Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Ultrasnelle lignineextractie uit ongewone mediterrane lignocellulosische residuen

7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/61997

⸱

9 maart 2021

 ,  , 
1Laboratory of Biomass and Green Technologies, University of Liege (Gembloux Agro-Bio Tech Campus)

In dit artikel

Samenvatting

Diepe eutectische oplosmiddel-gebaseerde, microgolf-ondersteunde voorbehandeling is een groen, snel en efficiënt proces voor lignocellulosische fractionering en hoogzuiver lignine herstel.

Samenvatting

Voorbehandeling is nog steeds de duurste stap in lignocellulosische bioraffinageprocessen. Het moet kosteneffectief worden gemaakt door de chemische behoeften, het stroomverbruik en het warmteverbruik te minimaliseren en milieuvriendelijke oplosmiddelen te gebruiken. Diepe eutectische oplosmiddelen (DES's) zijn belangrijke, groene en goedkope oplosmiddelen in duurzame bioraffinaderijen. Het zijn transparante mengsels die worden gekenmerkt door lage vriespunten als gevolg van ten minste één waterstofbindingsdonor en één waterstofobligatieacceptor. Hoewel DES'en veelbelovende oplosmiddelen zijn, is het noodzakelijk om ze te combineren met een economische verwarmingstechnologie, zoals microgolfstraling, voor concurrerende winstgevendheid. Microgolfbestraling is een veelbelovende strategie om de verwarmingstijd te verkorten en de fractionering te stimuleren, omdat deze snel de juiste temperatuur kan bereiken. Het doel van deze studie was om een snelle methode in één stap te ontwikkelen voor biomassafractie en lignine-extractie met behulp van een goedkoop en biologisch afbreekbaar oplosmiddel.

In deze studie werd een microgolfondersteunde DES-voorbehandeling uitgevoerd gedurende 60 s bij 800 W, met behulp van drie soorten DESs. De DES-mengsels werden gemakkelijk bereid uit cholinechloride (ChCl) en drie waterstofbindingsdonoren (HBD's): een monocarboxylzuur (melkzuur), een dicarboxylzuur (oxaalzuur) en ureum. Deze voorbehandeling werd gebruikt voor biomassafractie en lignineterugwinning uit mariene residuen (Posidonia-bladeren en aegagropile), agrovoedingsbijproducten (amandelschillen en olijfafvallen), bosresten (dennenappels) en meerjarige lignocellulosische grassen(Stipa tenacissima). Verdere analyses werden uitgevoerd om de opbrengst, zuiverheid en moleculaire gewichtsverdeling van de teruggewonnen lignine te bepalen. Bovendien werd het effect van DESs op de chemische functionele groepen in de geëxtraheerde lignine bepaald door Fourier-transform infrarood (FTIR) spectroscopie. De resultaten geven aan dat het ChCl-oxaalzuurmengsel de hoogste ligninezuiverheid en de laagste opbrengst biedt. De huidige studie toont aan dat het DES-microgolfproces een ultrasnelle, efficiënte en kostenconcurrerende technologie is voor lignocellulosische biomassafractie.

Inleiding

Duurzame bioraffinageprocessen integreren biomassaverwerking, de fractionering ervan in moleculen van belang en de omzetting ervan in producten met toegevoegde waarde1. Bij bioraffinage van de tweede generatie wordt voorbehandeling als essentieel beschouwd voor het fractioneren van biomassa in de belangrijkste componenten2. Traditionele voorbehandelingsmethoden met behulp van chemische, fysische of biologische strategieën zijn op grote schaal toegepast3. Een dergelijke voorbehandeling wordt echter beschouwd als de duurste stap in bioraffinage en heeft andere nadelen zoals lange verwerkingstijd, hoog warmte- en stroomverbruik en oplosmiddelonzuiverheden4. Onlangs zijn DESs, waarvan de eigenschappen vergelijkbaar zijn met die van ionische vloeistoffen3,ontstaan als groene oplosmiddelen als gevolg van voordelen zoals biologische afbreekbaarheid, milieuvriendelijkheid, synthesegemak en herstel na behandeling5.

DESs zijn mengsels van ten minste één HBD, zoals melkzuur, appelzuur of oxaalzuur, en een waterstofbindingsacceptor (HBA) zoals betaïne of cholinechloride (ChCl)6. HBA-HBD-interacties maken een katalytisch mechanisme mogelijk dat decolleté van chemische bindingen mogelijk maakt, waardoor biomassafractie en ligninescheiding worden veroorzaakt. Veel onderzoekers hebben de des-gebaseerde voorbehandeling van lignocellulosische grondstoffen zoals ChCl-glycerol op maïskolf en stover7,8,ChCl-ureum, en ChCl-oxaalzuur op tarwestro9,ChCl-melkzuur op Eucalyptus zaagsel10,en ChCl-azijnzuur11 en ChCl-ethyleenglycol op hout11gemeld. Om de DES-efficiëntie te verbeteren, moet de voorbehandeling worden gecombineerd met microgolfbehandeling om de biomassafractie te versnellen5. Veel onderzoekers hebben een dergelijke gecombineerde voorbehandeling (DES en magnetron) van hout8 en van maïsstover, switchgrass en Miscanthus5gerapporteerd, wat nieuw inzicht geeft in de capaciteit van DESs voor lignocellulosische fractionering en lignine-extractie in één eenvoudige stap over een korte periode.

Lignine is een fenol macromolecule dat als grondstof voor de productie van biopolymeren wordt gewaardeerd en een alternatief biedt voor de productie van chemische stoffen zoals aromatische monomeren en oligomeren12. Bovendien heeft lignine antioxiderende en ultraviolette absorptieactiviteiten13. Verschillende studies hebben ligninetoepassingen in cosmetische productengemeld 14,15. De integratie ervan in commerciële zonnebrandmiddelen heeft de zonbeschermingsfactor (SPF) van het product verbeterd van SPF 15 tot SPF 30 met de toevoeging van slechts 2 wt % lignine en tot SPF 50 met de toevoeging van 10 wt % lignine16. Dit artikel beschrijft een ultrasnelle aanpak voor lignine-koolhydraatsplitsing, bijgestaan door gecombineerde DES-microgolfvoorbehandeling van mediterrane biomassa. Deze biomassa bestaat uit agrovoedingsbijproducten, met name afvallen van olijven en amandelschillen. Andere onderzochte biomassa's waren biomassa van mariene oorsprong (Posidonia-bladeren en aegagropile) en biomassa afkomstig uit een bos (dennenappels en wilde grassen). De focus van deze studie lag op het testen van goedkope groene oplosmiddelen om de effecten van deze gecombineerde voorbehandeling op de fractionering van grondstoffen te evalueren, om de invloed ervan op de zuiverheid en opbrengst van lignine te onderzoeken en om de effecten ervan op de moleculaire gewichten en chemische functionele groepen in de geëxtraheerde lignine te bestuderen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Bereiding van biomassa

  1. Biomassa drogen
    1. Plaats de Posidonia bladeren en aegagropile ballen(Posidonia oceanica),geoogst van mediterrane stranden, in een oven op 40 °C gedurende 72 uur.
    2. Plaats de amandelschillen (Prunus dulcis), afkomstig uit de voedingsmiddelenindustrie, en olijfpulp(Olea europaea L.), verkregen uit olijfoliemolens, in een oven op 40 °C gedurende 72 uur.
    3. Plaats de dennenappels (Pinus halepensis), verzameld uit een bos, en alfabladeren (Stipa tenacissima), verzameld uit het zuidelijke Middellandse Zeegebied, in een oven op 40 °C gedurende 72 uur.
      OPMERKING: Als de biomassa zand bevat, moet het worden gespoeld met gedestilleerd water voordat het in de oven wordt geplaatst. De biomassa is weergegeven in figuur 1A-F.
  2. Biomassa malen
    1. Plaats 20 g van elke biomassa in een hamersnijder uitgerust met een zeef van 1 mm. Verzamel het resulterende poeder in een bekerglas van 0,25 L en voer het aan een hamersnijder die is uitgerust met een zeef van 0,5 mm. Verzamel het poeder in een bekerglas van 0,25 L.

2. Microgolfondersteunde, ultrasnelle lignine-extractie

  1. Diep eutectisch oplosmiddel (DES) preparaat
    1. Bereid DES1 (ChCl-oxaalzuur) in een molaire verhouding van 1:1 door 174 g ChCl te mengen met 126 g oxaalzuurdihydraat in een kolf met ronde bodem van 500 ml en smelt ze gedurende 4 uur in een bad bij 70 °C totdat een homogene en transparante vloeistof wordt gevormd.
    2. Bereid DES2 (ChCl-melkzuur) in een molaire verhouding van 1:1 door 174 g ChCl te mengen met 90 g melkzuur in een kolf met ronde bodem van 500 ml en smelt ze gedurende 4 uur in een bad bij 70 °C totdat een homogene en transparante vloeistof is gevormd.
    3. Bereid DES3 (ChCl-ureum) in een molaire verhouding van 1:12 door 174 g ChCl te mengen met 120 g ureum in een kolf met ronde bodem van 500 ml en smelt ze gedurende 4 uur in een bad op 70 °C totdat een homogene en transparante vloeistof is gevormd.
      OPMERKING: Roer deze mengsels continu met een roerstaaf bij 500 tpm.
  2. Gecombineerde magnetron-DES behandeling
    1. Plaats 5 g van de grondstof in een magnetron in een gesloten polytetrafluorethyleenreactor. Voeg 50 ml DES toe en plaats een roerstaaf in het monster. Sluit de magnetroncontainer met een geschikte dop en bevestig de temperatuurdop.
    2. Plaats de magnetroncontainer op de rand van de draaitafel en zorg ervoor dat deze constant wordt geagiteerd. Zet het magnetronvermogen op 800 W gedurende 1 min. Haal met geschikte handschoenen de container uit de magnetron en laat het mengsel afkoelen. Herhaal deze behandeling met behulp van de drie DES's voor elk biomassamonster.
      OPMERKING: Controleer en controleer of de temperatuursonde correct is geplaatst en dat de magnetroncontainer een homogene temperatuur heeft.
  3. Lignine isolatie
    1. Bereid een homogene antisolvente oplossing door ethanol:water te mengen in een verhouding van 50:50 (v:v). Voeg 50 ml van de antisolvente oplossing toe aan de behandelde grondstof, plaats het mengsel in een centrifugeercontainer (250 ml) en centrifugeer gedurende 5 minuten op 3.000 × g.
    2. Na centrifugeren filtert u het supernatant (ligninerijke fractie) met behulp van een glazen filterkroes (porositeit 4, 10-16 μm, diameter 10 mm). Was het resterende celluloseresidu dat na centrifugeren is verzameld met 25 ml van de antisolvente oplossing.
    3. Centrifugeer na elke wasbeurt op 3.000 × g gedurende 5 minuten. Herhaal wasbeurten 4x en verzamel en filtreer de wasbeurten door de glazen filterkroes (porositeit N 4, 10-16 μm, diameter 10 mm).
    4. Voeg de gefilterde ligninerijke fractie uit stap 2.3.2 toe aan de gefilterde wasbeurten vanaf stap 2.3.3 in een ronde bodemkolf van 500 ml. Verdamper ethanol met een roterende verdamper bij 50 °C en 110 mbar.
    5. Voeg 150 ml gedeï gedeï gedeïs gedeï gedeïs gedeïdeerd water toe aan de geconcentreerde drank (ligninerijke fractie) en precipitateer de lignine door centrifugeren. Verzamel lignine als pellet en was het met 25 ml gedestilleerd water; herhaal de wasbeurten 4x. Lyophilize lignine, of droog het in een oven op 40 °C.
      OPMERKING: Was indien nodig lignine >4x om de zouten uit de oplosmiddelen te verwijderen.
    6. Gebruik de volgende formule om de opbrengst te bepalen:
      figure-protocol-1
      OPMERKING: Lignine extractie werd ook uitgevoerd met twee andere DESs: cholinechloride + resorcinol en cholinechloride + boterzuur op 1 min. De hoeveelheden lignine die met deze DES's werden teruggewonnen, waren echter uiterst klein (en oninbaar) in vergelijking met de bedragen die met de andere drie DES's werden verkregen.

3. Zuiverheidsbepaling van geëxtraheerde lignine door Klason

  1. Monstervoorbereiding voor Klason hydrolyse
    1. Plaats de filterkroes (porositeit 4, diameter 4,5 mm) gedurende 4 uur (2 uur helling, vanaf 25°C) in een demperoven bij 550 °C. Verwijder de smeltkroes wanneer de oven afkoelt tot 150 °C, plaats deze in een desiccator om af te koelen en weeg.
    2. Voeg ongeveer 30 mg lignine toe aan een borosilicaatglasbuis (zie de tabel met materialen)en noteer het gewicht van het monster. Voeg 1 ml zwavelzuur (H2SO4)toe aan het monster, plaats het monster gedurende 60 minuten in een bad van 30 °C en meng elke 10 minuten door vortexen.
    3. Verwijder het monster, breng het over in een glazen fles van 100 ml en voeg 28 ml gedestilleerd water toe om het zuur te verdunnen tot een concentratie van 4%. Plaats de glazen fles gedurende 60 minuten in een autoclaaf op 121 °C. Verwijder de glazen fles en laat afkoelen.
  2. Analyse van zuur-onoplosbare lignine
    1. Filtreer het hydrolysaat met behulp van een smeltkroes onder vacuüm. Verzamel alle vaste stoffen in een glazen fles met gedeioneerd water. Spoel de smeltkroes af met 50 ml gedeioneerd water.
    2. Droog de smeltkroes met de vaste stoffen door deze gedurende 16 uur in een oven op 105 °C te plaatsen. Haal de smeltkroes uit de oven, plaats deze in een desiccator en laat afkoelen. Weeg het monster af.
    3. Plaats de smeltkroes gedurende 4 uur (2 uur helling) in een demperoven op 550 °C. Verwijder het en plaats het in een desiccator. Weeg het monster af.
    4. Gebruik de volgende formule om het percentage zuuronoplosbare residuen (AIR) te berekenen:
      figure-protocol-2
      WCSA: gewicht van de smeltkroes + monster na het verwijderen uit de oven
      WC: gewicht van de smeltkroes
      WCSMF: gewicht van de smeltkroes na verwijdering uit de demperoven
      ODW: drooggewicht van het monster in de oven
  3. Analyse van zuuroplosbare lignine
    1. Meet de absorptie van het in stap 3.2.1 verkregen filtraat met een spectrofotometer bij 205 nm met behulp van kwarts cuvetten. Gebruik gedestilleerd water als blanco.
    2. Gebruik de volgende formule om het percentage zuuroplosbare residuen (ASL) te berekenen:
      figure-protocol-3
      OPMERKING: De absorptie moet tussen 0,2 en 0,7 zijn. Verdun het monster indien nodig.
      UVabs: absorptie bij 205 nm
      Pathlength: lichtpad van de meetcel (in cm)
      ε: absorptievermogen van biomassa op een specifieke golflengte

4. Stikstofgehalte in geëxtraheerde lignine

  1. Bereiding van alkalioplossing
    1. Weeg in een maatkolf van 2,5 L 1 kg natriumhydroxide (NaOH) en voeg gedeïoniseerd water toe tot aan de markering. Plaats een magneetstaaf in de kolf en roer tot de NaOH volledig is opgelost.
  2. Bereiding van zwavelzuuroplossing
    1. Neem 0,1 N H2SO4 (zie de materialentabel)in een maatkolf van 5 L, voeg gedeioneerd water toe tot de 5 L-markering, plaats een magneetstaaf en roer tot de inhoud is opgelost.
  3. Bereiding van de ontvangstoplossing
    1. Los in een maatkolf van 5 L 100 g H3BO3 (boorzuur) op in gedeïoniseerd water en breng het volume op de markering.
    2. Weeg 100 mg bromocresolgroen af in een maatkolf van 100 ml en voeg technische methanol toe tot aan de markering.
    3. Weeg 100 mg methylrood in een maatkolf van 100 ml en voeg technische methanol toe tot de markering.
    4. Giet de 5 L H3BO3-oplossing uit stap 4.3.1, 100 ml bromocresolgroene oplossing uit stap 4.3.2, 70 ml van de methylrode oplossing uit stap 4.3.3 en 5 L gedeioneerd water in een container. Schud de ontvangende oplossing 30 minuten goed.
      OPMERKING: De uiteindelijke kleur van de oplossing moet groen zijn. Als de kleur niet groen is, voeg dan 50 ml 1 N NaOH-oplossing toe.
  4. Monstervoorbereiding
    1. Voeg in een Kjeldahl-buis 100 mg lignine gewogen op een stikstofvrij papier een tablet Kjeldhal (1,5 g kaliumsulfaat (K2SO4) + 0,045 g kopersulfaat pentahydraat (CuSO4,5H 2O) + 0,045 g titaandioxide (TiO2)) toe en voeg 7,2 ml Htoe.
      OPMERKING: Gebruik vier buizen met alleen stikstofvrij papier (zonder de monsters) als blanco' s.
  5. Monstervertering
    1. Zet de thermostaat op de vergister 1 uur van tevoren aan bij 360 °C.
    2. Plaats de monsterbuizen op een rek, plaats de vier lege buizen op de vier hoeken van het rek en vul de gaten (indien aanwezig) van het rek met lege buizen.
    3. Plaats het rek in de voorverwarmde vergister, dek het afzuigsysteem af en open de waterpomp.
      OPMERKING: Zorg ervoor dat u dampen vermijdt; de waterstroom te verhogen als er dampen verschijnen.
    4. Schakel na 2 uur de verwarming uit, verwijder de monsters en plaats ze op een metalen steun. Laat het rek ongeveer 40 minuten afkoelen met het zuigsysteem aan.
  6. Kjeldhal distillatieprocedure
    1. Zet de Kjeldahl distilleerder aan. Zelftests toestaan om uit te voeren totdat Selectie op het scherm verschijnt. Schakel over naar de handmatige modus, plaats een lege buis en sluit de schuifdeur.
    2. Reinig de titrant buret (0,02 N H2SO4) (til het deksel op) door het meerdere keren op de bodem en bovenkant te drukken en verwijder luchtbellen uit de leidingen door de buis van de H 2 SO4-fles te knijpen. Doe de motorkap dicht.
    3. Reinig de H3BO3 ontvangstoplossing 3x.
    4. Voeg 3x water toe en schakel over op Actieve stoom (10 min). Schakel over naar het analyseprogramma Kjeldahl 1. Voer Blanco in met de pijlen op het niveau van de resultaatlijn.
    5. Plaats de buis. Begin met de vier spaties en bereken hun gemiddelden. Voer de waarde in de Blanco-regel in.
      OPMERKING: Nadat de buis is geplaatst, voegt het apparaat automatisch en achtereenvolgens 30 ml H2O, 30 ml H3BO3en 40 ml van 10 N NaOH toe.
    6. Schakel over op ml titrant op de resultaatlijn. Plaats de buis en noteer de hoeveelheid H2SO4 die wordt gebruikt.
      OPMERKING: Om de Kjeldahl-distilleerder te testen, moet u er rekening mee houden dat 50 mg glycerine overeenkomt met 18,60% ± 5% van % N. Aan het einde van elke titratie leegt en reinigt het apparaat automatisch de buis.
    7. Bereken het percentage N.
      figure-protocol-4
      V s.a : Volume zwavelzuur
      T s.a : 0.02 N H2SO4
      S: monstermassa

5. Asgehalte in geëxtraheerde lignine

  1. Droog de keramische smeltkroezen 1 uur bij 105 °C. Laat ze afkoelen in een desiccator.
  2. Weeg een smeltkroes en noteer het nummer. Voeg ongeveer 1 g van het monsterpoeder toe. Plaats de smeltkroes in de demperoven met het volgende programma: een helling van 2 uur tot 575 °C; een plateau van 4 uur bij 575 °C.
  3. Laat de oven afkoelen tot 100 °C. Verwijder de smeltkroezen, plaats ze in de desiccator en weeg ze af.

6. Koolhydraatgehalte

  1. Bereiding van natrium borohydride (NaBH4)/dimethylsulfoxide (DMSO) oplossing
    1. Plaats 2 g NaBH4 in een volumetrische kolf van 100 ml en vul tot de markering met DMSO. Verwarm tot 100 °C in een burgemeestersbad en roer de oplossing tot deze volledig is opgelost.
  2. Bereiding van MIX-oplossing
    1. Plaats 20 mg xylose, arabinose, rhamnose, glucose, galactose, mannose en 2-deoxyglucose in een volumetrische kolf van 100 ml en vul tot 100 ml met gedeïoniseerd water.
  3. Hydrolyse van het monster
    1. Weeg een monster van 50 mg lignine in een borosilicaatglasbuis, voeg 3 ml 1 M H2SO4toe en verwarm het mengsel gedurende 3 uur bij 100 °C.
    2. Koel het monster, voeg 1 ml ammoniumhydroxide (NH4 OH)van 15 ml toe en controleer de pH om er zeker van te zijn dat het neutraal of alkalisch is. Voeg precies 1 ml interne standaard (2-deoxyglucose) toe aan elk monster.
      OPMERKING: De 2-deoxyglucose die als interne norm wordt toegevoegd, maakt het mogelijk om de hoeveelheid van elke dosis in het monster te kwantificeren.
  4. Reductie en acetylatie van monosachariden tot alditolacetaat
    1. Neem 400 μL van de oplossing uit stap 6.3.2 en plaats deze in speciale buizen. Neem 400 μL van de control MIX-oplossing en plaats deze in speciale buizen.
      OPMERKING: Het gebruik van de MIX-oplossing vergemakkelijkt de berekening van responsfactoren (RFs) en monosacharidepercentages.
    2. Voeg 2 ml van de NaBH4/DMSO-oplossing toe, bereid in rubriek 6.1. Sluit de buis en incubeer gedurende 90 minuten bij 40 °C in een waterbad. Haal de buis uit het waterbad en voeg 0,6 ml ijsazijn toe.
      OPMERKING: Omdat dit een exotherme reactie is, verschijnen er bellen en rook.
    3. Voeg ongeveer 0,4 ml 1-methylimidazol en ongeveer 4 ml azijnzuuranhydride toe. Voeg na 15 minuten 10 ml gedestilleerd water toe, koel af en voeg ~ 3 ml dichloormethaan (CH2Cl2)toe.
    4. Verzamel na ten minste 2 uur ~1 ml van de onderste (organische) fase en injecteer deze in een gaschromatograaf uitgerust met een capillaire kolom van een vlamionisatiedetector, HP1-methylsiloxaan (30 m (lengte) x 320 μm (inwendige diameter), 0,25 μm (filmdikte)). Analyseer de gegevens.
    5. Gebruik de volgende formule om de responsfactor (RF) te berekenen.
      figure-protocol-5
      A m. p: Gemiddelde van het gebied van de monosacharidepiek in de MIX-oplossing
      M a. h van 2 - deoxy glucose: Massa van 2-deoxyglucose na hydrolyse
      Een 2dg. p: Gemiddelde van het oppervlak van de 2-deoxyglucosepiek in de MIX-oplossing
      M a. h van het monosacharide: Massa van het monosacharide na hydrolyse
      OPMERKING: Watervrije correctie is 0,8 voor rhamnose, 0,88 voor arabinose en xylose en 0,9 voor mannose, glucose en galactose. Massa na hydrolyse = watervrije correctie x massa (g) van het monosacharide dat in de MIX-oplossing wordt gebruikt.
    6. Gebruik de volgende formule om de monosacharidemassa te berekenen.
      figure-protocol-6
      Ap. M: Monosacharide piekgebied in het geanalyseerde monster
      M. IS: Massa van interne toegevoegde norm; hier, C SI=1 mg/ml
      AP.2: Piekgebied van 2-deoxyglucose in het monster
      RF: responsfactor
    7. Bereken het percentage van elke monosacharide met behulp van de volgende formule.
      figure-protocol-7

7. Chemische functies in geëxtraheerde lignine (Fourier-getransformeerd infrarood)

  1. Gebruik een FT-IR-spectrometer die is uitgerust met een verzwakte atr-module (Total Reflectance) om de chemische functionele groepen in geëxtraheerde lignine te identificeren. Open de spectroscopiesoftware en pas de parameters aan: resolutie 4 cm-1,sample scantijd 32, achtergrondscantijd 16, sla gegevens op van 4000 tot 400 cm-1,resultaatspectrumdoorlaat.
  2. Voeg geen monster toe; druk op achtergrond enkel kanaal. Plaats nu 1 mg van het monster op het kristal en druk op monster enkel kanaal. Verwerk de verkregen spectra.

8. Moleculair gewicht van geëxtraheerde lignine (gelpermeatiechromatografie)

  1. Bereid een oplossing van dimethylformamide (DMF) met 0,5% lithiumchloride (LiCl). Neem 5 g LiCl in een maatkolf van 1 L, voeg DMF toe tot aan de maatlijn en meng de inhoud tot een homogene vloeistof is verkregen.
  2. Los 3 mg van het ligninemonster op in 3 ml DMF met 0,5% LiCl. Centrifugeer in een centrifugebuis van 10 ml en scheid de oplosbare fractie in een flacon.
  3. Los 3 mg polystyreenstandaard 1 kDa, 2 kDa, 3 kDa, 10 kDa, 20 kDa en 30 kDa op in de oplossing van DMF met 0,5% LiCl. Centrifugeer in 10 ml borosilicaatglasbuizen en breng de oplosbare fractie over in een flacon.
  4. Bereid een hoogwaardig vloeibaar chromatografie-ultraviolet (UV) systeem voor.
    1. Open het datasysteem en controleer de UV-detector.
    2. Reinig het systeem met gedestilleerd water. Installeer de zuiger in het eluent (DMF met 0,5% LiCl). Open de zuiveringsklep en zuiver de leiding met een debiet van 1 ml/min gedurende 15 minuten. Stop de stroom en sluit de zuiveringsklep.
    3. Stel het debiet in op 1 ml/min gedurende 10 minuten om de eluentroute naar de detector te reinigen. Stop het debiet.
    4. Installeer de kolom voorafgegaan door een beschermkolom (zie de tabel met materialen). Schakel de kolomverwarming in op 45 °C, schakel de UV-detector in en stel het debiet geleidelijk in totdat een debiet van 0,6 ml/min is bereikt.
    5. Injecteer 30 μL van elk monster gedurende 40 minuten bij een golflengte van 270 nm. Verwerk de verkregen gegevens en bereken de massaverdeling met behulp van de kalibratielijn.
    6. Bereken het aantal gemiddelde molecuulgewicht (Mn), gewichtsgemiddelde molecuulgewicht (Mw) en polydispersiteitsindex (PDI).
      figure-protocol-8
      figure-protocol-9
      figure-protocol-10
      Mi: moleculair gewicht van een ketting
      Ni: aantal kettingen voor dat molecuulgewicht

9. Gegevensbehandeling en statistische analyses

  1. Voer alle analytische experimenten in drievoud uit en druk de resultaten uit als % droge stof.
  2. Voer eenrichtingsanalyse van variantie (ANOVA) uit en vergelijk de middelen met behulp van de meervoudige vergelijkingstest van Tukey.
  3. Uitvoeren van principal component analysis (PCA) .

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Figuur 2A-C toont de lignineopbrengst van de extractie uit de zes grondstoffen , weergegeven in figuur 1A-F, na de gecombineerde microgolf-DES-voorbehandeling. De resultaten tonen aan dat de lignineopbrengst verkregen met DES1 (ChCl-oxaalzuur) (Figuur 2A) lager was dan de opbrengsten verkregen met DES2 (ChCl-melkzuur) en DES3 (ChCl-ureum) (

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Deze studie had vele doelstellingen; de eerste was het bereiden en gebruiken van goedkope groene oplosmiddelen met de kenmerken van zowel ionische vloeistoffen als organische oplosmiddelen. Het tweede doel was om de biomassa te fractioneren en lignine in één stap te extraheren, zonder voorafgaande stappen zoals de extractie van extractables met behulp van Soxhlet of hemicellulose met behulp van alkalische oplosmiddelen, basis- of thermofysische technieken. Het derde doel was lignine terug te winnen door eenvoudige filtra...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs melden geen belangenverstrengeling.

Dankbetuigingen

MK en TB bedanken Haitham Ayeb voor statistische analyses en cijfervoorbereiding, Waals Gewest (Europese Regionale Ontwikkeling-VERDIR) en Minister van Hoger Onderwijs en Wetenschappelijk Onderzoek (Taoufik Bettaieb) voor de financiering.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
HPLC Gel Permeation ChromatographyAgilent 1200 series
1 methylimadazoleAcros organics
2-deoxy-D-glucose (interne standaard)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
AzijnzuurSigma Aldrich (St. Louis, USA)
AzijzanhydrideSigma Aldrich (St. Louis, USA)
Aanpasbare pipetten
Alkalialkali-extractie lignine
Arabinose (99%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
AutoclaafCERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro)
Waterbad op 70 °C
BoorzuurSigma Aldrich (St. Louis, USA)
BromocresolSigma Aldrich (St. Louis, USA)
KatalysatorCTQ (gecodeerd A22) (1,5 g K2SO4 + 0,045 g CuSO4.5 H2O + 0,045 g TiO2)Merck
Centrifugatie container
CentrifugeBECKMAN COULTERAvanti J-E centrifuge
Keramische smeltkroezen
Choline chloride 99%Acros organics
KolomAgilent PLGel Mixed C (alpha 3.000 (4,6 × 250 mm, 5 µm) voorafgegaan door een guard kolom (TSK gel alpha guard kolom 4,6 mm × 50 mm, 5 µm)
KolomHP1-methylsisoxaan (30 m, 0,32 mm, 0,25 mm)
Smeltkroes porositeit N°4 (Filterende smeltkroes)Shott Duran Duitslandboro 3.3
Gedeïoniseerd water
Droogkast
DimethylformamideVWR BDH Chemicals
DimethylsulfoxideAcros organics
Erlenmeyer kolf
EthanolMerck (Darmstadtt, Duitsland)
Filterende smeltkroezen, porselein
Filtratieflessen
Fourrier Transformed Infra- RoodVertex 70 Bruker apparaat
uitgerust met een module voor geattenueerde totale reflectie (ATR).
Spectra werden opgenomen in het bereik van 4.000–400 cm−1 met 32 scans
met een resolutie van 4,0 cm−1
Galactose (98%Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Gaz ChromatographyAgilent (7890 series)
Glasfles 100 mL
Glasbuizen (borosilicaat) met teflon doppen 10 mL
Glucose (98%Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Golves
Gegradueerde cilinder 50 mL /100 mL
H2SO4 Titrisol (0,1 N)Merck (Darmstadtt, Duitsland)
H2SO4 (95-98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)BUCHI R-114)
Hummer snijder uitgerust met 1 mm en 0,5 mm zeefMill Ttecator (Zweden)Cyclotec 1093
IndulinRuwe lignine controle
Kjeldahl distilleertoestelKjeltec 2300 (Foss)
Kjeldahl buisFOSS
Kjeldhal rek
Kjeldhal digesterKjeltec 2300 (Foss)
Kjeldhal zuigsysteem
Lab Chem station SoftwareGC data analyse
MelkzuurMerck (Darmstadtt, Duitsland)
Lithium chloride LiClSigma Aldrich (St. Louis, USA)
Mannose (98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Methylrood
MicrogolfovenSTART SYNTH MILESTONE Microgolf laboratorium systeem
Microgolf temperatuur sonde
Microgolf container
Moffelhaard
NaOHMerck (Darmstadtt, Duitsland)
Stikstof vrije papier
Opusspectroscopie software
OvenGmbH Memmert SNB100Memmert SNB100
OxalaanzuurVWR BDH Chemicals
P 1000Soda-verwerkte lignine
pH papier
Precisieweegschaal
Infrarood spectroscopie
Quatz cuvet
Rhamnose (98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Roterende vacuüm evaporatorBucher
Rondbodemfles 500 mL
Natriumborohydride NaBH4
Schott flesGlazfles
Sovirel buizensovirelBorosililaat glas buizen
Spatule
Speciale buis
SpectophotometerUV-1800 Shimadzu
Sterilisatie indicatie tape
Roerbar in teflon
Roerplaat
Spuiten
NatriumborohydrideSigma Aldrich (St. Louis, USA)
TitrisolMerckMerck 1099840,1 N H2SO4

Referenties

  1. Kammoun, M., et al. Hydrothermal dehydration of monosaccharides promoted by seawater fundamentals on the catalytic role of inorganic salts. Frontiers in Chemistry. 7, 132(2019).
  2. Kammoun, M., Ayeb, H., Bettaieb, T., Richel, A. Chemical characterisation and technical assessment of agri-food residues, marine matrices, and wild grasses in the South Mediterranean area: A considerable inflow for biorefineries. Waste Management. 118, 247-257 (2020).
  3. Zhang, C. W., Xia, S. Q., Ma, P. Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents. Bioresource Technology. 219, 1-5 (2016).
  4. Mora-Pale, M., Meli, L., Doherty, T. V., Linhardt, R. J., Dordick, J. S. Room temperature ionic liquids as emerging solvents for the pretreatment of lignocellulosic biomass. Biotechnology and Bioengineering. 108 (6), 1229-1245 (2011).
  5. Chen, Z., Wan, C. Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment. Bioresource Technologie. 250, 532-537 (2018).
  6. Francisco, M., Van Den Bruinhorst, A., Kroon, M. C. New natural and renewable low transition temperature mixtures ( LTTMs ): screening as solvents for lignocellulosic biomass processing. Green Chemistry. 14 (8), 2153-2157 (2012).
  7. Liu, Y. C., et al. Efficient cleavage of lignin - carbohydrate complexes and ultrafast extraction of lignin oligomers from wood biomass by microwave-assisted treatment with deep eutectic solvent. Chem sus chem. 10, 1692-1700 (2017).
  8. Xu, G. C., Ding, J. C., Han, R. Z., Dong, J. J., Ni, Y. Enhancing cellulose accessibility of corn stover by deep eutectic solvent pretreatment for butanol fermentation. Bioresource Technologie. 203, 364-369 (2016).
  9. Jablonský, M., Andrea, Š, Kamenská, L., Vrška, M., Šima, J. Deep eutectic solvents fractionation of wheat straw deep eutectic solvents fractionation of wheat straw. Bioresources. 10 (4), 8039-8047 (2015).
  10. Shen, X. J., et al. Facile fractionation of lignocelluloses by biomass-derived deep eutectic solvent (DES) pretreatment for cellulose enzymatic hydrolysis and lignin valorization. Green Chemistry. 21, 275-283 (2019).
  11. Alvarez-Vasco, C., et al. Unique low-molecular-weight lignin with high purity extracted from wood by deep eutectic solvents (DES): a source of lignin for valorization. Green Chemistry. 18, 5133-5141 (2016).
  12. Banu, J. R., et al. A review on biopolymer production via lignin valorization. Bioresource Technologie. 290, 121790(2019).
  13. Gordobil, O., Olaizola, P., Banales, J. M., Labidi, J. Lignins from agroindustrial by-products as natural ingredients for cosmetics chemical structure and in vitro sunscreen and cytotoxic activities. Molecules. 25 (5), 1131(2020).
  14. Lee, C. S., Thu Tran, T. M., Weon Choi, J., Won, K. Lignin for white natural sunscreens. International Journal of Biological Macromolecules. 122, 549-554 (2019).
  15. Widsten, P. Lignin-based sunscreens-state-of-the-art, prospects and challenges. Cosmetics. 7, 85(2020).
  16. Qian, Y., Qiu, X., Zhu, S. Lignin: a nature-inspired sun blocker for broad-spectrum sunscreens. Royal Society of Chemistry. 17, 320-324 (2015).
  17. Zijlstra, D. S., et al. Extraction of lignin with high β-O-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield. Journal of Visualized Experiments. (143), e58575(2019).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Diep eutectic solventmagnetronondersteundbiomassafractioneringligninzuiverheidFTIR spectroscopiehogedrukvloeistofchromatografiePosidonia bladerenamandelschalenolijfpomace
Ultrasnelle lignineextractie uit ongewone mediterrane lignocellulosische residuen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.