Name: Extraction ultrarapide de la lignine à partir de résidus lignocellulosiques méditerranéens inhabituels (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: Découvrez une méthode verte et ultrarapide d'extraction de lignine à haute pureté à partir de biomasse lignocellulosique méditerranéenne en utilisant un solvant eutectique profond assisté par micro-ondes.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

<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>

Les auteurs ne signalent aucun conflit d’intérêts.

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...

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 temps de traitement, une consommation élevée de chaleur et d’énergie et des impuretés de solvant4. Récemment, les DES, dont les propriétés sont similaires à celles des liquides ioniques3,sont apparus comme solvants verts en raison d’avantages tels que la biodégradabilité, le respect de l’environnement, la facilité de synthèse et la récupération après traitement5.
Les DES sont des mélanges d’au moins un DBC, tel que l’acide lactique, l’acide malique ou l’acide oxalique, et d’un accepteur de liaison hydrogène (HBA) tel que la bétaïne ou le chlorure de choline (ChCl)6. Les interactions HBA-HBD permettent un mécanisme catalytique qui permet le clivage des liaisons chimiques, provoquant le fractionnement de la biomasse et la séparation de la lignine. De nombreux chercheurs ont rapporté le prétraitement à base de DES de matières premières lignocellulosiques telles que le ChCl-glycérol sur l’épi et le stover7,8,le ChCl-urée et l’acide ChCl-oxalique sur la paille de blé9,l’acide chcl-lactique sur la sciure de bois eucalyptus 10,et l’acide chcl-acétique11 et le chCl-éthylène glycol sur le bois11. Pour améliorer l’efficacité des DES, le prétraitement doit être combiné avec un traitement par micro-ondes pour accélérer le fractionnement de la biomasse5. De nombreux chercheurs ont rapporté un tel prétraitement combiné (DES et micro-ondes) du bois8 et de la tige de maïs, du panic raide et du miscanthus5,qui fournit de nouvelles informations sur la capacité des DES pour le fractionnement lignocellulosique et l’extraction de la lignine en une seule étape facile sur une courte période.
La lignine est une macromolécule phénolique valorisée comme matière première pour la production de biopolymères et présente une alternative pour la production de produits chimiques tels que les monomères aromatiques et les oligomères12. De plus, la lignine a des activités antioxydantes et d’absorption ultraviolette13. Plusieurs études ont rapporté des applications de lignine dans les produits cosmétiques14,15. Son intégration dans les produits de protection solaire commerciaux a amélioré le facteur de protection solaire (FPS) du produit de FPS 15 à FPS 30 avec l’ajout de seulement 2 % en poids de lignine et jusqu’à 50 FPS avec l’ajout de 10 % en poids de lignine16. Cet article décrit une approche ultrarapide pour le fendage de lignine-hydrate de carbone, aidé par le traitement préparatoire combiné de DES-micro-ondes des biomasses méditerranéennes. Ces biomasses sont constituées de sous-produits agroalimentaires, en particulier le grignon d’olive et les coquilles d’amande. Les autres biomasses étudiées sont celles d’origine marine (feuilles de posidonie et aegagropile) et celles provenant d’une forêt (pommes de pin et graminées sauvages). L’objectif de cette étude était de tester des solvants verts à faible coût pour évaluer les effets de ce prétraitement combiné sur le fractionnement des matières premières, d’étudier son influence sur la pureté et le rendement de la lignine, et d’étudier ses effets sur les poids moléculaires et les groupes fonctionnels chimiques dans la lignine extraite.

<table><tbody><tr><td>Chromatographie par perméation de gel HPLC</td><td>Agilent 1200 series</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 méthylimadazole</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-deoxy-D-glucose (étalon interne)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide acétique</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anhydride acétique</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pipettes réglables</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lignine alcaline alcaline</td><td></td><td></td><td>Arabinose</td></tr><tr><td>(99 %)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>CERTO CLAV (Modèle CV-22-VAC-Pro)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bain d’eau à 70 &deg ; C</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acide borique</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bromocresol</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Catalyseur</td><td>CTQ (codé A22) (1,5 g K2SO4 + 0,045 g CuSO4.5 H2O + 0,045 g de TiO2)</td><td>Merck</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugation conteneur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>BECKMAN COULTER</td><td>Centrifugeuse</td><td></td>Avanti J-E</tr><tr><td>Creusets</td><td></td><td></td><td></td>en céramique</tr><tr><td>Chlorure de choline 99 %</td> <td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Colonne</td><td>Agilent PLGel Mixed C (alpha 3 000 (4.6 &times ; 250 mm, 5 &micro ; m) précédé d’une colonne de garde (TSK gel alpha guard column 4,6 mm & times ; 50 mm, 5 & micro ; m)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Colonne</td><td>HP1-méthylsisoxane (30 m, 0,32 mm, 0,25 mm)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Porosité du creuset N&deg ; 4 ( Creuset filtrant)</td><td>Shott Duran Allemagne</td><td>boro 3.3</td><td></td></tr><tr><td>Eau</td><td></td><td></td><td></td>déonisée</tr><tr><td>Dessicator</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Diméthylformamide VWR</td><td>BDH Produits chimiques</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Diméthylsulfoxyde</td><td>Acros organiques</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Erlenmeyer flacon</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Merck (Darmstadtt, Allemagne)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Creusets filtrants, procelain</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fioles</td><td></td><td></td><td></td>de filtration</tr><tr><td>Fourrier Transformé Inra- Red</td><td>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</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Galactose (98 %</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chromatographie en phase gazeuse</td><td>Agilent (série 7890)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Flacon en verre 100 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubes en verre (borosilicate) avec bouchons en téflon 10 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glucose (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>Cylindre gradué 50 mL /100 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 Titrisol (0.1 N)</td><td>Merck (Darmstadtt, Allemagne)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 (95-98 %)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td>BUCHI R-114)</td><td></td></tr><tr><td>Hummer cutter équipé d’un tamis de 1 mm et 0,5 mm</td><td>Mill Ttecator (Suède)</td><td>Cyclotec 1093</td><td></td></tr><tr><td>Indulin</td><td></td><td></td><td>Contrôle de la lignine brute</td></tr><tr><td>Distillateur Kjeldahl</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tube Kjeldahl</td><td>FOSS Rack</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kjeldhal Digesteur</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kjeldhal</td><td>Kjeldhal Système</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>d’aspiration</td><td></td><td></td><td></td>Kjeldhal</tr><tr><td>Laboratoire Station chimique Logiciel</td><td></td><td></td><td>Analyse de données GC</td></tr><tr><td>Acide</td> <td>lactiqueMerck (Darmstadtt, Allemagne)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de lithium LiCl</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mannose (98 %)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rouge de méthyle</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Micro-ondes</td><td>START SYNTH MILESTONE Système de laboratoire</td><td></td><td></td>micro-ondes</tr><tr><td>Sonde</td><td></td><td></td><td></td> de température micro-ondes</tr><tr>Conteneur <td></td><td></td><td></td><td>à micro-ondes</td></tr><tr><td>Four à moufle</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Merck (Darmstadtt, Allemagne)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Papier sans azote Logiciel</td><td></td><td></td><td></td></tr> de <tr><td>spectroscopie</td><td>Opus</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>GmbH Memmert SNB100</td><td>Memmert SNB100</td><td></td></tr><tr><td>Acide oxalique</td><td>VWR BDH Produits chimiques</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P 1000</td><td></td><td></td><td>Lignine traitée à la soude</td></tr><tr><td>Balance</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>de précision</td></tr><tr><td>Spectroscopie</td><td></td><td></td><td></td>infrarouge</tr><tr><td>Cuvette</td><td></td><td></td><td></td>Quatz</tr><tr><td>Rhamnose (98 %)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Évaporateur rotatif sous vide</td> Flacon à fond rond <td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>500 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>borohydrure de sodium NaBH4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bouteille</td><td></td><td></td> Schott <td>Bouteille en verre</td></tr><tr><td>Tubes Sovirel</td><td>Sovirel</td><td></td><td>Tubes en verre borosilicate</td></tr><tr><td>Spatule</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tube</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>spécialSpectophotomètre</td><td>UV-1800 Shimadzu</td><td></td><td></td></tr><tr>Ruban <td></td><td></td><td></td><td>indicateur de stérilisation</td></tr><tr><td>Barre d’agitation en téflon</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plaque</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>d’agitation Seringues</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Borohydrure de sodium</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</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>urée</td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fioles Flacons</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>jaugés 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>Xylose (98 %)</td><td>Sigma Aldrich (St. Louis, États-Unis)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

extraction ultrarapide de la lignine à partir de résidus lignocellulosiques méditerranéens inhabituels

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

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.

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...

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.

Extraction ultrarapide de la lignine à partir de résidus lignocellulosiques méditerranéens inhabituels

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

Le but de notre protocole est de fractionner la biomasse et d’extraire la lignine en une seule étape. En utilisant cette méthode, la lignine peut être récupérée par simple filtration après le traitement sans ajustement du pH, mais simplement en ajoutant de l’eau distillée. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’effet de ce traitement combiné du fractionnement des matières premières, son influence sur la pureté et le rendement de la lignine, et son effet sur les poids moléculaires et les groupes fonctionnels chimiques dans la lignine extraite.Le procédé micro-ondes à solution eutectique profonde est une technologie ultra rapide, efficace et compétitive pour le fractionnement de la biomasse lignocellulosique et la récupération de la lignine avec une grande pureté. Préparer la solution eutectique profonde dans une fiole inférieure ronde de 500 millilitres comme décrit dans le manuscrit de texte. Placez ensuite cinq grammes de matière première, 50 millilitres de solution eutectique profonde et une barre d’agitation dans un micro-ondes dans un réacteur fermé en polytétrafluoroéthylène.Fermez le récipient à micro-ondes avec un capuchon approprié et fixez un bouchon de température. Placez-le sur le bord de la platine, en vous assurant qu’il est constamment agité et faites fonctionner le micro-ondes pendant une minute. À l’aide de gants appropriés, sortez le récipient du micro-ondes et laissez le mélange refroidir.Préparer une solution anti-solvant homogène et ajouter 50 millilitres de cette solution à la matière première traitée. Centrifuger le mélange pendant cinq minutes à 3 000 fois G.Filtrer le surnageant à l’aide d’un creuset de filtre en verre. Recueillir le résidu de cellulose restant et le laver en ajoutant 25 millilitres de solution anti-solvant et centrifugation.Ajouter la fraction filtrée riche en lignine et les lavages filtrés dans une fiole inférieure ronde de 500 millilitres. Évaporer l’éthanol à l’aide d’un évaporateur rotatif à 50 degrés Celsius et 110 millibar. Ajoutez ensuite 150 millilitres d’eau désionisée à la liqueur concentrée.Précipiter la lignine par centrifugation. Recueillir la lignine sous forme de granulés et la laver quatre fois avec 25 millilitres d’eau distillée. Ensuite, lyophiliser la lignine ou la sécher dans un four à 40 degrés Celsius.Placez le creuset filtrant dans un four à moufle à 550 degrés Celsius pendant quatre heures. Lorsque le four refroidit à 150 degrés Celsius, retirez le creuset et placez-le dans un dessicateur pour refroidir. Pesez-le ensuite.Ajouter environ 30 milligrammes de lignine dans un tube de verre borosilicate. Ajoutez ensuite un millilitre de 72% sulfurique à l’échantillon et placez-le dans un bain à 30 degrés Celsius pendant 60 minutes. Retirez l’échantillon et transférez-le dans une bouteille en verre de 100 millilitres.Ajoutez ensuite 28 millilitres d’eau distillée pour diluer l’acide à une concentration de 4%Mettez la bouteille en verre dans un autoclave à 121 degrés Celsius pendant 60 minutes. Retirez ensuite la bouteille de l’autoclave et laissez-la refroidir. Pour analyser la lignine insoluble dans l’acide, filtrer l’hydrolysat à l’aide d’un creuset sous vide et recueillir les solides restants dans la bouteille en verre avec de l’eau désionisée.Sécher le creuset contenant les solides en le plaçant dans un four à 105 degrés Celsius pendant 16 heures. Ensuite, refroidissez-le dans un dessicateur et pesez l’échantillon. Placez le creuset dans un four à moufle à 550 degrés Celsius pendant quatre heures.Peser l’échantillon après l’avoir séché dans un dessicateur. Pour l’analyse de la lignine soluble dans l’acide, mesurer l’absorbance du filtrat d’hydrolysat avec un spectrophotomètre à 205 nanomètres à l’aide de cuvettes de quartz. Pour analyser la fonction chimique de la lignine extraite, traiter le canal unique de fond sans échantillon.Ajustez ensuite les paramètres et placez un milligramme de l’échantillon sur le cristal. Appuyez sur l’échantillon monocanal et traitez les spectres obtenus. Pour déterminer le poids moléculaire de la lignine extraite, dissoudre trois milligrammes de l’échantillon de lignine dans trois millilitres de DMF avec 0,5% de chlorure de lithium.Mettez la lignine dissoute dans un flacon et installez la colonne suivie d’une colonne de garde. Injecter l’échantillon dans un système ultraviolet de chromatographie liquide haute performance. Après avoir analysé les données, calculer le poids moléculaire de la lignine extraite comme décrit dans le manuscrit de texte.Peser un échantillon de 50 milligrammes de lignine dans un tube de verre borosilicate et ajouter trois millilitres d’un acide sulfurique molaire. Puis chauffer le mélange pendant trois heures à 100 degrés Celsius et le refroidir. Ajouter un millilitre d’hydroxyde d’ammonium 15 molaires et vérifier le pH pour s’assurer qu’il est neutre ou alcalin.Ajouter un millilitre de 2-désoxyglucose à chaque échantillon à titre d’étalon interne. Ajouter ensuite 400 microlitres de cette solution dans des tubes spéciaux contenant 400 microlitres de solution mélangée. Ajouter deux millilitres de solution de borohydrure de sodium diméthylsulfoxyde.Fermez les tubes et incuber pendant 90 minutes à 40 degrés Celsius dans un bain-marie. Retirer les tubes du bain-marie et ajouter 0,6 millilitres d’acide acétique glacial, 0,4 millilitres de 1-méthylimidazole et environ quatre millilitres d’anhydride acétique. Après 15 minutes, ajouter 10 millilitres d’eau distillée. refroidir.Et ajoutez environ trois millilitres de dichlorométhane. Après deux heures, prélever environ un millilitre de la phase organique inférieure et l’injecter dans un chromatographe en phase gazeuse équipé d’une colonne capillaire de détecteur à ionisation de flamme. Le rendement en lignine obtenu avec une solution eutectique profonde d’un acide oxalique était inférieur aux rendements obtenus avec une solution eutectique profonde de deux acides lactiques et une solution eutectique profonde d’une urée.La pureté de la lignine a dépassé 70% pour les trois prétraitements des biomasses, à l’exception de la solution eutectique profonde trois prétraitement de l’urée des feuilles alpha, Aegagropila, et les coquilles d’amande, qui a donné une pureté de lignine de 65%La pureté la plus élevée de la lignine a dépassé 90%Il a été obtenu avec la solution eutectique profonde un traitement. Les données sur la pureté et le rendement de la lignine ont été soumises à l’analyse des composantes principales, qui a montré que la solution eutectique profonde d’un traitement était positivement corrélée avec la pureté de la lignine et a confirmé qu’il s’agissait de la lignine la plus pure avec le rendement le plus faible. La teneur en sucre de la lignine extraite à l’aide de la solution eutectique profonde trois était la plus élevée et suivie de celle obtenue à partir des solutions deux et un.De même, la teneur en azote d’une solution eutectique profonde d’un extrait de lignine était inférieure à celle obtenue à partir des solutions deux et trois. Le type de sucres dans la lignine extraite a également été caractérisé, représentant le D-xylose et le D-glucose comme les monosaccharides les plus abondants. Les groupes fonctionnels chimiques présents dans les lignanes extraits ont été étudiés par spectroscopie FTIR.Les spectres infrarouges des différents lignanes entre 3 500 et 800 centimètres réciproques sont présentés ici. Les spectres de lignine extraits avec les solutions eutectiques profondes un et deux montrent les vibrations d’étirement des groupes carbonyle non conjugués et conjugués, qui étaient absents dans les trois lignanes commerciaux : lignanes bruts, de soude traités, et extraits alcalins. Le signal d’acide carboxylique, C double liaison O, indique la possibilité de la conjugaison de certaines fonctions de lignine avec des acides lors de son extraction et de sa solubilisation avec le traitement au solvant eutectique profond assisté par micro-ondes.Ces résultats démontrent la possibilité d’extraire de la lignine à valeur ajoutée de haute pureté des biomasses méditerranéennes, qui est actuellement sous-évaluée et peut aider à déterminer le solvant eutectique profond optimal tout en assurant la pureté de la lignine.

ultrafast-lignin-extraction-from-unusual-mediterranean

Research

Recherche

JoVE Journal

Chemistry

Chimie

La biomasse végétale est une grande neutralité carbone ressource renouvelable qui pourraient être utilisés pour la production de biocarburants. La biomasse végétale est principalement constitué de parois cellulaires, un matériau composite de structure complexe appelée lignocellulosiques. Nous décrivons ici un protocole pour une analyse complète du contenu et de la composition de la lignine polyphénolique.

Partie analyse complète de la composition des parois des cellules végétales (biomasse lignocellulosique) I: La lignine

Une méthode basée sur la microscopie confocale Raman est présenté qui offre sans étiquette de visualisation de la lignine dans les parois des cellules végétales et la comparaison de la lignification dans les différents tissus, d'échantillons ou d'espèces.

Sans étiquette In situ</emImagerie> de lignification dans les parois des cellules végétales

Un double interférence ARN brin (dsRNAi) technique est employée pour réguler à la baisse la coenzyme maïs cinnamoyl A réductase (ZmCCR1) gène à faible teneur en lignine des plantes. La lignine régulation à la baisse à partir de la paroi cellulaire est visualisée par des analyses microscopiques et quantifiée par la méthode Klason. Changements dans la composition de l'hémicellulose et la cellulose cristalline sont analysés.

Lignine régulation à la baisse de<em&gt; Zea mays</em&gt; Via dsRNAi et Klason lignine analyse

Les déchets industriels peuvent être collectés et modifiés pour analyser la croissance microbienne. Les techniques d’extraction de la lignocellulose fournissent des composants permettant d’analyser la capacité spécifique de biodégradation. La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse permet d’identifier les produits de fermentation des microorganismes cultivés sur les déchets de mise en pâte. Ces méthodes déterminent la capacité métabolique des micro-organismes à...

Méthodes pour faciliter la croissance microbienne dans les flux de déchets d’une usine de pâtes et papiers et caractérisation du potentiel de biodégradation des microbes d’élevage

La structure de la paroi cellulaire végétale et les traits chimiques sont évalués afin d’identifier les matières premières idéales pour les biocarburants et les biomatériaux. Les méthodes standard ont des limites lorsqu’elles sont appliquées à de grands ensembles de données. Ces méthodes de prétraitement à haut débit, de saccharification enzymatique et de spectrométrie de masse par faisceau moléculaire de pyrolyse permettent de comparer un grand nombre d’échantillons de biomasse avec une...

Haut-débit dépistage des Variations récalcitrant dans la biomasse lignocellulosique: Total lignine, la lignine monomères et enzymatique sucre sortie

Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec des liquides ioniques protiques à faible coût est mis en évidence, ce qui permet d’obtenir une pulpe riche en cellulose délignifiée et une lignine purifiée. La pulpe donne lieu à des rendements élevés en glucose après saccharification enzymatique.

Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût

Nous présentons ici un protocole pour effectuer l’extraction de l’éthanol de la lignine provenant de plusieurs sources de biomasse. L’effet des conditions d’extraction sur le rendement de la lignine et de la teneur en β-O-4 sont présentés. Dépolymérisation sélective est effectuée sur lignines obtenus pour obtenir des produits de haute monomères aromatiques.

Extraction de la lignine à forte teneur en β-O-4 par l’Extraction de l’éthanol doux et son effet sur le rendement de la dépolymérisation

OrganoCat est une méthode de prétraitement et de fractionnement de la lignocellulose dans des conditions douces en lignine, sucres fermentescibles et pulpe de cellulose. Dans un système de solvant biogénique et biphasique composé d’eau et de 2-méthyltétrahydrofurane avec de l’acide 2,5-furancarboxylique comme catalyseur, les produits OrganoCat sont séparés in situ pour une récupération simple du produit.

Fractionnement de la biomasse lignocellulosique à l’aide du procédé OrganoCat

L'objectif de cette recherche était de former des tissus de la paroi cellulaire végétale synthétique utilisant assemblage couche par couche de fibrilles de nanocellulose et lignine isolé assemblé à partir de suspensions aqueuses diluées. les techniques de mesure de surface de microbalance à cristal de quartz et la microscopie à force atomique ont été utilisés pour contrôler la formation du matériau nanocomposite polymère-polymère.

Vers Biomimicking Bois: Films Fabrication libre-debout de nanocellulose, lignine, et un polycation synthétique

Cet article décrit une méthode d'extraction supercritique rapide pour la fabrication d'aérogels de silice. En utilisant un moule clos et presse à chaud hydraulique, les aérogels monolithiques peuvent être effectués en huit heures ou moins.

Préparation de silice aérogel monolithes par une méthode d&#39;extraction rapide supercritique

Découvrez une méthode verte et ultrarapide d'extraction de lignine à haute pureté à partir de biomasse lignocellulosique méditerranéenne en utilisant un solvant eutectique profond assisté par micro-ondes.

Extraction ultrarapide de la lignine à partir de résidus lignocellulosiques méditerranéens inhabituels

Explorer plus de vidéos