Method Article
Глубокая эвтектическая предварительная обработка на основе растворителей с помощью микроволновой печи — это зеленый, быстрый и эффективный процесс фракционирования лигноцеллюлозы и восстановления лигнина высокой чистоты.
Предварительная обработка по-прежнему является самым дорогим этапом в лигноцеллюлозных процессах биоперерабатывающего производства. Он должен быть экономически эффективным за счет минимизации химических требований, а также потребления энергии и тепла и использования экологически чистых растворителей. Глубокие эвтектические растворители (DES) являются ключевыми, зелеными и недорогими растворителями на устойчивых биообиплавательных предприятиях. Они представляют собой прозрачные смеси, характеризующиеся низкими температурами замерзания, возникающими в результате по меньшей мере одного донора водородной связи и одного акцептора водородных связей. Хотя DES являются перспективными растворителями, для конкурентоспособной рентабельности их необходимо сочетать с экономичной технологией отопления, такой как микроволновое облучение. Микроволновое облучение является многообещающей стратегией для сокращения времени нагрева и повышения фракционирования, поскольку оно может быстро достичь соответствующей температуры. Целью этого исследования была разработка одноэтапного, быстрого метода фракционирования биомассы и экстракции лигнина с использованием недорогого и биоразлагаемого растворителя.
В этом исследовании проводилась предварительная обработка DES с помощью микроволновой печи в течение 60 с при 800 Вт с использованием трех видов DES. Смеси DES были легко приготовлены из холина хлорида (ChCl) и трех доноров водородных связей (HBD): монокарбоновой кислоты (молочной кислоты), дикарбоновой кислоты (щавелевой кислоты) и мочевины. Эта предварительная обработка использовалась для фракционирования биомассы и извлечения лигнина из морских остатков (листья Posidonia и aegagropile), агропищевых побочных продуктов (миндальные раковины и оливковое жмых), лесных остатков (сосновые шишки) и многолетних лигноцеллюлозных трав(Stipa tenacissima). Дальнейшие анализы были проведены для определения выхода, чистоты и молекулярно-массового распределения восстановленного лигнина. Кроме того, влияние ДСС на химические функциональные группы в экстрагированном лигнине определяли методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Результаты показывают, что смесь ChCl-щавелевой кислоты обеспечивает самую высокую чистоту лигнина и самый низкий выход. Настоящее исследование показывает, что процесс DES-микроволновой печи является сверхбыстрой, эффективной и конкурентоспособной по стоимости технологией фракционирования лигноцеллюлозной биомассы.
Устойчивые процессы биопереработки интегрируют переработку биомассы, ее фракционирование в молекулы, представляющие интерес, и их преобразование в продукты с добавленной стоимостью1. При биорефинировки второго поколения предварительная обработка считается необходимой для фракционирования биомассы на ее основные компоненты2. Широко применяются традиционные методы предварительной обработки с использованием химических, физических или биологических стратегий3. Однако такая предварительная обработка считается самым дорогим этапом биопереработки и имеет другие недостатки, такие как длительное время обработки, высокое потребление тепла и энергии, а также примеси растворителя4. В последнее время DES, свойства которых аналогичны свойствам ионных жидкостей3,появились в качестве зеленых растворителей благодаря таким преимуществам, как биоразлагаемость, экологичность, простота синтеза и восстановление после обработки5.
DES представляют собой смеси по меньшей мере одного HBD, такого как молочная кислота, яблочная кислота или щавелевая кислота, и акцептора водородных связей (HBA), такого как бетаин или холинхлорид(ChCl)6. Взаимодействия HBA-HBD обеспечивают каталитический механизм, который позволяет расщеплять химические связи, вызывая фракционирование биомассы и разделение лигнина. Многие исследователи сообщали о предварительной обработке на основе DES лигноцеллюлозного сырья, такого как ChCl-глицерин на початках кукурузы и стовер7,8,ChCl-мочевина и ChCl-щавелевая кислота на пшеничной соломе9,ChCl-молочная кислота на эвкалиптовых опилках10и ChCl-уксусная кислота11 и ChCl-этиленгликоль на древесине11. Для повышения эффективности ДЭС предварительную обработку следует сочетать с микроволновой обработкой для ускорения фракционирования биомассы5. Многие исследователи сообщали о такой комбинированной предварительной обработке (DES и микроволновой печи) древесины8 и кукурузы, травы и Мискантуса5,что дает новое представление о способности DES для лигноцеллюлозного фракционирования и экстракции лигнина за один простой шаг в течение короткого периода.
Лигнин представляет собой фенольные макромолекулы, валоризированные в качестве сырья для производства биополимеров и представляющие собой альтернативу для производства химических веществ, таких как ароматические мономеры и олигомеры12. Кроме того, лигнин обладает антиоксидантной и ультрафиолетовой абсорбционной активностью13. В нескольких исследованиях сообщалось о применении лигнина в косметических продуктах14,15. Его интеграция в коммерческие солнцезащитные продукты улучшила фактор защиты от солнца (SPF) продукта с SPF 15 до SPF 30 с добавлением только 2 мас.% лигнина и до SPF 50 с добавлением 10 мас.% лигнина16. В данной работе описывается сверхбыстрый подход к расщеплению лигнин-углеводов, поддерживаемый комбинированной DES-микроволновой предварительной обработкой средиземноморских биомасс. Эти биомассы состоят из побочных продуктов сельскохозяйственной пищи, особенно оливкового выжимки и миндальных оболочек. Другими биомассами, которые были исследованы, были биомассы морского происхождения (листья Посидонии и агагропиле) и биомассы, происходящие из леса (сосновые шишки и дикие травы). Основное внимание в этом исследовании было уделено тестированию недорогих зеленых растворителей для оценки влияния этой комбинированной предварительной обработки на фракционирование сырья, изучения его влияния на чистоту и выход лигнина, а также изучения его влияния на молекулярные массы и химические функциональные группы в экстрагированном лигнине.
1. Подготовка биомассы
2. Сверхбыстрая экстракция лигнина с помощью микроволновой печи
3. Определение чистоты экстрагированного лигнина klason
4. Содержание азота в экстрагированном лигнине
5. Зольность в экстрагированном лигнине
6. Содержание углеводов
7. Химические функции в экстрагированном лигнине (инфракрасный фурье-трансформированный)
8. Молекулярная масса экстрагированного лигнина (гель-проникающая хроматография)
9. Обработка данных и статистический анализ
На фиг.2А-С показан выход лигнина при экстракции из шести видов сырья, показанный на фиг.1А-F,после комбинированной предварительной обработки микроволновой печиСОФ. Результаты показывают, что выход лигнина, полученный с ПОМОЩЬЮ DES1 (ChCl-щавелевая кислота)(Фиг.2А),был ниже, чем выходы, полученные с DES2 (ChCl-молочная кислота) и DES3 (ChCl-мочевина)(Фиг.2В,С). Кроме того, выходы лигнина из сосновых шишек (PC) и оливкового жмыха (OP) были выше на 32,31% и 26,04% для обработки DES1 и 48,72% и 43,76 для DES3, соответственно. Выход лигнина из листьев альфа (А) был значительно выше, чем выход всех других лигнинов, извлеченных с помощью DES2. Рисунок 3А-С показывает, что чистота лигнина превышала 70% для трех предварительных обработок биомасс, за исключением предварительной обработки DES3 листьев альфа (A), эгагропила (Ag) и миндальных оболочек (AS) при обработке DES3 (ChCl-мочевина), которая давала чистоту лигнина 65%. Самая высокая чистота лигнина (> 90%) получено при обработке DES1: листья альфа (А) 94%, скорлупа миндаля (АС) 93%, сосновые шишки (ПК) 90%, листья посидонии (PL) 92% и оливковый выжим (ОП) 91%.
Данные о чистоте и выходе лигнина были подвергнуты анализу главных компонентов (PCA) с учетом двух параметров (выход и чистота) и 18 обработок. Рисунок 4 показывает, что корреляционный круг объясняет 100% от общего изменения. Первый компонент, PCA1, объяснил 58,09%, а второй компонент, PCA2, объяснил 41,91% от общего изменения. Чистота лигнина положительно коррелировала с обработкой DES1 (Ox). Коэффициенты корреляции Пирсона (R) составляли альфа (A Ox) 0,32, оливковый жмых (OP Ox) 0,27, сосновые шишки (PC Ox) 0,2, листья посидонии (PL Ox) 0,35, миндальные раковины (AS Ox) 0,32 и aegagropile (Ag Ox) 0,05 соответственно. Однако обработка DES3 отрицательно коррелировала с выходом лигнина с R-значениями, которые колебались между −0,37 и −0,05. Таким образом, результаты PCA подтвердили, что лигнин, экстрагированный с помощью DES1, был самым чистым с самым низким выходом.
Лигнин характеризовался содержанием сахара, азота и золы (рисунок 5А-С). Общее содержание сахара определяли с помощью газовой хроматографии (ГК). Содержание углеводов в лигнине экстрагировалось с использованием DES3 (ChCl-мочевина) было самым высоким (6-15%). За этим последовал лигнин, экстрагированный с использованием DES2 (ChCl-молочная кислота), который имел содержание углеводов 3-12%. Однако самое низкое содержание углеводов (1%) сообщалось о лигнине, экстрагированном с использованием DES1 (ChCl-щавелевая кислота). Тип идентифицированных сахаров существенно различается(рисунок 6А-С); D-ксилоза и D-глюкоза были наиболее распространенными моносахаридами. Эти результаты показывают, что DES1 был чрезвычайно селективным в экстракции лигнина по сравнению с двумя другими DES, которые извлекли не только лигнин, но и углеводы. Другими словами, чистота лигнина была ниже после экстракции с помощью МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ и МОЧЕВИНЫ.
Высокая селективность DES1 для фракционирования лигноцеллюлозной матрицы и извлечения чистого лигнина, вероятно, связана с высокой кислотностью его водородных связей (альфа = 1,3). Холин хлорид содержит ионы хлорида, которые нарушают внутримолекулярные взаимодействия водородных связей, а карбоксилатные группы в щавелевой кислоте способствуют растворении лигниновых полимеров. Аналогичным образом, содержание азота в лигнине, экстрагированном с использованием DES1, было ниже, чем содержание азота в лигнине, экстрагированном с использованием DES2 и DES3, достигая до 3%(рисунок 5A-C). Лигнин, извлеченный из листьев альфа, имел самое высокое содержание азота: 2,70, 3,84 и 3,40 для DES1, DES2 и DES3 соответственно. Эти результаты доказывают, что азотистые соединения экстрагировали и осаждали с лигнином. Кроме того, кальцинирование лигнина во всех образцах показало, что лигнин, экстрагированный с использованием DES2 и DES3, содержал более высокий неорганический компонент, чем лигнин, экстрагированный с использованием DES1.
Эти результаты показывают, что DES1 способствовал экстракции лигнина с высокой чистотой, но с низким содержанием азота, углеводов и золы. Другими словами, лигнин, экстрагированный с использованием DES1 (ChCl-щавелевая кислота), был чище, чем лигнин, экстрагированный с использованием DES2 (ChCl-молочная кислота) и DES3 (ChCl-мочевина), который обладает более низкой чистотой и высоким содержанием азота, углеводов и золы. В таблице 1 обобщено распределение молекулярной массы лигнина, проанализированное с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC) и представленное среднечисленной молекулярной массой (Mn), средней массовой молекулярной массой (Mw) и индексом полидисперсности (PDI). Значения Mw варьировались от 48 123 до 147 233 г моль-1. Лигнин, экстрагированный DES2 из листьев альфа, миндальных оболочек и агагропила, имел более низкий PDI, чем лигнин, экстрагированный DES1, DES3 и щелочью, а также сырой лигнин. Напротив, лигнин, извлеченный DES2 из сосновых шишек, оливкового жмыха и листьев посидонии, показал более высокий PDI. Более низкая PDI лигнина, извлеченного из aegagropile, указывает на то, что его молекулярная масса более однородна, чем у лигнинов, извлеченных из других биомасс.
Химические функциональные группы, присутствующие в экстрагированном лигнине, исследовали с помощью FTIR-спектроскопии(рисунок 7A-F). Сильная широкая полоса между 3,441 и 3,198см-1 была отнесена к растягивающим колебаниям OH алкогольных и фенольных гидроксильных групп, участвующих в водородных связях. Сигналы в диапазоне волновых номеров 2,963-2,852см-1 были отнесены к алкильным C-H растягивающим колебаниям. Оливковый выжим, листья альфа и миндальные раковины показали более интенсивные полосы, чем другие биомассы. Полос от 2 800 до 1 800 см-1не наблюдалось. Лигнин, полученный методом обработки DES1 и DES2, имел восходящую полосу при 1,708см-1,что указывало на наличие неконъюгированных групп C=O. Однако этот сигнал отсутствовал в спектрах растворителей(рисунок 8В). Спектры молочной и щавелевой кислот характеризовались полосой в диапазоне 1,737-1,723см-1, что указывало на наличие неконъюгированных групп C=O, тогда как спектр мочевины характеризовался двумя сигналами в диапазоне волновых числа 1,660см-1 и 1,604см-1, приписываемыми амидным группам. Полосы в 1,606-1,618см-1 наблюдались в лигнине, экстрагированном обработкой DES1 и DES2, связанном с кольце-конъюгированным растяжением C = C.
Сигнал при 1,640см-1 в лигнине, извлеченном DES3, указывал на наличие вибрации растяжения C=O в сопряженных карбонильных группах лигнина. Сигнал на 1516см-1 возник из колебаний ароматических колец, присутствующих в лигнине, в то время как полоса в 1200 см-1 указывала на наличие эфирных групп. Полосам в диапазоне волнового числа 1,250-1,200см-1 было присвоено растяжение C-O неароматических спиртов. Полоса при 953см-1 была отнесена к метиловым заместителем. Результаты показывают, что спектры фракций DES-лигнина показали сигналы при 1,730-1,702см-1 и 1,643-1,635см-1,назначенные растягивающей вибрации неконъюгированных и сопряженных карбонильных групп соответственно. Однако эти диапазоны диапазонов отсутствовали в трех коммерческих лигнинах: сырых, обработанных содой и лигнинах, экстрагированных щелочью(рисунок 8А). Это наблюдение свидетельствует о том, что при его экстракции и солюбилизации некоторые функциональные группы лигнина были сопряжены с щавелевой и молочной кислотами.
Рисунок 1:Изучены средиземноморские биомассы. (A) Миндальные раковины, (B) Оливковые выжимки, (C) Конусные сосны, (D) Aegagropile (шарики Posidonia), (E) Листья Posidonia, (F) Листья альфа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2:Выход лигнина. (A)Холин хлорид + Щавелевая кислота (DES1),(B)Холин хлорид + Молочная кислота (DES2),(C)Холин хлорид + Мочевина (DES3). Значительные различия были определены с односторонним ANOVA и пост-специальным тестом Фишера (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; ns = незначимый. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3:Лигнин (%). (A)Холин хлорид + Щавелевая кислота (DES1),(B)Холин хлорид + Молочная кислота (DES2),(C)Холин хлорид + Мочевина (DES3). Значительные различия были определены с односторонним ANOVA и пост-специальным тестом Фишера (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; ns = незначимый. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4:Анализ основных компонентов выхода и чистоты лигнина, извлеченного из средиземноморских биомасс. Акцептор водородных связей (HBA) представляет собой холинхлорид (ChCl), а доноры водородной связи (HBD) - Ox = щавелевая кислота, Lac : молочная кислота и мочевина. PCA = анализ главных компонентов; A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5:Углеводы (%), азот (%) и зольность (%) в образцах лигнина. (A)Холин хлорид + Щавелевая кислота (DES1),(B)Холин хлорид + Молочная кислота (DES2),(C)Холин хлорид + Мочевина (DES3). Значительные различия были определены с односторонним ANOVA и пост-специальным тестом Фишера (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; ns = незначимый. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6:Идентификация моносахаридов в образцах лигнина (%). (A)Холин хлорид + Щавелевая кислота (DES1),(B)Холин хлорид + Молочная кислота (DES2),(C)Холин хлорид + Мочевина (DES3). Значительные различия были определены с односторонним ANOVA и пост-специальным тестом Фишера (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; ns = незначимый. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7:Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье образцов лигнина. (A) Листья альфа, (B) Миндальные раковины, (C) Сосновые шишки, (D) Листья посидонии, (E) Оливковый жмых, (F) Aegagropile. Сокращения: DES1 = холинхлорид + щавелевая кислота, DES2 = холин хлорид + молочная кислота, DES3 = холинхлорид + мочевина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8:Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье. (A) Лигнин контролирует, (B) доноры водородных связей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
образец | лечение | Мн | Мвт | PDI |
ля | мочевина | 47558 | 120141 | 2.5 |
природный лак | 35241 | 73665 | 2.1 | |
бык | 35793 | 84312 | 2.4 | |
как | мочевина | 50181 | 105817 | 2.1 |
природный лак | 60409 | 104915 | 1.7 | |
бык | 83112 | 147233 | 1.8 | |
ПК | мочевина | 34013 | 65181 | 1.9 |
природный лак | 55513 | 145963 | 2.6 | |
бык | 46409 | 102298 | 2.2 | |
ПЛ | мочевина | 25696 | 50093 | 1.9 |
природный лак | 45530 | 122900 | 2.7 | |
бык | 28427 | 70726 | 2.5 | |
ОП | мочевина | 29669 | 70424 | 2.4 |
природный лак | 26735 | 66743 | 2.5 | |
бык | 34161 | 75509 | 2.2 | |
Аг | мочевина | 30184 | 48123 | 1.6 |
природный лак | 33835 | 52123 | 1.5 | |
бык | 30025 | 49808 | 1.7 | |
контроль | Лигнин сырой | 23275.3 | 36496.5 | 1.6 |
Лигнин, экстрагированный щелочью | 22792.6 | 43014.3 | 1.9 |
Таблица 1: Молекулярные массы лигнинов. Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; Mn = среднечислую молекулярную массу; Mw = усредненная по весу молекулярная масса; PDI = индекс полидисперсности; Ox = щавелевая кислота; Lac = молочная кислота.
Рисунок S1: Лигнин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S2: Образцы после автоклава (30 мг лигнина + 1 мл 72% серной кислоты + 28 мл дистиллированной воды). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S3: Гранулы лигнина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S4: Твердый остаток промыт четыре раза для восстановления максимального содержания лигнина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S5: Гель-проникающая хроматограмма контроля лигнина, сырых и щелочно-экстрагированных лигнинов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S6: Гель-проникающих хроматограмм образцов лигнина. Сокращения: A = листья альфа, AS = миндальные раковины, PC = сосновые шишки, PL = листья посидонии, OP = оливковый выжим, Ag = Aegagropile; DES1 = холинхлорид + щавелевая кислота, DES2 = холинхлорид + молочная кислота, DES3 = холинхлорид + мочевина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Рисунок S7: Технологическая схема процесса глубокого эвтектического растворителя (DES)-микроволнового процесса экстракции лигнина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Это исследование имело много целей; первым из которых было приготовление и использование недорогих зеленых растворителей с характеристиками как ионных жидкостей, так и органических растворителей. Вторая цель состояла в том, чтобы фракционировать биомассу и экстрагировать лигнин за один этап, не требуя предварительных этапов, таких как экстракция экстрагируемых веществ с использованием Soxhlet или гемицеллюлозы с использованием щелочных растворителей, основных или теплофизических методов. Третья цель состояла в том, чтобы восстановить лигнин путем простой фильтрации после обработки, без корректировки рН, а просто путем добавления дистиллированной воды. Результаты сверхбыстрой экстракции лигнина из шести различных источников с использованием микроволнового процесса на основе DES с использованием трех различных DES показывают, что выход экстракции может варьироваться в зависимости от биомассы и природы DES. Например, самый высокий выход извлечения лигнина среди всех трех DES был из оливкового жмыха. За этим последовали урожаи листьев альфа, сосновых шишек и миндальных раковин. Урожайность экстракта была ниже для листьев и шаров Posidonia oceanica.
Чистоту лигнина оценивали с использованием методов Класона, Кьельдаля (азота), углеводов (ГК) и золы. Как показано на фиг.3 и фиг.5А-С,чистота лигнина снижалась из-за совместного осаждения азотных, углеводных и зольных компонентов с лигнином. Условия экстракции лигнина с помощью DES1 обеспечили высокую чистоту, но низкий выход, что указывает на то, что для положительной корреляции между выходом и чистотой лигнина необходимы улучшения процесса. Выход лигнина может быть улучшен, если продолжительность обработки больше, мощность микроволновой печи увеличена с 800 Вт до 1200 Вт или уменьшено соотношение твердое вещество:растворитель (1:10). Данные о молекулярной массе лигнина дают представление о диссоциации или реполимеризации фрагментов лигнина после лечения. Увеличение Mw лигнина для биомасс наблюдалось после экстракции с использованием микроволновой ДЭС, как это видно, например, в случае листьев посидонии (Mw составляет 50093 для DES3 и 70726 для DES1), что свидетельствует о том, что деполимеризация происходила во время экстракции лигнина и сопровождалась быстрой реполимеризацией углеродно-углеродного интеръединичения под действием DES. Для этого требуется использование агента захвата, такого как формальдегид, для стабилизации развертывания.
При предварительной обработке DES диссоциация лигнина и конденсация являются двумя конкурирующими реакциями. PDI экстрагированных лигнинов ниже, чем у букового лигнина, экстрагированногоорганическими растворителями (этанол/вода/H2 SO4),о котором сообщается в литературе17. Это указывает на то, что обработка DES улучшает однородность молекулярной массы в лигнине по сравнению с обработкой органическими растворителями. Спектры FTIR указывают на то, что функциональные группы лигнина находятся под влиянием используемого растворителя DES. Спектры показывают сигналы при 1,730-1,702см-1, присвоенные растягивающей вибрации неконъюгированных карбонильных групп, тогда как пики при 1,643-1,635см-1 указывают на вибрацию растяжения сопряженных карбонильных групп. Эти результаты демонстрируют возможность извлечения лигнина с добавленной стоимостью высокой чистоты из средиземноморских биомасс (который в настоящее время недооценен и используется либо в качестве корма, либо в качестве почвенной поправки) и могут помочь определить оптимальный растворитель DES при обеспечении чистоты лигнина. Например, DES1 продемонстрировал чистейшую экстракцию лигнина, хотя и с более низким выходом, чем тот, который наблюдался с использованием двух других DES.
Предложенный способ может быть легко применен благодаря недорогой и зеленой ChCl-щавелевой кислоте глубокой эвтектической растворительной системы. Холин хлорид представляет собой органическую соль, а щавелевая кислота доступна в качестве натурального продукта растений, которые в изобилии отличаются низкой стоимостью. Этот метод (сверхбыстрый протокол, который в один этап обеспечивает фракционирование биомассы и извлечение лигнина высокой чистоты) применим к любому типу лигноцеллюлозной биомассы, которая имеет химический состав, аналогичный тому, который изучается здесь в лабораторных масштабах с использованием процесса микроволновой печи DES или в пилотном масштабе с использованием процесса DES-ультразвука или конвекционного нагрева.
Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.
МК и ТБ благодарят Хайтама Айеба за статистический анализ и подготовку цифр, Валлонский регион (Европейское региональное развитие - VERDIR) и министра высшего образования и научных исследований (Тауфик Беттайеб) за финансирование.
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) |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены