深いユーテク系溶媒ベースのマイクロ波アシスト前処理は、リグノセルロース分画および高純度リグニン回収のための、緑色で迅速かつ効率的なプロセスです。
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深いユーテク系溶媒ベースのマイクロ波アシスト前処理は、リグノセルロース分画および高純度リグニン回収のための、緑色で迅速かつ効率的なプロセスです。
前処理は、リグノセルロース性バイオリファイナリープロセスにおける最も高価なステップです。化学要件を最小限に抑え、電力や熱の消費を最小限に抑え、環境にやさしい溶剤を使用することで、コスト効率が高くならなければなりません。深い共生溶剤(DES)は、持続可能なバイオリファイナリーの重要な、緑、低コストの溶剤です。それらは、少なくとも1つの水素結合ドナーおよび1つの水素結合アクセクターから生じる低い凝固点によって特徴づけられる透明混合物である。DESは有望な溶剤ですが、競争力を持つ利益のためには、マイクロ波照射などの経済加熱技術と組み合わせる必要があります。マイクロ波照射は、適切な温度を迅速に達成できるため、加熱時間を短縮し、分画を高める有望な戦略です。本研究の目的は、低コストで生分解性溶媒を用いたバイオマス分画およびリグニン抽出のための一段階の迅速な方法を開発することであった。
本研究では、3種類のDESを用いて、800Wで60sのマイクロ波支援DES前処理を行った。DES混合物は、コリンクロリド(ChCl)および3つの水素結合ドナー(HBD)からファシリティ的に調製した:モノカルボン酸(乳酸)、ジカルボン酸(シュウ酸)、および尿素。この前処理は、海洋残基(ポジドニア葉およびエーガグロパイル)、アグリフード副産物(アーモンド殻およびオリーブポマ、森林残留物(松ぼっくり)、および多年生リグノセルロース草(スティパ・テナシシマ)からのバイオマス分別およびリグニン回収に使用された。さらに分析を行い、回収されたリグニンの収率、純度、および分子量分布を決定した。さらに、抽出されたリグニン中の化学官能基に対するDESの効果は、フーリエ変換赤外線(FTIR)分光法によって決定された。結果は、ChCl-シュウ酸混合物が最高のリグニン純度と最低収率を与える可能性があることを示しています。本研究は、DES-マイクロ波プロセスがリグノセルロース系バイオマス分画のための超高速で効率的でコスト競争力のある技術であることを示しています。
持続可能なバイオリファイナリープロセスは、バイオマス処理、その分画を目的の分子に統合し、付加価値製品への転換を1.第二世代のバイオリファイニングにおいて、前処理はバイオマスをその主成分2に分画するために不可欠であると考えられる。化学的、物理的、または生物学的戦略を利用した従来の前処理方法は、広く適用されてきた3.しかし、このような前処理は、バイオリファイニングにおいて最も高価な工程と考えられており、処理時間が長く、高熱・消費電力、溶剤不純物4などの他の欠点がある。最近では、イオン液体3の特性が類似したDESは、生分解性、環境配慮、合成の容易さ、および処理後の回復などの利点により緑色の溶媒として出現している5。
DESは、乳酸、リンゴ酸、またはシュウ酸などの少なくとも1つのHBDと、ベタインまたはコリンクロリド(ChCl)6などの水素結合アクセプター(HBA)との混合物である。HBA-HBD相互作用は、化学結合の切断を可能にする触媒機構を可能にし、バイオマス分画およびリグニン分離を引き起こす。多くの研究者は、トウモロコシのコブ上のChCl-グリセロール、ストーバー7、8、ChCl-シュウレア、小麦ストロー9のChCl-シュウ酸、ユーカリのおがず10のChCl乳酸、およびChCl酢酸11およびChCl-ethlグリコールなどのリグノセルロース系原料のDESベースの前処理を報告している。DES効率を向上させるためには、前処理をマイクロ波処理と組み合わせてバイオマス分画を加速する必要があります5.多くの研究者は、木材8とトウモロコシストーバー、スイッチグラス、ミスカンサス5のこのような組み合わせ前処理(DESと電子レンジ)を報告しており、短期間で1回の簡単なステップでリグノセルロース分画およびリグニン抽出のためのDESの容量に関する新しい洞察を提供しています。
リグニンは、バイオポリマーの製造原料として評価されるフェノール型高分子であり、芳香族モノマーやオリゴマー12などの化学物質の製造に代わる代替物を提示する。また、リグニンは、抗酸化作用および紫外線吸収活性13を有する。いくつかの研究は、化粧品のリグニンの用途を報告しています14,15.市販の日焼け止め製品におけるその統合は、わずか2重量%リグニンと10重量%リグニン16の添加とSPF 50までの追加でSPF 15からSPF 30に製品の日焼け防止因子(SPF)を改善しました。本論文は、地中海の生物群集のDES-マイクロ波前処理を組み合わせることによって助け、リグニン炭水化物切断のための超高速アプローチを記述する。これらの生物塊は、アグリフードの副産物、特にオリーブポマとアーモンドの殻で構成されています。調査された他の生物は、海洋起源(ポジドニアの葉とエーガグロパイル)と森林(松ぼっくりと野生の草)に由来するものであった。本研究の焦点は、この組み合わせ前処理が原料分別に及ぼす影響を評価し、リグニンの純度と収率に及ぼす影響を調査し、抽出されたリグニン中の分子量および化学官能基に及ぼす影響を研究するために、低コストの緑色溶媒を試験することであった。
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1. 生物の調製
2. マイクロ波アシスト、超高速リグニン抽出

3. クラソンによるリグニン抽出の純度測定


4. 抽出リグニン中の窒素含有量

5. 抽出リグニン中の灰含有量
6. 炭水化物の含有量


7. 抽出リグニンの化学的機能 (フーリエ形質転換赤外)
8. 抽出リグニンの分子量(ゲル透過クロマトグラフィー)



9. データ処理と統計分析
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図2A-Cは、マイクロ波-DES前処理を組み合わせた後の6つの原料からの抽出のリグニン収量を示す図1A-Fに示す。結果は、DES1(ChCl-シュウ酸)で得られたリグニン収率(図2A)がDES2(ChCl-乳酸)およびDES3(ChCl-尿素)で得られた収率よりも低かったことを示している(図2B,C)。さらに、松ぼっくり(PC)とオリーブポマメ(OP)のリグニン収量は、DES1治療で32.31%、26.04%、DES3で48.72%と43.76で高かった。アルファ葉(A)からのリグニン収率は、DES2で抽出された他のすべてのリグニンの収率よりも有意に高かった。...
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この研究には多くの目的がありました。最初の方法は、イオン液体と有機溶剤の両方の特性を持つ低コストのグリーン溶剤を調製し、使用することであった。第二の目的は、アルカリ溶媒、基礎、または熱物理学的技術を使用してソックスレーまたはヘミセルロースを使用して抽出物の抽出などの予備的なステップを必要とせずに、単一のステップでバイオマスを分画し、リグニンを抽出することであった。第三の目的は、処理後の単純な濾過によってリグニンを回収することであったが、単に蒸留水を加えるだけで、pHを調整する。マイクロ波支援を使用した6つの異なるソースからのリグニンの超高速抽出の結果は、3つの異なるDESを使用したDESベースのプロセスは、抽出収率がDESのバイオマスおよび性質に応じて変化する可能性があることを示している。例えば、3つのDESの中で最も高いリグニン抽出の収率はオリーブポマのものでした。その後、アルファの葉、松ぼっくり、アーモンドの殻からの収量が続いた。抽出収率は ポジドニア海洋の葉とボールのために低かった.
リグニンの純度は、クラソン、ケルダール(窒素)、炭水化物(GC)、および灰...
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著者らは利益相反を報告していない。
MKとTBは、ハイサム・アイエブに統計分析と図の準備、ワロン地域(欧州地域開発-VERDIR)、高等教育科学研究大臣(Taoufik Bettaieb)に資金を提供してくれたことに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| HPLC ゲル浸透クロマトグラフィー | Agilent 1200 series | ||
| 1 methylimadazole | Acros organics | ||
| 2-deoxy-D-glucose (内部標準) | Sigma Aldrich (米国セントルイス) | ||
| 酢酸 | Sigma Aldrich (米国 | ||
| 無水酢酸 | Sigma Aldrich (米国セントルイス) | ||
| 調整可能なピペッター | |||
| アルカリ | アルカリ抽出リグニン | ||
| アラビノース(99%) | シグマアルドリッチ(セントルイス、米国) | ||
| オートクレーブ | CERTO CLAV(モデルCV-22-VAC-Pro) | ||
| 70°Cのウォーターバス;C | |||
| ホウ酸 | Sigma Aldrich (米国セントルイス) | ||
| ブロモクレゾール | Sigma Aldrich (米国セントルイス) | ||
| Catalyst | CTQ (コードA22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2) | Merck | |
| Centrifugation容器 | |||
| 遠心分離機 | ベックマン・コールター | アバンティ J-E 遠心分離機 | |
| セラミックるつぼ | |||
| 塩化コリン 99% | Acros 有機物 | ||
| カラム | アジレント PLGel 混合 C (α 3,000 (4.6 × 250 mm, 5 µm)の前にガードカラム(TSK gel alpha guard column 4.6 mm× 50 mm, 5 µm) | ||
| カラム | HP1-メチルシオキサン(30 m、0.32 mm、0.25 mm) | ||
| るつぼの多孔性N°4 ( ろ過るつぼ ) | ショットデュラン ドイツ | ボロ 3.3 | |
| 脱イオン水 | |||
| デシケーター | |||
| ジメチルホルムアミド | VWR BDH ケミカルズ | ||
| ジメチルスルホキシド | アクロス 有機物 | ||
| 三角フラスコ | |||
| エタノール | メルク (ダルムシュタット、ドイツ) | ||
| フィルタリングるつぼ、procelain | |||
| ろ過フラスコFourrier | |||
| 変換Inra-赤 | の頂点70ブルカー装置 減衰全反射率(ATR)モジュールを装備 スペクトルは4,000&ndashで記録されました。400 cm−1 32 スキャン 、解像度 4.0 cm/sup>&minus の範囲で 1 | ||
| ガラクトース(98% | Sigma Aldrich(米国セントルイス) | ||
| Gaz Chromatography | Agilent(7890シリーズ) | ||
| ガラス瓶100 mL | |||
| 管(ホウケイ酸)テフロンキャップ付き10 mL | |||
| グルコース(98% | Sigma Aldrich(米国セントルイス) | ||
| Golves | |||
| メスシリンダー 50 mL /100 mL | |||
| H2SO4 Titrisol (0.1 N) | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| H2SO4 (95-98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | BUCHI R-114) | |
| Hummer cutter equiped with 1 mm and 0.5 mm sieve | Mill Ttecator (Sweden) | Cyclotec 1093 | |
| Indulin | 生リグニン制御 | ||
| ケルダール蒸留器 | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| ケルダール管 | FOSS | ||
| ケルダールラック | |||
| 器 | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| ケルダール吸引システム | |||
| ラボ ケムステーション ソフトウェア | GC データ分析 | ||
| 乳酸 | メルク社(ダルムシュタット、ドイツ) | ||
| 塩化リチウムLiCl | Sigma Aldrich(米国セントルイス) | ||
| マンノース社(98%) | Sigma Aldrich社(米国セントルイス社) | ||
| メチルレッド | |||
| Microwave START SYNTH MILESTONE マイクロ波実験室システム | |||
| マイクロ波温度プローブ | |||
| マイクロ波容器 | |||
| マッフル炉 | |||
| NaOH | Merck (ダルムシュタット、ドイツ) | ||
| 窒素フリー - 紙 | |||
| Opus | 分光法ソフトウェア | ||
| Oven | GmbH Memmert SNB100 Memmert | SNB100 | |
| Oxalic acid | VWR BDH Chemicals | ||
| P 1000 | ソーダ処理リグニン | ||
| pH 紙 | |||
| 精密天びん | |||
| 赤外分光 | |||
| Quatz キュベット | |||
| ラムノース (98%) | Sigma Aldrich (セントルイス、アメリカ) | ||
| ロータリー真空蒸発器 | Bucher | ||
| 底フラスコ500mL | |||
| 化ホウ素ナトリウムNaBH4 | |||
| ボトル | ガラス瓶 | ||
| チューブソビエト | ウケイ酸ガラスチューブヘ | ||
| ラ | |||
| 特殊チューブ | |||
| 分光光度計 | UV-1800 島津 | ||
| 滅菌インジケーターテープ | |||
| テフロン | |||
| 攪拌板 攪拌板 | |||
| シリンジ | |||
| 化ホウ素ナトリウム | Sigma Aldrich (米国セントルイス) | ||
| 滴定剤 | メル | ク メルク 109984 | 0.1 N H2SO4 |
| 尿素 | VWR BDH ケミカル | ||
| バイアル | |||
| VolumetriC フラスコ 2.5 L /5 L | Bucher | ||
| Vortex | |||
| Xylose (98%) | Sigma Aldrich (米国セントルイス) |
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