Le prétraitement assisté par micro-ondes à base de solvant eutectique profond est un processus vert, rapide et efficace pour le fractionnement lignocellulosique et la récupération de la lignine de haute pureté.
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Article de méthode
Extraction ultrarapide de la lignine à partir de résidus lignocellulosiques méditerranéens inhabituels
Dans cet article
Résumé
Résumé
Le prétraitement reste l’étape la plus coûteuse des processus de bioraffinerie lignocellulosique. Il doit être rendu rentable en minimisant les besoins chimiques ainsi que la consommation d’électricité et de chaleur et en utilisant des solvants respectueux de l’environnement. Les solvants eutectiques profonds (DES) sont des solvants clés, verts et à faible coût dans les bioraffineries durables. Ce sont des mélanges transparents caractérisés par de faibles points de congélation résultant d’au moins un donneur de liaison hydrogène et d’un accepteur de liaison hydrogène. Bien que les DES soient des solvants prometteurs, il est nécessaire de les combiner avec une technologie de chauffage économique, telle que l’irradiation par micro-ondes, pour une rentabilité compétitive. L’irradiation micro-ondes est une stratégie prometteuse pour raccourcir le temps de chauffage et augmenter le fractionnement car elle peut rapidement atteindre la température appropriée. L’objectif de cette étude était de développer une méthode rapide en une étape pour le fractionnement de la biomasse et l’extraction de la lignine à l’aide d’un solvant biodégradable à faible coût.
Dans cette étude, un traitement préparatoire micro-ondes-aidé de DES a été conduit pendant 60 s à 800 W, utilisant trois genres de DESs. Les mélanges de DES ont été facilement préparés à partir du chlorure de choline (ChCl) et de trois donateurs d’hydrogène-liaison (HBDs) : un acide monocarboxylique (acide lactique), un acide dicarboxylique (acide oxalique), et l’urée. Ce prétraitement a été utilisé pour le fractionnement de la biomasse et la récupération de la lignine à partir de résidus marins (feuilles de posidonie et aegagropile), de sous-produits agroalimentaires (coquilles d’amandes et grignons d’olive), de résidus forestiers (pommes de pin) et de graminées lignocellulosiques vivaces(Stipa tenacissima). D’autres analyses ont été effectuées pour déterminer le rendement, la pureté et la distribution du poids moléculaire de la lignine récupérée. En outre, l’effet des DES sur les groupes fonctionnels chimiques dans la lignine extraite a été déterminé par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les résultats indiquent que le mélange ChCl-acide oxalique offre la pureté de lignine la plus élevée et le rendement le plus bas. La présente étude démontre que le procédé DES-microwave est une technologie ultrarapide, efficace, et coût-compétitive pour le fractionnement lignocellulosic de biomasse.
Introduction
Les procédés de bioraffinerie durables intègrent le traitement de la biomasse, son fractionnement en molécules d’intérêt et leur conversion en produits à valeur ajoutée1. Dans le bioraffinage de deuxième génération, le prétraitement est considéré comme essentiel pour fractionner la biomasse en ses principaux composants2. Les méthodes traditionnelles de prétraitement utilisant des stratégies chimiques, physiques ou biologiques ont été largement appliquées3. Cependant, un tel prétraitement est considéré comme l’étape la plus coûteuse du bioraffinage et présente d’autres inconvénients tels qu’un long....
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Protocole
1. Préparation des biomasses
- Séchage de la biomasse
- Placez les feuilles de Posidonie et les boules d’aegagropile(Posidonia oceanica),récoltées sur les plages méditerranéennes, dans un four à 40 °C pendant 72 h.
- Placer les coquilles d’amandes(Prunus dulcis),obtenues par les industries alimentaires, et le grignon d’olive(Olea europaea L.),obtenues à partir de moulins à huile d’olive, dans un four à 40 °C pendant 72 h.
- Placer les pommes de pin(Pinus halepensis),récoltées dans une forêt, et les feuilles d’alfa(Stipa tenacissima),récoltées dans le bassin sud de la Méditerranée, dans un fou....
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Résultats
La figure 2A-C représente le rendement en lignine de l’extraction à partir des six matières premières, représenté à la figure 1A-F,après le prétraitement combiné micro-ondes-DES. Les résultats montrent que le rendement en lignine obtenu avec du DES1 (acide chcl-oxalique)(figure 2A)était inférieur aux rendements obtenus avec du DES2 (acide lactique d.......
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Discussion
Cette étude avait de nombreux objectifs; le premier était de préparer et d’utiliser des solvants verts à faible coût présentant les caractéristiques des liquides ioniques et des solvants organiques. Le deuxième objectif était de fractionner la biomasse et d’extraire la lignine en une seule étape, sans nécessiter d’étapes préliminaires telles que l’extraction d’extractibles à l’aide de Soxhlet ou d’hémicellulose à l’aide de solvants alcalins, de techniques basiques ou thermophysiques. Le troisième objectif était de récupé.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs ne signalent aucun conflit d’intérêts.
Remerciements
MK et TB remercie Haitham Ayeb pour les analyses statistiques et la préparation des chiffres, la Région wallonne (Développement régional européen-VERDIR) et le ministre de l’Enseignement supérieur et de la Recherche scientifique (Taoufik Bettaieb) pour leur financement.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Chromatographie par perméation de gel HPLC | Agilent 1200 series | ||
| 1 méthylimadazole | Acros organics | ||
| 2-deoxy-D-glucose (étalon interne) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Acide acétique | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Anhydride acétique | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Pipettes réglables | |||
| Lignine alcaline alcaline | Arabinose | ||
| (99 %) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Autoclave | CERTO CLAV (Modèle CV-22-VAC-Pro) | ||
| Bain d’eau à 70 ° ; C | |||
| Acide borique | Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis) | ||
| Bromocresol | Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis) | ||
| Catalyseur | CTQ (codé A22) (1,5 g K2SO4 + 0,045 g CuSO4.5 H2O + 0,045 g de TiO2) | Merck | |
| Centrifugation conteneur | |||
| Centrifugeuse | BECKMAN COULTER | Centrifugeuse | |
| Creusets | |||
| Chlorure de choline 99 % | Acros organics | ||
| Colonne | Agilent PLGel Mixed C (alpha 3 000 (4.6 × ; 250 mm, 5 µ ; m) précédé d’une colonne de garde (TSK gel alpha guard column 4,6 mm & times ; 50 mm, 5 & micro ; m) | ||
| Colonne | HP1-méthylsisoxane (30 m, 0,32 mm, 0,25 mm) | ||
| Porosité du creuset N° ; 4 ( Creuset filtrant) | Shott Duran Allemagne | boro 3.3 | |
| Eau | |||
| Dessicator | |||
| Diméthylformamide VWR | BDH Produits chimiques | ||
| Diméthylsulfoxyde | Acros organiques | ||
| Erlenmeyer flacon | |||
| Ethanol | Merck (Darmstadtt, Allemagne) | ||
| Creusets filtrants, procelain | |||
| Fioles | |||
| Fourrier Transformé Inra- Red | Vertex 70 Appareil Bruker équipé d’un module de réflectance totale atténuée (ATR). Des spectres ont été enregistrés dans le 4 000&ndash ; 400 cm&moins ; Portée 1 avec 32 scans à une résolution de 4,0 cm&minus ; 1 | ||
| Galactose (98 % | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Chromatographie en phase gazeuse | Agilent (série 7890) | ||
| Flacon en verre 100 mL | |||
| Tubes en verre (borosilicate) avec bouchons en téflon 10 mL | |||
| Glucose (98 % | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Golves | |||
| Cylindre gradué 50 mL /100 mL | |||
| H2SO4 Titrisol (0.1 N) | Merck (Darmstadtt, Allemagne) | ||
| H2SO4 (95-98 %) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | BUCHI R-114) | |
| Hummer cutter équipé d’un tamis de 1 mm et 0,5 mm | Mill Ttecator (Suède) | Cyclotec 1093 | |
| Indulin | Contrôle de la lignine brute | ||
| Distillateur Kjeldahl | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| Tube Kjeldahl | FOSS Rack | ||
| Kjeldhal Digesteur | |||
| Kjeldhal | Kjeldhal Système | ||
| d’aspiration | |||
| Laboratoire Station chimique Logiciel | Analyse de données GC | ||
| Acide | lactiqueMerck (Darmstadtt, Allemagne) | ||
| Chlorure de lithium LiCl | Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis) | ||
| Mannose (98 %) | Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis) | ||
| Rouge de méthyle | |||
| Micro-ondes | START SYNTH MILESTONE Système de laboratoire | ||
| Sonde | |||
| à micro-ondes | |||
| Four à moufle | |||
| NaOH | Merck (Darmstadtt, Allemagne) | ||
| Papier sans azote Logiciel | |||
| spectroscopie | Opus | ||
| Oven | GmbH Memmert SNB100 | Memmert SNB100 | |
| Acide oxalique | VWR BDH Produits chimiques | ||
| P 1000 | Lignine traitée à la soude | ||
| Balance | |||
| de précision | |||
| Spectroscopie | |||
| Cuvette | |||
| Rhamnose (98 %) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Évaporateur rotatif sous vide | Bucher | ||
| 500 mL | |||
| borohydrure de sodium NaBH4 | |||
| Bouteille | Bouteille en verre | ||
| Tubes Sovirel | Sovirel | Tubes en verre borosilicate | |
| Spatule | |||
| Tube | |||
| spécialSpectophotomètre | UV-1800 Shimadzu | ||
| indicateur de stérilisation | |||
| Barre d’agitation en téflon | |||
| Plaque | |||
| d’agitation Seringues | |||
| Borohydrure de sodium | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Titrisol | Merck | Merck 109984 | 0,1 N H2SO4 |
| urée | VWR BDH Chemicals | ||
| Fioles Flacons | |||
| jaugés 2,5 L /5 L | Bucher | ||
| Vortex | |||
| Xylose (98 %) | Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis) |
Références
- 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.
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Réimpressions et autorisations
