Summary
डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट-आधारित, माइक्रोवेव-असिस्टेड प्रीट्रीटमेंट लिग्नोसेल्यूलोसिक फ्रैक्शन और हाई-प्योरिटी लिग्निन रिकवरी के लिए एक ग्रीन, फास्ट और कुशल प्रक्रिया है।
Abstract
प्रीट्रीटमेंट अभी भी लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोरिफाइनरी प्रक्रियाओं में सबसे महंगा कदम है। इसे रासायनिक आवश्यकताओं के साथ-साथ बिजली और गर्मी की खपत को कम करके और पर्यावरण के अनुकूल सॉल्वैंट्स का उपयोग करके लागत प्रभावी बनाया जाना चाहिए। डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) टिकाऊ बायोरिफाइनरीज में कुंजी, हरे और कम लागत वाले सॉल्वैंट्स हैं। वे कम से कम एक हाइड्रोजन बॉन्ड दाता और एक हाइड्रोजन बॉन्ड स्वीकारकर्ता के परिणामस्वरूप कम फ्रीजिंग पॉइंट्स की विशेषता वाले पारदर्शी मिश्रण हैं। हालांकि DESs सॉल्वैंट्स का वादा कर रहे हैं, यह प्रतिस्पर्धी लाभप्रदता के लिए माइक्रोवेव विकिरण के रूप में एक आर्थिक हीटिंग प्रौद्योगिकी के साथ गठबंधन करने के लिए आवश्यक है । माइक्रोवेव विकिरण हीटिंग समय को छोटा करने और अंश को बढ़ावा देने के लिए एक आशाजनक रणनीति है क्योंकि यह तेजी से उचित तापमान प्राप्त कर सकता है। इस अध्ययन का उद्देश्य कम लागत और बायोडिग्रेडेबल सॉल्वेंट का उपयोग करके बायोमास आंशिकता और लिग्निन निष्कर्षण के लिए एक कदम, तेजी से विधि विकसित करना था।
इस अध्ययन में, तीन प्रकार के डीईएस का उपयोग करके 800 डब्ल्यू में 60 एस के लिए माइक्रोवेव-असिस्टेड डेस प्रीट्रीटमेंट का आयोजन किया गया था। डेस मिश्रण कोलीन क्लोराइड (सीसीएल) और तीन हाइड्रोजन-बॉन्ड दानदाताओं (एचबीडी) से तैयार किए गए थे: एक मोनोकार्बोक्सिलिक एसिड (लैक्टिक एसिड), एक डिकार्बोक्सिलिक एसिड (ऑक्सालिक एसिड), और यूरिया। इस प्रीट्रीटमेंट का उपयोग समुद्री अवशेषों (पोसिडोनिया पत्तियों और एगाग्रोपाइल), कृषि-खाद्य उपउत्पादों (बादाम के गोले और जैतून पोमास), वन अवशेषों (पाइनकोन्स), और बारहमासी लिग्नोसेल्यूलोसिक घास(स्टिपा टेनाइसिमा)से बायोमास आंशिकता और लिग्निन वसूली के लिए किया जाता था। बरामद लिग्निन की उपज, शुद्धता और आणविक वजन वितरण का निर्धारण करने के लिए आगे विश्लेषण किए गए। इसके अलावा, निकाले गए लिग्निन में रासायनिक कार्यात्मक समूहों पर डीएसएस का प्रभाव फोरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड (एफटीआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा निर्धारित किया गया था। परिणाम इंगित करते हैं कि सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड मिश्रण उच्चतम लिग्निन शुद्धता और सबसे कम उपज प्रदान करता है। वर्तमान अध्ययन दर्शाता है कि डेस-माइक्रोवेव प्रक्रिया लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोमास अंश के लिए एक अल्ट्राफास्ट, कुशल और लागत-प्रतिस्पर्धी तकनीक है।
Introduction
टिकाऊ बायोरिफाइनरी प्रक्रियाएं बायोमास प्रसंस्करण, ब्याज के अणुओं में इसका अंश, और मूल्य वर्धित उत्पादों में उनके रूपांतरण को एकीकृत करती हैं1। दूसरी पीढ़ी के बायोरिफाइनिंग में, बायोमास को इसके मुख्य घटकों में आंशिक करने के लिए प्रीट्रीटमेंट आवश्यक माना जाता है2। रासायनिक, भौतिक या जैविक रणनीतियों का उपयोग करने वाले पारंपरिक पूर्वउपचार विधियों को व्यापक रूप से लागू किया गया है3। हालांकि, इस तरह के प्रीट्रीटमेंट को बायोरिफाइनिंग में सबसे महंगा कदम माना जाता है और इसमें लंबे प्रसंस्करण समय, उच्च गर्मी और बिजली की खपत, और विलायक अशुद्धियों4जैसे अन्य नुकसान हैं। हाल ही में, डीएसएस, जिनके गुण आयनिक तरल पदार्थ3के समान हैं, बायोडिग्रेडेबिलिटी, पर्यावरण-मित्रता, संश्लेषण में आसानी और उपचार के बाद वसूली जैसे फायदों के कारण हरे सॉल्वैंट्स के रूप में उभरे हैं5।
डीईएस कम से कम एक एचबीडी के मिश्रण हैं, जैसे लैक्टिक एसिड, मैलिक एसिड, या ऑक्सालिक एसिड, और हाइड्रोजन-बॉन्ड स्वीकारकर्ता (एचबीए) जैसे बीटाइन या कोलीन क्लोराइड (सीसीएल)6। एचबीए-एचबीडी इंटरैक्शन एक उत्प्रेरक तंत्र को सक्षम करता है जो रासायनिक बांडों के दरार की अनुमति देता है, जिससे बायोमास फ्रैक्शन और लिग्निन अलगाव होता है। कई शोधकर्ताओं ने मकई की कोख पर सीसीएल-ग्लाइसरोल जैसे लिग्नोसेल्यूलोसिक फीडस्टॉक्स के डेस आधारित प्रीट्रीटमेंट औरस्टावर 7,8,सीसीएल-यूरिया की सूचना दी है। और गेहूं के भूसे पर सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड9, यूकेलिप्टस चूराब 10पर सीसीएल-लैक्टिक एसिड, और लकड़ी11 पर सीसीएल-एसिटिक एसिड11और सीसीएल-एथिलीन ग्लाइकोल । डेस दक्षता में सुधार करने के लिए, प्रीट्रीटमेंट को माइक्रोवेव उपचार के साथ जोड़ा जाना चाहिए ताकि बायोमास अंश5में तेजी लाई जा सके। कई शोधकर्ताओं ने लकड़ी 8 और मकई स्टोवर, स्विचग्रास और मिकैनथस5के इसतरह के संयुक्त प्रीट्रीटमेंट (डीईएस और माइक्रोवेव) की सूचना दी है, जो एक छोटी अवधि में एक आसान कदम में लिग्नोसेल्यूलोसिक अंश और लिग्निन निष्कर्षण के लिए डीएसएस की क्षमता में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
लिग्निन एक फेनोलिक मैक्रोमॉल्यूल है जो बायोपॉलिमर के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में वैलोर किया जाता है और सुगंधित मोनोमर और ओलिगोमर12जैसे रसायनों के उत्पादन के लिए एक विकल्प प्रस्तुत करता है। इसके अलावा लिग्निन में एंटीऑक्सीडेंट और पराबैंगनी अवशोषण गतिविधियां13हैं । कई अध्ययनों में कॉस्मेटिक उत्पादों में लिग्निन अनुप्रयोगों की सूचना दी गई है14,15. वाणिज्यिक सनस्क्रीन उत्पादों में इसके एकीकरण ने उत्पाद के सन प्रोटेक्शन फैक्टर (एसपीएफ) को एसपीएफ 15 से एसपीएफ 30 में सुधार किया है जिसमें केवल 2 डब्ल्यूटी% लिग्निन और एसपीएफ 50 तक 10 डब्ल्यूटी% लिग्निन16के अलावा शामिल किया गया है। यह पेपर लिग्निन-कार्बोहाइड्रेट दरार के लिए एक अल्ट्राफास्ट दृष्टिकोण का वर्णन करता है, जो भूमध्य बायोसमान के संयुक्त डेस-माइक्रोवेव प्रीट्रीटमेंट द्वारा सहायता प्रदान करता है। इन बायोसमान में कृषि-खाद्य उपउत्पाद, विशेष रूप से जैतून पोमे और बादाम के गोले शामिल हैं। जिन अन्य बायोमैस की जांच की गई थी, वे समुद्री मूल (पोसिडोनिया के पत्ते और एगाग्रोपाइल) और जंगल (पाइनकोन और जंगली घास) से उत्पन्न होने वाले थे। इस अध्ययन का ध्यान फीडस्टॉक अंश पर इस संयुक्त पूर्व उपचार के प्रभावों का मूल्यांकन करने, लिग्निन शुद्धता और उपज पर इसके प्रभाव की जांच करने और निकाले गए लिग्निन में आणविक वजन और रासायनिक कार्यात्मक समूहों पर इसके प्रभावों का अध्ययन करने के लिए कम लागत वाले हरे सॉल्वैंट्स का परीक्षण करना था।
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Protocol
1. बायोमेस की तैयारी
- बायोमास सुखाने
- पोसिडोनिया के पत्तों और एगग्रोपिल गेंदों(पोसिडोनिया ओशिनिका)को भूमध्य समुद्र तटों से काटा गया, 72 घंटे के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखें।
- खाद्य उद्योगों से उत्पन्न बादाम के गोले(प्रूनस डल्सिस),और जैतून के तेल मिलों से प्राप्त जैतून के पोमे(ओलिया यूरोपिया एल)को72 घंटे के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखें।
- एक जंगल से एकत्र किए गए पाइनकोन(पिनस हैलपेन्सिस)और दक्षिणी भूमध्य बेसिन से एकत्र अल्फा पत्तियों(स्टिपा टेनाइसिमा)को 72 घंटे के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखें।
नोट: यदि बायोमास में रेत होती है, तो इसे ओवन में रखने से पहले आसुत पानी से धोया जाना चाहिए। बायोसमान को चित्रा 1A-Fमें दिखाया गया है ।
- बायोमास पीस
- 1 मिमी छलनी से लैस हैमर कटर में प्रत्येक बायोमास के 20 ग्राम रखें। परिणामी पाउडर को 0.25 एल बीकर में ले जाएं और इसे 0.5 मिमी छलनी से लैस हैमर कटर में खिलाएं। पाउडर को 0.25 एल बीकर में ले जाएं।
2. माइक्रोवेव-असिस्टेड, अल्ट्राफास्ट लिग्निन निष्कर्षण
- डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट (डीईएस) तैयारी
- 500 एमएल राउंड-बॉटम फ्लास्क में 126 ग्राम ऑक्सालिक एसिड डिहाइड्रेट के साथ सीसीएल के 174 ग्राम के साथ 1:1 के मोलर अनुपात में DES1 (सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड) तैयार करें और उन्हें 4 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर स्नान में पिघलाएं जब तक कि एक समरूप और पारदर्शी तरल नहीं बनता है।
- 500 एमएल राउंड-बॉटम फ्लास्क में 90 ग्राम लैक्टिक एसिड के साथ सीसीएल के 174 ग्राम मिश्रण करके 1:1 के मोलर अनुपात में DES2 (सीसीएल-लैक्टिक एसिड) तैयार करें और उन्हें 4 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर स्नान में पिघलाएं जब तक कि एक समरूप और पारदर्शी तरल नहीं बनता है।
- 500 एमएल राउंड-बॉटम फ्लास्क में 120 ग्राम यूरिया के साथ सीसीएल के 174 ग्राम मिलाकर 1:12 के मोलर अनुपात में DES3 (सीसीएल-यूरिया) तैयार करें और उन्हें 4 घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर स्नान में पिघलाएं जब तक कि एक समरूप और पारदर्शी तरल नहीं बन जाता है।
नोट: 500 आरपीएम पर एक हलचल बार के साथ लगातार इन मिश्रणों को हिलाओ।
- संयुक्त माइक्रोवेव-डेस उपचार
- एक बंद पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन रिएक्टर में माइक्रोवेव में फीडस्टॉक के 5 ग्राम रखें। डेस के 50 एमएल जोड़ें, और नमूने में एक सरगर्मी बार रखें। माइक्रोवेव कंटेनर को उचित टोपी के साथ बंद करें, और तापमान टोपी संलग्न करें।
- माइक्रोवेव कंटेनर को टर्नटेबल के किनारे पर रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि यह लगातार उत्तेजित हो। माइक्रोवेव पावर को 1 मिनट के लिए 800 डब्ल्यू पर सेट करें। उपयुक्त दस्ताने का उपयोग करके, कंटेनर को माइक्रोवेव से बाहर निकालें, और मिश्रण को ठंडा होने दें। प्रत्येक बायोमास नमूने के लिए तीन डीईएसएस का उपयोग करके इस उपचार को दोहराएं।
नोट: जांच करें और सुनिश्चित करें कि तापमान जांच सही ढंग से रखा गया है, और माइक्रोवेव कंटेनर में एक समरूप तापमान है।
- लिग्निन अलगाव
- इथेनॉल को मिलाकर एक सजातीय एंटीसॉल्वेंट समाधान तैयार करें: 50:50 (v:v) अनुपात में पानी। उपचारित फीडस्टॉक में एंटीसोलेंट समाधान का 50 एमएल जोड़ें, मिश्रण को एक अपकेंद्रित्र कंटेनर (250 एमएल) में रखें, और 3,000 × ग्रामपर 5 मिनट के लिए सेंट्रलाइज करें।
- अपकेंद्रित्र के बाद, एक ग्लास फिल्टर क्रूसिबल (पोरोसिटी 4, 10-16 माइक्रोन, व्यास 10 मिमी) का उपयोग करके सुपरनैंट (लिग्निन-समृद्ध अंश) को फ़िल्टर करें। एंटीसॉल्वेंट समाधान के 25 एमएल के साथ अपकेंद्रित्र के बाद एकत्र किए गए शेष सेल्यूलोज अवशेषों को धोएं।
- प्रत्येक धोने के बाद 5 मिनट के लिए 3,000 × जी पर सेंट्रलाइज। दोहराएं 4x धोता है, और कांच फिल्टर क्रूसिबल (porosity N 4, 10-16 μm, व्यास 10 मिमी) के माध्यम से धोता इकट्ठा और फ़िल्टर।
- 500 एमएल राउंड बॉटम फ्लास्क में स्टेप 2.3.3 से फ़िल्टर किए गए वॉश में फ़िल्टर किए गए लिग्निन-समृद्ध अंश जोड़ें। 50 डिग्री सेल्सियस और 110 mbar पर एक रोटरी वाष्पीकरण का उपयोग कर इथेनॉल वाष्पित।
- केंद्रित शराब (लिग्निन से भरपूर अंश) में 150 मिलियन पानी जोड़ें, और अपकेंद्रित्र द्वारा लिग्निन को उपजी करें। एक गोली के रूप में लिग्निन ले लीजिए, और इसे 25 एमएल आसुत पानी से धोएं; वॉश 4x दोहराएं। लिग्निन को ल्योफाइलाइज करें, या इसे ओवन में 40 डिग्री सेल्सियस पर सुखा लें।
नोट: यदि आवश्यक हो, तो सॉल्वैंट्स से लवण को हटाने के लिए लिग्निन >4x धोएं। - उपज निर्धारित करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करें:
नोट: लिग्निन निष्कर्षण भी दो अन्य डीएसएस के साथ किया गया था: कोलाइन क्लोराइड + रेसोरसिनॉल और कोलिन क्लोराइड + 1 मिनट में ब्यूटिरिक एसिड। हालांकि, इन डीएसएस का उपयोग करके बरामद लिग्निन की मात्रा अन्य तीन डीएसएस का उपयोग करके प्राप्त मात्रा की तुलना में बेहद छोटी (और अप्राप्य) थी।
3. क्लासन द्वारा निकाले गए लिग्निन की शुद्धता निर्धारण
- क्लासन हाइड्रोलिसिस के लिए नमूना तैयारी
- फिल्टर क्रूसिबल (porosity 4, व्यास 4.5 मिमी) एक मफल भट्ठी में 4 घंटे (2 घंटे रैंप, 25 डिग्री सेल्सियस से) के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर रखें। जब ओवन 150 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा हो जाए तो क्रूसिबल निकालें, इसे ठंडा करने के लिए एक डिसिकेटर में रखें, और वजन करें।
- एक बोरोसिलिकेट ग्लास ट्यूब (सामग्रीकी मेज देखें) में लगभग 30 मिलीग्राम लिग्निन जोड़ें, और नमूने के वजन पर ध्यान दें। नमूने में 72% सल्फ्यूरिक एसिड (एच 2 एसओ4)का1मिलियन जोड़ें, नमूने को 60 मिनट के लिए 30 डिग्री सेल्सियस स्नान में रखें, और हर 10 मिनट को भंवर से मिलाएं।
- नमूना निकालें, इसे 100 एमएल ग्लास बोतल में स्थानांतरित करें, और एसिड को 4% की एकाग्रता में पतला करने के लिए 28 एमएल आसुत पानी जोड़ें। कांच की बोतल को 60 मिनट के लिए 121 डिग्री सेल्सियस पर एक ऑटोक्लेव में रखें। कांच की बोतल निकालें, और इसे ठंडा करने के लिए अनुमति दें।
- एसिड अघुलनशील लिग्निन का विश्लेषण
- वैक्यूम के तहत क्रूसिबल का उपयोग करके हाइड्रोलिपेट को फ़िल्टर करें। एक कांच की बोतल में सभी ठोस इकट्ठा करें जिसमें डिएकीकृत पानी होता है। डिएकोनाइज्ड पानी के 50 एमएल के साथ क्रूसिबल कुल्ला।
- 16 घंटे के लिए 105 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखकर ठोस युक्त क्रूसिबल को सुखा लें। ओवन से क्रूसिबल निकालें, इसे एक डिसिकेटर में रखें, और इसे ठंडा करने दें। सैंपल का वजन करें।
- 4 घंटे (2 घंटे रैंप) के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर एक मफल भट्ठी में क्रूसिबल रखें। इसे निकालकर किसी डिसेटर में रखें। सैंपल का वजन करें।
- एसिड अघुलनशील अवशेषों (एआईआर) के प्रतिशत की गणना करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करें:
WCSA: उन्हें ओवन से हटाने के बाद क्रूसिबल + नमूने का वजन
WC: क्रूसिबल का वजन
WCSMF: यह मफल भट्ठी से हटाने के बाद क्रूसिबल का वजन
ODW: नमूने के ओवन शुष्क वजन
- एसिड में घुलनशील लिग्निन का विश्लेषण
- क्वार्ट्ज क्यूवेट का उपयोग करके 205 एनएम पर स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ चरण 3.2.1 में प्राप्त फिलट्रेट के अवशोषण को मापें। खाली के रूप में आसुत पानी का उपयोग करें।
- एसिड-घुलनशील अवशेषों (एएसएल) के प्रतिशत की गणना करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करें:
नोट: अवशोषण 0.2 और 0.7 के बीच होना चाहिए। यदि आवश्यक हो तो नमूना पतला करें।
UVabs: 205 एनएम पर अवशोषण
पथलेंगथ: मापने वाले सेल का प्रकाश पथ (सेमी में)
ε: एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य पर बायोमास की अवशोषण
4. निकाले गए लिग्निन में नाइट्रोजन सामग्री
- क्षार समाधान की तैयारी
- 2.5 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में, 1 किलो सोडियम हाइड्रोक्साइड (नाओएच) का वजन करें और निशान तक डिओनाइज्ड पानी जोड़ें। फ्लास्क में एक चुंबकीय पट्टी रखें, और जब तक नाओएच पूरी तरह से भंग न हो जाए तब तक हिलाएं।
- सल्फ्यूरिक एसिड समाधान तैयारी
- 0.1 एन एच2एसओ4 (सामग्री की तालिकादेखें) को 5 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में लें, 5 एल मार्क तक डिओनाइज्ड पानी डालें, एक मैग्नेटिक बार रखें, और सामग्री भंग होने तक हिलाएं।
- समाधान प्राप्त करने की तैयारी
- एक 5 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में, डीओनाइज्ड पानी में एच3बीओ3 (बोरिक एसिड) के 100 ग्राम को भंग करें, और वॉल्यूम को निशान तक लाएं।
- 100 मिलीग्राम ब्रोमोक्रेसोल हरे रंग का वजन 100 एमएल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में करें, और निशान तक तकनीकी मेथनॉल जोड़ें।
- 100 मिलीग्राम वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में मिथाइल लाल का वजन करें, और निशान तक तकनीकी मेथनॉल जोड़ें।
- चरण4.3.3से चरण 4.3.1, ब्रोमोक्रेसोल ग्रीन समाधान के 100 एमएल से एच 3 बीओ 3 समाधान के 5 एल डालो, चरण 4.3.3 से मिथाइल लाल समाधान के 70 एमएल, और एक कंटेनर में डिओनाइज्ड पानी के 5 एल। प्राप्त समाधान को 30 मिनट के लिए अच्छी तरह से हिलाएं।
नोट: समाधान का अंतिम रंग हरा होना चाहिए। यदि रंग हरा नहीं है, तो 1 एन नाओएच समाधान के 50 एमएल जोड़ें।
- नमूना तैयार करना
- एक Kjeldahl ट्यूब में, एक नाइट्रोजन मुक्त कागज पर तौला लिग्निन के 100 मिलीग्राम जगह, Kjeldhal (1.5 ग्राम पोटेशियम सल्फेट (K2एसओ4)+ 0.045 ग्राम कॉपर सल्फेट पेंटाहाइड्रेट (CuSO4 .5H2O) + 0.045 ग्राम टाइटेनियम डाइऑक्साइड (टीओ2)) की एक गोली जोड़ें, और केंद्रित एच 2 एसओ4के7.2mL जोड़ें।
नोट: रिक्त स्थान के रूप में केवल नाइट्रोजन मुक्त कागज (नमूनों के बिना) के साथ चार ट्यूबों का उपयोग करें ।
- एक Kjeldahl ट्यूब में, एक नाइट्रोजन मुक्त कागज पर तौला लिग्निन के 100 मिलीग्राम जगह, Kjeldhal (1.5 ग्राम पोटेशियम सल्फेट (K2एसओ4)+ 0.045 ग्राम कॉपर सल्फेट पेंटाहाइड्रेट (CuSO4 .5H2O) + 0.045 ग्राम टाइटेनियम डाइऑक्साइड (टीओ2)) की एक गोली जोड़ें, और केंद्रित एच 2 एसओ4के7.2mL जोड़ें।
- नमूना पाचन
- 360 डिग्री सेल्सियस पर पहले से डाइजेस्टर 1 घंटे पर थर्मोस्टेट पर स्विच करें।
- एक रैक पर नमूना ट्यूब रखें, रैक के चार कोनों पर चार खाली ट्यूब रखें, और खाली ट्यूबों के साथ रैक के छेद (यदि कोई हो) में भरें।
- रैक को पहले से गरम डाइजेस्टर में रखें, सक्शन सिस्टम को कवर करें, और पानी पंप खोलें।
नोट: धुएं से बचने के लिए ध्यान रखें; यदि धुएं दिखाई दें तो पानी के प्रवाह को बढ़ाएं। - 2 घंटे के बाद, हीटिंग बंद कर दें, नमूनों को हटा दें, और उन्हें धातु के समर्थन पर रखें। रैक पर सक्शन प्रणाली के साथ लगभग 40 मिनट के लिए ठंडा करने के लिए अनुमति दें।
- कजेलधल आसवन प्रक्रिया
- Kjeldahl डिस्टिलर पर स्विच करें। स्क्रीन पर चयन दिखाई देने तक स्वयं-परीक्षणों को चलाने की अनुमति दें। मैनुअल मोड पर स्विच करें, एक खाली ट्यूब डालें, और स्लाइडिंग दरवाजा बंद करें।
- टाइटरेंट बुर्ज (0.02 एन एच2एसओ4)(कवर उठाएं) इसे कई बार नीचे और ऊपर दबाकर शुद्ध करें, और एच2एसओ4 बोतल की ट्यूब को निचोड़कर पाइप से हवा के बुलबुले को खत्म करें। हुड बंद करें।
- एच3बीओ3 प्राप्त समाधान 3x शुद्ध करें।
- पानी 3x जोड़ें, और सक्रिय भाप (10 मिनट) पर स्विच करें। Kjeldahl 1 विश्लेषण कार्यक्रम के लिए स्विच करें। परिणाम लाइन स्तर पर तीर का उपयोग कर ब्लैंको दर्ज करें।
- ट्यूब डालें। चार रिक्त स्थान के साथ शुरू करो, और उनके औसत की गणना । ब्लैंको लाइन में मूल्य दर्ज करें।
नोट: ट्यूब डालने के बाद, डिवाइस स्वचालित रूप से और क्रमिक रूप से एच2ओ के 30 एमएल, एच 3 बीओ 3 के30एमएल और 10 एन नाओएच के 40 एमएल जोड़ता है। - परिणाम लाइनपर टिटरेंट के एमएल पर स्विच करें । ट्यूब डालें, और उपयोग किए गए एच2एसओ4 की मात्रा नोट करें।
नोट: Kjeldahl डिस्टिलर का परीक्षण करने के लिए, विचार करें कि 50 मिलीग्राम ग्लिसरीन 18.60% ± 5% % एन के अनुरूप है। प्रत्येक टिटरेशन के अंत में, डिवाइस स्वचालित रूप से खाली हो जाता है और ट्यूब को साफ करता है। - एन के प्रतिशत की गणना करें।
V.a: सल्फ्यूरिक एसिड की मात्रा
टी एसए: 0.02 एन एच2एसओ4
एस: नमूना द्रव्यमान
5. निकाले गए लिग्निन में राख सामग्री
- 105 डिग्री सेल्सियस पर 1 घंटे के लिए सिरेमिक क्रूसिबल को सुखाएं। उन्हें एक डिसिकेटर में ठंडा करने के लिए छोड़ दें।
- एक क्रूसिबल वजन, और उसकी संख्या नोट करें। नमूना पाउडर के लगभग 1 ग्राम जोड़ें। निम्नलिखित कार्यक्रम के साथ मफल भट्ठी में क्रूसिबल रखें: 575 डिग्री सेल्सियस तक 2 घंटे का रैंप; 575 डिग्री सेल्सियस पर 4 घंटे का एक पठार।
- ओवन को 100 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने दें। क्रूसिबल निकालें, उन्हें डिसिकेटर में रखें, और उनका वजन करें।
6. कार्बोहाइड्रेट सामग्री
- सोडियम बोरोहाइड्राइड(एनएबीएच 4)/डाइमेथाइल्सुफॉक्साइड (डीएमएसओ) समाधान की तैयारी
- 100 एमएल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में एनएबीएच4 के 2 ग्राम रखें, और डीएमएसओ के साथ निशान को भरें। मेयर के स्नान में 100 डिग्री सेल्सियस तक गर्मी, और पूरी तरह से भंग होने तक समाधान को हिलाएं।
- मिक्स समाधान की तैयारी
- 100 एमएल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में 20 मिलीग्राम जाइलोज, अरबिनोज, राइनोज, ग्लूकोज, गैलेक्टोज, मैनोस, और 2-डिऑक्सीग्लूकोस रखें, और डिओनाइज्ड पानी के साथ 100 मिलीग्राम के निशान तक भरें।
- नमूने का हाइड्रोलिसिस
- एक बोरोसिलिकेट ग्लास ट्यूब में लिग्निन के 50 मिलीग्राम नमूने का वजन करें, 1 एम एच 2 एसओ4के3एमएल जोड़ें, और मिश्रण को 100 डिग्री सेल्सियस पर 3 घंटे के लिए गर्म करें।
- नमूना ठंडा करें, 15 एम अमोनियम हाइड्रोक्साइड (एनएच 4 ओह) के1एमएल जोड़ें, और यह सुनिश्चित करने के लिए पीएच की जांच करें कि यह तटस्थ या क्षारीय है। प्रत्येक नमूने में आंतरिक मानक (2-डिऑक्सीग्लूकोस) का ठीक 1 एमएल जोड़ें।
नोट: एक आंतरिक मानक के रूप में जोड़ा गया 2-डिऑक्सीग्लुकोस नमूने में मौजूद प्रत्येक खुराक की मात्रा को निर्धारित करना संभव बनाता है।
- एल्डिटोल एसीटेट में मोनोसैकराइड्स की कमी और एसीटिलेशन
- चरण 6.3.2 से समाधान के 400 μL ले लो, और यह विशेष ट्यूबों में जगह है। नियंत्रण मिश्रण समाधान के 400 μL ले लो, और यह विशेष ट्यूबों में जगह है।
नोट: मिक्स समाधान का उपयोग प्रतिक्रिया कारकों (आरएफएस) और मोनोसैकराइड प्रतिशत की गणना की सुविधा प्रदान करता है। - धारा 6.1 में तैयारनाभ 4/डीएमएसओ समाधान के 2 एमएल जोड़ें। ट्यूब को बंद करें, और पानी के स्नान में 40 डिग्री सेल्सियस पर 90 मिनट के लिए इनक्यूबेट करें। पानी के स्नान से ट्यूब निकालें, और हिमनदों एसिटिक एसिड के 0.6 एमएल जोड़ें।
नोट: चूंकि यह एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया है, इसलिए बुलबुले और धुआं दिखाई देंगे। - 1-मेथिलिलिमिडाजोल के लगभग 0.4 एमएल और एसिटिक एंहाइड्राइड के लगभग 4 मिलियन जोड़ें। 15 मिनट के बाद, 10 एमएल आसुत पानी जोड़ें, शांत करें, और डाइक्लोरोमेथेन (सीएच2 सीएल 2)के ~ 3 एमएल जोड़ें।
- कम से कम 2 घंटे के बाद, निचले (कार्बनिक) चरण के ~ 1 एमएल एकत्र करें, और इसे लौ आयनीकरण डिटेक्टर केसिलरी कॉलम, एचपी1-मिथाइलसिलोक्सेन (30 मीटर (लंबाई) x 320 माइक्रोन (आंतरिक व्यास), 0.25 माइक्रोन (फिल्म मोटाई) से लैस गैस क्रोमेनोग्राफ में इंजेक्ट करें। डेटा का विश्लेषण करें।
- प्रतिक्रिया कारक (आरएफ) की गणना करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करें।
एक एम पी: मिश्रण समाधान में मोनोसैकराइड चोटी के क्षेत्र का औसत
2 के एम ए एच - डिऑक्सी ग्लूकोज: हाइड्रोलिसिस के बाद 2-डिऑक्सीग्लूकोज़ का द्रव्यमान
एक 2डीजी। पी: मिश्रण समाधान में 2-deoxyglucose चोटी के क्षेत्र का औसत
मोनोसैकराइड के एम ए एच: हाइड्रोलिसिस के बाद मोनोसैकराइड का द्रव्यमान
नोट: Anhydro सुधार rhamnose के लिए 0.8, अरबिनोज़ और जाइलोस के लिए 0.88, और मैनोस, ग्लूकोज और गैलेक्टोज के लिए 0.9 है। हाइड्रोलिसिस के बाद द्रव्यमान = मिक्स समाधान में उपयोग किए जाने वाले मोनोसैकराइड के एनहाइड्रो सुधार एक्स द्रव्यमान (जी) । - एकाक्षरी द्रव्यमान की गणना करने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करें।
एपी। एम: विश्लेषण नमूने में मोनोसैकराइड पीक क्षेत्र
एम आईएस: आंतरिक मानक का द्रव्यमान जोड़ा गया; यहां, सी एसआई = 1 मिलीग्राम/एमएल
एपी.2: नमूने में 2-deoxyglucose के पीक क्षेत्र
आरएफ: प्रतिक्रिया कारक - निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके प्रत्येक मोनोसैकराइड के प्रतिशत की गणना करें।
- चरण 6.3.2 से समाधान के 400 μL ले लो, और यह विशेष ट्यूबों में जगह है। नियंत्रण मिश्रण समाधान के 400 μL ले लो, और यह विशेष ट्यूबों में जगह है।
7. निकाले गए लिग्निन में रासायनिक कार्य (फोरियर-ट्रांसफॉर्म्ड इन्फ्रारेड)
- निकाले गए लिग्निन में रासायनिक कार्यात्मक समूहों की पहचान करने के लिए, एक तनु कुल परावर्तन (एटीआर) मॉड्यूल से लैस एक एफटी-आईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करें। स्पेक्ट्रोस्कोपी सॉफ्टवेयर खोलें, और मापदंडों को समायोजित करें: रिज़ॉल्यूशन 4 सेमी-1,नमूना स्कैन समय 32, पृष्ठभूमि स्कैन समय 16, डेटा को 4000 से 400 सेमी-1,परिणाम स्पेक्ट्रम ट्रांसमिशन से बचाएं।
- कोई नमूना न जोड़ें; प्रेस बैकग्राउंड सिंगल चैनल. अब क्रिस्टल पर नमूना के 1 मिलीग्राम जगह है, और नमूना एकल चैनलप्रेस। प्राप्त स्पेक्ट्रा को संसाधित करें।
8. निकाले गए लिग्निन का आणविक वजन (जेल परमीशन क्रोमेटोग्राफी)
- 0.5% लिथियम क्लोराइड (एलआईसीएल) के साथ डाइमेथाइलफॉर्मेमाइड (डीएमएफ) का समाधान तैयार करें। 1 एल वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में एलसीएल के 5 ग्राम लें, गेज लाइन पर डीएमएफ जोड़ें, और समरूप तरल प्राप्त होने तक सामग्री को मिलाएं।
- 0.5% एलआईसीएल के साथ डीएमएफ के 3 एमएल में लिग्निन सैंपल का 3 मिलीग्राम घोलें। एक 10 एमएल सेंट्रलाइज ट्यूब में सेंट्रलाइज, और घुलनशील अंश को एक शीशी में अलग करें।
- 0.5% एलसीएल के साथ डीएमएफ के समाधान में 3 मिलीग्राम पॉलीस्टीरिन मानक 1 केडीए, 2 केडीए, 3 केडीए, 10 केडीए, 20 केडीए और 30 केडीए को भंग करें। 10 एमएल बोरोसिलिकेट ग्लास ट्यूब में सेंट्रलाइज, और घुलनशील अंश को एक शीशी में स्थानांतरित करें।
- हाई-परफॉर्मेंस लिक्विड क्रोमेटोग्राफी-पराबैंगनी (यूवी) सिस्टम तैयार करें।
- डेटा सिस्टम खोलें, और यूवी डिटेक्टर की जांच करें।
- आसुत पानी के साथ सिस्टम को शुद्ध करें। एल्युंट (0.5% एलआईसीएल के साथ डीएमएफ) में प्लंजर स्थापित करें। शुद्ध वाल्व खोलें, और 15 मिनट के लिए 1 एमएल/मिनट की प्रवाह दर के साथ लाइन को शुद्ध करें । प्रवाह को रोकें और शुद्ध वाल्व को बंद करें।
- डिटेक्टर के लिए eluent मार्ग को साफ करने के लिए 10 मिनट के लिए 1 ml/min करने के लिए प्रवाह दर निर्धारित करें । प्रवाह दर बंद करो।
- एक गार्ड कॉलम से पहले कॉलम स्थापित करें (सामग्री की तालिकादेखें)। 45 डिग्री सेल्सियस पर कॉलम हीटर पर स्विच करें, यूवी डिटेक्टर पर स्विच करें, और प्रवाह दर को धीरे-धीरे सेट करें जब तक कि 0.6 एमएल/मिनट की प्रवाह दर तक न पहुंच जाए।
- 270 एनएम की तरंगदैर्ध्य पर 40 मिनट के लिए प्रत्येक नमूने के 30 माइक्रोन इंजेक्ट करें। प्राप्त डेटा को संसाधित करें, और अंशांकन लाइन का उपयोग करके बड़े पैमाने पर वितरण की गणना करें।
- संख्या औसत आणविक वजन (एमएन), वजन औसत आणविक वजन (मेगावाट), और पॉलीडिसपर्सिटी इंडेक्स (पीडीआई) की गणना करें।
Mi: एक श्रृंखला का आणविक वजन
नी: कि आणविक वजन के लिए जंजीरों की संख्या
9. डेटा उपचार और सांख्यिकीय विश्लेषण
- ट्रिपलिटेट में सभी विश्लेषणात्मक प्रयोग करें और परिणामों को शुष्क पदार्थ के% के रूप में व्यक्त करें।
- विचरण (ANOVA) का एक तरफा विश्लेषण करें, और तुकी के कई तुलना परीक्षण का उपयोग करके साधनों की तुलना करें।
- प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) करें।
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Representative Results
चित्रा 2 ए-सी संयुक्त माइक्रोवेव-डेस प्रीट्रीटमेंट के बाद, चित्रा 1 ए-एफमें दिखाए गए छह फीडस्टॉक्स से निष्कर्षण की लिग्निन उपज को दर्शाताहै। परिणाम बताते हैं कि DES1 (ChCl-ऑक्सालिक एसिड)(चित्रा 2A)के साथ प्राप्त लिग्निन उपज DES2 (ChCl-लैक्टिक एसिड) और DES3 (ChCl-यूरिया)(चित्रा 2B,सी)के साथ प्राप्त पैदावार से कम थी । इसके अलावा, पाइनकोन्स (पीसी) और ऑलिव पोमस (ओपी) से लिग्निन की पैदावार क्रमशः 32.31% और DES1 उपचार के लिए 26.04% और DES3 के लिए 48.72% और 43.76 पर अधिक थी। अल्फा पत्तियों (ए) से लिग्निन उपज DES2 के साथ निकाले गए अन्य सभी लिग्निन की पैदावार से काफी अधिक थी। चित्रा 3 ए-सी बताते हैं कि बायोफैस के तीन पूर्वरोपचार के लिए लिग्निन शुद्धता 70% से अधिक हो गई, सिवाय 3 में अल्फा पत्तियों (ए), एगेग्रोपिल (एजी), और बादाम के गोले (एएस) डेस3 (सीसीएल-यूरिया) उपचार में, जिसने 65% की लिग्निन शुद्धता दी। उच्चतम लिग्निन शुद्धता (> 90%) DES1 उपचार के साथ प्राप्त किया गया था: अल्फा पत्ते (ए) 94%, बादाम के गोले (एएस) 93%, पाइनकोन्स (पीसी) 90%, पोसिडोनिया पत्तियां (पीएल) 92%, और ऑलिव पोमेस (ओपी) 91%।
लिग्निन शुद्धता और उपज डेटा दो मापदंडों (उपज और शुद्धता) और 18 उपचारों पर विचार करके प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) के अधीन थे। चित्रा 4 से पता चलता है कि सहसंबंध सर्कल कुल भिन्नता का 100% समझाया। पहला घटक, पीसीए1 ने 58.09% समझाया, और दूसरा घटक, पीसीए 2, कुल भिन्नता का 41.91% समझाया। लिग्निन शुद्धता सकारात्मक DES1 (बैल) उपचार के साथ सहसंबद्ध था । पियर्सन सहसंबंध गुणांक (आर) अल्फा (एक बैल) ०.३२, जैतून pomace (ओपी बैल) ०.२७, पाइनकोन्स (पीसी बैल) ०.२, Posidonia पत्ते (पीएल बैल) ०.३५, बादाम के गोले (एएस बैल) ०.३२, और aegagropile (एजी बैल) ०.०५, क्रमशः थे । हालांकि, DES3 उपचार को आर-मानों के साथ लिग्निन उपज के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध किया गया था जो −0.37 और −0.05 के बीच दोलन था। इस प्रकार, पीसीए परिणामों ने पुष्टि की कि DES1 के साथ निकाले गए लिग्निन सबसे कम उपज के साथ शुद्धतम था।
लिग्निन अपनी चीनी, नाइट्रोजन, और राख सामग्री (चित्रा 5A-C)केलिए विशेषता थी । कुल चीनी सामग्री गैस क्रोमेटोग्राफी (जीसी) द्वारा निर्धारित किया गया था । लिग्निन में कार्बोहाइड्रेट सामग्री DES3 (ChCl-यूरिया) का उपयोग करके निकाली गई थी सबसे अधिक (6-15%) । इसके बाद डिग्निन को DES2 (ChCl-लैक्टिक एसिड) का उपयोग करके निकाला गया, जिसमें 3-12% की कार्बोहाइड्रेट सामग्री थी। हालांकि, सबसे कम कार्बोहाइड्रेट सामग्री (1%) DES1 (ChCl-ऑक्सालिक एसिड) का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन के लिए सूचित किया गया था। शर्करा के प्रकार की पहचान काफी भिन्न थी(चित्रा 6A-C); डी-जाइलोज और डी-ग्लूकोज सबसे प्रचुर मात्रा में मोनोसैकराइड्स थे। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि DES1 अन्य दो डीईएस की तुलना में लिग्निन के निष्कर्षण में बेहद चयनात्मक था, जिसने न केवल लिग्निन, बल्कि कार्बोहाइड्रेट भी निकाले। दूसरे शब्दों में, लैक्टिक एसिड और यूरिया डीएसएस के साथ निष्कर्षण के बाद लिग्निन शुद्धता कम थी।
लिग्नोसेल्यूलोसिक मैट्रिक्स को अलग करने और शुद्ध लिग्निन निकालने के लिए DES1 की उच्च चयनशीलता शायद इसके हाइड्रोजन बांड (अल्फा = 1.3) की उच्च अम्लता के कारण है। कोलिन क्लोराइड में क्लोराइड आयन होते हैं जो हाइड्रोजन बांड के इंट्रामोलिकुलर इंटरैक्शन को तोड़ते हैं, और ऑक्सालिक एसिड में कार्बोक्सिलेट समूह लिग्निन पॉलिमर को भंग करने में योगदान देते हैं। इसी तरह, DES1 का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन की नाइट्रोजन सामग्री DES2 और DES3 का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन की नाइट्रोजन सामग्री से कम थी, जो 3% तक पहुंच गई(चित्रा 5A-C)। अल्फा पत्तियों से निकाले गए लिग्निन में नाइट्रोजन की सबसे अधिक मात्रा थी: क्रमशः 2.70, 3.84, और 3.40 DES1, DES2 और DES3 के लिए। इन परिणामों से साबित होता है कि नाइट्रोजन यौगिकों को निकाला गया और लिग्निन के साथ सह-उपजी थी । इसके अलावा, सभी नमूनों में लिग्निन कैल्सिनेशन ने संकेत दिया कि DES2 और DES3 का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन में DES1 का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन की तुलना में अधिक अकार्बनिक घटक निहित है।
इन परिणामों से संकेत मिलता है कि DES1 उच्च शुद्धता के साथ लिग्निन के निष्कर्षण को बढ़ावा दिया है, लेकिन कम नाइट्रोजन, कार्बोहाइड्रेट, और राख सामग्री के साथ । दूसरे शब्दों में, DES1 (ChCl-oxalic एसिड) का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन DES2 (ChCl-लैक्टिक एसिड) और DES3 (ChCl-यूरिया) का उपयोग करके निकाले गए लिग्निन से शुद्ध था, जिसमें कम शुद्धता और उच्च नाइट्रोजन, कार्बोहाइड्रेट और राख की सामग्री होती है। तालिका 1 लिग्निन के आणविक द्रव्यमान वितरण को संक्षेप में प्रस्तुत करता है, जैसा कि जेल परमीशन क्रोमेटोग्राफी (जीपीसी) द्वारा विश्लेषण किया गया है और संख्या-औसत आणविक वजन (एमएन), वजन-औसत आणविक वजन (मेगावाट) और पॉलीडिसपर्सिटी इंडेक्स (पीडीआई) द्वारा दर्शाया गया है। एमडब्ल्यू मूल्य 48,123 से लेकर 147,233 ग्राम मोल-1तक थे। अल्फा के पत्तों, बादाम के गोले और एग्ग्रोपाइल से DES2 द्वारा निकाले गए लिग्निन में DES1, DES3, और क्षार द्वारा निकाले गए लिग्निन के साथ-साथ कच्चे लिग्निन की तुलना में कम पीडीआई था। इसके विपरीत, पिनकोन, जैतून पोमे, और पोसिडोनिया पत्तियों से DES2 द्वारा निकाले गए लिग्निन ने उच्च पीडीआई दिखाया। एगाग्रोपिल से निकाले गए लिग्निन के निचले पीडीआई से पता चलता है कि इसका आणविक वजन अन्य बायोसमान से निकाले गए लिग्निन की तुलना में अधिक समरूप है।
निकाले गए लिग्निन में मौजूद रासायनिक कार्यात्मक समूहों की जांच एफटीआर स्पेक्ट्रोस्कोपी(चित्रा 7ए-एफ)द्वारा की गई थी। 3,441 और 3,198 सेमी-1 के बीच मजबूत, व्यापक बैंड को हाइड्रोजन बॉन्डिंग में शामिल मादक और फिनोलिक हाइड्रोक्सिल समूहों के ओएच खींचने वाले कंपन के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। वेवनंबर रेंज 2,963-2,852सेमी-1 में संकेतों को एल्किल सी-एच स्ट्रेचिंग कंपन को सौंपा गया था। जैतून पोमसे, अल्फा के पत्ते और बादाम के गोले ने अन्य बायोसमान की तुलना में अधिक तीव्र बैंड दिखाए। 2,800 से 1,800 सेमी - 1 तक कोई बैंड नहीं मनायागया. DES1 और DES2 उपचार द्वारा प्राप्त लिग्निन में 1,708 सेमी-1पर एक उभरता हुआ बैंड था, जिसने अविजित सी = ओ समूहों की उपस्थिति का संकेत दिया। हालांकि, सॉल्वेंटस्पेक्ट्रा (चित्रा 8B)में यह सिग्नल नदारद था । लैक्टिक और ऑक्सालिक एसिड स्पेक्ट्रा को 1,737-1,723 सेमी-1 रेंज में एक बैंड द्वारा चिह्नित किया गया था, जिसने अविजित सी = ओ समूहों की उपस्थिति का संकेत दिया था, जबकि यूरिया स्पेक्ट्रम को 1,660 सेमी-1 और 1,604सेमी-1 के वेवनंबर रेंज में दो संकेतों की विशेषता थी। 1,606-1,618सेमी-1 पर बैंड DES1 और DES2 उपचार द्वारा निकाले गए लिग्निन में मनाया गया, जो रिंग-संयुग्मित सी = सी खिंचाव से जुड़ा हुआ था ।
DES3 द्वारा निकाले गए लिग्निन में1,640 सेमी -1 पर सिग्नल ने लिग्निन के संयुग्मित कार्बोनिल समूहों में सी = ओ खींच कंपन की उपस्थिति का संकेत दिया। 1516 सेमी-1 पर संकेत लिग्निन में मौजूद सुगंधित छल्ले के कंपन से उत्पन्न हुआ, जबकि 1200 सेमी-1 पर बैंड ने ईथर समूहों की उपस्थिति का संकेत दिया। 1,250-1200सेमी-1 की वेवनंबर रेंज में बैंड को गैर-नाटकीय अल्कोहल के सी-ओ खींच को सौंपा गया था। 953 सेमी-1 पर बैंड मिथाइल सब्सटिट्यूट्स को सौंपा गया था। परिणामों से संकेत मिलता है कि डेस-लिग्निन अंशों स्पेक्ट्रा ने क्रमशः अविनियोजित और संयुग्मित कार्बोनाइल समूहों के खींचते कंपन को सौंपा 1,730-1,702सेमी-1 और 1,643-1,635 सेमी-1पर संकेत दिखाए । हालांकि, ये बैंड पर्वतमाला तीन वाणिज्यिक लिग्निन में अनुपस्थित थीं: कच्चे, सोडा-प्रोसेस्ड, और क्षार-निकाले गए लिग्निन(चित्रा 8A)। यह अवलोकन इंगित करता है कि इसके निष्कर्षण और घुलनशीलता के दौरान, लिग्निन के कुछ कार्यात्मक समूहों को ऑक्सालिक और लैक्टिक एसिड के साथ संयुग्मित किया गया था।
चित्र 1:भूमध्य जैव जनता का अध्ययन किया । (A)बादाम के गोले,(बी)जैतून पोमेस,(सी)कोन पाइंस,(D)Aegagropile (Posidonia गेंदों),(ई)Posidonia पत्ते,(एफ)अल्फा पत्ते । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 2:लिग्निन यील्ड। (A)चोलिन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड (DES1),(B)चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड (DES2), (सी)कोलीन क्लोराइड + यूरिया (DES3) । महत्वपूर्ण मतभेद एक तरह से ANOVA और फिशर के बाद तदर्थ परीक्षण (* पी < ०.०५; * * पी < ०.०१; * * * पी < ०.००१) के साथ निर्धारित किया गया । संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; एनएस = महत्वपूर्ण नहीं है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3:लिग्निन (%) (A) कोलीन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड (DES1),(B)चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड (DES2),(सी)कोलीन क्लोराइड + यूरिया (DES3) । महत्वपूर्ण मतभेद एक तरह से ANOVA और फिशर के बाद तदर्थ परीक्षण (* पी < ०.०५; * * पी < ०.०१; * * * पी < ०.००१) के साथ निर्धारित किया गया । संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; एनएस = महत्वपूर्ण नहीं है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4:भूमध्य बायोसमान से निकाले गए लिग्निन की उपज और शुद्धता का प्रमुख घटक विश्लेषण। हाइड्रोजन-बॉन्ड स्वीकारकर्ता (एचबीए) कोलिन क्लोराइड (सीसीएल) है और हाइड्रोजन-बॉन्ड दानदाता (एचबीडी) बैल = ऑक्सालिक एसिड, लाख: लैक्टिक एसिड और यूरिया हैं। पीसीए = प्रमुख घटक विश्लेषण; A = अल्फा पत्ते, एएस = बादाम के गोले, पीसी = पाइनकोन्स, पीएल = पोसिडोनिया पत्तियां, ओपी = जैतून पोमेस, एजी = एगाग्रोपिल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5:कार्बोहाइड्रेट (%), नाइट्रोजन (%), और राख सामग्री (%) लिग्निन नमूनों में। (A)कोलीन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड (DES1),(B)चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड (DES2),(सी)कोलीन क्लोराइड + यूरिया (DES3) । महत्वपूर्ण मतभेद एक तरह से ANOVA और फिशर के बाद तदर्थ परीक्षण (* पी < ०.०५; * * पी < ०.०१; * * * पी < ०.००१) के साथ निर्धारित किया गया । संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; एनएस = महत्वपूर्ण नहीं है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 6:लिग्निन नमूनों में मोनोसैकराइड्स की पहचान (%) (A)कोलीन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड (DES1),(B)चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड (DES2),(सी)कोलीन क्लोराइड + यूरिया (DES3) । महत्वपूर्ण मतभेद एक तरह से ANOVA और फिशर के बाद तदर्थ परीक्षण (* पी < ०.०५; * * पी < ०.०१; * * * पी < ०.००१) के साथ निर्धारित किया गया । संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; एनएस = महत्वपूर्ण नहीं है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 7:लिग्निन नमूनों का फोरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा। (ए)अल्फा पत्तियां,(बी)बादाम के गोले,(सी)पाइनकोन्स,(डी)पोसिडोनिया पत्तियां,(ई)जैतून पोमेस,(एफ)एगग्रोपिल । संक्षिप्त: DES1 = चोलिन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड, DES2 = चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड, DES3 = चोलिन क्लोराइड + यूरिया। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 8:फोरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा। (A)लिग्निन कंट्रोल,(बी)हाइड्रोजन बॉन्ड डोनर्स । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
| नमूना | उपचार | एमएन | मेगावाट | पीडीआई |
| एक | यूरिया | 47558 | 120141 | 2.5 |
| लाख | 35241 | 73665 | 2.1 | |
| बैल | 35793 | 84312 | 2.4 | |
| जैसा | यूरिया | 50181 | 105817 | 2.1 |
| लाख | 60409 | 104915 | 1.7 | |
| बैल | 83112 | 147233 | 1.8 | |
| पुलिस कांस्टेबल | यूरिया | 34013 | 65181 | 1.9 |
| लाख | 55513 | 145963 | 2.6 | |
| बैल | 46409 | 102298 | 2.2 | |
| पीएल | यूरिया | 25696 | 50093 | 1.9 |
| लाख | 45530 | 122900 | 2.7 | |
| बैल | 28427 | 70726 | 2.5 | |
| सेशन | यूरिया | 29669 | 70424 | 2.4 |
| लाख | 26735 | 66743 | 2.5 | |
| बैल | 34161 | 75509 | 2.2 | |
| एजी | यूरिया | 30184 | 48123 | 1.6 |
| लाख | 33835 | 52123 | 1.5 | |
| बैल | 30025 | 49808 | 1.7 | |
| नियंत्रण | रॉ लिग्निन | 23275.3 | 36496.5 | 1.6 |
| क्षार निकाला लिग्निन | 22792.6 | 43014.3 | 1.9 |
तालिका 1: लिग्निन के आणविक वजन। संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; एमएन = संख्या औसत आणविक वजन; मेगावाट = वजन औसत आणविक वजन; पीडीआई = पॉलीडिस्पर्सिटी इंडेक्स; बैल = ऑक्सालिक एसिड; लाख = लैक्टिक एसिड।
चित्रा S1: लिग्निन। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S2: ऑटोक्लेव होने के बाद नमूने (30 मिलीग्राम लिग्निन + 1 मिलीग्राम 72% सल्फ्यूरिक एसिड + 28 मिलीएल आसुत पानी)। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S3: लिग्निन छर्रों। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S4: ठोस अवशेषों को अधिकतम लिग्निन सामग्री को ठीक करने के लिए चार बार धोया गया। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S5: लिग्निन नियंत्रण, कच्चे और क्षार-निकाले गए लिग्निन के जेल पारगरामरण क्रोमेटोग्राम। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S6: लिग्निन नमूनों के जेल पार्मेशन क्रोमेटोग्राम। संक्षिप्त नाम: एक = अल्फा पत्ते, के रूप में = बादाम के गोले, पीसी = Pinecones, पीएल = Posidonia पत्ते, सेशन = जैतून pomace, एजी = Aegagropile; DES1 = चोलिन क्लोराइड + ऑक्सालिक एसिड, DES2 = चोलिन क्लोराइड + लैक्टिक एसिड, DES3 = चोलिन क्लोराइड + यूरिया। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा S7: लिग्निन निष्कर्षण के लिए डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट (DES) की फ्लोशीट- माइक्रोवेव प्रक्रिया। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
इस अध्ययन के कई उद्देश्य थे; जिनमें से पहला आयनिक तरल पदार्थ और कार्बनिक सॉल्वैंट्स दोनों की विशेषताओं के साथ कम लागत वाले हरे सॉल्वैंट्स को तैयार करना और उपयोग करना था। दूसरा उद्देश्य बायोमास को अलग करना और एक ही चरण में लिग्निन निकालना था, प्रारंभिक चरणों की आवश्यकता के बिना जैसे सोक्सलेट या हेमीसेल्यूलोज का उपयोग करके क्षारीय सॉल्वैंट्स, बुनियादी या थर्मोफिजिकल तकनीकों का उपयोग करके निकालने योग्य की निकासी। तीसरा उद्देश्य उपचार के बाद सरल निस्पंदन द्वारा लिग्निन को ठीक करना था, पीएच के समायोजन के बिना, लेकिन बस आसुत पानी जोड़कर। माइक्रोवेव-असिस्टेड, डीईएस-आधारित प्रक्रिया का उपयोग करके छह अलग-अलग स्रोतों से लिग्निन के अल्ट्राफास्ट निष्कर्षण के परिणामों से संकेत मिलता है कि निष्कर्षण उपज बायोमास और डेस की प्रकृति के आधार पर भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, तीनों डीईएसएस के बीच लिग्निन निष्कर्षण की उच्चतम उपज जैतून पोमसे से थी। इसके बाद अल्फा के पत्ते, चीड़ और बादाम के गोले से पैदावार हुई। पोसिडोनिया ओशनिकाकी पत्तियों और गेंदों के लिए निष्कर्षण की पैदावार कम थी .
लिग्निन की शुद्धता का मूल्यांकन क्लासन, केजेलडैल (नाइट्रोजन), कार्बोहाइड्रेट (जीसी) और राख के तरीकों का उपयोग करके किया गया था। जैसा कि चित्र 3 और चित्रा 5 ए-सी में दर्शाया गयाहै,लिग्निन के साथ नाइट्रोजन, कार्बोहाइड्रेट और राख घटकों की सह-वर्षा के कारण लिग्निन की शुद्धता में कमी आई। DES1 के साथ लिग्निन निष्कर्षण के लिए शर्तों उच्च शुद्धता सुनिश्चित की है, लेकिन एक कम उपज, यह दर्शाता है कि प्रक्रिया में सुधार उपज और लिग्निन की शुद्धता के बीच सकारात्मक संबंध के लिए आवश्यक हैं । लिग्निन उपज में सुधार किया जा सकता है यदि उपचार की अवधि लंबी है, तो माइक्रोवेव पावर 800 डब्ल्यू से 1200 डब्ल्यू तक बढ़ जाती है, या ठोस: विलायक (1:10) का अनुपात कम हो जाता है। लिग्निन आणविक वजन डेटा उपचार के बाद लिग्निन टुकड़ों के वियोजन या पुनर्प्राधिकार में एक अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं। माइक्रोवेव-डेस का उपयोग करके निष्कर्षण के बाद बायोमेसिन के लिए लिग्निन के मेगावाट में वृद्धि देखी गई, जैसा कि स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, पोसिडोनिया पत्तियों के मामले में (डीडब्ल्यू DES3 के लिए 50093 है और DES1 के लिए 70726 है), जो यह दर्शाता है कि लिग्निन के निष्कर्षण के दौरान डीपॉलिमराइजेशन हुआ और इसके बाद डीईएस की कार्रवाई के तहत कार्बन-कार्बन इंटरयूनिट का तेजी से पुनर्प्राधिकार हुआ। इसके लिए तैनाती को स्थिर करने के लिए फॉर्मलडिहाइड जैसे कैप्चरिंग एजेंट के इस्तेमाल की जरूरत होती है ।
डेस प्रीट्रीटमेंट में, लिग्निन वियोजन और संघनन दो प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाएं हैं। निकाले गए लिग्निन की पीडीआई ऑर्गेनिक सॉल्वैंट्स (इथेनॉल/वाटर/एच2एसओ4)द्वारा निकाले गए बीच लिग्निन की तुलना में कम है , जो साहित्य17में बताया गया है । यह इंगित करता है कि डेस उपचार कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ उपचार की तुलना में लिग्निन में आणविक वजन एकरूपता में सुधार करता है। एफटीआर स्पेक्ट्रा इंगित करता है कि लिग्निन कार्यात्मक समूह डेस सॉल्वेंट द्वारा उपयोग किए गए से प्रभावित होते हैं। स्पेक्ट्रा अविजित कार्बोनिल समूहों के खींचते कंपन को सौंपे गए 1,730-1,702 सेमी-1 पर संकेत दिखाते हैं, जबकि 1,643-1,635सेमी-1 पर चोटियों को संयुग्मित कार्बोनिल समूहों के खींचते कंपन का संकेत मिलता है। ये परिणाम भूमध्य बायोए जनता से उच्च शुद्धता के मूल्य वर्धित लिग्निन निकालने की संभावना को प्रदर्शित करते हैं (जो वर्तमान में इसका सही मूल्यांकन नहीं किया जाता है और या तो फ़ीड के रूप में या मिट्टी संशोधन के रूप में उपयोग किया जाता है) और लिग्निन की शुद्धता सुनिश्चित करते हुए इष्टतम डेस विलायक निर्धारित करने में मदद कर सकता है। उदाहरण के लिए, DES1 ने लिग्निन के शुद्धतम निष्कर्षण का प्रदर्शन किया, हालांकि अन्य दो डीईएस का उपयोग करके देखी गई कम उपज के साथ।
सस्ती और हरी सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट सिस्टम की वजह से प्रस्तावित विधि को आसानी से लागू किया जा सकता है। कोलीन क्लोराइड एक कार्बनिक नमक है और ऑक्सालिक एसिड पौधों के प्राकृतिक उत्पाद के रूप में उपलब्ध है, जो कम लागत के साथ प्रचुर मात्रा में होता है। यह तकनीक (एक अल्ट्राफास्ट प्रोटोकॉल, जो एक चरण में बायोमास विच्छेदन और उच्च शुद्धता लिग्निन रिकवरी प्रदान करता है) किसी भी प्रकार के लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोमास पर लागू होता है जिसमें माइक्रोवेव-डेस प्रक्रिया का उपयोग करके प्रयोगशाला पैमाने पर या डेस-अल्ट्रासाउंड प्रक्रिया का उपयोग करके या पायलट पैमाने पर अध्ययन किए जाने के समान रासायनिक संरचना होती है।
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Disclosures
लेखक ों की रिपोर्ट हितों का कोई टकराव नहीं है ।
Acknowledgments
एमके और टीबी ने सांख्यिकीय विश्लेषणों और चित्रा तैयार करने, वाल्लून क्षेत्र (यूरोपीय क्षेत्रीय विकास-VERDIR) और उच्च शिक्षा और वैज्ञानिक अनुसंधान मंत्री (Taoufik Bettaieb) के लिए धन के लिए हैथम अयब को धन्यवाद दिया ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| HPLC Gel Permeation Chromatography | Agilent 1200 series | ||
| 1 methylimadazole | Acros organics | ||
| 2-deoxy-D-glucose (internal standard) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Acetic acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Acetic anhydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Adjustables pipettors | |||
| Alkali | alkali-extracted lignin | ||
| Arabinose (99%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Autoclave | CERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro) | ||
| Water Bath at 70 °C | |||
| Boric acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Bromocresol | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Catalyst | CTQ (coded A22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2) | Merck | |
| Centrifugation container | |||
| Centrifuge | BECKMAN COULTER | Avanti J-E centrifuge | |
| Ceramic crucibles | |||
| Choline chloride 99% | Acros organics | ||
| Column | Agilent PLGel Mixed C (alpha 3,000 (4.6 × 250 mm, 5 µm) preceded by a guard column (TSK gel alpha guard column 4.6 mm × 50 mm, 5 µm) | ||
| Column | HP1-methylsisoxane (30 m, 0.32 mm, 0.25 mm) | ||
| Crucible porosity N°4 ( Filtering crucible) | Shott Duran Germany | boro 3.3 | |
| Deonized water | |||
| Dessicator | |||
| Dimethylformamide | VWR BDH Chemicals | ||
| Dimethylsulfoxide | Acros organics | ||
| Erlenmeyer flask | |||
| Ethanol | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Filtering crucibles, procelain | |||
| Filtration flasks | |||
| Fourrier Transformed Inra- Red | Vertex 70 Bruker apparatus equipped with an attenuated total reflectance (ATR) module. Spectra were recorded in the 4,000–400 cm−1 range with 32 scans at a resolution of 4.0 cm−1 |
||
| Galactose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Gaz Chromatography | Agilent (7890 series) | ||
| Glass bottle 100 mL | |||
| Glass tubes ( borosilicate) with teflon caps 10 mL | |||
| Glucose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Golves | |||
| Graduated cylinder 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 | Raw lignin control | ||
| Kjeldahl distiller | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| Kjeldahl tube | FOSS | ||
| Kjeldhal rack | |||
| Kjeldhal digester | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| Kjeldhal suction system | |||
| Lab Chem station Software | GC data analysis | ||
| Lactic acid | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Lithium chloride LiCl | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Mannose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Methyl red | |||
| Microwave | START SYNTH MILESTONE Microwave laboratory system | ||
| Microwave temperature probe | |||
| Microwave container | |||
| Muffle Furnace | |||
| NaOH | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Nitrogen free- paper | |||
| Opus | spectroscopy software | ||
| Oven | GmbH Memmert SNB100 | Memmert SNB100 | |
| Oxalic acid | VWR BDH Chemicals | ||
| P 1000 | Soda-processed lignin | ||
| pH paper | |||
| precision balance | |||
| Infrared spectroscopy | |||
| Quatz cuvette | |||
| Rhamnose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Rotary vacuum evaporator | Bucher | ||
| Round-bottom flask 500 mL | |||
| sodium borohydride NaBH4 | |||
| Schott bottle | glass bottle | ||
| Sovirel tubes | sovirel | Borosilicate glass tubes | |
| Spatule | |||
| Special tube | |||
| Spectophotometer | UV-1800 Shimadzu | ||
| Sterilization indicator tape | |||
| Stir bar in teflon | |||
| Stirring plate | |||
| Syringes | |||
| Sodium borohydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Titrisol | Merck | Merck 109984 | 0.1 N H2SO4 |
| Urea | VWR BDH Chemicals | ||
| Vials | |||
| VolumetriC flask 2.5 L /5 L | Bucher | ||
| Vortex | |||
| Xylose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) |
References
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