Name: Extracción ultrarrápida de lignina de residuos lignocelulósicos mediterráneos inusuales (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: Aprende a extraer lignina de alta pureza de biomasa lignocelulósica mediante un método verde, rápido y eficiente que utiliza solventes eutécticos profundos con asistencia de microondas.

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MK y TB agradecen a Haitham Ayeb por los análisis estadísticos y la preparación de cifras, a la Región Valona (Desarrollo Regional Europeo-VERDIR) y al Ministro de Educación Superior e Investigación Científica (Taoufik Bettaieb) por la financiación.

<ol><li>Kammoun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrothermal+dehydration+of+monosaccharides+promoted+by+seawater+fundamentals+on+the+catalytic+role+of+inorganic+salts%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Hydrothermal dehydration of monosaccharides promoted by seawater fundamentals on the catalytic role of inorganic salts.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 132(2019).</li>
<li>Kammoun, M., Ayeb, H., Bettaieb, T., Richel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+characterisation+and+technical+assessment+of+agri-food+residues%2C+marine+matrices%2C+and+wild+grasses+in+the+South+Mediterranean+area%3A+A+considerable+inflow+for+biorefineries%5BTitle%5D)+AND+%22Waste+Management%22%5BJournal%5D)">Chemical characterisation and technical assessment of agri-food residues, marine matrices, and wild grasses in the South Mediterranean area: A considerable inflow for biorefineries.</a> Waste Management. 118, 247-257 (2020).</li>
<li>Zhang, C. W., Xia, S. Q., Ma, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+using+deep+eutectic+solvents%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents.</a> Bioresource Technology. 219, 1-5 (2016).</li>
<li>Mora-Pale, M., Meli, L., Doherty, T. V., Linhardt, R. J., Dordick, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room+temperature+ionic+liquids+as+emerging+solvents+for+the+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Room temperature ionic liquids as emerging solvents for the pretreatment of lignocellulosic biomass.</a> Biotechnology and Bioengineering. 108 (6), 1229-1245 (2011).</li>
<li>Chen, Z., Wan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+fractionation+of+lignocellulosic+biomass+by+microwave-assisted+deep+eutectic+solvent+pretreatment%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technologie%22%5BJournal%5D)">Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment.</a> Bioresource Technologie. 250, 532-537 (2018).</li>
<li>Francisco, M., Van Den Bruinhorst, A., Kroon, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+natural+and+renewable+low+transition+temperature+mixtures+%28+LTTMs+%29%3A+screening+as+solvents+for+lignocellulosic+biomass+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">New natural and renewable low transition temperature mixtures ( LTTMs ): screening as solvents for lignocellulosic biomass processing.</a> Green Chemistry. 14 (8), 2153-2157 (2012).</li>
<li>Liu, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+cleavage+of+lignin+-+carbohydrate+complexes+and+ultrafast+extraction+of+lignin+oligomers+from+wood+biomass+by+microwave-assisted+treatment+with+deep+eutectic+solvent%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+sus+chem%22%5BJournal%5D)">Efficient cleavage of lignin - carbohydrate complexes and ultrafast extraction of lignin oligomers from wood biomass by microwave-assisted treatment with deep eutectic solvent.</a> Chem sus chem. 10, 1692-1700 (2017).</li>
<li>Xu, G. C., Ding, J. C., Han, R. Z., Dong, J. J., Ni, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+cellulose+accessibility+of+corn+stover+by+deep+eutectic+solvent+pretreatment+for+butanol+fermentation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technologie%22%5BJournal%5D)">Enhancing cellulose accessibility of corn stover by deep eutectic solvent pretreatment for butanol fermentation.</a> Bioresource Technologie. 203, 364-369 (2016).</li>
<li>Jablonský, M., Andrea, Š, Kamenská, L., Vrška, M., Šima, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+eutectic+solvents+fractionation+of+wheat+straw+deep+eutectic+solvents+fractionation+of+wheat+straw%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresources%22%5BJournal%5D)">Deep eutectic solvents fractionation of wheat straw deep eutectic solvents fractionation of wheat straw.</a> Bioresources. 10 (4), 8039-8047 (2015).</li>
<li>Shen, X. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+fractionation+of+lignocelluloses+by+biomass-derived+deep+eutectic+solvent+%28DES%29+pretreatment+for+cellulose+enzymatic+hydrolysis+and+lignin+valorization%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Facile fractionation of lignocelluloses by biomass-derived deep eutectic solvent (DES) pretreatment for cellulose enzymatic hydrolysis and lignin valorization.</a> Green Chemistry. 21, 275-283 (2019).</li>
<li>Alvarez-Vasco, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unique+low-molecular-weight+lignin+with+high+purity+extracted+from+wood+by+deep+eutectic+solvents+%28DES%29%3A+a+source+of+lignin+for+valorization%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Unique low-molecular-weight lignin with high purity extracted from wood by deep eutectic solvents (DES): a source of lignin for valorization.</a> Green Chemistry. 18, 5133-5141 (2016).</li>
<li>Banu, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+biopolymer+production+via+lignin+valorization%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technologie%22%5BJournal%5D)">A review on biopolymer production via lignin valorization.</a> Bioresource Technologie. 290, 121790(2019).</li>
<li>Gordobil, O., Olaizola, P., Banales, J. M., Labidi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignins+from+agroindustrial+by-products+as+natural+ingredients+for+cosmetics+chemical+structure+and+in+vitro+sunscreen+and+cytotoxic+activities%5BTitle%5D)+AND+%22Molecules%22%5BJournal%5D)">Lignins from agroindustrial by-products as natural ingredients for cosmetics chemical structure and in vitro sunscreen and cytotoxic activities.</a> Molecules. 25 (5), 1131(2020).</li>
<li>Lee, C. S., Thu Tran, T. M., Weon Choi, J., Won, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin+for+white+natural+sunscreens%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Biological+Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Lignin for white natural sunscreens.</a> International Journal of Biological Macromolecules. 122, 549-554 (2019).</li>
<li>Widsten, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin-based+sunscreens-state-of-the-art%2C+prospects+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Cosmetics%22%5BJournal%5D)">Lignin-based sunscreens-state-of-the-art, prospects and challenges.</a> Cosmetics. 7, 85(2020).</li>
<li>Qian, Y., Qiu, X., Zhu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin%3A+a+nature-inspired+sun+blocker+for+broad-spectrum+sunscreens%5BTitle%5D)+AND+%22Royal+Society+of+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Lignin: a nature-inspired sun blocker for broad-spectrum sunscreens.</a> Royal Society of Chemistry. 17, 320-324 (2015).</li>
<li>Zijlstra, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+lignin+with+high+%CE%B2-O-4+content+by+mild+ethanol+extraction+and+its+effect+on+the+depolymerization+yield%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Extraction of lignin with high β-O-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield.</a> Journal of Visualized Experiments. (143), e58575(2019).</li>
</ol>

Los autores no reportan ningún conflicto de intereses.

Este estudio tenía muchos objetivos; el primero de los cuales fue preparar y utilizar disolventes verdes de bajo costo con las características tanto de líquidos iónicos como de disolventes orgánicos. El segundo objetivo fue fraccionar la biomasa y extraer lignina en un solo paso, sin requerir pasos preliminares como la extracción de extraíbles utilizando Soxhlet o hemicelulosa utilizando disolventes alcalinos, técnicas básicas o termofísicas. El tercer objetivo era recuperar lignina mediante una simple filtración tras el...

Los procesos sostenibles de biorrefinería integran el procesamiento de la biomasa, su fraccionamiento en moléculas de interés y su conversión en productos de valor añadido1. En la biorrefinación de segunda generación, el pretratamiento se considera esencial para el fraccionamiento de la biomasa en sus componentes principales2. Los métodos tradicionales de pretratamiento que utilizan estrategias químicas, físicas o biológicas se han aplicado ampliamente3. Sin embargo, dicho pretratamiento se considera el paso más costoso en la biorrefinación y tiene otras desventajas como el largo tiempo de procesamiento, el alto consumo de calor y energía, y las impurezas del disolvente4. Recientemente, los DES, cuyas propiedades son similares a las de los líquidos iónicos3,han surgido como disolventes verdes debido a ventajas como la biodegradabilidad, el respeto al medio ambiente, la facilidad de síntesis y la recuperación después del tratamiento5.
Los DES son mezclas de al menos un HBD, como el ácido láctico, el ácido málico o el ácido oxálico, y un aceptor de enlaces de hidrógeno (HBA) como la betaína o el cloruro de colina (ChCl)6. Las interacciones HBA-HBD permiten un mecanismo catalítico que permite la escisión de enlaces químicos, causando el fraccionamiento de biomasa y la separación de lignina. Muchos investigadores han reportado el pretratamiento a base de DES de materias primas lignocelulósicas como ChCl-glicerol en la mazorca de maíz y estufa7,8,ChCl-urea y ácido ChCl-oxálico en paja de trigo9,Ácido chCl-láctico en aserrín de eucalipto 10,y Ácido chCl-acético11 y ChCl-etilenglicol en madera11. Para mejorar la eficiencia del DES, el pretratamiento debe combinarse con el tratamiento por microondas para acelerar el fraccionamiento de biomasa5. Muchos investigadores han reportado un pretratamiento combinado (DES y microondas) de madera8 y de maíz stover, switchgrass, y Miscanthus5,que proporciona una nueva visión de la capacidad de los DES para el fraccionamiento lignocelulósico y la extracción de lignina en un solo paso fácil durante un corto período.
La lignina es una macromolécula fenólica valorizada como materia prima para la producción de biopolímeros y presenta una alternativa para la producción de productos químicos como monómeros aromáticos y oligómeros12. Además, la lignina tiene actividades de absorción antioxidante y ultravioleta13. Varios estudios han reportado aplicaciones de lignina en productos cosméticos14,15. Su integración en productos de protección solar comercial ha mejorado el factor de protección solar (SPF) del producto de SPF 15 a SPF 30 con la adición de solo 2 % en peso de lignina y hasta SPF 50 con la adición de 10 % en peso de lignina16. Este papel describe un acercamiento ultrarrápido para la hendidura del lignina-carbohidrato, asistida por el tratamiento previo combinado de la DES-microonda de biomasas mediterráneas. Estas biomasas consisten en subproductos agroalimentarios, particularmente orujo de oliva y cáscaras de almendra. Otras biomasas que se investigaron fueron las de origen marino (hojas de posidonia y aegagropilo) y las procedentes de un bosque (piñas y gramíneas silvestres). El enfoque de este estudio fue probar disolventes verdes de bajo costo para evaluar los efectos de este pretratamiento combinado en el fraccionamiento de materias primas, investigar su influencia en la pureza y el rendimiento de la lignina, y estudiar sus efectos sobre los pesos moleculares y los grupos funcionales químicos en la lignina extraída.

<table><tbody><tr><td>Cromatografía de permeación en gel por HPLC</td><td>Agilent 1200 series</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 metilimadazol</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-desoxi-D-glucosa (patrón interno)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido acético</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anhídrido acético</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pipetas ajustables</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lignina alcalina</td><td></td><td></td><td>con álcali</td></tr><tr><td>Arabinosa (99%)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>CERTO CLAV (Modelo CV-22-VAC-Pro)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Baño de agua a 70 &0 °; C</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido bórico</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bromocresol</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Catalizador</td><td>CTQ (código A22) (1,5 g K2SO4 + 0,045 g CuSO4,5 H2O + 0,045 g TiO2)</td><td>Centrifugación Merck</td><td></td></tr><tr><td> contenedor</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga</td><td>BECKMAN COULTER</td> Centrífuga <td></td><td>Avanti J-E</td></tr><tr><td>Crisoles</td><td></td><td></td><td></td>cerámicos</tr><tr><td>Cloruro de colina 99%</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Columna</td><td>Agilent PLGel Mixed C (alfa 3.000 (4,6 &times; 250 mm, 5 &micro; m) precedida por una columna de protección (TSK gel alpha guard column 4,6 mm &times; 50 mm, 5 &micro; m)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Columna</td><td>HP1-metilsisoxano (30 m, 0,32 mm, 0,25 mm)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Porosidad del crisol N&deg; 4 ( Crisol filtrante)</td><td>Shott Duran Alemania</td><td>boro 3.3</td><td></td></tr><tr><td>Desecador</td> de agua deonizada Dimetilformamida <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>VWR BDH Productos químicos</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dimetilsulfóxido Acros</td><td>organics Matraz</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td>Erlenmeyer</tr><tr><td></td> Etanol Merck (Darmstadtt,<td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td> Alemania)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Crisoles filtrantes, procelaína</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matraces</td><td></td><td></td><td></td>de filtración</tr><tr><td>Fourrier Transformado Inra- Red</td><td>Vertex 70 Aparato Bruker equipado con un módulo de reflectancia total atenuada (ATR). Los espectros se registraron en los 4.000&ndash; 400 cm&menos; Rango de 1 con 32 escaneos a una resolución de 4,0 cm&menos; 1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Galactosa (98%</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cromatografía</td><td>de Gaz Agilent (serie 7890)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Frasco de vidrio 100 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubos de vidrio (borosilicato) con tapones de teflón 10 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glucosa (98%</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Golves</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cilindro graduado 50 mL /100 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 Titrisol (0,1 N)</td><td>Merck (Darmstadtt, Alemania)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 (95-98%)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td>BUCHI R-114)</td><td></td></tr><tr><td>Cortador Hummer equipado con tamiz de 1 mm y 0,5 mm</td><td>Mill Ttecator (Suecia)</td><td>Cyclotec 1093</td><td></td></tr><tr><td>Indulin</td><td></td><td></td><td>Control de lignina bruta</td></tr><tr><td>Destilador Kjeldahl</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo Kjeldahl</td><td>FOSS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rack</td><td></td><td></td><td></td>Kjeldhal</tr><tr><td>digestor Kjeldhal</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema</td><td></td><td></td><td></td>de succión Kjeldhal</tr><tr><td>Estación química de laboratorio Software</td><td></td><td></td><td>Análisis de datos</td></tr><tr><td>GC Ácido</td> <td>lácticoMerck (Darmstadtt, Alemania)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de litio LiCl</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manosa (98%)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rojo</td><td></td><td></td><td></td>de metilo</tr><tr><td>Microondas</td><td>START SYNTH MILESTONE Sistema</td><td></td><td></td>de laboratorio de microondas</tr><tr><td>Sonda</td><td></td><td></td><td></td> de temperatura de microondas</tr><tr><td>Contenedor</td><td></td><td></td><td></td>de microondas</tr><tr><td>Horno</td><td></td><td></td><td></td>de mufla</tr><tr><td>NaOH</td><td>Merck (Darmstadtt, Alemania)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Papel</td><td></td><td></td><td></td>sin nitrógeno</tr><tr><td>Opus</td><td></td><td></td><td>software de espectroscopía</td></tr><tr><td>Oven</td><td>GmbH Memmert SNB100</td><td>Memmert SNB100</td><td></td></tr><tr><td>Ácido oxálico</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P 1000</td><td></td><td></td><td>Lignina procesada con soda</td></tr><tr><td>Balanza</td><td></td><td></td><td></td></tr> de <tr><td>precisión de pH para papel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Espectroscopía</td><td></td><td></td><td></td>infrarroja</tr><tr><td>Cubeta</td><td></td><td></td><td></td>Quatz</tr><tr><td>Ramnosa (98%)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Evaporador de vacío rotativo</td><td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matraz de fondo redondo 500 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>borohidruro de sodio NaBH4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Botella</td><td></td><td></td> Schott <td>botella de vidrio</td></tr><tr><td>Tubos Sovirel</td><td>Sovirel</td><td></td><td>Tubos de vidrio de borosilicato</td></tr><tr><td>Espátula</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>especialEspectrofotómetro</td><td>UV-1800 Shimadzu</td><td></td><td></td></tr><tr>Cinta <td></td><td></td><td></td><td>indicadora de esterilización</td></tr><tr><td>Barra de agitación en teflón</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Placa</td><td></td><td></td><td></td>de agitación</tr><tr><td>Jeringas</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Borohidruro de sodio</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Titrisol</td><td>Merck</td><td>Merck 109984</td><td>0,1 N H2SO4</td></tr><tr><td>Urea</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vials VolumetriC</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>matraz 2,5 L /5 L</td><td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Xilosa (98%)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, EE. UU.)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

extracción ultrarrápida de lignina de residuos lignocelulósicos mediterráneos inusuales

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

El pretratamiento sigue siendo el paso más costoso en los procesos de biorrefinería lignocelulósica. Debe hacerse rentable minimizando los requisitos químicos, así como el consumo de energía y calor, y utilizando disolventes respetuosos con el medio ambiente. Los disolventes eutécticos profundos (DES) son disolventes clave, ecológicos y de bajo costo en las biorrefinerías sostenibles. Son mezclas transparentes caracterizadas por puntos de congelación bajos resultantes de al menos un donante de enlace de hidrógeno y un aceptor de enlace de hidrógeno. Aunque los DES son disolventes prometedores, es necesario combinarlos con una tecnología de calefacción económica, como la irradiación por microondas, para una rentabilidad competitiva. La irradiación por microondas es una estrategia prometedora para acortar el tiempo de calentamiento y aumentar el fraccionamiento porque puede alcanzar rápidamente la temperatura adecuada. El objetivo de este estudio fue desarrollar un método rápido y de un solo paso para el fraccionamiento de biomasa y la extracción de lignina utilizando un disolvente biodegradable y de bajo costo. 
En este estudio, un tratamiento previo microonda-asistido del DES fue conducido para 60 s en 800 W, usando tres clases de DESs. Las mezclas del DES fueron preparadas facilely del cloruro de colina (ChCl) y de tres donantes del hidrógeno-enlace (HBDs): un ácido monocarboxílico (ácido láctico), un ácido dicarboxílico (ácido oxálico), y urea. Este pretratamiento se utilizó para el fraccionamiento de biomasa y la recuperación de lignina a partir de residuos marinos (hojas de posidonia y aegagropilo), subproductos agroalimentarios (cáscaras de almendras y orujo de oliva), residuos forestales (piñas) y gramíneas lignocelulósicas perennes(Stipa tenacissima). Otros análisis fueron conducidos para determinar la producción, la pureza, y la distribución del peso molecular de la lignina recuperada. Además, el efecto de los DESs sobre los grupos funcionales químicos en la lignina extraída se determinó mediante espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FTIR). Los resultados indican que la mezcla de ácido chcl-oxálico ofrece la mayor pureza de lignina y el menor rendimiento. El actual estudio demuestra que el proceso de la DES-microonda es una tecnología ultrarrápida, eficiente, y coste-competitiva para el fraccionamiento lignocellulosic de la biomasa.

La Figura 2A-C representa el rendimiento de lignina de la extracción de las seis materias primas, que se muestra en la Figura 1A-F,después del pretratamiento combinado de microondas-DES. Los resultados muestran que el rendimiento de lignina obtenido con DES1 (ChCl-ácido oxálico)(Figura 2A)fue inferior a los rendimientos obtenidos con DES2 (ChCl-ácid...

El pretratamiento profundo a base de solvente y asistido por microondas eutéctico es un proceso verde, rápido y eficiente para el fraccionamiento lignocelulósico y la recuperación de lignina de alta pureza.

Extracción ultrarrápida de lignina de residuos lignocelulósicos mediterráneos inusuales

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements ...

El objetivo de nuestro protocolo es fraccionar la biomasa y extraer lignina en un solo paso. Usando este método, la lignina se puede recuperar por filtración simple después del tratamiento sin ajuste del pH, sino simplemente agregando agua destilada. El enfoque de este estudio es evaluar el efecto de este tratamiento combinado del fraccionamiento de la materia prima, su influencia en la pureza y el rendimiento de la lignina, y su efecto sobre los pesos moleculares y los grupos funcionales químicos en la lignina extraída.El proceso de microondas de solución eutéctica profunda es una tecnología ultra rápida, eficiente y rentable para el fraccionamiento de biomasa lignocelulósica y la recuperación de lignina con alta pureza. Prepare la solución eutéctica profunda en un matraz inferior redondo de 500 mililitros como se describe en el manuscrito del texto. Luego coloque cinco gramos de materia prima, 50 mililitros de solución eutéctica profunda y una barra de agitación en un microondas en un reactor de politetrafluoroetileno cerrado.Cierre el recipiente de microondas con una tapa apropiada y coloque una tapa de temperatura. Colótelo en el borde de la plataforma giratoria, asegurándose de que esté constantemente agitado y haga funcionar el microondas durante un minuto. Con guantes adecuados, saque el recipiente del microondas y deje que la mezcla se enfríe.Prepare una solución antirrequiso homogénea y añada 50 mililitros de esta solución a la materia prima tratada. Centrifugar la mezcla durante cinco minutos a 3,000 veces G.Filtrar el sobrenadante utilizando un crisol de filtro de vidrio. Recoja el residuo de celulosa restante y lávelo añadiendo 25 mililitros de solución anti-solvente y centrifugación.Agregue la fracción rica en lignina filtrada y los lavados filtrados a un matraz inferior redondo de 500 mililitros. Evapore el etanol usando un evaporador rotatorio a 50 grados Celsius y 110 milibares. Luego agregue 150 mililitros de agua desionizada al licor concentrado.Precipitar la lignina por centrifugación. Recoger la lignina como pellet y lavarla cuatro veces con 25 mililitros de agua destilada. Luego liofilizar la lignina o secarla en un horno a 40 grados centígrados.Coloque el crisol del filtro en un horno de mufla a 550 grados Centígrados durante cuatro horas. Cuando el horno se enfríe a 150 grados centígrados, retire el crisol y colóquelo en un desecador para enfriarlo. Luego pesarlo.Agregue aproximadamente 30 miligramos de lignina en un tubo de vidrio de borosilicato. Luego agregue un mililitro de 72% sulfúrico a la muestra y colóquelo en un baño de 30 grados Celsius durante 60 minutos. Retire la muestra y transfilíquela a una botella de vidrio de 100 mililitros.Luego agregue 28 mililitros de agua destilada para diluir el ácido a una concentración de 4% Ponga la botella de vidrio en un autoclave a 121 grados Celsius durante 60 minutos. Luego retire la botella del autoclave y deje que se enfríe. Para analizar la lignina insoluble ácida, filtre el hidrolizado usando un crisol al vacío y recoja los sólidos restantes en la botella de vidrio con agua desionizada.Seque el crisol que contiene los sólidos colocándolo en un horno a 105 grados centígrados durante 16 horas. Luego enfriarlo en un desecador y pesar la muestra. Coloque el crisol en un horno de mufla a 550 grados Centígrados durante cuatro horas.Pesar la muestra después de secarla en un desecador. Para el análisis de lignina soluble en ácido, mida la absorbancia del filtrado de hidrolizados con un espectrofotómetro a 205 nanómetros utilizando cubetas de cuarzo. Para analizar la función química de la lignina extraída, procese el fondo de un solo canal sin muestra.A continuación, ajuste los parámetros y coloque un miligramo de la muestra en el cristal. Pulse la muestra de un solo canal y procese los espectros obtenidos. Para determinar el peso molecular de la lignina extraída, disuelva tres miligramos de la muestra de lignina en tres mililitros de DMF con cloruro de litio al 0,5%.Colocar la lignina disuelta en un vial e instalar la columna procedida por una columna de guarda. Inyecte la muestra en un sistema ultravioleta de cromatografía líquida de alto rendimiento. Después de analizar los datos, calcule el peso molecular de la lignina extraída como se describe en el manuscrito del texto.Pesar una muestra de 50 miligramos de lignina en un tubo de vidrio de borosilicato y añadir tres mililitros de un ácido sulfúrico molar. Luego calentar la mezcla durante tres horas a 100 grados centígrados y enfriarla. Añadir un mililitro de 15 molares de hidróxido de amonio y comprobar el pH para asegurarse de que es neutro o alcalino.Agregue un mililitro de 2-desoxiglucosa a cada muestra como estándar interno. A continuación, agregue 400 microlitros de esta solución en tubos especiales que contengan 400 microlitros de solución mixta. Añadir dos mililitros de solución de borohidruro de sodio dimetil sulfóxido.Cierre los tubos e incube durante 90 minutos a 40 grados centígrados en un baño de agua. Retire los tubos del baño de agua y agregue 0.6 mililitros de ácido acético glacial, 0.4 mililitros de 1-metilimidazol y aproximadamente cuatro mililitros de anhídrido acético. Después de 15 minutos, agregue 10 mililitros de agua destilada. fresco.Y añadir aproximadamente tres mililitros de diclorometano. Después de dos horas, recoja aproximadamente un mililitro de la fase orgánica inferior e inyéctelo en un cromatógrafo de gases equipado con una columna capilar detectora de ionización de llama. El rendimiento de lignina obtenido con solución eutéctica profunda de un ácido oxálico fue inferior a los rendimientos obtenidos con solución eutéctica profunda de dos ácidos lácticos y solución eutéctica profunda de tres urea.La pureza de la lignina superó el 70% para los tres pretratamientos de las biomasas, a excepción de la solución eutéctica profunda tres pretratamiento de urea de hojas alfa, Aegagropila, y cáscaras de almendras, que dio una pureza de lignina del 65% La pureza más alta de lignina superó el 90%Se obtuvo con la solución eutéctica profunda de un tratamiento. Los datos de pureza y rendimiento de lignina se sometieron a análisis de componentes principales, que mostraron que el tratamiento de solución eutéctica profunda uno se correlacionó positivamente con la pureza de lignina y confirmó que era la lignina más pura con el rendimiento más bajo. El contenido de azúcar en lignina extraído mediante solución eutéctica profunda tres fue el más alto y seguido por el obtenido a partir de las soluciones dos y una.Del mismo modo, el contenido de nitrógeno de la solución eutéctica profunda de un extracto de lignina fue menor que el obtenido de las soluciones dos y tres. El tipo de azúcares en la lignina extraída también fue caracterizado, representando la D-xilosa y la D-glucosa para ser los monosacáridos más abundantes. Los grupos funcionales químicos presentes en los lignans extraídos fueron investigados por espectroscopia de FTIR.Los espectros infrarrojos de los diversos lignans entre 3, 500 y 800 centímetros recíprocos se presentan aquí. Los espectros de la lignina extraídos con las soluciones eutécticas profundas una y dos demuestran las vibraciones de estiramiento de los grupos unconjugated y conjugados del carbonyl, que eran ausentes en los tres lignans comerciales: lignans crudos, procesados, soda, y alcalino extraídos. La señal de ácido carboxílico, C doble enlace O, indica la posibilidad de la conjugación de algunas funciones de lignina con ácidos durante su extracción y solubilización con el tratamiento de disolvente eutéctico profundo asistido por microondas.Estos resultados demuestran la posibilidad de extraer lignina de valor añadido de alta pureza de biomasas mediterráneas, que actualmente está infravalorada y puede ayudar a determinar el disolvente eutéctico profundo óptimo al tiempo que garantiza la pureza de la lignina.

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Investigación

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Química

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