Name: שבר ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות תהליך OrganoCat (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-06-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 19 s
Description: חקור שיטת OrganoCat לפרוק שבר ביומסה ליגנוקולוסית לליגנין, סוכרים ותאית בטכנולוגיה ירוקה. שיטה זו מאפשרת הפרדה יעילה ומיחזור ממסים בתנאים מתונים לייצור ביוכימיקלים.

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

עבודה זו בוצעה כחלק מאשכול המצוינות "דלקים מותאמים לביומסה" ו"מרכז מדעי הדלק", הממומנים על ידי יוזמת המצוינות של קרן המחקר הגרמנית לקידום המדע והמחקר באוניברסיטאות הגרמניות, וכן חלק מהמרכז למדע ביו-כלכלה (BioSC), הנתמך בפרויקט AP³ Focus Lab. הפעילות המדעית של המרכז למדעי הביו-כלכלה נתמכה כלכלית על ידי משרד החדשנות, המדע והמחקר במסגרת ה-NRW Strategieprojekt BioSC (מס' 313/323-400-002 13).

הערה: ניתן להשהות את התהליך בכל שלב על ידי השארת הדגימות בטמפרטורת החדר (לכמה ימים) או במקרר (לתקופות ארוכות יותר). עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים אודות החומרים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. חלקיקי עץ אשור
<ol><li>ליצור את גודל החלקיקים הרצוי של עץ אשור(Fagus sp.) באמצעות טחנת חיתוך עם מסננת 10 מ"מ, ולייבש את החלקיקים ב 50 °C (50 °F) למסה קבועה (~ 24 שעות), משאיר תוכן לחות שיורית של ~ 10% מים.</li>
</ol>2. שבר ליגנוקולוסי ובביקור
<ol><li>טיפול מקדים ופירוק ליגנוקולוז<ol>
<li>להשעות 500 מ"ג של עץ אשור(Fagus sp.) חלקיקים ו 78.0 מ"ג (0.5 mmol, 0.1 M) של FDCA ב 5 מ"ל של מים אולטרה-אדמה בטמפרטורת החדר בכור נירוסטה 25 מ"ל בלחץ גבוה. הוסף 5 מ"ל של 2-MTHF וחסם ערבוב להשעיה, ולסגור את הכור. מחממים את הכור ל 160 °C (70 °F) על צלחת חימום במהירות ערבוב של 1500 סל"ד עבור 1 שעה.</li>
		<li>תן לתגובה להתקרר לטמפרטורת החדר במי קרח על פני תקופה של ~ 10 דקות. פתחו את הכור, הוסיפו 52.5 מיקרו-אל של תמיסה NaOH (50 wt% NaOH במים מזוקקים), וערבבו במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר ו-500 סל"ד על צלחת ערבוב.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בידוד של פאזה אורגנית וכימות ליגנין<ol>
<li>צנטריפוגות התערובת (טמפרטורת החדר, 5 דקות, 1880 × גרם). השתמש פיפטה כדי להעביר את השלב האורגני (2-MTHF) לבקבוקון עגול 50 מ"ל.</li>
		<li>לאדות את השלב האורגני מאייד סיבובי (40 °C (40 °C ,200 סל"ד, 180 mbar) עד שבר ליגנין מוצק ויבש מתקבל. קבע את תשואת ליגנין על ידי שקילה עם יתרה אנליטית. יש לאחסן את הליגנין המוצק בטמפרטורת החדר לניתוח נוסף.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הפרדה של עיסת תאית מוצקה ושלב מימי<ol>
<li>סנן את השלב המ מימי באמצעות נייר מסנן תאית (גודל נקבובית 17-30 מיקרומטר) במשפך כדי לבודד את עיסת המועשרת בתאית, ולהעביר את השלב המ מימי ללוויאל 5 מ"ל. לשטוף את עיסת עד pH נייטרלי עם 3 x 25 מ"ל מים, ולאחסן את פתרון הכביסה בנפרד בכף 100 מ"ל. יבש את עיסת ב 80 °C (למסה קבועה ( ~ 24 שעות).</li>
		<li>לקבוע את תפוקת עיסת מיובש על ידי שקילה עם איזון אנליטי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>התאוששות FDCA ובידוד של שלב מימי<ol>
<li>התאימו את רמת ה-pH של השלב המ מימי ואת תמיסת הכביסה משלב 2.3 בנפרד תחת ערבוב מתמיד ל-pH 1 באמצעות HCl מרוכז תוך קירור התמיסה באמבט קרח. שלוט ב- pH באמצעות נייר מחוונים אוניברסלי.</li>
		<li>סנן את המוצק המוצק (FDCA) משני הפתרונות, שלב את השאריות ויבש במהירות של 80 °C למסה קבועה (~24 שעות). להשליך את הכביסות. קבע את תשואת ה- FDCA על-ידי שקילה עם יתרה אנליטית.</li>
		<li>העבר את השלב מימי בקבוקון 25 מ"ל, ולאחסן אותו ב 4 °C (70 °F) לניתוח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הכנה לדוגמה לכימות פורפורלי<ol>
<li>בצע ניסוי נפרד כדי לקבוע את כמות furfural. חזור על שלבים 2.1.1-2.2.1.</li>
		<li>הוסף 40 מ"ג n-decane כסטנדרט פנימי לשבר הממס האורגני שנאסף, ולאחסן לניתוח.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. ניתוח
<ol><li>ניתוח סוכר בשלב מימי על ידי כרומטוגרפיה של החלפת אניון בעלת ביצועים גבוהים עם זיהוי אמפרוסטרי פעמו (HPAEC-PAD)<ol>
<li>לדלל 10 μL של השלב מימי שנאסף בשלב 2.4.3 עם 190 μL של מים מזוקקים. הוסף 10 μL של 2 מ"מ 2-deoxy-D-גלוקוז לדגימה מדוללת.</li>
		<li>בצע את ההפרדה של monosaccharides על עמוד מפריד monosaccharide עם קצב זרימה של 0.5 מ"ל∙min-1, ולהזריק את המדגם לאחר שוויון עם 2 mM NaOH במשך 10 דקות. הפרד את הסוכרים הניטרליים עם 2 מ"מ NaOH מעל 18 דקות. לאחר מכן, להשתמש 550 mM NaOH במשך 10 דקות כדי להפריד את חומצות uronic. לשטוף את העמודה עם 800 mM NaOH במשך 10 דקות. הערה: התוכנה מנרמלת את כמויות המונו-סכרידים לכמות התקן הפנימי וכימתה אותם באמצעות עקומות כיול סטנדרטיות של המונו-סכרידים השונים.</li>
	</ol></li>
	<li>ניתוח ליגנין באמצעות 1H-13C הטרונוקליר יחיד מתאם קוונטי תהודה מגנטית גרעינית (1H-13C-HSQC NMR)<ol>
<li>ממיסים ~50 מ"ג ליגנין ב-0.5 מ"ל של דימתילסולפוקסיד מפורק ([d6]DMSO), ומעבירים את התערובת לצינור NMR. נהל מדידות NMR שלH-13C (זמן מדידה 220 דקות) באמצעות ספקטרומטר של 400 מגה-הרץ.</li>
		<li>קבע את סוגי ההצמדות הקיימות בליגנין באמצעות הספקטרום.<ol>
<li>התייחס להסטה הכימית של הספקטרום לאות DMSO (δ(1H) = 2.500 ppm; δ(13C) = 39.52 ppm).</li>
			<li>בצע תיקון שלב ידני בשני הצירים עד שכל האותות חיוביים ולאחר מכן בצע תיקון בסיסי.</li>
			<li>לשלב את האותות של היחידות הארומטיות ואת ההצמדות של ליגנין; ראה טבלה 1 עבור המשמרות הכימיות.</li>
		</ol>
</li>
		<li>חשב את סכום היחידות הארומטיות (arom.) באמצעות הנוסחה הבאה: Σ(arom.) = (S2,6 / 2) + ((G2 + G5) / 2) + (H2,6 / 2) (1) עם Si להיות אינטגרל על האות המתאים פרוטונים 2 ו 6 סירינגיל, Gi להיות אינטגרל על האותות המתאימים 2 ו 5 פרוטונים guaiacyl, ו Hאני להיות האינטגרל על האות המתאים 2 ו 6 p-hydroxyphenyl פרוטונים.</li>
		<li>חשב את האחוז של כל יחידה באמצעות הנוסחאות הבאות: S = (S2,6/ 2) / Σ(arom.) × 100% (2) G = ((G2 + G5) / 2) / Σ(arom.) × 100% (3) H = (H2,6 / 2) / Σ(arom.) × 100% (4) עם S, G, ו- H להיות האחוזים של מונומרס-סירינגיל בהתאמה- (S), guaiacyl- (G), ו p-הידרוקסיפניל (H)-מונומר יחידות לכל 100 יחידות מונומר.</li>
		<li>חשב את מספר ההצמדות לכל 100 יחידות באמצעות הנוסחאות הבאות: β-O-4 הצמדות = α β -O-4 / Σ(arom.) × 100% (5) הצמדות = (α β-β + β β-β + γ β-β) / Σ(arom.) × 100% (6) הצמדות = (α β-5 + β β-5 + γ β-5) / Σ(arom.) × 100% (7) עם α, β, γ להיות האינטגרל על האות המתאים α, β ו γ פרוטון האותות של β המקביל -O-4, β-β- ו- β-5. הערה: הצמדות ניתנות כהצמדה לכל 100 יחידות מונומר. בשל חפיפה של פסגות, β-O-4 מחושב באמצעות אות הפרוטון α בלבד. β-β והצמדות β-5 מחושבות באמצעות כל האותות של ההצמדה המתאימה.</li>
	</ol></li>
	<li>ניתוח כרומטוגרפיה של חלחלת ג'ל (GPC)<ol>
<li>יש להמיס 10 מ"ג ליגנין מיובש ו-1 מ"ג גלוקוז (כסטנדרט פנימי) ב-1 מ"ל של 0.1 M NaOH ו-0.01 wt% NaN3 תמיסה מימית בכרומטוגרפיה של גז 1.5 מ"ל (GC)-vial. סגור את ג'י-סי-ביון באמצעות מכסה עם מחיצה.</li>
		<li>הזרק 100 μL של המדגם לתוך מערכת כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC) המצוידת בגלאי אולטרה סגול וניטור אורך גל של λ = 280 ננומטר. השתמש במערכת המורכבת ממערכת מזרק מתוכנתת מראש/ללא מפצל עם סיליקה קוטבית (8 מ"מ x 50 מ"מ) ושלוש עמודות ג'ל (8 מ"מ x 300 מ"מ, קוטר חלקיקים: 5 מיקרומטר, רוחב נקבובית נומינלית: 1000 Å) בקצב זרימה של 1 מ"ל דקות-1. הפניה לנתונים המתקבלים לאות של התקן הפנימי (גלוקוז). חשב את התפלגות המסה באמצעות התוכנה, המוזכרת לכיול חיצוני עם פולי (styrene sulfonate) בטווח שבין 266 ל- 65000 Da.</li>
	</ol></li>
	<li>כימות פורפורלי באמצעות GC<ol>
<li>יש להוסיף 20 מ"ג n-דקאן כסטנדרט פנימי לשלב האורגני של טיפול מקדים של OrganoCat. מעבירים מ"ל אחד של השלב האורגני ל-GC-vial בגודל 1.5 מ"ל.</li>
		<li>הזריקו 1 μL של פתרון זה לכרומטוגרפיה גז באמצעות עמוד 30 מ 'עם שלב נייח פוליאוריטן גליקול קוטבי והליום כגז המוביל עם קצב זרימה של 1.5 מ"ל min-1 וגלאי יינון להבה. הגדר את הטמפרטורה הראשונית ל 50 °C (50 °F), ולאחר מכן להעלות על ידי 8 °C דקה-1 עד 250 °C (5 °F) ולשמור על 250 °C (5 °F) במשך 5 דקות.</li>
		<li>לכמת furfural באמצעות אינטגרל (Int) שניתן על ידי התוכנה גורם תיקון מחושב חיצונית (cf).<ol>
<li>הכן מדגם של 1 מ"ג של furfural ו 5 מ"ג של n-decane ב 1 מ"ל של 2-MTHF, ולהזריק אותו לתוך GC באמצעות ההליך הנ"ל. חשב את גורם התיקון באופן הבא: cf = (Int(n-דקאן) / m (n-decane)) / (Int(furfural) / Int(furfural)) (8)</li>
			<li>השתמש בגורם התיקון כדי לחשב את כמות furfural במדגם הלא ידוע עם הנוסחה הבאה: m(furfural) = m(n-decane) / Int(n-דקאן) × cf × Int(furfural) (9)</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>הידרוליזה עיסת מועשר תאית<ol>
<li>בצע הידרוליזה עיסת של שאריות מועשר תאית המתקבלת טיפול מ- OrganoCat בבלוק חימום עם ערבוב (ראה שולחן החומרים) באמצעות בקבוקונים 1.5 מ"ל.</li>
		<li>הוסף 20 מ"ג של עיסת תאית מועשרת ו 10 μL של צלולאז (60 יחידות נייר מסנן (FPU) mL-1 ו 82 יחידות צ'לוביז (CBU) mL-1) ל 1 מ"ל של חוצץ סיטראט (pH = 4.5) ב80 מ"ל, ולנער ב 50 °C עבור 0 שעות, 1 שעות, או 72 שעות. לאחר מכן, לחמם את הדגימות ל 99 °C (50 °F) במשך 10 דקות כדי denature האנזימים.</li>
		<li>קבעו את ריכוז הגלוקוז באמצעות ערכת בדיקת גלוקוז (הקסוקינאז).</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Isikgor, F. H., Becer, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignocellulosic+biomass%3A+a+sustainable+platform+for+the+production+of+bio-based+chemicals+and+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Lignocellulosic biomass: a sustainable platform for the production of bio-based chemicals and polymers.</a> Polymer Chemistry. 6 (25), 4497-4559 (2015).</li>
<li>Azadi, P., Inderwildi, O. R., Farnood, R., King, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+fuels%2C+hydrogen+and+chemicals+from+lignin%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+%26+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Liquid fuels, hydrogen and chemicals from lignin: A critical review.</a> Renewable & Sustainable Energy Reviews. 21, 506-523 (2013).</li>
<li>Aro, T., Fatehi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+and+application+of+lignosulfonates+and+sulfonated+lignin%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Production and application of lignosulfonates and sulfonated lignin.</a> ChemSusChem. 10 (9), 1861-1877 (2017).</li>
<li>Kai, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+lignin-based+functional+materials+in+a+sustainable+world%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Towards lignin-based functional materials in a sustainable world.</a> Green Chemistry. 18 (5), 1175-1200 (2016).</li>
<li>Fang, W., Yang, S., Wang, X. -L., Yuan, T. -Q., Sun, R. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manufacture+and+application+of+lignin-based+carbon+fibers+%28LCFs%29+and+lignin-based+carbon+nanofibers+%28LCNFs%29%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Manufacture and application of lignin-based carbon fibers (LCFs) and lignin-based carbon nanofibers (LCNFs).</a> Green Chemistry. 19 (8), 1794-1827 (2017).</li>
<li>Linger, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin+valorization+through+integrated+biological+funneling+and+chemical+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Lignin valorization through integrated biological funneling and chemical catalysis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (33), 12013-12018 (2014).</li>
<li>Liao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sustainable+wood+biorefinery+for+low-carbon+footprint+chemicals+production%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A sustainable wood biorefinery for low-carbon footprint chemicals production.</a> Science. 367 (6484), 1385-1390 (2020).</li>
<li>Galkin, M. V., Samec, J. S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin+valorization+through+catalytic+lignocellulose+fractionation%3A+a+fundamental+platform+for+the+future+biorefinery%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Lignin valorization through catalytic lignocellulose fractionation: a fundamental platform for the future biorefinery.</a> ChemSusChem. 9 (13), 1544-1558 (2016).</li>
<li>vom Stein, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+biomass+to+feedstock%3A+one-step+fractionation+of+lignocellulose+components+by+the+selective+organic+acid-catalyzed+depolymerization+of+hemicellulose+in+a+biphasic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">From biomass to feedstock: one-step fractionation of lignocellulose components by the selective organic acid-catalyzed depolymerization of hemicellulose in a biphasic system.</a> Green Chemistry. 13 (7), 1772-1777 (2011).</li>
<li>Anastas, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Meeting+the+challenges+to+sustainability+through+green+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Meeting the challenges to sustainability through green chemistry.</a> Green Chemistry. 5 (2), 29-34 (2003).</li>
<li>Weidener, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-step+lignocellulose+fractionation+by+using+2%2C5-furandicarboxylic+acid+as+a+biogenic+and+recyclable+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">One-step lignocellulose fractionation by using 2,5-furandicarboxylic acid as a biogenic and recyclable catalyst.</a> ChemSusChem. 11 (13), 2051-2056 (2018).</li>
<li>vom Stein, T., Grande, P. M., Leitner, W., Domínguez de María, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron-catalyzed+furfural+production+in+biobased+biphasic+systems%3A+from+pure+sugars+to+direct+use+of+crude+xylose+effluents+as+feedstock%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Iron-catalyzed furfural production in biobased biphasic systems: from pure sugars to direct use of crude xylose effluents as feedstock.</a> ChemSusChem. 4 (11), 1592-1594 (2011).</li>
<li>Viell, J., Harwardt, A., Seiler, J., Marquardt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+biomass+fractionation+by+Organosolv-like+processes+economically+viable%3F+A+conceptual+design+study%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Is biomass fractionation by Organosolv-like processes economically viable? A conceptual design study.</a> Bioresource Technology. 150, 89-97 (2013).</li>
<li>Ait Rass, H., Essayem, N., Besson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+aerobic+oxidation+of+5-HMF+into+2%2C5-furandicarboxylic+acid+with+Pt+catalysts+supported+on+TiO2+-+and+ZrO2+-based+supports%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Selective aerobic oxidation of 5-HMF into 2,5-furandicarboxylic acid with Pt catalysts supported on TiO2 - and ZrO2 -based supports.</a> ChemSusChem. 8 (7), 1206-1217 (2015).</li>
<li>Yi, G., Teong, S. P., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Base-free+conversion+of+5-hydroxymethylfurfural+to+2%2C5-furandicarboxylic+acid+over+a+Ru%2FC+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Base-free conversion of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid over a Ru/C catalyst.</a> Green Chemistry. 18 (4), 979-983 (2016).</li>
<li>Ardemani, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid+base+catalysed+5-HMF+oxidation+to+2%2C5-FDCA+over+Au%2Fhydrotalcites%3A+fact+or+fiction%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Solid base catalysed 5-HMF oxidation to 2,5-FDCA over Au/hydrotalcites: fact or fiction.</a> Chemical Science. 6 (8), 4940-4945 (2015).</li>
<li>Domínguez de María, P., Guajardo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocatalytic+valorization+of+furans%3A+opportunities+for+inherently+unstable+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Biocatalytic valorization of furans: opportunities for inherently unstable substrates.</a> ChemSusChem. 10 (21), 4123-4134 (2017).</li>
<li>Grande, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fractionation+of+lignocellulosic+biomass+using+the+OrganoCat+process%5BTitle%5D)+AND+%22Green+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Fractionation of lignocellulosic biomass using the OrganoCat process.</a> Green Chemistry. 17 (6), 3533-3539 (2015).</li>
<li>Holtz, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+development+for+separation+of+lignin+from+OrganoCat+lignocellulose+fractionation+using+antisolvent+precipitation%5BTitle%5D)+AND+%22Separation+and+Purification+Technology%22%5BJournal%5D)">Process development for separation of lignin from OrganoCat lignocellulose fractionation using antisolvent precipitation.</a> Separation and Purification Technology. 236, 116295(2020).</li>
<li>Weidener, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignin+precipitation+and+fractionation+from+OrganoCat+pulping+to+obtain+lignin+with+different+sizes+and+chemical+composition%5BTitle%5D)+AND+%22Molecules%22%5BJournal%5D)">Lignin precipitation and fractionation from OrganoCat pulping to obtain lignin with different sizes and chemical composition.</a> Molecules. 25 (15), 3330(2020).</li>
<li>Weidener, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+analysis+of+lignocellulose+recalcitrance+towards+OrganoCat+pretreatment+and+fractionation%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+for+Biofuels%22%5BJournal%5D)">Multiscale analysis of lignocellulose recalcitrance towards OrganoCat pretreatment and fractionation.</a> Biotechnology for Biofuels. 13 (1), 155(2020).</li>
<li>Weidener, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lignocellulose+fractionation+using+recyclable+phosphoric+acid%3A+lignin%2C+cellulose%2C+and+furfural+production%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Lignocellulose fractionation using recyclable phosphoric acid: lignin, cellulose, and furfural production.</a> ChemSusChem. 14 (3), 909-916 (2020).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

השבר המתואר של ליגנוקולוז מראה החלפה בין יעילות הידרוליזה המיקולוז לבין סלקטיביות כדי למנוע השפלת סוכר לפיורנס, בהתאם לזמן התגובה והטמפרטורה(איור 1). החילוץ ליגנין הושפע באופן דומה מהתנאים הקשים יותר. במיוחד הפחתת β-O-4-הצמדות ושיפור המשקל המולקולרי הממוצע של המסה עקב עיבוי מחדש בטמפרטורה גבוהה יותר וזמן התגובה מדגיש פשרה זו שיש לעשות. הבחירה של זמן התגובה והטמפרטורה הוא אפוא צעד קריטי בתהליך זה של שבר ליגנוקולוז. כמו היעילות של הידרוליזה אנזימטית נראה נקבע בעיקר על ידי delignification בתהליך OrganoCat מזורז FDCA, תנאי העיבוד הקשים ביותר להרשות לעצמם עיסת נגישה ביותר. וריאציות אחרות של התהליך 9,11,18,22, למשל, באמצעותזרזיםשונים, מראות כי כוחו של הזרז ואת ה- pH הסופי בפתרון תגובתי יש את ההשפעה החזקה ביותר על יעילות התהליך. שינויים של ההליך, למשל., preswelling עם חומצה זרחתית, הוכחו יש השפעה מועילה, כמו גם22. בשל מגוון בהרכב, עם זאת, התהליך צריך אופטימיזציה, בהתאם להאכיל שונים21. בהתחשב בביצועי התהליך הכוללים, יש לשקול טיהור במורד השברים המופרדים, ולכן הסלקטיביות ממלאת תפקיד מרכזי. בהשוואה לתהליכים אחרים דמויי organosolv, OrganoCat משתמש במערכת מים biphasic / 2-MTHF, אשר מאפשר את הרכיבים העיקריים בשלושה נחלים פשוטים יחסית, נפרדים. בדרך זו, בהמשך הזרם וכתוצאה מכך עלויות אנרגיה וציוד ניתן להפחית13,18.

השימוש במשאבי מאובנים הביא להתקדמות טכנולוגית רבה כאשר הם מהווים את הבסיס למוצרים רבים החיוניים לחיי היומיום. עם זאת, הגבלת משאבים כגון נפט וגז על פני כדור הארץ והנזקים הסביבתיים הקשורים לניצולם יוצרים צורך דחוף בחלופות. ביומסה ליגנוקולוסית היא מקור מבטיח לכימיקלים מבוססי פחמן, שכן היא מתחדשת, רב-תכליתית וניטרליתלפחמן 1. ליגנוקולוז מורכב בעצם משלושה שברים עיקריים לשימוש: המיקולוז, תאית וליגנין. לעיבוד התעשייתי שלה יש היסטוריה ארוכה. עם זאת, תהליכים מבוססים ונרחבים, כגון תהליכי סולפיט וקראפט מתעשיית הנייר, מתמקדים בעיקר בתאית לניצול בתעשיית העיסה והנייר2. יש צורך בגבורה מלאה של כל שלושת השברים ליגנוקולוסיים כדי להפוך את עיבוד ליגנוקולוז לכימיקלים לרווחי יותר מהיבטים כלכליים וסביבתיים.
באסטרטגיות גבורת ליגנוקולוז רבות, ליגנין הוא תוצר לוואי בלבד שנשרף לעתים קרובות להתאוששות אנרגיה. נכון לעכשיו, רק 1-2% של ליגנין המיוצר בתעשייה משמש לייצור מוצרים ערך מוסף כגון תוספים בטון, פעילי שטח, ונילין3. עם זאת, זהו המקור המתחדש הגדול ביותר של ארומטיקה ולכן יש תכונות מבטיחות ליישום כבסיס לפולימרים4, סיביפחמן 5,ודלק2. האתגרים בגבורה של ליגנין טמונים במבנה ובמגוון המורכבים שלו, בהתאם לחומר המקור ולתנאי החילוץ. יתר על כן, בשל תנאי התהליך שלהם, תהליכי הפירוק ליגנוקולוז הנפוצים ביותר לספק ליגנין גופרתי עם מספר גבוה של חיבורי C-C בין יחידות מונומר. לכן, ליגנין זמין מסחרית מאתגר depolymerize.
מגוון גישות שונות, המתמקדות בניצול הוליסטי של כל שלושת השברים, פותחו לפירוק ליגנוקולוז. רוב התהליכים מסתמכים על הידרוליזה של המיצלולוז, או עם חומצות ובסיסים מדוללים או על ידי ניצול של פרוטוליזה אוטומטית של מים בטמפרטורות גבוהות. כאחת האפשרויות הנחקרות ביותר, תהליכי organosolv להשתמש ממסים אורגניים רותחים נמוכה, בדרך כלל בשילוב עם מים. גרסאות ידועות של תהליך זה כוללות את תהליך Alcell, אשר משתמש 50% אתנול, ואת תהליך Organocell, המשתמש מתנול בשלב הראשון ומוסיף NaOH בשלב השני. תהליכים אורגנוזולב חומצה המשתמשים חומצה פורמית או אצטית מתוארים גם2. בשל ההתמקדות האחרונה בגבורה של ליגנין כמוצר ביו-רפינרי גדול, פותחו גישות חדשות, המשלבות מיצוי ליגנין עם שלבי המרה הבאים או המשולבים כדי להניבתרכובותליגנין קטנות יותר ומוצרים יציבים ויקרים יותר 6,7,8.
תהליך הפירוק של OrganoCat ליגנוקולוז (OrganoCat) מבוסס על מערכת מים דו-פאזית ו-2-מתיל-טרהידרופורן (2-MTHF)9. בנוסף, חומצה אורגנית הניתנת למיחזור משמשת כזרז, אשר הידרוליזות סלקטיביות hemicelluloses בטמפרטורות מתונות. כל כימיקלים תהליך יכול להיות מיוצר באופן זול יחסית biogenic, אשר מוריד את ההשפעה הסביבתית של התהליך בהתאם לעקרונות של כימיה ירוקה10. התהליך מספק שלושה זרמי מוצר נפרדים עם ליגנין בשלב האורגני, סוכרי המיצלולוז דה-פילמורוס בשלב מימי, ועיסה מועשרת תאית כשאריות מוצקות. כמו זרמי המוצר ניתן להפריד בקלות, צעדים במורד הזרם, ביקוש לאנרגיה, ועלויות חומר ניתן להפחית באופן משמעותי לעומת, למשל, גישות מונופאזיות. לליגנין משקל מולקולרי נמוך יחסית ומספר גבוה שלβ- O-4 מקשרים11. סוכרי המיצלולוז המפולימריים יכולים לשמש לתסיסה או המרה לכימיקלים עדינים12. עיסת התאית נגישה מאוד לדפיורליזציה אנזימטית9.
תהליך OrganoCat המקורי משתמש בחומצה אוקסלית כזרז לפירוק ליגנוקלוז. חומצה אוקסלית אז ניתן לשחזר על ידי התגבשות9. עם זאת, זה מגדיל את עלויות התהליך לקירור התגובה ואידוי חלקי של מים. פירוק חלקי של חומצה אוקסלית יפחית את ההכנסות עוד13. מסיבה זו, תהליך OrganoCat שופר על ידי החדרת 2,5-furandicarboxylic חומצה (FDCA) כזרז11. FDCA הוא לא רק חומצי מספיק כדי לזרז את התגובה, אבל יכול גם להיות נגזר גלוקוז באמצעות התייבשות 5-הידרוקסימתילפורפורל ו חמצון לאחר מכן עם זרזים מבוססי מתכת או biocatalysts14,15,16,17. למרות החומציות של FDCA הוא מעט נמוך יותר, יש לו יציבות תרמית גבוהה יותר מאשר חומצה אוקסלית. FDCA יש מסיסות נמוכה במים בטמפרטורת החדר, המאפשרת את ההתאוששות הישירה שלה מן השלב מימי לאחר התגובה.
הרחבה של תהליך OrganoCat פותחה בהצלחה לכור 3 L18. מחקרים נוספים על OrganoCat ליגנין מצאו כי משקעים נגד חדלות פירעון עם n-hexane או n-pentane לאפשר התאוששות ליגנין חסכוני באנרגיה19. זה היה אפשרי לקבל שברי ליגנין עם משקולות מולקולריות שונות20. מאמר זה מציג את שיטת ההכנה המלאה לתהליך הפרדה מדרגי של ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות FDCA כזרז. תהליך זה מניב ליגנין שחולצו, המיצלולוז דהפולימרי, ועיסת תאית בשלושה זרמי מוצר הניתנים להפרדה בקלות.

<table><tbody><tr><td>1200 מערכת HPLC</td><td>Agilent</td><td>n.a.שימשה</td> <td>להחרגת גודל chomatogaphy</td></tr><tr><td>2,5-furandicarboxylic חומצה</td><td>TCI Deutschland GmbH</td><td>F0710</td><td>טוהר:&nbsp; >98.0%(T)(HPLC)</td></tr><tr><td>2-מתיל-טטרה-הידרופוראן</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>6845.4</td><td>SOLVAGREEN&nbsp; &ge; 99%,</td></tr><tr><td>Accellerase 1500</td> טהור במיוחד <td>מסופק על ידי Genencor (60&nbsp; FPU&nbsp; mL-1 ו-82&nbsp; CBU&nbsp; mL-1; 2300 AE ליידן, הולנד)</td> <td>n.a.cellulase</td> <td>לעץ בוק הידרוליזה של עיסת</td></tr><tr><td>עץ בוק (Fagus sp.)</td><td>ספק מקומי</td><td>n.a.BioTek</td><td></td></tr> <tr><td>Power Wave HT UV-Vis ספקטרומטר</td><td>BioTek גרמניה, 74177 באד פרידריכשל, גרמניה</td><td>BT-RPRWI</td><td></td></tr><tr><td>Bruker AS400 (400&nbsp; MHz) ספקטרומטר</td><td>Bruker, Billerica, MA 01821, ארה"ב</td><td>ניתוח n.a.HSQC-NMR</td><td></td></tr> <tr><td>עמודת CarboPac PA20</td><td>עמודת מפריד חד-סוכר Dionex 302747 לצנטריפוגה כרומטוגרפיה להחלפת אניונים בעלת ביצועים גבוהים</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5430 R</td><td>Eppendorf</td><td>5428000610</td><td></td></tr><tr><td>Focus GC</td><td>Thermo Fischer</td><td>n.a.gas</td> <td>chromatograph</td></tr><tr><td>בדיקת גלוקוז (hexokinase) ערכת</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>GAHK20-1KT</td><td></td></tr><tr><td>GPC- קדם עמודה PSS PolarSil ב- DMAc</td><td>PSS פולימר Strandards Service GmbH</td><td>PSA080505</td><td>עמוד מקדים עם סיליקה קוטבית (8 x 50 מ"מ)</td></tr> <tr><td>עמוד HP-INNOwax 30 מ '</td><td>Agilent J & W</td><td>19091N-213IE</td><td>עמוד GC עם פאזה נייחת פוליאתילן גליקול קוטבית</td></tr><tr><td>PSS</td><td>MCX PSS Polymer Strandards Service GmbH</td><td>&nbsp; MCA0830051E3</td><td>עמודי ג'ל (8 x 300 מ"מ, קוטר חלקיקים: 5 ומיקרו; M, רוחב נקבוביות נומינלי: 1000 &Aring;</td></tr><tr><td>ThermoMixer</td><td>Eppendorf</td><td>n.a.ערבוב</td> <td>וחימום בלוק</td></tr><tr><td>פלדה טיניקלבה Typ 3 / 25 מ"ל</td><td>B&uuml; צ'י</td><td>49,33,45,10,000</td><td>100 בר, 200 &deg; ג</td></tr></tbody></table>

שבר ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות תהליך organocat

Fractionation of Lignocellulosic Biomass using the OrganoCat Process

המעבר ממשק מבוסס נפט לכלכלה בת קיימא וביו יותר מחייב פיתוח של מושגי זיקוק חדשים כדי לשמור על אספקת חומרי גלם ואנרגיה. עבור מושגים חדשניים ובר קיימא אלה biorefinery, חשוב להשתמש זרזים וממסים התואמים את העקרונות של כימיה ירוקה. לכן, יישום של חלופות ביוגניות יכול להיות פתרון מבטיח. תהליך הטיפול והשבר של ליגנוקולוז המוצג כאן-OrganoCat הוא שבר משולב של ליגנוקלוז למרכיביו העיקריים באמצעות חומצות ביוגניות כגון 2,5-furandicarboxylic חומצה כזרז. Hemicelluloses ופוליסכרידים שאינם תאית אחרים הם depolymerized באופן סלקטיבי על ידי חומצה מדוללת מומס, בעוד תאית גבישית נשאר בעיסת מוצק. בנוכחות שלב אורגני שני המורכב מ- 2-מתיל-טרהידרופורן ביוגני, ליגנין מנותק מופק במקום. התהליך מאפשר פירוק יעיל של שלושת הרכיבים העיקריים-ליגנין, תאית וסוכרים שאינם צלולוזיים. זה עוזר להתמקד באיכות של ליגנין, שיפור הידרוליזה אנזימטית של עיסת מועשר תאית, ואת מיצוי סוכר לא צלולוזי מתון עם השפלה נמוכה.

קבוצה טיפוסית של תנאים עבור טיפול מקדים לינוקולוז ותהליך הפירוק OrganoCat (OrganoCat) משתמש 0.1 M FDCA כזרז, טעינת ביומסה של 100 גרם L-1 (עץ אשור, לעומת השלב מימי), 1 שעה של זמן תגובה ו 160 °C (160 °F) כמו טמפרטורת התגובה. הרכב עץ אשור פורסם במקום אחר21 (~ 48% תאית, 27% hemicellulose, 26% ליגנין). איור 1 מראה את ההמיקולוז המופק באמצעות מערכת תנאים זו, כמו גם זמן תגובה ארוך יותר (3 שעות) וטמפרטורה נמוכה יותר (140 °C (50 °F).
באמצעות תנאים קשים יותר, למשל., טמפרטורה גבוהה יותר וזמן תגובה ארוך יותר, עלול להוביל תשואות מיצוי גבוהות יותר, אבל גם מוביל השפלה רבה יותר של המוצרים-furfural הוא תוצר השפלה של קסילוז, בעוד 5-(hydroxymethyl)furfural (5-HMF) הוא תוצר השפלה המקביל של גלוקוז. כמות גבוהה יותר של furfural צוין במוצרים (מופץ בין השלבים מימיים ואורגניים) עם זמן תגובה של 3 שעות ב 160 °C (50 °F). כמו מוצרי השפלת הסוכר הם תגובתי מאוד נוטים ליצור humins-אוליגומרים של furans וסוכרים - זמן התגובה הקצר בטמפרטורה גבוהה יותר עשוי להיחשב פשרה טובה בין יעילות מיצוי גבוהה השפלת סוכר נמוכה.
כמות ליגנין שחולץ קשורה ישירות לטמפרטורת התגובה וזמן גם כן. איור 2 מציג את כמות הליגנין שחולצה, את תכולת ההצמדהβ-O-4ואת המסות הטוחנות הממוצעות של הליגנינים שחולצו. בעוד תשואת ליגנין שחולצה עולה עם זמן תגובה ארוך יותר, מספר β שלמים-O-4-הצמדות פוחת בכמחצית בעת תגובה במשך 3 שעות במקום 1 שעה. הורדת טמפרטורת התגובה מ 160 °C (50 °F) ל 140 °C (50 °F) יש השפעה נמוכה בהרבה על ליגנין, וכתוצאה מכך תשואה מעט פחותה, מסה הטוחנת הממוצעת מסה קטנה יותר, β גבוה יותר -O-4-תוכן.
מאחר שהידרוליזה אנזימטית של תאית (lingo-)היא אינדיקטור נפוץ ליעילות הבעה, קוקטייל תאית מסחרי הוחל על פעימות האורגנוקט השונות הנובעות מקבוצות מצב התגובה של OrganoCat שהוזכרו לעיל(איור 3). מכיוון שהצלולאז אינו ממוטב למצעים, ההמרה הכוללת של תאית אינה דומה לביצועים החדישים ביותר; עם זאת, זה מאפשר את ההשוואה של pulps שונים זה לזה. זמן התגובה הארוך יותר מציג השפעה משמעותית על זמן התגובה הראשוני ועל תפוקת הגלוקוז לאחר 72 שעות, שיפור של גורם של ~ 2.5. הורדת הטמפרטורה מראה השפעה קטנה בהרבה, מה שמרמז על כך שהגורם העיקרי הגורם להבדלים בעיכול אנזימטי בתוך טיפול זה הוא מידת ההעמקה.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61933/61933fig1v2.png"> איור 1: מיצוי סוכר וייצור פורפורלי בתהליך OrganoCat עם 0.1 M 2,5-furandicarboxylic חומצה כזרז ו 100 גרם L-1 עץ אשור (בהשוואה לשלב מימי) בטמפרטורות תגובה שונות וזמנים כפי שצוין על ציר x11. כל הניסויים בוצעו במשולש. הממוצע מוצג עם סטיית התקן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61933/61933fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61933/61933fig2v2.png"> איור 2: כמות וניתוח של ליגנין שחולצו על ידי תהליך OrganoCat עם 0.1 M 2,5-furandicarboxylic חומצה כזרז ו 100 גרם L-1 עץ אשור (בהשוואה לשלב מימי) בטמפרטורות תגובה שונות וזמנים כפי שצוין על ציר x11. תשואות ליגנין חושבו במשולש. הממוצע מוצג עם סטיית התקן. המסה המולקולרית וההצמדות נגזרו מניסויים יחידים מייצגים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61933/61933fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61933/61933fig3v2.png"> איור 3: הידרוליזה אנזימטית של פעימות. גלוקוז מניב לאחר 72 שעות (ברים כחולים) ושיעורי תגובה בתוך השעה הראשונה (סורגים אפורים) מההידרוליזה של עץ אשור לא מטופל וחבטות מועשרות תאית המתקבלים מ- OrganoCat עם 0.1 M 2,5-furandicarboxylic חומצה כזרז ועץ אשור 1 L-1 (בהשוואה לשלב מימי) בטמפרטורות תגובה שונות ובזמנים כפי שצוין על ציר ה- x. צלולאז הוחל על המצעים השונים ב 50 °C (50 °F) עד 72 שעות במאגר חרטה (pH 4.5)11. כל הניסויים בוצעו במשולש. הממוצע מוצג עם סטיית התקן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61933/61933fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>יחידה</td>
			<td>δ משמרת(1שעות)(13C)</td>
			<td>הצמדה</td>
			<td>δ משמרת(1שעות)(13C)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>[ppm]</td>
			<td></td>
			<td>[ppm]</td>
		</tr>
<tr>
<td>S2,6
</td>
			<td>(6.95–6.46) (106.8–101.9)</td>
			<td>α β-או-4</td>
			<td>(5.08–4.69) (75.8–69.9)</td>
		</tr>
<tr>
<td>ז'2
</td>
			<td>(7.12–6.72) (113.4–108.7)</td>
			<td>α β-β</td>
			<td>(4.72–4.58) (87.46–84.0)</td>
		</tr>
<tr>
<td>ז'5
</td>
			<td>(7.04–6.51) (117.8–113.4)</td>
			<td>β β-β</td>
			<td>(3.35–3.11) (62.0–57.9)</td>
		</tr>
<tr>
<td>ח2,6
</td>
			<td>(7.01–6.8) (129.1–123.2)</td>
			<td>γ β-β 1</td>
			<td>(4.26–4.09) (73.0–70.0)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td>γ β-β 2</td>
			<td>(3.87–3.71) (73.0–70.0)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td>α β-5</td>
			<td>(5.51–5.41) (88.8–86.6)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td>β β-5</td>
			<td>(3.52–3.42) (54.0–52.1)</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td>γ β-5</td>
			<td>(3.80–3.67) (64.1–62.1)</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: שינויים כימיים שנקבעו על ידי 1H-13C הטרונוקליר יחיד מתאם תהודה מגנטית גרעינית (1H-13C-HSQC NMR) עבור חיבורים שונים בליגנין. קיצורים: S = יחידת סירינגיל, G = יחידת גואיאציל, H = p-הידרוקסיפניל.

OrganoCat היא שיטה לטיפול מראש ופירוק של ליגנוקולוז בתנאים קלים לתוך ליגנין, סוכרים מותססים, עיסת תאית. במערכת ממס ביוגנית, דו-פאזית של מים ו-2-מתיל-טרהידרופורן עם 2,5-furancarboxylic חומצה כזרז, מוצרי OrganoCat מופרדים במקום להתאוששות מוצר פשוטה.

שבר ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות תהליך OrganoCat

The shift from a petroleum-based to a more sustainable and bio-based economy requires the development of new refinery concepts to maintain the supply of ...

שבר תאית ליגנין באמצעות טכנולוגיית OrganoCat, מאפשר הפרדה פשוטה של ליגנין, תאית וסוכרים מותססים באמצעות מערכת תגובת סיר אחת שני פאזית. בשל תנאי תגובה מתונים, ניתן להשיג איכות מוצר גבוהה. התהליך שלנו מאפשר הפרדת מוצר פשוטה וזרז ומחזור ממס.זה גם 100% biogenic כך הכימיקלים המשמשים בתהליך יכול להיות מפוברק באותו ביו-זיקוק כפי שהם מוחלים. ליגנין ידועה בפוטנציאל הגבוה שלה, אבל הגבורה שלה היא עדיין מאבק. עבור תנאי החילוץ שלנו קרדית, אנו מספקים ליגננים עקביים ויקרים יותר.ההפרדה של שבר תאית ליגנאס יכול להיות מאתגר בהתאם ביומסה בשימוש. צנטריפוגה גבוהה יותר עבורנו או הוספת מלח לתערובת יכול להפוך את תהליך ההפרדה קל יותר. התחל על ידי השעיית 500 מיליגרם של חלקיקי ביצ'ווד ו 78 מיליגרם של FDCA בחמישה מיליליטר של מים אולטרה-טחונים בטמפרטורת החדר בכור בלחץ גבוה מפלדת אל-חלד.לאחר מכן, להוסיף חמישה מיליליטר של שני MTHF וחסם ערבוב זה לחמם את הכור על צלחת חימום ל 160 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת עם ערבוב ב 1500 מהפכות לדקה. בסוף הדגירה, תן לתגובה להתקרר לטמפרטורת החדר ואמבט מי קרח במשך 10 דקות, ולאחר מכן להוסיף 52.5 microliters של נתרן הידרוקסיד ומניחים את התגובה על צלחת ערבוב ב 500 מהפכות לדקה במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר. כדי לבודד את השלב האורגני מתערובת התגובה, צנטריפוגה התגובה במשך חמש דקות ב 1880 פעמים G בטמפרטורת החדר ולהשתמש פיפטה להעביר את השלב האורגני המופרד לבקבוקון התחתון עגול 50 מיליליטר לאדות את הפתרון באידוי סיבובי ב 180 מיליברים, 40 מעלות צלזיוס ו 200 סיבובים לדקה עד שבר ליגנין יבש מוצק מתקבל, ואז לקבוע את תפוקת ליגנין ולאחסן את ליגנין מוצק בטמפרטורת החדר עד ניתוח נוסף.כדי לבודד את עיסת התאית המועשרת, לסנן את השלב מימי דרך נייר מסנן תאית בגודל נקבובית 1730 מיקרון לתוך שפל חמישה מיליליטר לשטוף את שאריות עיסת שנאסף שלוש פעמים עם 25 מיליליטר של מים לכל לשטוף עד pH הוא נייטרלי. שמור את פתרון הכביסה בכוס 100 מיליליטר ולייבש את עיסת ב 80 מעלות צלזיוס עד שאין אובדן נוסף ומסה לפני קביעת התשואה על איזון אנליטי. כדי לאסוף את ה- FDCA משלב מימי ופתרונות הכביסה, השתמש בחומצה הידרוכלורית מרוכזת תחת ערבוב מתמיד באמבט קרח כדי להתאים את ה- pH של כל פתרון לאחד.סנן את ה- FDCA המוצק המוצק משני הפתרונות ושלב את השאריות. יבש את המוצר למסה קבועה ב 80 מעלות צלזיוס במשך כ 24 שעות. כדי לקבוע את התשואה על יתרה, ואז להעביר את השלב מימי לבקבוק 25 מיליליטר עבור אחסון ארבע מעלות צלזיוס עד ניתוח נוסף.בניתוח מייצג זה, ההשפעות של זמן התגובה והטמפרטורה על התשואה של hemicellulose הידרוליזאט נחקרו השימוש בתנאים קשים יותר, כגון טמפרטורות גבוהות יותר זמני תגובה ארוכים יותר הובילו תשואות מיצוי גבוהות יותר, אבל גם עורר השפלה רבה יותר של המוצר. באופן דומה, כמות ליגנין שחולץ הייתה קשורה ישירות לטמפרטורת התגובה וזמן בעוד תשואת ליגנין שחולצה גדלה עם זמני תגובה ארוכים יותר, מספר חיבורי O-4 שלמים פחת. הורדת טמפרטורת התגובה, הראתה השפעה דומה על ליגנין כהפחתת זמן התגובה, וכתוצאה מכך תשואה מעט נמוכה יותר, מסת מולר ממוצעת מסה קטנה יותר, ותוכן O-4 מעט נמוך יותר.לאחר הידרוליזה אנזימטית, זמני תגובה ארוכים יותר השפיעו באופן משמעותי על זמן התגובה הראשוני ועל תפוקת הגלוקוז. זכור לנטרל את תערובת התגובה לפני הפרדת השלבים כדי להבטיח את הזרז נשאר בעיקר בשלב מימי, כמות alfa לטחון על ידי התייבשות תאית ניתן למדוד ישירות בשלב האורגני. וכך ניתן לכמת את כמות המיקולוז שהוסבה לפלטפורמה כימית זו.מערכת התגובה שלנו יכולה לייצר ליגנין מותאם אישית. תאית נגישה וסוכרים מותססים. זה עלול לעורר גבורה הוליסטית ובת קיימא יותר של ביומסה צמחית.

fractionation-of-lignocellulosic-biomass-using-the-organocat-process

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

שיטה פשוטה, מהירה לקביעת פוטנציאל saccharification של מספר גדול של דגימות ביומסה הצמח מתואר. הפלטפורמה אוטומטיים לניתוח זה כרוך בהכנה של ביומסה הצמח לניתוח ב 96 צלחות היטב את הביצועים הבאים של הידרוליזה המקדים, וכימות של סוכרים שוחרר.

תפוקה גבוהה Saccharification Assay חומרים Lignocellulosic

מטרתו של מחקר זה הייתה כדי ליצור דופן תא רקמות צמח סינטטי באמצעות הרכבה של סיבי nanocellulose ושכבה אחר שכבת ליגנין המבודד מורכב מתרחיפים מימיים לדלל. טכניקות מדידת פני השטח של microbalance גביש קוורץ ומיקרוסקופ כוח אטומי שימשו כדי לפקח על היווצרותו של חומר nanocomposite פולימר פולימר.

לקראת Biomimicking עץ: סרטים מפוברק חופשי עומדים בNanocellulose, ליגנין, וPolycation סינטטי

ניתן לאסוף פסולת תעשייתית ולשנות אותה כדי לנתח צמיחה מיקרוביאלית. טכניקות מיצוי ליגנוצלולוז מספקות רכיבים לניתוח יכולת פירוק ביולוגית ספציפית. כרומטוגרפיית גז-ספקטרומטריית מסה מזהה תוצרי תסיסה של מיקרואורגניזמים הגדלים על פסולת עיסת. שיטות אלה קובעות את היכולת המטבולית של מיקרואורגניזמים לפרק פסולת עיסה.

שיטות להקלה על גידול חיידקים בזרמי פסולת של טחנות עיסת ואפיון פוטנציאל הפירוק הביולוגי של חיידקים מתורבתים

מבנה דופן התא של הצמח ותכונות הכימיה מוערכים כדי לזהות חומרי גלם אידיאליים לדלקים ביולוגיים וביו-חומרים. לשיטות סטנדרטיות יש מגבלות כאשר הן מיושמות על ערכות נתונים גדולות. שיטות טיפול מקדים בתפוקה גבוהה, סכריזציה של אנזימים וספקטרומטריית מסה של קרן פירוליזה-מולקולרית משוות מספר רב של דגימות ביומסה עם ירידה בזמן הניסוי ובעלות.

הקרנת תפוקה גבוהה של וריאציות סרבנות בlignocellulosic יומסה: סה&quot;כ ליגנין, מונומרים ליגנין, ואנזימתי שחרור סוכר

מוצג הטיפול המקדים בביומסה ליגנוצלולוזית בנוזלים יוניים פרוטיים בעלות נמוכה, וכתוצאה מכך עיסה עשירה בתאית דליגנית וליגנין מטוהר. העיסה מולידה תשואות גלוקוז גבוהות לאחר סכריזציה אנזימטית.

המקדים של ביומסה Lignocellulosic עם נוזלים יוניים בעלות נמוכה

אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של C5 סוכרים (xylose, אראבינוז) מ מתחדשת שאינם מיועדים לאכילה lignocellulosic ביומסה (קרי, יוטה) עם הנוכחות של Brønsted נוזלים יוניים חומצי (ביצים) כזרז במים. הזרז ביילס הציג כדאי קטליטי ביצועים יותר קונבנציונליים המינרל זרזים חומצה (H2אז4 ו- HCl).

שיטה לניתוח Pentosan נוכח יוטה ביומסה והמרה שלה לתוך מונומרים סוכר באמצעות נוזל חומצי יוניים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבצע הפקת אתנול ליגנין ממספר מקורות ביומסה. השפעת התנאים החילוץ על התשואה ליגנין ותוכן β-O-4 מוצגים. Depolymerization סלקטיבית מבוצעת על lignins שהושג להשיג מוצרים גבוהה מונומר ארומטי.

מיצוי של ליגנין עם תכולה גבוהה של β-O-4 על-ידי הפקת אתנול מתון והשפעתו על התשואה Depolymerization

פרוטוקול עבור דלדול הפליטה מקודמן ביומסה באיכות נמוכה על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי טיפול בקרנון מוצג. פרוטוקול זה כולל את הפרמטרים של המיקרוגל ואת הניתוח של מוצר ביו-פחם והדפסת מים.

הפחתת הדלק של ווילו ווד על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי פחמון

טיפול מקדים מבוסס אוטקטי עמוק בסיוע מיקרוגל הוא תהליך ירוק, מהיר ויעיל לשברים ליגנוקלוסיים והתאוששות ליגנין בטוהר גבוה.

מיצוי ליגנין מהיר במיוחד משאריות ליגנוקלולוסיות ים תיכוניות יוצאות דופן

פותח תהליך אקסטרוזיה רב-תכליתי של שני ברגים כדי לספק טיפול תרמו-מכני-כימי יעיל בביומסה ליגנוקלולוסית, מה שמוביל ליחס גובה-רוחב ממוצע של סיבים. קלסר טבעי ניתן גם להוסיף ברציפות לאחר זיקוק סיבים, המוביל סיבים מבוססי ביו עם תכונות מכניות משופרות לאחר לחיצה חמה של החומר המובלט המתקבל.

תהליך שחול טווין בורג לייצור סיבים מתחדשים

חקור שיטת OrganoCat לפרוק שבר ביומסה ליגנוקולוסית לליגנין, סוכרים ותאית בטכנולוגיה ירוקה. שיטה זו מאפשרת הפרדה יעילה ומיחזור ממסים בתנאים מתונים לייצור ביוכימיקלים.

שבר ביומסה ליגנוקולוסית באמצעות תהליך OrganoCat

גלה סרטונים נוספים