استخراج اللجنين فائق السرعة من بقايا ليغنوسيلولوسيك البحر الأبيض المتوسط غير عادية

Maroua Kammoun; Thomas Berchem; Aurore Richel

doi:10.3791/61997

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

استخراج اللجنين فائق السرعة من بقايا ليغنوسيلولوسيك البحر الأبيض المتوسط غير عادية

7K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/61997

⸱

مارس 9, 2021

Maroua Kammoun¹ , Thomas Berchem¹ , Aurore Richel¹

¹Laboratory of Biomass and Green Technologies, University of Liege (Gembloux Agro-Bio Tech Campus)

في هذه المقالة

ملخص

المعالجة المسبقة العميقة القائمة على المذيبات eutectic ، بمساعدة الميكروويف هي عملية خضراء وسريعة وفعالة للكسر الليجنسيلوزي واستعادة اللجنين عالية النقاء.

الملخص

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.

المقدمة

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 الرئيسية^2. 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 الحيوية^5. 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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. إعداد الكتلة الحيوية

تجفيف الكتلة الحيوية
1. وضع أوراق بوسيدونيا وكرات aegagropile (Posidonia oceanica), حصادها من شواطئ البحر الأبيض المتوسط, في فرن في 40 درجة مئوية لمدة 72 ساعة.
2. ضع قذائف اللوز(Prunus dulcis)،ولدت من الصناعات الغذائية، والزيتون pomace(Olea europaea L.)، التي تم الحصول عليها من مصانع زيت الزيتون، في فرن في 40 درجة مئوية لمدة 72 ساعة.
3. وضع الصنوبر (بينوس halepensis), جمعت من غابة, وأوراق ألفا (ستيبا tenacissima), جمعت من حوض جنوب البحر الأبيض المتوسط, في فرن في 40 درجة مئوية ل 72 ح.
  ملاحظة: إذا كانت الكتلة الحيوية تحتوي على الرمل، يجب شطفه بالماء المقطر قبل وضعه في الفرن. تظهر الكتلة الحيوية في الشكل 1A-F.
طحن الكتلة الحيوية
1. ضع 20 غرام من كل كتلة حيوية في قاطع مطرقة مجهز بغربال 1 ملم. جمع مسحوق الناتجة في كوب 0.25 لتر وإطعامه إلى قاطع مطرقة مجهزة منخل 0.5 ملم. جمع مسحوق في كوب 0.25 لتر.

2. الميكروويف بمساعدة، استخراج اللجنين فائق السرعة

إعداد المذيبات eutectic العميق (DES)
1. إعداد DES1 (حمض ChCl-oxalic) في نسبة الضرس من 1:1 عن طريق خلط 174 غرام من ChCl مع 126 غرام من حمض الأوكسيليك ديهيدرات في قارورة 500 مل ذهابا وإيابا وذوبانها في حمام في 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعة حتى يتم تشكيل سائل متجانس وشفاف.
2. إعداد DES2 (حمض ChCl-lactic) في نسبة الضرس من 1:1 عن طريق خلط 174 غرام من ChCl مع 90 غرام من حمض اللبنيك في قارورة 500 مل ذهابا وإيابا وذوبانها في حمام في 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعة حتى يتم تشكيل سائل متجانس وشفاف.
3. إعداد DES3 (ChCl-urea) في نسبة الضرس من 1:12 عن طريق خلط 174 غرام من ChCl مع 120 غرام من اليوريا في قارورة 500 مل ذهابا وإيابا وذوبانها في حمام في 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعة حتى يتم تشكيل سائل متجانس وشفاف.
  ملاحظة: يحرك هذه الخلائط باستمرار مع شريط تحريك في 500 دورة في الدقيقة.
العلاج المدمج بالميكروويف-DES
1. ضع 5 غرام من المواد الخام في ميكروويف في مفاعل البوليتيترافلوروإيثيلين المغلق. إضافة 50 مل من DES، ووضع شريط اثارة في العينة. أغلق حاوية الميكروويف بغطاء مناسب، واربط غطاء درجة الحرارة.
2. ضع حاوية الميكروويف على حافة القرص الدوار، وتأكد من أنها مهتاجة باستمرار. ضبط طاقة الميكروويف في 800 واط لمدة دقيقة واحدة. باستخدام قفازات مناسبة، أخرج الحاوية من الميكروويف، ودع الخليط يبرد. كرر هذا العلاج باستخدام DESs الثلاثة لكل عينة من عينات الكتلة الحيوية.
  ملاحظة: تحقق وتأكد من أن درجة الحرارة المسبار هو وضع صحيح، وحاوية الميكروويف لديه درجة حرارة متجانسة.
عزلة اللجنين
1. إعداد المحلول المتجانسة المذيبات عن طريق خلط الإيثانول: الماء في نسبة 50:50 (v:v). إضافة 50 مل من المحلول المضاد للمذيبات إلى المواد الخام المعالجة، ووضع الخليط في حاوية الطرد المركزي (250 مل)، والطرد المركزي لمدة 5 دقائق في 3000 × ز.
2. بعد الطرد المركزي، فلتر الناموست (الكسر الغني باللجنين) باستخدام بوتقة فلتر زجاجي (المسامية 4، 10-16 ميكرومتر، قطر 10 ملم). غسل بقايا السليلوز المتبقية التي تم جمعها بعد الطرد المركزي مع 25 مل من المحلول المضاد للمذيبات.
3. جهاز الطرد المركزي في 3000 × غرام لمدة 5 دقائق بعد كل غسل. كرر يغسل 4x، وجمع وتصفية يغسل من خلال بوتقة فلتر الزجاج (المسامية N 4، 10-16 ميكرومتر، قطر 10 ملم).
4. أضف الكسر الغني باللجنين المصفى من الخطوة 2.3.2 إلى الغسالات المصفاة من الخطوة 2.3.3 في قارورة قاع مستديرة سعة 500 مل. تبخر الإيثانول باستخدام المبخر الدوار عند 50 درجة مئوية و 110 مببار.
5. أضف 150 مل من الماء المتأين إلى الخمور المركزة (جزء غني باللجنين) ، وعجل باللجنين عن طريق الطرد المركزي. جمع اللجنين كبيليه، وغسله مع 25 مل من الماء المقطر. كرر يغسل 4x. الليوفليزي اللجنين، أو يجفف في فرن في 40 درجة مئوية.
  ملاحظة: إذا لزم الأمر، وغسل اللجنين >4x لإزالة الأملاح من المذيبات.
6. استخدم الصيغة التالية لتحديد العائد:
  
  ملاحظة: كما تم تنفيذ استخراج اللجنين مع اثنين من DESs أخرى: كلوريد الكولين + ريسورسينول وكلوريد الكولين + حمض بوتيريك في 1 دقيقة. ومع ذلك، كانت كميات اللجنين المستردة باستخدام هذه DESs صغيرة للغاية (وغير قابلة للاسترداد) مقارنة بالمبالغ التي تم الحصول عليها باستخدام DESs الثلاثة الأخرى.

3. تحديد نقاء اللجنين المستخرج من قبل كلاسون

إعداد عينة لتحلل كلاسون المائي
1. ضع عامل التصفية البوتقة (المسامية 4، القطر 4.5 مم) في فرن كاتم في 550 درجة مئوية لمدة 4 ساعة (2 ساعة منحدر، من 25 درجة مئوية). أزيلي البوتقة عندما يبرد الفرن إلى 150 درجة مئوية، وضعيه في مجفف ليبرد، ويزن.
2. إضافة ما يقرب من 30 ملغ من اللجنين في أنبوب زجاجي borosilicate (انظر جدول المواد)،ونلاحظ وزن العينة. أضف 1 مل من حمض الكبريتيك بنسبة 72٪ (H₂SO₄₎إلى العينة، وضع العينة في حمام 30 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة، واخلط كل 10 دقائق عن طريق الدوامة.
3. إزالة العينة، ونقلها إلى زجاجة 100 مل، وإضافة 28 مل من الماء المقطر لتخفيف حمض إلى تركيز 4٪. ضع الزجاجة في الأوتوكلاف عند 121 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة. إزالة زجاجة، والسماح لها لتبرد.
تحليل اللجنين غير القابل للذوبان في الحمض
1. تصفية التحلل المائي باستخدام بوتقة تحت فراغ. جمع جميع المواد الصلبة في زجاجة تحتوي على المياه deionized. شطف بوتقة مع 50 مل من الماء deionized.
2. جفف البوتقة التي تحتوي على المواد الصلبة عن طريق وضعها في الفرن عند 105 درجة مئوية لمدة 16 ساعة. إزالة بوتقة من الفرن، ووضعها في مجفف، والسماح لها لتبرد. وزن العينة.
3. ضع البوتقة في فرن كاتم عند 550 درجة مئوية لمدة 4 ساعة (2 ساعة منحدر). إزالته ووضعه في مجفف. وزن العينة.
4. استخدم الصيغة التالية لحساب النسبة المئوية للبقايا غير القابلة للذوبان في الحمض (AIR):
  
  WCSA: وزن البوتقة + عينة بعد إزالتها من الفرن
  مرحاض: وزن بوتقة
  WCSMF: وزن بوتقة بعد إزالته من فرن كاتم الصوت
  ODW: الفرن الجاف وزن العينة
تحليل اللجنين القابل للذوبان في الحمض
1. قياس امتصاص الخيوط التي تم الحصول عليها في الخطوة 3.2.1 مع مطياف في 205 نانومتر باستخدام كوفيتس الكوارتز. استخدام الماء المقطر كما فارغة.
2. استخدم الصيغة التالية لحساب النسبة المئوية للبقايا القابلة للذوبان في الحمض (ASL):
  
  ملاحظة: يجب أن يكون الامتصاص بين 0.2 و 0.7. تمييع العينة إذا لزم الأمر.
  UVabs: الامتصاص في 205 نانومتر
  Pathlength: مسار الضوء لخلية القياس (بالسم)
  ε: امتصاص الكتلة الحيوية على طول موجي محدد

4. محتوى النيتروجين في اللجنين المستخرج

إعداد محلول القلويات
1. في قارورة حجمية 2.5 لتر، تزن 1 كجم من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وإضافة الماء المؤين حتى العلامة. ضع شريط مغناطيسي في القارورة، وحرك حتى يذوب NaOH تماما.
إعداد محلول حمض الكبريتيك
1. خذ 0.1 N H₂SO₄ (انظر جدول المواد)في قارورة حجمية 5 L، وأضف الماء المؤين حتى علامة 5 لتر، وضع شريط مغناطيسي، وحرك حتى تذوب المحتويات.
إعداد الحل المتلقي
1. في قارورة حجمية 5 لتر، حل 100 غرام من H₃BO₃ (حمض البوريك) في الماء deionized، وإحضار حجم إلى العلامة.
2. وزن 100 ملغ من بروموبريسول الأخضر في قارورة الحجم 100 مل، وإضافة الميثانول التقنية تصل إلى العلامة.
3. وزن 100 ملغ من الميثيل الأحمر في قارورة الحجم 100 مل، وإضافة الميثانول التقنية تصل إلى العلامة.
4. صب 5 لتر من H₃BO₃ الحل من الخطوة 4.3.1، 100 مل من الحل الأخضر بروموبريسول من الخطوة 4.3.2، 70 مل من محلول أحمر الميثيل من الخطوة 4.3.3، و 5 لتر من المياه deionized في حاوية. هز الحل المتلقي جيدا لمدة 30 دقيقة.
  ملاحظة: يجب أن يكون اللون النهائي للحل أخضر. إذا كان اللون غير أخضر، أضف 50 مل من محلول N NaOH واحد.
إعداد العينة
1. في أنبوب Kjeldahl، ضع 100 ملغ من اللجنين وزنها على ورقة خالية من النيتروجين، إضافة قرص من Kjeldhal (1.5 غرام كبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄) + 0.045 غرام من النحاس كبريتات pentahydrate (CuSO_4.5H₂O) + 0.045 غرام ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO_2))،وإضافة 7.2 مل من تركيز H₂SO₄.
  ملاحظة: استخدم أربعة أنابيب مع ورق خالي من النيتروجين فقط (بدون العينات) كفراغات.
عينة الهضم
1. قم بتشغيل منظم الحرارة على هاضم 1 ساعة مقدما عند 360 درجة مئوية.
2. ضع أنابيب العينة على رف، وضع أربعة أنابيب فارغة في الزوايا الأربع للرف، وملء الثقوب (إن وجدت) من الرف مع أنابيب فارغة.
3. ضع الحامل في هاضم مسخن مسبقا، وتغطية نظام الشفط، وفتح مضخة المياه.
  ملاحظة: الحرص على تجنب الأبخرة; زيادة تدفق المياه إذا ظهرت الأبخرة.
4. بعد 2 ساعة، إيقاف التدفئة، وإزالة العينات، ووضعها على دعم معدني. السماح للرف لتبرد لمدة 40 دقيقة تقريبا مع نظام الشفط على.
إجراء التقطير في كيلدال
1. قم بتشغيل تقطير Kjeldahl. السماح بتشغيل الاختبارات الذاتية حتى يظهر التحديد على الشاشة. قم بالتبديل إلى الوضع اليدوي، وأدخل أنبوبا فارغا، واغلق الباب المنزلق.
2. تطهير بوريت titrant (0.02 N H₂SO₄₎(رفع الغطاء) عن طريق الضغط عليه في الجزء السفلي والعازل عدة مرات، والقضاء على فقاعات الهواء من الأنابيب عن طريق الضغط على أنبوب من H₂SO₄ زجاجة. أغلق غطاء محرك السيارة.
3. قم بتطهير H₃BO₃ تلقي الحل 3x.
4. أضف الماء 3x، والتبديل إلى البخار النشط (10 دقيقة). انتقل إلى برنامج تحليل Kjeldahl 1. أدخل بلانكو باستخدام الأسهم على مستوى خط النتيجة.
5. أدخل الأنبوب. ابدأ بالفراغات الأربعة، واحسب متوسطاتها. أدخل القيمة في سطر بلانكو.
  ملاحظة: بعد إدخال الأنبوب، يضيف الجهاز تلقائيا وتتابعا 30 مل من H₂O و30 مل من H₃BO₃و40 مل من 10 N NaOH.
6. التبديل إلى مل من titrant عند خط النتيجة. أدخل الأنبوب، ولاحظ مقدار H₂SO₄ المستخدم.
  ملاحظة: لاختبار تقطير Kjeldahl, النظر في أن 50 ملغ من الجلسرين تتوافق مع 18.60٪ ± 5٪ N. في نهاية كل عملية تحديد، يقوم الجهاز تلقائيا بإفراغ الأنبوب وتنظيفه.
7. حساب النسبة المئوية ل N.
  
  V s.a : حجم حمض الكبريتيك
  T S.A : 0.02 N H₂SO₄
  S: عينة كتلة

5. محتوى الرماد في اللجنين المستخرج

جفف البوتقة الخزفية لمدة ساعة واحدة عند 105 درجة مئوية. اتركها لتبرد في مجفف.
وزن بوتقة، ونلاحظ رقمه. إضافة ما يقرب من 1 غرام من مسحوق العينة. ضع البوتقة في فرن الكتومة مع البرنامج التالي: منحدر 2 ساعة حتى 575 درجة مئوية؛ هضبة من 4 ساعة في 575 درجة مئوية.
اتركي الفرن ليبرد إلى 100 درجة مئوية. إزالة البوتقة، ووضعها في المجفف، ووزنها.

6. محتوى الكربوهيدرات

إعداد بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄₎/ ثنائي ميثيل سلف أكسيد (DMSO) الحل
1. ضع 2 غرام من NaBH₄ في قارورة حجمية سعة 100 مل، واملأ العلامة باستخدام DMSO. الحرارة إلى 100 درجة مئوية في حمام العمدة، ويحرك الحل حتى يذوب تماما.
إعداد حل MIX
1. ضع 20 ملغ كل من الزيلوز، أرابينوس، رهامنوس، الجلوكوز، الجالاكتوز، المانوز، و 2-deoxyglucose في قارورة حجمية 100 مل، وملء ما يصل إلى علامة 100 مل مع الماء التأين.
التحلل المائي للعينة
1. وزن عينة 50 ملغ من اللجنين في أنبوب زجاجي borosilicate, إضافة 3 مل من 1 م_{H 2}SO_4,وتسخين الخليط لمدة 3 ح في 100 درجة مئوية.
2. قم بتهدئة العينة، وأضف 1 مل من هيدروكسيد الأمونيوم 15 M (NH₄OH)، وتحقق من درجة الحموضة للتأكد من أنها محايدة أو قلوية. أضف بالضبط 1 مل من المعيار الداخلي (2-deoxyglucose) إلى كل عينة.
  ملاحظة: 2-deoxyglucose المضافة كمعيار داخلي يجعل من الممكن تحديد كمية كل جرعة موجودة في العينة.
الحد من وخلات السكريات الأحادية في خلات الألديتول
1. خذ 400 ميكرولتر من الحل من الخطوة 6.3.2، وضعه في أنابيب خاصة. خذ 400 ميكرولتر من محلول MIX للتحكم، وضعه في أنابيب خاصة.
  ملاحظة: استخدام الحل MIX يسهل حساب عوامل الاستجابة (RFs) ونسبة الشاريد الأحادي.
2. إضافة 2 مل من الحل NaBH₄/DMSO المعدة في القسم 6.1. أغلق الأنبوب، واحتضن لمدة 90 دقيقة عند 40 درجة مئوية في حمام مائي. إزالة أنبوب من حمام الماء، وإضافة 0.6 مل من حمض الخليك الجليدي.
  ملاحظة: بما أن هذا هو رد فعل طارد للحرارة، ستظهر فقاعات ودخان.
3. إضافة ما يقرب من 0.4 مل من 1-ميثيليميدازول وحوالي 4 مل من أنهيدريد الخليك. بعد 15 دقيقة، إضافة 10 مل من الماء المقطر، بارد، وإضافة ~ 3 مل من ثنائي كلورو الميثان (CH₂Cl₂).
4. بعد 2 ساعة على الأقل، جمع ~ 1 مل من المرحلة السفلية (العضوية)، وحقنه في كروماتوجراف الغاز مجهزة عمود الشعيرات الدموية كاشف تأين اللهب، HP1-ميثيلسيلوكسيان (30 مترا (طول) × 320 ميكرومتر (القطر الداخلي)، 0.25 ميكرومتر (سمك الفيلم)). تحليل البيانات.
5. استخدم الصيغة التالية لحساب عامل الاستجابة (RF).
  
  ص م: متوسط مساحة ذروة أحادية السكريد في حل MIX
  M. ح من 2 - الجلوكوز ديوكسي: كتلة من 2-deoxyglucose بعد التحلل المائي
  2dg. ع: متوسط مساحة ذروة 2-deoxyglucose في حل MIX
  م ح من مونوساكريد: كتلة من السكر الأحادي بعد التحلل المائي
  ملاحظة: تصحيح أنهيدرو هو 0.8 للرهامنوس، 0.88 للأرابينوز والزيلوز، و 0.9 للمانوز والجلوكوز والجالاكتوز. كتلة بعد التحلل المائي = تصحيح أنهيدرو x كتلة (ز) من مونوساكريد المستخدمة في حل MIX.
6. استخدم الصيغة التالية لحساب كتلة الشاريد الأحادي.
  
  ا ف ب. م: منطقة ذروة أحادية الشاريد في العينة التي تم تحليلها
  م. هو: كتلة من المعايير الداخلية المضافة؛ هنا، سي سي = 1 ملغم/مل
  AP.2: منطقة الذروة من 2-deoxyglucose في العينة
  RF: عامل الاستجابة
7. حساب النسبة المئوية لكل أحادية الشاريد باستخدام الصيغة التالية.

7. وظائف الكيميائية في استخراج اللجنين (فورييه تحول الأشعة تحت الحمراء)

لتحديد المجموعات الوظيفية الكيميائية في اللجنين المستخرج، استخدم مطياف FT-IR مجهزا بوحدة عاكسة إجمالية مخففة (ATR). فتح برنامج التحليل الطيفي، وضبط المعلمات: القرار 4 سم^-1،عينة المسح الضوئي الوقت 32، وقت مسح الخلفية 16، حفظ البيانات من 4000 إلى 400 سم^-1،نتيجة الإرسال الطيف.
لا تقم بإضافة أي نموذج; الصحافة الخلفية قناة واحدة. الآن ضع 1 ملغ من العينة على الكريستال، واضغط عينة قناة واحدة. معالجة الأطياف التي تم الحصول عليها.

8. الوزن الجزيئي لللجنين المستخرج (كروماتوغرافيا تتغلغل هلام)

إعداد حل ثنائي ميثيلفورماميد (DMF) مع كلوريد الليثيوم 0.5٪ (LiCl). خذ 5 غرام من LiCl في قارورة حجمية 1 L ، وأضف DMF إلى خط القياس ، واخلط المحتويات حتى يتم الحصول على سائل متجانس.
حل 3 ملغ من عينة اللجنين في 3 مل من DMF مع 0.5٪ LiCl. جهاز طرد مركزي في أنبوب طرد مركزي سعة 10 مل، وفصل الكسر القابل للذوبان إلى قارورة.
حل 3 ملغ من البوليسترين القياسية 1 كدا, 2 كدا, 3 كدا, 10 كدا, 20 كدا, و 30 كدا في حل DMF مع 0.5٪ LiCl. الطرد المركزي في 10 مل أنابيب زجاجية borosilicate، ونقل جزء قابل للذوبان إلى قارورة.
إعداد نظام لوني-فوق بنفسجي سائل عالي الأداء ..
1. افتح نظام البيانات، وتحقق من كاشف الأشعة فوق البنفسجية.
2. تطهير النظام بالماء المقطر. تثبيت المكبس في eluent (DMF مع 0.5٪ LiCl). افتح صمام التطهير، واطهر الخط بمعدل تدفق يبلغ 1 مل/دقيقة لمدة 15 دقيقة. وقف تدفق وإغلاق صمام التطهير.
3. تعيين معدل التدفق إلى 1 مل / دقيقة لمدة 10 دقائق لتنظيف مسار eluent إلى الكاشف. إيقاف معدل التدفق.
4. تثبيت العمود مسبوقة عمود حراسة (راجع جدول المواد). قم بتشغيل سخان العمود عند 45 درجة مئوية، ثم قم بتشغيل كاشف الأشعة فوق البنفسجية، وحدد معدل التدفق تدريجيا حتى يتم الوصول إلى معدل تدفق يبلغ 0.6 مل/دقيقة.
5. حقن 30 ميكرولتر من كل عينة لمدة 40 دقيقة على طول موجي من 270 نانومتر. معالجة البيانات التي تم الحصول عليها، وحساب التوزيع الشامل باستخدام خط المعايرة.
6. حساب متوسط الوزن الجزيئي (Mn) ومتوسط الوزن الوزن الجزيئي (Mw) ومؤشر تعدد التخصصات (PDI).
  
  مي: الوزن الجزيئي لسلسلة
  Ni: عدد السلاسل لهذا الوزن الجزيئي

9. معالجة البيانات والتحليلات الإحصائية

إجراء جميع التجارب التحليلية في ثلاثية الطبيعة والتعبير عن النتائج كنسبة مئوية من المادة الجافة.
إجراء تحليل أحادي الاتجاه للتباين (ANOVA)، ومقارنة الوسائل باستخدام اختبار المقارنة المتعدد ل Tukey.
إجراء تحليل المكون الرئيسي (PCA).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

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

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

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 الل...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ولا يبلغ المؤلفان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
HPLC Gel Permeation Chromatography	Agilent 1200 series
1 methylimadazole	Acros organics
2-deoxy-D-glucose (المعيار الداخلي)	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
حمض الخليك	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
أنهيدريد الخليك	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
الماصات
اللجنين القلوي			المستخرج من القلويات
(99٪)	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية) الأوتوكلاف
	CERTO CLAV (موديل CV-22-VAC-Pro)
مائي عند 70 درجة ؛ C
حمض البوريك	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
بروموكريسول	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
محفز	CTQ (مشفر A22) (1.5 جم K_{2< / sub>SO_{4< / sub> + 0.045 جم CuSO_{4< / sub>.5 H_{2< / sub>O + 0.045 جم TiO_{2< / sub>) الطرد}}}}}	Merck
حاوية
الطرد المركزي	BECKMAN COULTER	Avanti J-E الطرد المركزي
بوتقات السيراميك كلوريد
الكولين 99٪	Acros العضوية
العمود	Agilent PLGel Mixed C (ألفا 3,000 (4.6 & مرات; 250 مم, 5 & مايكرو; م) مسبوقا بعمود حراسة (عمود حراسة ألفا هلام TSK 4.6 مم & مرات ؛ 50 مم ، 5 & micro ؛ م)
العمود	HP1-methylsisoxane (30 م ، 0.32 مم ، 0.25 مم)
مسامية بوتقة N & deg ؛ 4 (بوتقة التصفية)	شوت دوران ألمانيا	بورو 3.3
منزوع
المياه
ثنائي ميثيل فورماميد	VWR BDH كيماويات
ثنائي ميثيل سلفوكسيد	أكروس عضويات
إرلينماير قارورة
الإيثانول	ميرك (دارمشتات ، ألمانيا)
قوارير
البروسلين
Fourrier Transformed Inra- Red	Vertex 70 جهاز Bruker مجهزة بوحدة انعكاس إجمالي موهن (ATR><). تم تسجيل الأطياف في 4,000 & ndash ؛ 400 سم < سوب > ناقص ؛ نطاق 1< / sup> مع 32 عملية مسح ضوئي بدقة 4.0 سم < sup> ناقص ؛ 1< / sup>
Galactose (98٪	Sigma Aldrich (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
Gaz Chromatography	Agilent (سلسلة 7890)
زجاجة زجاجية 100 مل
أنابيب زجاجية (بورسيليكات) مع أغطية تفلون 10 مل
جلوكوز (98٪	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
جولفيس
أسطوانة متدرجة 50 مل / 100 مل
H2SO4 Titrisol (0.1 نيوتن)	ميرك (دارمشتات ، ألمانيا)
H2SO4 (95-98٪)	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)	BUCHI R-114) قاطع
هامر مجهز بغربال 1 مم و 0.5 مم	مطحنة Ttecator (السويد)	Cyclotec 1093
Indulin			التحكم في اللجنين الخام
جهاز تقطير Kjeldahl	Kjeltec 2300 (Foss) أنبوب
Kjeldahl	FOSS
رف Kjeldhal
هضم	Kjeldhal Kjeltec 2300 (Foss)
نظام
محطة			تحليل بيانات GC
حمض	اللاكتيكميرك (دارمشتات ، ألمانيا)
كلوريد الليثيوم LiCl	Sigma Aldrich (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
مانوز (98٪)	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
أحمر
	ابدأ التوليف نظام
مسبار
			الميكروويف
دثر
NaOH	Merck (دارمشتات ، ألمانيا)
الخالي
برنامج التحليل الطيفي	Opus
Oven	GmbH Memmert SNB100	Memmert SNB100
حمض الأكساليك	VWR BDH Chemicals
P 1000			اللجنين المعالج بالصودا
توازن
دقة الورق
التحليل الطيفي
كوفيت
كوفيت رامنوز (98٪)	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
مبخر فراغ دوار	Bucher
قارورة مستديرة القاع 500 مل
بوروهيدريد الصوديوم NaBH4
زجاجة شوت			زجاجة زجاجية
أنابيب سوفيريل	أنابيب زجاجية	البورسليكات
الأنابيب الزجاجية ملعقة
أنبوب
خاصمقياس الطيف	UV-1800 Shimadzu
			مؤشر التعقيم
شريط تحريك في التفلون
محاقن
لوحة
التحريك بوروهيدريد الصوديوم	سيجما ألدريتش (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
تيتريسول	ميرك	ميرك 109984	0.1 N H₂SO₄
Urea	VWR BDH قوارير

كيميائية قارورة VolumetriC 2.5 لتر / 5 لتر	Bucher
Vortex
Xylose (98٪)	Sigma Aldrich (سانت لويس ، الولايات المتحدة الأمريكية)

القابلة للتعديل حمام المركزي منزوعة الديون بوتقات الترشيح ، ترشيحشفط Kjeldhal برنامج مختبر Chem ميكروويف ميثيلمختبر الميكروويف درجة حرارة الميكروويفحاوية فرن الورق من النيتروجينبالأشعة تحت الحمراء الضوئي شريط

المراجع

Kammoun, M., et al. Hydrothermal dehydration of monosaccharides promoted by seawater fundamentals on the catalytic role of inorganic salts. Frontiers in Chemistry. 7, 132(2019).
Kammoun, M., Ayeb, H., Bettaieb, T., Richel, A. Chemical characterisation and technical assessment of agri-food residues, marine matrices, and wild grasses in the South Mediterranean area: A considerable inflow for biorefineries. Waste Management. 118, 247-257 (2020).
Zhang, C. W., Xia, S. Q., Ma, P. Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents. Bioresource Technology. 219, 1-5 (2016).
Mora-Pale, M., Meli, L., Doherty, T. V., Linhardt, R. J., Dordick, J. S. Room temperature ionic liquids as emerging solvents for the pretreatment of lignocellulosic biomass. Biotechnology and Bioengineering. 108 (6), 1229-1245 (2011).
Chen, Z., Wan, C. Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment. Bioresource Technologie. 250, 532-537 (2018).
Francisco, M., Van Den Bruinhorst, A., Kroon, M. C. New natural and renewable low transition temperature mixtures ( LTTMs ): screening as solvents for lignocellulosic biomass processing. Green Chemistry. 14 (8), 2153-2157 (2012).
Liu, Y. C., et al. Efficient cleavage of lignin - carbohydrate complexes and ultrafast extraction of lignin oligomers from wood biomass by microwave-assisted treatment with deep eutectic solvent. Chem sus chem. 10, 1692-1700 (2017).
Xu, G. C., Ding, J. C., Han, R. Z., Dong, J. J., Ni, Y. Enhancing cellulose accessibility of corn stover by deep eutectic solvent pretreatment for butanol fermentation. Bioresource Technologie. 203, 364-369 (2016).
Jablonský, M., Andrea, Š, Kamenská, L., Vrška, M., Šima, J. Deep eutectic solvents fractionation of wheat straw deep eutectic solvents fractionation of wheat straw. Bioresources. 10 (4), 8039-8047 (2015).
Shen, X. J., et al. Facile fractionation of lignocelluloses by biomass-derived deep eutectic solvent (DES) pretreatment for cellulose enzymatic hydrolysis and lignin valorization. Green Chemistry. 21, 275-283 (2019).
Alvarez-Vasco, C., et al. Unique low-molecular-weight lignin with high purity extracted from wood by deep eutectic solvents (DES): a source of lignin for valorization. Green Chemistry. 18, 5133-5141 (2016).
Banu, J. R., et al. A review on biopolymer production via lignin valorization. Bioresource Technologie. 290, 121790(2019).
Gordobil, O., Olaizola, P., Banales, J. M., Labidi, J. Lignins from agroindustrial by-products as natural ingredients for cosmetics chemical structure and in vitro sunscreen and cytotoxic activities. Molecules. 25 (5), 1131(2020).
Lee, C. S., Thu Tran, T. M., Weon Choi, J., Won, K. Lignin for white natural sunscreens. International Journal of Biological Macromolecules. 122, 549-554 (2019).
Widsten, P. Lignin-based sunscreens-state-of-the-art, prospects and challenges. Cosmetics. 7, 85(2020).
Qian, Y., Qiu, X., Zhu, S. Lignin: a nature-inspired sun blocker for broad-spectrum sunscreens. Royal Society of Chemistry. 17, 320-324 (2015).
Zijlstra, D. S., et al. Extraction of lignin with high β-O-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield. Journal of Visualized Experiments. (143), e58575(2019).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

استخراج اللجنين فائق السرعة من بقايا ليغنوسيلولوسيك البحر الأبيض المتوسط غير عادية