Method Article
المعالجة المسبقة العميقة القائمة على المذيبات eutectic ، بمساعدة الميكروويف هي عملية خضراء وسريعة وفعالة للكسر الليجنسيلوزي واستعادة اللجنين عالية النقاء.
المعالجة المسبقة لا تزال الخطوة الأكثر تكلفة في عمليات التحلل الحيوي lignocellulosic. ويجب أن تكون فعالة من حيث التكلفة عن طريق تقليل الاحتياجات الكيميائية وكذلك استهلاك الطاقة والحرارة واستخدام المذيبات الصديقة للبيئة. المذيبات eutectic العميق (DESs) هي المذيبات الرئيسية والخضراء ومنخفضة التكلفة في المقومات الحيوية المستدامة. وهي خليط شفاف يتميز بانخفاض نقاط التجمد الناتجة عن مانح واحد على الأقل لسندات الهيدروجين ومقبول واحد لسندات الهيدروجين. على الرغم من أن DESs تعد المذيبات، فمن الضروري الجمع بينها مع تكنولوجيا التدفئة الاقتصادية، مثل إشعاع الميكروويف، لتحقيق ربحية تنافسية. إشعاع الميكروويف هو استراتيجية واعدة لتقصير وقت التدفئة وزيادة الكسر لأنه يمكن أن يحقق بسرعة درجة الحرارة المناسبة. وكان الهدف من هذه الدراسة هو تطوير خطوة واحدة، وطريقة سريعة لتفتيت الكتلة الحيوية واستخراج اللجنين باستخدام مذيب منخفض التكلفة وقابل للتحلل الحيوي.
في هذه الدراسة، تم إجراء المعالجة المسبقة DES بمساعدة الميكروويف لمدة 60 s في 800 W، وذلك باستخدام ثلاثة أنواع من DESs. تم إعداد مخاليط DES بسهولة من كلوريد الكولين (ChCl) وثلاثة متبرعين بسندات الهيدروجين (HBDs): حمض أحادي الكاربوكسيليك (حمض اللاكتيك) وحمض ديكاربوكسيليك (حمض الأوكسيليك) واليوريا. وقد استخدم هذا المعالجة المسبقة كتجزئة الكتلة الحيوية واستعادة اللجنين من المخلفات البحرية (أوراق بوسيدونيا وأيغاغروبيل)، ونواتج الأغذية الزراعية الثانوية (قذائف اللوز وبوماس الزيتون)، ومخلفات الغابات (الصنوبر)، والأعشاب الليجنوسيلولوسية المعمرة(ستيبا تيناسيما). وأجريت تحليلات أخرى لتحديد الغلة والنقاء وتوزيع الوزن الجزيئي لللجنين المسترد. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد تأثير DESs على المجموعات الوظيفية الكيميائية في اللجنين المستخرج من خلال التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) لتحويل فورييه. وتشير النتائج إلى أن خليط حمض ChCl-oxalic يوفر أعلى نقاء اللجنين وأقل عائد. وتبين هذه الدراسة أن عملية الميكروويف DES هي تكنولوجيا فائقة السرعة والكفاءة وتنافسية من حيث التكلفة لعملية تجزئة الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية.
عمليات التجقيم البيولوجي المستدامة تدمج معالجة الكتلة الحيوية، وتجزئةها في جزيئات ذات أهمية، وتحويلها إلى منتجات ذات قيمة مضافة1. في الجيل الثاني من إعادة اكتشاف الحيوانات، يعتبر المعالجة المسبقة ضرورية يجزئ الكتلة الحيوية إلى مكوناتها الرئيسية2. وقد طبقت على نطاق واسع طرق المعالجة المسبقة التقليدية التي تستخدم الاستراتيجيات الكيميائية أو الفيزيائية أو البيولوجية3. ومع ذلك ، يعتبر هذا المعالجة المسبقة الخطوة الأغلى في التجريب الحيوي ولها عيوب أخرى مثل وقت المعالجة الطويل ، وارتفاع الحرارة واستهلاك الطاقة ، والشوائب المذيبات4. في الآونة الأخيرة ، ظهرت DESS ، التي تشبه خصائصها تلك السوائل الأيونية3، كمذيبات خضراء بسبب مزايا مثل التحلل الحيوي ، والملاءمة للبيئة ، وسهولة التركيب ، والتعافي بعد العلاج5.
DESs هي خليط من واحد على الأقل HBD، مثل حمض اللبنيك، حمض ماليك، أو حمض الأوكسيليك، ومقبول السندات الهيدروجين (HBA) مثل البيتين أو كلوريد الكولين (ChCl)6. تمكن تفاعلات HBA-HBD من آلية تحفيزية تسمح بانشقاق الروابط الكيميائية ، مما يسبب تجزئة الكتلة الحيوية وفصل اللجنين. وقد أبلغ العديد من الباحثين عن المعالجة المسبقة المستندة إلى DES ل المواد الأولية الليجنوسيلولوسية مثل ChCl-glycerol على كوب الذرة وstover7،8، ChCl-urea ، وحمض ChCl-oxalic على قش القمح9، حمض ChCl-lactic على نشارة الخشب الأوكالبتوس 10، وحمض ChCl-الخليك11 و ChCl-الإيثيلين غليكول على الخشب11. لتحسين كفاءة DES ، يجب الجمع بين المعالجة المسبقة ومعالجة الميكروويف لتسريع تجزئة الكتلة الحيوية5. وقد أبلغ العديد من الباحثين مثل هذا المعالجة المسبقة مجتمعة (DES والميكروويف) من الخشب8 وstover الذرة, switchgrass, وMiscanthus5, الذي يوفر نظرة جديدة في قدرة DESs للكسر lignocellulosic واستخراج اللجنين في خطوة واحدة سهلة على مدى فترة قصيرة.
اللجنين هو جزيء فينولي يسمر كمادة خام لإنتاج البوليمرات الحيوية ويقدم بديلا لإنتاج المواد الكيميائية مثل مونومرات العطرية وoligomers12. بالإضافة إلى ذلك ، اللجنين لديه أنشطة امتصاص مضادات الأكسدة والأشعة فوق البنفسجية13. وقد ذكرت العديد من الدراسات تطبيقات اللجنين في مستحضرات التجميل14،15. وقد أدى دمجها في منتجات واقية من الشمس التجارية إلى تحسين عامل الحماية من الشمس (SPF) للمنتج من SPF 15 إلى SPF 30 مع إضافة 2 wt ٪ فقط من اللجنين وحتى SPF 50 مع إضافة 10 wt ٪ lignin16. تصف هذه الورقة نهجا فائق السرعة لانشقاق اللجنين والكربوهيدرات ، بمساعدة المعالجة المسبقة المشتركة ل DES-microwave للكتلة الحيوية المتوسطية. وتتألف هذه الكتلة الحيوية من منتجات ثانوية للأغذية الزراعية، ولا سيما بوماس الزيتون وقذائف اللوز. وكانت الكتلة الأحيائية الأخرى التي تم التحقيق فيها هي تلك التي من أصل بحري (أوراق بوسيدونيا وأيغاغروبيل) وتلك التي نشأت من غابة (الصنوبر والأعشاب البرية). كان تركيز هذه الدراسة على اختبار المذيبات الخضراء منخفضة التكلفة لتقييم آثار هذا المعالجة المسبقة المشتركة على تجزئة المواد الخام ، والتحقيق في تأثيرها على نقاء اللجنين والغلة ، ودراسة آثاره على الأوزان الجزيئية والمجموعات الوظيفية الكيميائية في اللجنين المستخرج.
1. إعداد الكتلة الحيوية
2. الميكروويف بمساعدة، استخراج اللجنين فائق السرعة
3. تحديد نقاء اللجنين المستخرج من قبل كلاسون
4. محتوى النيتروجين في اللجنين المستخرج
5. محتوى الرماد في اللجنين المستخرج
6. محتوى الكربوهيدرات
7. وظائف الكيميائية في استخراج اللجنين (فورييه تحول الأشعة تحت الحمراء)
8. الوزن الجزيئي لللجنين المستخرج (كروماتوغرافيا تتغلغل هلام)
9. معالجة البيانات والتحليلات الإحصائية
الشكل 2A-C تصور غلة اللجنين لاستخراج من المواد الخام الستة، هو مبين في الشكل 1A-F، بعد المعالجة المسبقة للميكروويف DES مجتمعة. تظهر النتائج أن غلة اللجنين التي تم الحصول عليها مع DES1 (حمض ChCl-oxalic) (الشكل 2A) كانت أقل من الغلة التي تم الحصول عليها مع DES2 (حمض ChCl-lactic) و DES3 (ChCl-urea) (الشكل 2B، C). وبالإضافة إلى ذلك، كانت غلة اللجنين من الصنوبر (PC) وبوميس الزيتون (OP) أعلى بنسبة 32.31٪ و 26.04٪ لعلاج DES1 و 48.72٪ و 43.76 ل DES3، على التوالي. وكان العائد اللجنين من أوراق ألفا (A) أعلى بكثير من غلة جميع lignins الأخرى المستخرجة مع DES2. الشكل 3A-C تبين أن نقاء اللجنين تجاوز 70٪ للمعالجات المسبقة الثلاثة للكتلة الحيوية، باستثناء المعالجة المسبقة DES3 من أوراق ألفا (A)، aegagropile (Ag)، وقذائف اللوز (AS) في علاج DES3 (ChCl-urea)، الذي أعطى نقاء اللجنين من 65٪. أعلى نقاء اللجنين (> 90٪) تم الحصول عليها مع العلاج DES1: أوراق ألفا (A) 94٪، قذائف اللوز (AS) 93٪، الصنوبر (PC) 90٪، أوراق بوسيدونيا (PL) 92٪، والزيتون بوماس (OP) 91٪.
وقد خضعت بيانات نقاء اللجنين والغلة لتحليل المكون الرئيسي (PCA) من خلال النظر في اثنين من المعلمات (الغلة والنقاء) و 18 علاجا. ويبين الشكل 4 أن دائرة الارتباط فسرت 100 في المائة من مجموع التباين. وأوضح المكون الأول، PCA1، 58.09٪، وأوضح المكون الثاني، PCA2، 41.91٪ من إجمالي الاختلاف. كان نقاء اللجنين مرتبطا بشكل إيجابي بعلاج DES1 (Ox). وكانت معاملات الارتباط بيرسون (R) ألفا (ثور) 0.32، بوماس الزيتون (OP Ox) 0.27، الصنوبر (PC Ox) 0.2، أوراق بوسيدونيا (PL Ox) 0.35، قذائف اللوز (AS Ox) 0.32، و aegagropile (Ag Ox) 0.05، على التوالي. ومع ذلك، ارتبط علاج DES3 سلبا بعائد اللجنين بقيم R التي تأرجحت بين −0.37 و−0.05. وهكذا، أكدت نتائج PCA أن اللجنين المستخرج مع DES1 كان أنقى مع أدنى عائد.
وقد تميزت اللجنين لمحتويات السكر والنيتروجين والرماد (الشكل 5A-C). تم تحديد إجمالي محتوى السكر من خلال كروماتوغرافيا الغاز (GC). تم استخراج محتوى الكربوهيدرات في اللجنين باستخدام DES3 (ChCl-urea) كان الأعلى (6-15٪). وأعقب ذلك استخراج اللجنين باستخدام DES2 (حمض اللاكتيك ChCl)، الذي كان محتوى الكربوهيدرات من 3-12٪. ومع ذلك، فإن أقل محتوى الكربوهيدرات (1٪) تم الإبلاغ عن اللجنين المستخرج باستخدام DES1 (حمض ChCl-oxalic). واختلف نوع السكريات المحددة اختلافا كبيرا(الشكل 6A-C)؛ D-xylose و D-الجلوكوز كانت السكريات الأحادية الأكثر وفرة. تشير هذه النتائج إلى أن DES1 كان انتقائيا للغاية في استخراج اللجنين مقارنة مع الديسين الآخرين ، اللذين استخلصا ليس فقط اللجنين ، ولكن أيضا الكربوهيدرات. وبعبارة أخرى، كان نقاء اللجنين أقل بعد الاستخراج مع حمض اللاكتيك واليوريا DESs.
الانتقائية العالية من DES1 لتجزئة مصفوفة lignocellulosic واستخراج اللجنين النقي هو على الارجح بسبب الحموضة العالية من السندات الهيدروجين (ألفا = 1.3). كلوريد الكولين يحتوي على أيونات كلوريد التي تكسر التفاعلات داخل الجزيئية من الروابط الهيدروجين, ومجموعات كاربوكسيلات في حمض الأوكسيليك تسهم في حل البوليمرات اللجنين. وبالمثل، كان محتوى النيتروجين من اللجنين المستخرج باستخدام DES1 أقل من محتوى النيتروجين من اللجنين المستخرج باستخدام DES2 و DES3، ليصل إلى 3٪(الشكل 5A-C). وكان الليجنين المستخرج من أوراق ألفا أعلى محتوى النيتروجين: 2.70، 3.84، و 3.40 لDES1، DES2، و DES3، على التوالي. هذه النتائج تثبت أن المركبات النيتروجينية تم استخراجها والتعجيل بها مع اللجنين. وعلاوة على ذلك، أشار تناسل اللجنين في جميع العينات إلى أن اللجنين المستخرج باستخدام DES2 و DES3 يحتوي على مكون غير عضوي أعلى من اللجنين المستخرج باستخدام DES1.
تشير هذه النتائج إلى أن DES1 شجع على استخراج اللجنين بنقاء عال ، ولكن مع انخفاض النيتروجين والكربوهيدرات ومحتويات الرماد. وبعبارة أخرى، كان اللجنين المستخرج باستخدام DES1 (حمض ChCl-oxalic) أنقى من ذلك المستخرج باستخدام DES2 (حمض ChCl-lactic) و DES3 (ChCl-urea)، التي تمتلك نقاء أقل ومحتوى عالي النيتروجين والكربوهيدرات والرماد. يلخص الجدول 1 التوزيع الجزيئي لللجنين، كما تم تحليله بواسطة كروماتوغرافيا تتغلغل هلامية (GPC) ويمثله متوسط الوزن الجزيئي (Mn) ومتوسط الوزن الجزيئي (Mw) ومؤشر تعدد التخصصات (PDI). وتراوحت قيم Mw من 48,123 إلى 147,233 جرام مول-1. وكان اللجنين المستخرجة من DES2 من أوراق ألفا، وقذائف اللوز، و aegagropile PDI أقل من اللجنين المستخرجة من DES1، DES3، والقلويات، فضلا عن اللجنين الخام. في المقابل، أظهرت اللجنين المستخرجة من DES2 من الصنوبر، بوماس الزيتون، وأوراق بوسيدونيا أعلى PDI. يشير انخفاض PDI لللجنين المستخرج من aegagropile إلى أن وزنه الجزيئي أكثر تجانسا من وزن الليغنينز المستخرج من الكتلة الحيوية الأخرى.
تم التحقيق في المجموعات الوظيفية الكيميائية الموجودة في اللجنين المستخرج من قبل التحليل الطيفي لل FTIR(الشكل 7A-F). ويعزى الفرقة القوية والواسعة بين 441 3 و 198 3 سم- 1 إلى اهتزازات التمدد OH لمجموعات الهيدروكسيل الكحولية والفينولية المشاركة في الترابط الهيدروجيني. تم تعيين الإشارات في نطاق عدد الموجات 2,963-2,852 سم-1 إلى اهتزازات الكيل C-H الممتدة. وأظهرت بوماس الزيتون وأوراق ألفا وقذائف اللوز عصابات أكثر كثافة من الكتلة الحيوية الأخرى. لم تلاحظ أي نطاقات من 2800 إلى 1800 سم-1. وكان اللجنين التي حصل عليها DES1 وES2 العلاج، وارتفاع الفرقة في 1708 سم-1،مما يدل على وجود مجموعات C = O غير مترافق. ومع ذلك، كانت هذه الإشارة غائبة في أطياف المذيبات(الشكل 8B). وتميزت أطياف حمض اللبنيك والأوكسيليك بنطاق يتراوح بين 737 1 و723 1 سم- 1، مما يشير إلى وجود مجموعات C=O غير مترافقة، في حين اتسم طيف اليوريا بإشارات في النطاق العددي الموجي البالغ 660 1 سم- 1 و 604 1 سم- 1 منسوبة إلى مجموعات أميد. لوحظت العصابات في 1606-1618 سم-1 في اللجنين المستخرجة من قبل DES1 وES2 العلاج، المرتبطة حلقة مترافقة C = C تمتد.
الإشارة في 1,640 سم-1 في اللجنين المستخرجة من DES3 تشير إلى وجود اهتزاز C = O تمتد في مجموعات الكربونيل المترافقة من اللجنين. الإشارة في 1516 سم-1 نشأت من اهتزازات الحلقات العطرية الموجودة في اللجنين، في حين أن الفرقة في 1200 سم-1 تشير إلى وجود مجموعات الأثير. تم تعيين نطاقات في نطاق عدد الموجات من 1250-1200 سم-1 إلى C-O تمتد من الكحول غير النحوي. تم تعيين الفرقة في 953 سم-1 إلى الغواصات الميثيل. وتشير النتائج إلى أن أطياف كسور DES-lignin أظهرت إشارات عند 1,730-1,702 سم-1 و 1,643-1,635 سم-1، مخصصة للاهتزاز الممتد لمجموعات الكربونيل غير المترافقة وغير المترافقة ، على التوالي. ومع ذلك، كانت هذه النطاقات الفرقة غائبة في ثلاثة lignins التجارية: الخام، الصودا المصنعة، واللينينات المستخرجة من القلويات(الشكل 8A). تشير هذه الملاحظة إلى أنه أثناء استخراجه وتزييته ، تم اقتران بعض المجموعات الوظيفية من اللجنين بحمض الأوكسيليك واللاكتيك.
الشكل 1: دراسة الكتلة الحيوية البحر الأبيض المتوسط. (أ) قذائف اللوز، (ب) بوماس الزيتون، (C) الصنوبر مخروط، (D) Aegagropile (كرات بوسيدونيا)، (ه) أوراق بوسيدونيا، (F) أوراق ألفا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: غلة اللجنين. (أ) كلوريد الكولين + حمض أوكساليك (DES1), (ب) كلوريد الكولين + حمض اللاكتيك (DES2), (ج) كلوريد الكولين + اليوريا (DES3). تم تحديد اختلافات كبيرة مع ANOVA أحادي الاتجاه واختبار فيشر اللاحق (* P < 0.05 ؛ ** P < 0.01 ؛ *** P < 0.001). الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ ns = غير هام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: اللجنين (٪). (أ) كلوريد الكولين + حمض أوكساليك (DES1), (ب) كلوريد الكولين + حمض اللبنيك (DES2), (ج) كلوريد الكولين + اليوريا (DES3). تم تحديد اختلافات كبيرة مع ANOVA أحادي الاتجاه واختبار فيشر اللاحق (* P < 0.05 ؛ ** P < 0.01 ؛ *** P < 0.001). الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ ns = غير هام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4:تحليل المكون الرئيسي للغلة ونقاء اللجنين المستخرج من الكتلة الحيوية المتوسطية. متقبل السندات الهيدروجين (HBA) هو كلوريد الكولين (ChCl) والمتبرعين بسندات الهيدروجين (HBD) هم Ox = حمض الأوكسيليك ، Lac : حمض اللاكتيك ، واليوريا. PCA = تحليل المكون الرئيسي؛ A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5:الكربوهيدرات (٪)، النيتروجين (٪)، ومحتوى الرماد (٪) في عينات اللجنين. (أ) كلوريد الكولين + حمض أوكساليك (DES1), (ب) كلوريد الكولين + حمض اللبنيك (DES2), (ج) كلوريد الكولين + اليوريا (DES3). تم تحديد اختلافات كبيرة مع ANOVA أحادي الاتجاه واختبار فيشر اللاحق (* P < 0.05 ؛ ** P < 0.01 ؛ *** P < 0.001). الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ ns = غير هام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6:تحديد السكريات الأحادية في عينات اللجنين (٪). (أ) كلوريد الكولين + حمض أوكساليك (DES1), (ب) كلوريد الكولين + حمض اللبنيك (DES2), (ج) كلوريد الكولين + اليوريا (DES3). تم تحديد اختلافات كبيرة مع ANOVA أحادي الاتجاه واختبار فيشر اللاحق (* P < 0.05 ؛ ** P < 0.01 ؛ *** P < 0.001). الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ ns = غير هام. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: فورييه تحويل أطياف الأشعة تحت الحمراء من عينات اللجنين. (أ) أوراق ألفا، (ب) قذائف اللوز، (C) Pinecones، (D) أوراق بوسيدونيا، (E) بوماسي الزيتون، (F) Aegagropile. الاختصارات: DES1 = كلوريد الكولين + حمض أوكساليك، DES2 = كلوريد الكولين + حمض اللاكتيك، DES3 = كلوريد الكولين + اليوريا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8: فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء الأطياف. (أ) الضوابط اللجنين،(ب)الجهات المانحة السندات الهيدروجين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
عينة | العلاج | Mn | ميغاواط | PDI |
A | يوريا | 47558 | 120141 | 2.5 |
لك | 35241 | 73665 | 2.1 | |
ثور | 35793 | 84312 | 2.4 | |
مثل | يوريا | 50181 | 105817 | 2.1 |
لك | 60409 | 104915 | 1.7 | |
ثور | 83112 | 147233 | 1.8 | |
كمبيوتر شخصي | يوريا | 34013 | 65181 | 1.9 |
لك | 55513 | 145963 | 2.6 | |
ثور | 46409 | 102298 | 2.2 | |
رر | يوريا | 25696 | 50093 | 1.9 |
لك | 45530 | 122900 | 2.7 | |
ثور | 28427 | 70726 | 2.5 | |
المرجع | يوريا | 29669 | 70424 | 2.4 |
لك | 26735 | 66743 | 2.5 | |
ثور | 34161 | 75509 | 2.2 | |
آج | يوريا | 30184 | 48123 | 1.6 |
لك | 33835 | 52123 | 1.5 | |
ثور | 30025 | 49808 | 1.7 | |
تحكم | اللجنين الخام | 23275.3 | 36496.5 | 1.6 |
اللجنين المستخرج القلوي | 22792.6 | 43014.3 | 1.9 |
الجدول 1: الأوزان الجزيئية لللينين. الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ Mn = الوزن الجزيئي متوسط العدد; ميغاواط = الوزن المتوسط الوزن الجزيئي; PDI = مؤشر تعدد الأضلاع; الثور = حمض الأوكسيليك; اللاك = حمض اللاكتيك.
الشكل S1: ليجنين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S2: عينات بعد أن autoclaved (30 ملغ من اللجنين + 1 مل من 72٪ حمض الكبريتيك + 28 مل من الماء المقطر). الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S3: الكريات اللجنين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S4: بقايا الصلبة غسلها أربع مرات لاسترداد أقصى محتوى اللجنين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S5: الكروماتوجرامات التتغلغلية هلام من الضوابط اللجنين، واللينين الخام والقلوية المستخرجة. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S6: كروماتوجرامات تتغلغل هلام عينات اللجنين. الاختصارات: A = أوراق ألفا، AS = قذائف اللوز، PC = Pinecones، PL = أوراق بوسيدونيا، OP = بوماس الزيتون، Ag = Aegagropile؛ DES1 = كلوريد الكولين + حمض أوكساليك، DES2 = كلوريد الكولين + حمض اللاكتيك، DES3 = كلوريد الكولين + اليوريا. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل S7: ورقة تدفق المذيبات eutectic العميق (DES) - عملية الميكروويف لاستخراج اللجنين. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.
وكان لهذه الدراسة أهداف عديدة؛ وكان أولها إعداد واستخدام المذيبات الخضراء منخفضة التكلفة مع خصائص كل من السوائل الأيونية والمذيبات العضوية. وكان الهدف الثاني هو تجزئة الكتلة الحيوية واستخراج اللجنين في خطوة واحدة، دون الحاجة إلى خطوات أولية مثل استخراج المواد القابلة للاستخراج باستخدام سوكسهليت أو هيميسيلولوس باستخدام المذيبات القلوية، والتقنيات الأساسية، أو الحرارية. وكان الهدف الثالث لاستعادة اللجنين عن طريق الترشيح بسيطة بعد العلاج، دون تعديل درجة الحموضة، ولكن ببساطة عن طريق إضافة الماء المقطر. تشير نتائج استخراج اللجنين فائق السرعة من ستة مصادر مختلفة باستخدام العملية المستندة إلى DES بمساعدة الميكروويف باستخدام ثلاثة DESs مختلفة إلى أن عائد الاستخراج يمكن أن يختلف اعتمادا على الكتلة الحيوية وطبيعة DES. على سبيل المثال، كانت أعلى غلة لاستخراج اللجنين بين جميع DESs الثلاثة من بوماس الزيتون. وأعقب ذلك الغلة من أوراق ألفا والصنوبر وقذائف اللوز. وكانت غلة استخراج أقل لأوراق وكرات بوسيدونيا oceanica.
تم تقييم نقاء اللجنين باستخدام طرق كلاسون، كجيلدال (النيتروجين)، الكربوهيدرات (GC)، والرماد. كما هو مبين في الشكل 3 والشكل 5A-C، انخفض نقاء اللجنين بسبب هطول الأمطار المشترك من مكونات النيتروجين والكربوهيدرات والرماد مع اللجنين. شروط استخراج اللجنين مع DES1 ضمان نقاء عالية، ولكن انخفاض الغلة، مما يدل على أن تحسينات العملية ضرورية للارتباط الإيجابي بين العائد ونقاء اللجنين. يمكن تحسين غلة اللجنين إذا كانت مدة العلاج أطول ، أو زادت طاقة الميكروويف من 800 واط إلى 1200 واط ، أو تم تقليل نسبة المذيبات الصلبة (1:10). توفر بيانات الوزن الجزيئي لليجنين نظرة ثاقبة على تفكك أو إعادة انتشار شظايا اللجنين بعد العلاج. ولوحظت زيادة في ميغاواط اللجنين للكتلة الحيوية بعد الاستخراج باستخدام الميكروويف-DES، كما هو واضح، على سبيل المثال، في حالة أوراق بوسيدونيا (ميغاواط هو 50093 لES3 و 70726 لES1)، مما يدل على أن إزالة البلمرة حدث أثناء استخراج اللجنين وأعقب ذلك إعادة انبعاث سريع للوحدات المشتركة الكربون الكربون في إطار عمل DES. يتطلب هذا استخدام عامل التقاط مثل الفورمالديهايد لتثبيت النشر.
في المعالجة المسبقة DES ، يكون تفكك اللجنين وتكثيفه هما ردا الفعل المتنافسان. PDI من lignins المستخرجة أقل من ذلك من اللجنين الزان المستخرجة من المذيبات العضوية (الإيثانول / الماء / H2SO4) ذكرت في الأدب17. وهذا يشير إلى أن علاج DES يحسن تجانس الوزن الجزيئي في اللجنين مقارنة بالعلاج بالمذيبات العضوية. وتشير أطياف FTIR إلى أن المجموعات الوظيفية في اللجنين تتأثر بالمذيبات المستخدمة من DES. تظهر الأطياف إشارات على 1,730-1,702 سم-1 المخصصة للاهتزاز الممتد لمجموعات الكربونيل غير المترافقة، في حين أن القمم عند 1,643-1,635 سم-1 تشير إلى الاهتزاز الممتد لمجموعات الكربونيل المترافقة. هذه النتائج تثبت إمكانية استخراج اللجنين ذات القيمة المضافة عالية النقاء من الكتلة الحيوية المتوسطية (التي يتم التقليل من قيمتها في الوقت الحاضر وتستخدم إما كعلف أو كتعديل للتربة) ويمكن أن تساعد في تحديد المذيبات DES الأمثل مع ضمان نقاء اللجنين. على سبيل المثال، أظهر DES1 أنقى استخراج اللجنين، وإن كان مع انخفاض الغلة من تلك التي لوحظت باستخدام DESs اثنين آخرين.
ويمكن تطبيق الطريقة المقترحة بسهولة بسبب غير مكلفة والأخضر ChCl-oxalic حمض نظام المذيبات eutectic العميق. كلوريد الكولين هو ملح عضوي وحمض أوكساليك متاح كمنتج طبيعي للنباتات، والتي هي وفيرة مع انخفاض التكلفة. هذه التقنية (بروتوكول فائق السرعة ، والذي يوفر في خطوة واحدة تجزئة الكتلة الحيوية واستعادة اللجنين عالية النقاء) تنطبق على أي نوع من الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوسية التي لها تركيب كيميائي مماثل لتلك التي تمت دراستها هنا على نطاق المختبر باستخدام عملية الميكروويف -DES أو على النطاق التجريبي باستخدام عملية DES-ultrasound أو عن طريق التدفئة الحملية.
ولا يبلغ المؤلفان عن أي تضارب في المصالح.
عضو الكنيست والسل يشكر هيثم أيب على التحليلات الإحصائية وإعداد الأرقام، ومنطقة والون (التنمية الإقليمية الأوروبية- VERDIR) ووزير التعليم العالي والبحث العلمي (توفيق بيتهيب) للتمويل.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
HPLC Gel Permeation Chromatography | Agilent 1200 series | ||
1 methylimadazole | Acros organics | ||
2-deoxy-D-glucose (internal standard) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Acetic acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Acetic anhydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Adjustables pipettors | |||
Alkali | alkali-extracted lignin | ||
Arabinose (99%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Autoclave | CERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro) | ||
Water Bath at 70 °C | |||
Boric acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Bromocresol | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Catalyst | CTQ (coded A22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2) | Merck | |
Centrifugation container | |||
Centrifuge | BECKMAN COULTER | Avanti J-E centrifuge | |
Ceramic crucibles | |||
Choline chloride 99% | Acros organics | ||
Column | Agilent PLGel Mixed C (alpha 3,000 (4.6 × 250 mm, 5 µm) preceded by a guard column (TSK gel alpha guard column 4.6 mm × 50 mm, 5 µm) | ||
Column | HP1-methylsisoxane (30 m, 0.32 mm, 0.25 mm) | ||
Crucible porosity N°4 ( Filtering crucible) | Shott Duran Germany | boro 3.3 | |
Deonized water | |||
Dessicator | |||
Dimethylformamide | VWR BDH Chemicals | ||
Dimethylsulfoxide | Acros organics | ||
Erlenmeyer flask | |||
Ethanol | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
Filtering crucibles, procelain | |||
Filtration flasks | |||
Fourrier Transformed Inra- Red | Vertex 70 Bruker apparatus equipped with an attenuated total reflectance (ATR) module. Spectra were recorded in the 4,000–400 cm−1 range with 32 scans at a resolution of 4.0 cm−1 | ||
Galactose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Gaz Chromatography | Agilent (7890 series) | ||
Glass bottle 100 mL | |||
Glass tubes ( borosilicate) with teflon caps 10 mL | |||
Glucose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Golves | |||
Graduated cylinder 50 mL /100 mL | |||
H2SO4 Titrisol (0.1 N) | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
H2SO4 (95-98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | BUCHI R-114) | |
Hummer cutter equiped with 1 mm and 0.5 mm sieve | Mill Ttecator (Sweden) | Cyclotec 1093 | |
Indulin | Raw lignin control | ||
Kjeldahl distiller | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
Kjeldahl tube | FOSS | ||
Kjeldhal rack | |||
Kjeldhal digester | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
Kjeldhal suction system | |||
Lab Chem station Software | GC data analysis | ||
Lactic acid | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
Lithium chloride LiCl | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Mannose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Methyl red | |||
Microwave | START SYNTH MILESTONE Microwave laboratory system | ||
Microwave temperature probe | |||
Microwave container | |||
Muffle Furnace | |||
NaOH | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
Nitrogen free- paper | |||
Opus | spectroscopy software | ||
Oven | GmbH Memmert SNB100 | Memmert SNB100 | |
Oxalic acid | VWR BDH Chemicals | ||
P 1000 | Soda-processed lignin | ||
pH paper | |||
precision balance | |||
Infrared spectroscopy | |||
Quatz cuvette | |||
Rhamnose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Rotary vacuum evaporator | Bucher | ||
Round-bottom flask 500 mL | |||
sodium borohydride NaBH4 | |||
Schott bottle | glass bottle | ||
Sovirel tubes | sovirel | Borosilicate glass tubes | |
Spatule | |||
Special tube | |||
Spectophotometer | UV-1800 Shimadzu | ||
Sterilization indicator tape | |||
Stir bar in teflon | |||
Stirring plate | |||
Syringes | |||
Sodium borohydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
Titrisol | Merck | Merck 109984 | 0.1 N H2SO4 |
Urea | VWR BDH Chemicals | ||
Vials | |||
VolumetriC flask 2.5 L /5 L | Bucher | ||
Vortex | |||
Xylose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved