenden Papierbahnen können einen und einen Produktionsstopp erzwingen. Auch sinkt durch Schmutzpunkte auf dem Papier die Qualität des  Endprodukts. Die maximale Kontrolle der Stickybelastung ist daher essenziell für die Papierindustrie. Stickies werden, ihrer Größe entsprechend, in Makrostickies und Mikrostickies unterschieden. Die Identifizierung der Makrostickies innerhalb des Papierbreis gelingt mit Visualisierungsmethoden und Anschließender bildanalytischer Auswertung. Dazu wird die Adhäsionskraft der Stickies genutzt: Durch Einfluss eines Kontrastmittels, an welches die Stickies binden, werden sie optisch identifizierbar.

Nach der Fixierung auf einem Trägermaterial sind die Stickies bildanalytisch erfassbar und können quantifiziert werden. Für die Analyse der Mikrostickies mit einer Größe von unter 100 μm gab es lange Zeit kein geeignetes Verfahren, da sie für visuelle Methoden zu klein sind. Da sie jedoch den Herstellungsprozess erheblich beeinträchtigen können, ist ihre Quantifizierung von hoher Bedeutung. Die Durchflusszytometrie hat sich hierbei als Analysemethode bestens bewährt. Mit ihrer Hilfe können selbst die kleinsten Teilchen erfasst werden.

Analyse der Sorgenkinder

Für die durchflusszytometrische Analyse der Mikrostickies wird die hydrophobe Eigenschaft der Teilchen genutzt. Eine Probe des Papierbreis wird mit dem „Sticky Control Reagenz“ behandelt – einem von Sysmex vertriebenen Farbstoff, der spezifisch die hydrophoben Bestandteile fluoreszenzmarkiert. Um die Verstopfung der Messkuvette des Durchflusszytometers durch Bestandteile mit einer Größe von mehr als 100 μm zu verhindern, wird die Probe zusätzlich durch kleine Zellsiebe, die CellTrics®, gefiltert. Anschließend wird die Probe im Durchflusszytometer (z. B. CyFlow® Cube 6) analysiert. Meist wird hierfür das Basismodell verwendet, denn für die Anregung des gebundenen „Sticky Control Reagenz“ ist ein einzelner blauer Laser ausreichend. Dadurch, dass das Emissionsmaximum dem Farbereagenz bei etwa 650 nm liegt, wird die Fluoreszenzintensität unter Verwendung eines 675/20 Bandpassfilters gemessen. Zusätzlich wird der Forwardscatter (FSC) als Indiz für die Größenverteilung der Stickies betrachtet. In einem Dotplot tragt man Forwardscatter und die Fluoreszenzintensität des „Sticky Control Reagenz“ gegeneinander auf. Anschließend vergleicht man die unterschiedlichen Proben, aus verschiedenen Phasen der Aufbereitung oder nach Einsatz eines Anti-Sticky-Reagenz miteinander.

Durch die Verwendung von Altpapier gelangen
die sogenannten Stickies in die Papierproduktion

Außerdem spielen nicht-alkoholische Getränke eine immer größere Rolle. Das betrifft zum einen auf Fermentation beruhende Erfrischungsgetränke wie das Kombucha-Teegetränk. Zum anderen geht der Trend zu immer mehr alkoholfreien Bieren, für die wiederum besondere, wenig Alkohol produzierende Hefekulturen benötigt werden. Das erwähnte High-Gravity-Bier wird übrigens so stark gebraut, um Produktionskosten etwa in Form von Energie oder Logistik zu sparen: Vor Ort wird es dann verdünnt. Außer für Hefen will die VLB die Flowzytometrie künftig auch vermehrt einsetzen, um einerseits Milchsäurebakterien in Milchprodukten zu überprüfen und andererseits Bakterien in Wasser aufzuspüren. „Wir können zum Beispiel Legionellen anfärben und messen“, so Dr. Senz. Das Wissen über die Vorteile der Analyse mithilfe der Flowzytometrie ist in der Getränkeindustrie noch nicht sehr weitverbreitet. Deshalb bietet die VLB mit Unterstützung von Sysmex in ihrem Fortbildungsprogramm einen Grundlagenkurs dazu an. Dieser hat einen mikrobiologischen Schwerpunkt und auch Algen (für Nahrungsmittelzusätze oder Biomasse) werden behandelt. „Einige fluoreszieren von selbst, die muss man nicht einmal anfärben“, erzählt Dr. Martin Senz. Hefen, Bakterien, Algen – man sieht: Auch in der industriellen Anwendung besitzt die Flowzytometrie als Analysetool noch ein großes Potenzial.

Das Histogramm vergleicht die vom Detektor des Forwardscatters (FSC) aufgezeichneten Daten. Anhand größendefinierter Beads (rosa) kann die Größenverteilung der Stickies abgeleitet werden. In der Probe 3 sind die kleinsten Stickies zu finden, in der Probe 4 die größten.

Das Histogramm vergleicht die vom dritten Fluoreszenzkanal (FL3) aufgezeichneten Daten. Damit kann die Intensität der Emission der mit „Sticky Control Reagenz“ gefärbten Stickies verglichen werden, die als Mal für die Hydrophobizitat der Partikel gilt. In der Probe 2 sind die hydrophobsten Stickies zu finden.

Text: Dr. Christina Klasen

Fotoquelle: Gilles Rolle/REA/laif, Sysmex, Plainpicture

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