Name: מיצוי ליגנין מהיר במיוחד משאריות ליגנוקלולוסיות ים תיכוניות יוצאות דופן (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
Description: למד שיטה ירוקה ומהירה למיצוי ליגנין בטוהר גבוה מביומסה ליגנוצלולוזית באמצעות מיקרוגל וממס יוטקטי עמוק. הפרוטוקול מאפשר הפרדה ומיצוי בשלב אחד ללא כיוון pH.

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

ח"כ ושחפת מודים להית'ם אייב על ניתוחים סטטיסטיים והכנת דמות, אזור וואלון (פיתוח אזורי אירופי-VERDIR) ושר ההשכלה הגבוהה והמחקר המדעי (טאופיק בטייב) על המימון.

<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>

המחברים מדווחים שאין ניגוד עניינים.

למחקר זה היו מטרות רבות; הראשון שבהם היה להכין ולהשתמש ממיסים ירוקים בעלות נמוכה עם המאפיינים של נוזלים יוניים וממסים אורגניים. המטרה השנייה הייתה לשבר את הביומסה ולחלץ ליגנין בצעד אחד, ללא צורך בצעדים ראשוניים כגון מיצוי של כלי חילוץ באמצעות Soxhlet או hemicellulose באמצעות ממיסים אלקליין, בסיסי, או טכניקות תרמופיסיות. המטרה השלישית הייתה לשחזר ליגנין על ידי סינון פשוט לאחר הטיפול, ללא התאמה של pH, אבל פשוט על ידי הוספת מים מזוקקים. התוצאות של החילוץ האולטרה מהיר של ליגנין משישה מקורות שונים באמצעות תהליך בסיוע מיקרוגל,...

תהליכי ביורפינריה בני קיימא משלבים עיבוד ביומסה, השבר למולקולות מעניינות והמרתם למוצרים בעלי ערך מוסף1. בדור השני של הביו-זיקוק, טיפול מקדים נחשב חיוני לשבר ביומסה למרכיביו העיקריים2. שיטות מסורתיות לטיפול מקדים תוך שימוש באסטרטגיות כימיות, פיזיות או ביולוגיות יושמו באופן נרחב3. עם זאת, טיפול מקדים כזה נחשב הצעד היקר ביותר ב biorefining ויש לו חסרונות אחרים כגון זמן עיבוד ארוך, חום גבוה וצריכת חשמל, וזיהומים ממס4. לאחרונה, DESS, אשר המאפיינים דומים לאלה של נוזלים יוניים3, הופיעו כמו ממיסים ירוקים בשל יתרונות כגון מתכלה, ידידותיות לסביבה, קלות סינתזה, והתאוששות לאחר טיפול5.
DESs הם תערובות של HBD אחד לפחות, כגון חומצה לקטית, חומצה מאלית, או חומצה אוקסלית, ומקבל קשר מימן (HBA) כגון בטאין או כולין כלוריד (ChCl)6. אינטראקציות HBA-HBD מאפשרות מנגנון קטליטי המאפשר מחשוף של קשרים כימיים, דבר הגורם לשבר ביומסה והפרדת ליגנין. חוקרים רבים דיווחו על טיפול מראש מבוסס DES של feedstocks ליגנוקלוסי כגון ChCl-גליצרול על קלח תירס stover7,8, ChCl-אוריאה, וחומצה ChCl-אוקסלית על קש חיטה9, חומצה ChCl-לקטית על נסורת אקליפטוס 10, וחומצה ChCl-אצטית11 ו ChCl-אתילן גליקול עלעץ 11. כדי לשפר את יעילות DES, יש לשלב את הטיפול המקדים עם טיפול במיקרוגל כדי להאיץ את שבר ביומסה5. חוקרים רבים דיווחו על טיפול מקדים משולב כזה (DES ומיקרוגל) שלעץ 8 ושל stover תירס, switchgrass, ו Miscanthus 5 , אשר מספקתובנהחדשה לתוך היכולת של DESS עבור שבר ליגנוקלוסי מיצוי ליגנין בצעד קל אחד על פני תקופה קצרה.
ליגנין הוא מקרומולקולה פנולית המוערכת כחומר גלם לייצור ביופולימרים ומציגה חלופה לייצור כימיקלים כגון מונומרים ארומטיים ואוליגומרים12. בנוסף, ליגנין יש נוגד חמצון ופעילויות ספיגה אולטרה סגול13. מספר מחקרים דיווחו על יישומי ליגנין במוצרי קוסמטיקה14,15. שילובה במוצרי קרם הגנה מסחריים שיפר את גורם ההגנה מפני השמש (SPF) של המוצר מ- SPF 15 ל- SPF 30 עם תוספת של 2 wt % ליגנין בלבד ועד SPF 50 בתוספת של 10 wt % ליגנין16. מאמר זה מתאר גישה אולטרה-מהיר עבור מחשוף ליגנין-פחמימות, בסיוע משולב DES-מיקרוגל pretreatment של ביומסות ים תיכוניות. ביומסות אלה מורכבות מתוצרי לוואי של מזון אגרי, במיוחד פומס זית וקליפות שקדים. ביומסות אחרות שנחקרו היו אלה ממוצא ימי (עלי פוסידוניה ו aegagropile) ואלה שמקורם ביער (אצטרובלים ועשבי בר). המוקד של מחקר זה היה לבדוק ממיסים ירוקים בעלות נמוכה כדי להעריך את ההשפעות של טיפול משולב זה על שבר feedstock, כדי לחקור את השפעתה על טוהר ליגנין ותשואה, וללמוד את השפעותיו על משקולות מולקולריות וקבוצות תפקודיות כימיות ב lignin שחולצו.

<table><tbody><tr><td>HPLC חדירת ג'ל כרומטוגרפיה</td><td>Agilent 1200 סדרה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 methylimadazole</td><td>Acros organics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-deoxy-D-glucose (תקן פנימי)</td> <td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>חומצה אצטית</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>אנהידריד אצטי</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>פיפטורים</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> מתכווננים <td>ליגנין אלקלי המופק מאלקלי</td></tr><tr><td>ארבינוז (99%)</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>חיטוי</td><td>CERTO CLAV (דגם CV-22-VAC-Pro)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>אמבט מים ב-70 מעלות; C</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>חומצה בורית</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ברומוקרסול</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קטליזטור</td><td>CTQ (מקודד A22) (1.5 גרם K2SO4 + 0.045 גרם CuSO4.5 H2O + 0.045 גרם TiO2)</td>צנטריפוגה <td>של Merck</td><td></td></tr><tr><td> מיכל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>BECKMAN COULTER</td><td>Avanti J-E צנטריפוגה</td><td></td></tr><tr><td>כור היתוך</td><td></td><td></td><td></td>קרמי</tr><tr><td>כולין כלוריד 99%</td> <td>אקרוס אורגני</td><td></td><td></td></tr><tr><td>עמוד</td><td>Agilent PLGel מעורב C (אלפא 3,000 (4.6 ופעמים; 250 מ"מ, 5 ומיקרו; m) לפניו עמוד שמירה (עמוד שמירה אלפא ג'ל TSK 4.6 מ"מ ופעמים; 50 מ"מ, 5 ומיקרו; m)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>עמודה</td><td>HP1-methylsisoxane (30 מ ', 0.32 מ"מ, 0.25 מ"מ)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>נקבוביות כור היתוך N&deg; 4 (כור היתוך סינון)</td><td>שוט דוראן גרמניה</td><td>בורו 3.3</td><td></td></tr> מים <tr><td>דה-אוניזציה</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>דימתילפורממיד</td><td>VWR BDH כימיקלים</td><td></td><td></td></tr><tr><td>דימתילסולפוקסיד</td><td>אקרוס אורגניים</td><td></td><td></td></tr><tr><td>בקבוק ארלנמאייר</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>אתנול</td><td>Merck (Darmstadtt, גרמניה)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>סינון כורי היתוך, צלוחיות</td> סינון פרוצלן <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td> Fourrier Transform Inra- Red Vertex 70 Bruker מצויד במודול החזר כולל מוחלש (ATR). ספקטרום נרשמו ב-4,000&ndash;<td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td> 400 ס"מ& מינוס; טווח של 1 עם 32 סריקות ברזולוציה של 4.0 ס"מ&; 1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>גלקטוז (98%</td> <td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gaz Chromatography</td><td>Agilent (סדרה 7890)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>בקבוק זכוכית 100 מ"ל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>שפופרות זכוכית (בורוסיליקט) עם כמוסות טפלון 10 מ"ל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>גלוקוז (98%</td> <td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Golves</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>צילינדר מדורג 50 מ"ל/100 מ"ל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 טיטריזול (0.1 N)</td><td>Merck (דרמשטדט, גרמניה)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H2SO4 (95-98%)</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td>BUCHI R-114)</td><td></td></tr><tr><td>חותך האמר מצויד במסננת 1 מ"מ ו-0.5 מ"מ</td><td>Mill Ttecator (שוודיה)</td><td>Cyclotec 1093</td><td></td></tr><tr><td>Indulin</td><td></td><td></td><td>בקרת ליגנין גולמי</td></tr><tr><td>מזקק Kjeldahl</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>צינור Kjeldahl</td><td>FOSS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מתלה</td><td></td><td></td><td></td>Kjeldhal</tr><tr><td>מעכל Kjeldhal</td><td>Kjeltec 2300 (Foss)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מערכת</td><td></td><td></td><td></td>יניקה Kjeldhal</tr><tr><td>מעבדת תחנת כימיה תוכנה</td><td></td><td></td><td>ניתוח נתונים GC</td></tr><tr><td>חומצה</td> <td>לקטיתMerck (דרמשטדט, גרמניה)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ליתיום כלוריד LiCl</td><td>Sigma Aldrich (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מנוז (98%)</td><td>Sigma Aldrich (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methyl red</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microwave</td><td>START SYNTH MILESTONE מערכת</td><td></td><td></td>מעבדת מיקרוגל</tr><tr><td>בדיקת</td><td></td><td></td><td></td> טמפרטורת מיקרוגל</tr>תנור <tr><td>מופל</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מיכל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מיקרוגל NaOH</td><td>Merck (דרמשטדט, גרמניה)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>נייר</td><td></td><td></td><td></td>ללא חנקן</tr><tr><td>תוכנת ספקטרוסקופיה</td><td>Opus</td><td></td><td></td></tr><tr><td>תנור</td><td>GmbH Memmert SNB100</td><td>Memmert SNB100</td><td></td></tr><tr><td>חומצה אוקסלית</td><td>VWR BDH כימיקלים</td><td></td><td></td></tr><tr><td>P 1000</td><td></td><td></td><td>ליגנין מעובד סודה</td></tr><tr><td>איזון</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>דיוק נייר</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ספקטרוסקופיה</td><td></td><td></td><td></td>אינפרא אדום</tr><tr><td>Quatz cuvette</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rhamnose (98%)</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מאייד ואקום סיבובי</td><td>Bucher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>בקבוק תחתון עגול 500 מ"ל</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>נתרן בורוהידריד NaBH4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>בקבוק</td><td></td><td></td> Schott <td>בקבוק זכוכית</td></tr><tr><td>Sovirel צינורות</td><td>sovirel</td><td></td><td>צינורות זכוכית בורוסיליקט</td></tr><tr><td>מרית</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>צינור</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>מיוחדספקטופוטומטר</td><td>UV-1800 Shimadzu</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קלטת חיווי עיקור מוט</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ערבוב בטפלון</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>צלחת</td><td></td><td></td><td></td>ערבוב</tr><tr><td>מזרקים</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>נתרן בורוהידריד</td><td>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>טיטריסול</td><td>Merck</td><td>Merck 109984</td><td>0.1 N H2SO4Urea</td></tr> <tr><td></td><td>VWR BDH Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>בקבוקונים</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>VolumetriC בקבוק 2.5 ליטר/5 ליטר</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>סיגמא אולדריץ' (סנט לואיס, ארה"ב)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

מיצוי ליגנין מהיר במיוחד משאריות ליגנוקלולוסיות ים תיכוניות יוצאות דופן

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

טיפול מקדים הוא עדיין הצעד היקר ביותר בתהליכי ביו-ריטריזנציה ליגנוקלוסיים. זה חייב להיעשות חסכוני על ידי מזעור דרישות כימיות, כמו גם צריכת חשמל וחום ועל ידי שימוש בממסים ידידותיים לסביבה. ממיסים אוטקטיים עמוקים (DESS) הם ממיסים מרכזיים, ירוקים וזולים בביו-ריינסרים בני קיימא. הם תערובות שקופות המאופיינות בנקודות הקפאה נמוכות הנובעות מתורם אג"ח מימן אחד לפחות ומקבל קשר מימן אחד. למרות DESs הם ממיסים מבטיחים, יש צורך לשלב אותם עם טכנולוגיית חימום כלכלית, כגון הקרנת מיקרוגל, לרווחיות תחרותית. הקרנת מיקרוגל היא אסטרטגיה מבטיחה לקצר את זמן החימום ולהגביר את השבר כי זה יכול להגיע במהירות לטמפרטורה המתאימה. מטרת המחקר הייתה לפתח שיטה חד-שלבית ומהירה לשבר ביומסה ומיצוי ליגנין באמצעות ממס זול ומתכלה. 
במחקר זה, טיפול קדם DES בסיוע מיקרוגל נערך במשך 60 s ב 800 W, באמצעות שלושה סוגים של DESS. תערובות DES הוכנו באופן קל מ כולין כלוריד (ChCl) ושלושה תורמי אג"ח מימן (HBDs): חומצה מונוקרבוקסילית (חומצה לקטית), חומצה דיקרבוקסילית (חומצה אוקסלית) ואאוריאה. טיפול מקדים זה שימש לשבר ביומסה והתאוששות ליגנין משאריות ימיות (עלי פוסידוניה ואגאגרופילי), תוצרי לוואי של מזון אגרי (קליפות שקדים ופומאס זית), שאריות יער (אצטרובלים) ועשבים ליגנוקלוליים רב שנתיים(Stipa tenacissima). ניתוחים נוספים נערכו כדי לקבוע את התשואה, טוהר, התפלגות משקל מולקולרי של ליגנין התאושש. בנוסף, ההשפעה של DESS על הקבוצות הפונקציונליות הכימיות של ליגנין שחולץ נקבעה על ידי ספקטרוסקופיית אינפרא אדום (FTIR) של פורייה. התוצאות מצביעות על כך שתערובת החומצה ChCl-אוקסלית מעניקה את טוהר הליגנין הגבוה ביותר ואת התשואה הנמוכה ביותר. המחקר הנוכחי מראה כי תהליך DES-מיקרוגל הוא טכנולוגיה אולטרה מהיר, יעיל, ועלות תחרותי עבור שבר ביומסה lignocellulosic.

איור 2A-C מתארים את תפוקת החילוץ של הינין מששת המזון, המוצגת באיור 1A-F, לאחר טיפול מקדים משולב במיקרוגל DES. התוצאות מראות כי תפוקת הליגנין שהושגה עם DES1 (חומצה אוקסלית ChCl)(איור 2A)הייתה נמוכה מהתפוקות שהושגו עם DES2 (חומצה לקטית ChCl) ו- DES3 (ChCl-urea) (איור 2B, C). בנוסף, תפוקות הינין מאצטרובלי...

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

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

מטרת הפרוטוקול שלנו היא לשבר את הביומסה ולחלץ ליגנין בצעד אחד. בשיטה זו, ליגנין ניתן לשחזר על ידי סינון פשוט לאחר הטיפול ללא התאמה של pH, אבל פשוט על ידי הוספת מים מזוקקים. המוקד של מחקר זה הוא להעריך את ההשפעה של טיפול משולב זה של שבר feedstock, השפעתו על טוהר ותפוקה ליגנין, והשפעתו על משקולות מולקולריות וקבוצות תפקודיות כימיות של ליגנין שחולצו.תהליך מיקרוגל פתרון אוטקטי עמוק הוא טכנולוגיה מהירה במיוחד, יעילה, ועלות תחרותית עבור שבר ביומסה lignocellulosic והתאוששות ליגנין עם טוהר גבוה. הכינו את הפתרון האופטי העמוק בבקבוקון תחתון עגול של 500 מיליליטר כמתואר בכתב היד של הטקסט. ואז למקם חמישה גרם של feedstock, 50 מיליליטר של תמיסת eutectic עמוק, ובר ערבוב במיקרוגל בכור פוליטרה-פלואוראתילן סגור.סגרו את מיכל המיקרוגל עם מכסה מתאים וחברו מכסה טמפרטורה. מניחים אותו על קצה הסובבן, ומבטיחים שהוא נסער כל הזמן ו להפעיל את המיקרוגל למשך דקה אחת. באמצעות כפפות מתאימות, מוציאים את המיכל מהמיקרוגל ומניחים לתערובת להתקרר.הכינו פתרון הומוגני נגד ממסים והוסיפו 50 מיליליטר של פתרון זה למזון המטופל. צנטריפוגה התערובת במשך חמש דקות ב 3, 000 פעמים G.Filter supernatant באמצעות כור היתוך מסנן זכוכית. לאסוף את שאריות תאית הנותרים ולשטוף אותו על ידי הוספת 25 מיליליטר של פתרון נגד ממס וצנטריפוגות.הוסיפו את השבר המסונן העשיר בליגנין ואת הכביסה המסוננת לבקבוקון תחתון עגול של 500 מיליליטר. לאדות את האתנול באמצעות מאייד סיבובי ב 50 מעלות צלזיוס ו 110 מיליבר. לאחר מכן להוסיף 150 מיליליטר של מים deionized למשקאות מרוכזים.לזרז את הignin על ידי צנטריפוגה. לאסוף ליגנין כמו גלולה ולשטוף אותו ארבע פעמים עם 25 מיליליטר של מים מזוקקים. ואז lyophilize ליגנין או לייבש אותו בתנור ב 40 מעלות צלזיוס.מניחים את כור ההיתוך של המסנן בתנור עמום ב-550 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות. כאשר התנור מתקרר ל 150 מעלות צלזיוס, להסיר את כור ההיתוך ומניחים אותו יבוש להתקרר. אז תשקול את זה.מוסיפים כ-30 מיליגרם ליגנין לצינור זכוכית בורוסיליקט. לאחר מכן הוסיפו מיליליטר אחד של 72% גופרית לדגימה והניחו אותה באמבט של 30 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות. מוציאים את הדגימה ומעבירים אותה לבקבוק זכוכית של 100 מיליליטר.לאחר מכן מוסיפים 28 מיליליטר של מים מזוקקים כדי לדלל את החומצה לריכוז של 4%שים את בקבוק הזכוכית במובלעת אוטומטית ב 121 מעלות צלזיוס במשך 60 דקות. לאחר מכן להסיר את הבקבוק מן autoclave ולאפשר לו להתקרר. כדי לנתח ליגנין מסיס חומצה, לסנן את hydrolysate באמצעות כור היתוך תחת ואקום ולאסוף את המוצקים הנותרים בבקבוק הזכוכית עם מים deionized.יבש את כור ההיתוך המכיל את המוצקים על ידי הצבתו בתנור ב 105 מעלות צלזיוס במשך 16 שעות. ואז לקרר אותו להתייבש ולשקול את המדגם. מניחים את כור ההיתוך בתנור עמום ב 550 מעלות צלזיוס במשך ארבע שעות.שוקלים את הדגימה לאחר ייבוש זה במייבש. לניתוח של ליגנין מסיס בחומצה, למדוד את ספיגת סינון הידרוליזה עם ספקטרופוטומטר ב 205 ננומטר באמצעות קוובטים קוורץ. כדי לנתח את הפונקציה הכימית של ליגינין שחולץ, לעבד את הרקע ערוץ יחיד ללא מדגם.לאחר מכן להתאים את הפרמטרים ומניחים מיליגרם אחד של המדגם על הגביש. לחץ על דגימת ערוץ יחיד ועבד את הספקטרום שהושג. כדי לקבוע את המשקל המולקולרי של ליגנין שחולץ, להמיס שלושה מיליגרם של מדגם ליגנין בשלושה מיליליטר של DMF עם 0.5% ליתיום כלוריד.שים את הליגנין המומס בבקבוקון והתקן את העמודה שתמשיך בעמודת שמירה. להזריק את המדגם לתוך מערכת כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים אולטרה סגול. לאחר ניתוח הנתונים, חשב את המשקל המולקולרי של הליגנין שחולץ כמתואר בכתב היד של הטקסט.שוקלים דגימה של 50 מיליגרם של ליגנין בצינור זכוכית בורוסיליקט ומוסיפים שלושה מיליליטר של חומצה גופרתית טוחנת אחת. ואז לחמם את התערובת במשך שלוש שעות ב 100 מעלות צלזיוס לקרר אותו. הוסף מיליליטר אחד של 15 אמוניום הידרוקסיד טוחן ולבדוק את ה- pH כדי לוודא שהוא ניטרלי או אלקליין.הוסף מיליליטר אחד של 2-deoxyglucose לכל מדגם כסטנדרט פנימי. לאחר מכן להוסיף 400 microliters של פתרון זה לתוך צינורות מיוחדים המכילים 400 microliters של פתרון מעורב. הוסף שני מיליליטר של פתרון נתרן בורוהידריד דימתיל סולפוקסיד.סגור את הצינורות ואת הדגירה במשך 90 דקות ב 40 מעלות צלזיוס באמבט מים. מוציאים את הצינורות מאמבט המים ומוסיפים 0.6 מיליליטר של חומצה אצטית קרחונית, 0.4 מיליליטר של 1-מתילימידזול וכארבעה מיליליטר של אנהידריד אצטי. לאחר 15 דקות, מוסיפים 10 מיליליטר של מים מזוקקים. קריר.ולהוסיף כשלושה מיליליטר של דיכלורומטן. לאחר שעתיים, לאסוף כמיליליטר אחד של השלב האורגני התחתון ולהזריק אותו לתוך כרומטוגרף גז מצויד בעמוד נימי גלאי יינון להבה. תפוקת ליגנין שהושגה עם תמיסת eutectic עמוקה חומצה אוקסלית אחת הייתה נמוכה יותר מהתשואות שהושגו עם פתרון אאוטקטי עמוק שתי חומצה לקטית ותמיסת אוקטקטית עמוקה שלוש אוריאה.טוהר ליגנין עלה על 70% עבור שלושת הטיפולים המקדמיים של הביומסות, למעט פתרון אוקטי עמוק שלוש טיפולים קדם אוריאה של עלי אלפא, Aegagropila, וקליפות שקדים, אשר נתן טוהר ליגנין של 65%טוהר ליגנין הגבוה ביותר עלה על 90%זה הושג עם פתרון eutectic עמוק טיפול אחד. טוהר Lignin ונתוני תשואה היו נתונים לניתוח רכיבים עיקריים, אשר הראו את הפתרון eutectic עמוק טיפול אחד להיות בקורלציה חיובית עם טוהר ליגנין ואישר שזה ליגנין הטהור ביותר עם התשואה הנמוכה ביותר. תכולת הסוכר בליגנין שחולצה באמצעות פתרון אוטקטי עמוק שלוש הייתה הגבוהה ביותר ואחריה התקבלה מפתרונות 2 ו-1.באופן דומה, תכולת החנקן של פתרון אוטקטי עמוק תמצית ליגנין אחת הייתה נמוכה מזו שהתקבלה מפתרונות 2 ו-3. סוג הסוכרים במינין המופק התאפיינו גם הם, המתארים את D-xylose ו- D-גלוקוז להיות המונו-סכרידים הנפוצים ביותר. הקבוצות התפקודיות הכימיות הנמצאות בליגננים שחולצו נחקרו על ידי ספקטרוסקופיית FTIR.ספקטרום אינפרא אדום של ליגננים שונים בין 3, 500 ו 800 סנטימטרים הדדיים מוצגים כאן. הספקטרום של ליגנין שחולץ עם פתרונות אוטקטיים עמוקים אחד ושתיים מראים את התנודות המתוחות של קבוצות קרבוניל לא משועבדות ומצומדות, שנעדרו בשלושת הליגננים המסחריים: גלם, סודה מעובדת ואלקלי שחולצו ליגננים. אות חומצה קרבוקסילית, C קשר כפול O, מציין אפשרות של הטיה של כמה פונקציות ליגנין עם חומצות במהלך החילוץ שלה solubilization עם טיפול ממס eutectic עמוק בסיוע מיקרוגל.תוצאות אלו ממחישות את האפשרות של חילוץ ליגנין בעל ערך מוסף של טוהר גבוה מביומסות ים תיכוניות, אשר מוערך כיום ויכול לסייע בקביעת הממס האופטימלי העמוק של אוטקטיקה תוך הבטחת טוהר הליגנין.

ultrafast-lignin-extraction-from-unusual-mediterranean

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

ביומסה הצמח הוא משאב מרכזי פחמן ניטרלי מתחדשת שיכול לשמש לייצור דלק ביולוגי. ביומסה הצמח מורכב בעיקר קירות התא, חומר מרוכב מורכבות מבנית כינה lignocellulosics. כאן אנו מתארים פרוטוקול לניתוח מקיף של התוכן הרכב ליגנין polyphenolic.

ניתוח מקיף של ההלחנה קירות התא הצומח (ביומסה Lignocellulosic) חלק א: ליגנין

השיטה מבוססת על מיקרוסקופיה ראמאן confocal מוצג שמקנה ללא תווית להדמיה של ליגנין בדפנות תא הצמח והשוואת lignification ברקמות, מדגמים שונים או מין.

ללא תווית באתרו הדמיה של Lignification בתוך קירות התא הצמח

טכניקת התערבות RNA פעמיים תקועה (dsRNAi) היא מועסק ללמטה להסדיר את אנזים cinnamoyl תירס רדוקטאז גן (ZmCCR1) לתוכן ליגנין צמח נמוך יותר. ליגנין למטה תקנה מקיר התא דמיינו ידי ניתוח מיקרוסקופי ולכמת בשיטת Klason. שינויי הלחנה בhemicellulose ותאיים גבישים מנותחים.

ליגנין Down-תקנה של<em&gt; Zea mays</em&gt; באמצעות dsRNAi וKlason ליגנין ניתוח

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

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

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

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

מאמר זה מתאר שיטת חילוץ סופר קריטית מהירה לבודת aerogels סיליקה. על ידי ניצול עובש מוגבל ועיתונות חמה הידראולית, יכול להתבצע aerogels מונוליטי בשמונה שעות או פחות.

הכנת מונוליתים Aerogel סיליקה באמצעות ראפיד סופר קריטי חילוץ שיטה

למד שיטה ירוקה ומהירה למיצוי ליגנין בטוהר גבוה מביומסה ליגנוצלולוזית באמצעות מיקרוגל וממס יוטקטי עמוק. הפרוטוקול מאפשר הפרדה ומיצוי בשלב אחד ללא כיוון pH.

מיצוי ליגנין מהיר במיוחד משאריות ליגנוקלולוסיות ים תיכוניות יוצאות דופן

גלה סרטונים נוספים