Summary
Diepe eutectische oplosmiddel-gebaseerde, microgolf-ondersteunde voorbehandeling is een groen, snel en efficiënt proces voor lignocellulosische fractionering en hoogzuiver lignine herstel.
Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Bereiding van biomassa
- Biomassa drogen
- Plaats de Posidonia bladeren en aegagropile ballen(Posidonia oceanica),geoogst van mediterrane stranden, in een oven op 40 °C gedurende 72 uur.
- 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.
- 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.
- Biomassa malen
- 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
- Diep eutectisch oplosmiddel (DES) preparaat
- 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.
- 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.
- 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.
- Gecombineerde magnetron-DES behandeling
- 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.
- 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.
- Lignine isolatie
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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. - Gebruik de volgende formule om de opbrengst te bepalen:
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
- Monstervoorbereiding voor Klason hydrolyse
- 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.
- 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.
- 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.
- Analyse van zuur-onoplosbare lignine
- 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.
- 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.
- 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.
- Gebruik de volgende formule om het percentage zuuronoplosbare residuen (AIR) te berekenen:
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
- Analyse van zuuroplosbare lignine
- 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.
- Gebruik de volgende formule om het percentage zuuroplosbare residuen (ASL) te berekenen:
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
- Bereiding van alkalioplossing
- 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.
- Bereiding van zwavelzuuroplossing
- 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.
- Bereiding van de ontvangstoplossing
- Los in een maatkolf van 5 L 100 g H3BO3 (boorzuur) op in gedeïoniseerd water en breng het volume op de markering.
- Weeg 100 mg bromocresolgroen af in een maatkolf van 100 ml en voeg technische methanol toe tot aan de markering.
- Weeg 100 mg methylrood in een maatkolf van 100 ml en voeg technische methanol toe tot de markering.
- 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.
- Monstervoorbereiding
- 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.
- 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.
- Monstervertering
- Zet de thermostaat op de vergister 1 uur van tevoren aan bij 360 °C.
- 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.
- 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. - 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.
- Kjeldhal distillatieprocedure
- 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.
- 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.
- Reinig de H3BO3 ontvangstoplossing 3x.
- 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.
- 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. - 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. - Bereken het percentage N.
V s.a : Volume zwavelzuur
T s.a : 0.02 N H2SO4
S: monstermassa
5. Asgehalte in geëxtraheerde lignine
- Droog de keramische smeltkroezen 1 uur bij 105 °C. Laat ze afkoelen in een desiccator.
- 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.
- Laat de oven afkoelen tot 100 °C. Verwijder de smeltkroezen, plaats ze in de desiccator en weeg ze af.
6. Koolhydraatgehalte
- Bereiding van natrium borohydride (NaBH4)/dimethylsulfoxide (DMSO) oplossing
- 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.
- Bereiding van MIX-oplossing
- 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.
- Hydrolyse van het monster
- 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.
- 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.
- Reductie en acetylatie van monosachariden tot alditolacetaat
- 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. - 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. - 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.
- 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.
- Gebruik de volgende formule om de responsfactor (RF) te berekenen.
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. - Gebruik de volgende formule om de monosacharidemassa te berekenen.
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 - Bereken het percentage van elke monosacharide met behulp van de volgende formule.
- 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.
7. Chemische functies in geëxtraheerde lignine (Fourier-getransformeerd infrarood)
- 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.
- 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)
- 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.
- 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.
- 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.
- Bereid een hoogwaardig vloeibaar chromatografie-ultraviolet (UV) systeem voor.
- Open het datasysteem en controleer de UV-detector.
- 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.
- Stel het debiet in op 1 ml/min gedurende 10 minuten om de eluentroute naar de detector te reinigen. Stop het debiet.
- 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.
- 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.
- Bereken het aantal gemiddelde molecuulgewicht (Mn), gewichtsgemiddelde molecuulgewicht (Mw) en polydispersiteitsindex (PDI).
Mi: moleculair gewicht van een ketting
Ni: aantal kettingen voor dat molecuulgewicht
9. Gegevensbehandeling en statistische analyses
- Voer alle analytische experimenten in drievoud uit en druk de resultaten uit als % droge stof.
- Voer eenrichtingsanalyse van variantie (ANOVA) uit en vergelijk de middelen met behulp van de meervoudige vergelijkingstest van Tukey.
- Uitvoeren van principal component analysis (PCA) .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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) (Figuur 2B,C). Bovendien waren de lignineopbrengsten van dennenappels (PC) en olijfpulp (OP) hoger met respectievelijk 32,31% en 26,04% voor DES1-behandeling en 48,72% en 43,76% voor DES3. De lignineopbrengst van alfabladeren (A) was aanzienlijk hoger dan de opbrengsten van alle andere lignines die met DES2 werden geëxtraheerd. Figuur 3A-C laat zien dat de ligninezuiverheid meer dan 70% bedroeg voor de drie voorbehandelingen van de biomassa, met uitzondering van DES3-voorbehandeling van alfabladeren (A), aegagropile (Ag) en amandelschillen (AS) in de DES3-behandeling (ChCl-ureum), die een ligninezuiverheid van 65% gaf. De hoogste ligninezuiverheid (> 90%) werd verkregen met de DES1-behandeling: alfabladeren (A) 94%, amandelschillen (AS) 93%, dennenappelen (PC) 90%, Posidonia-bladeren (PL) 92% en olijfpulp (OP) 91%.
Ligninezuiverheids- en opbrengstgegevens werden onderworpen aan hoofdcomponentanalyse (PCA) door twee parameters (opbrengst en zuiverheid) en 18 behandelingen te overwegen. Figuur 4 laat zien dat de correlatiecirkel 100% van de totale variatie verklaart. De eerste component, PCA1, legde 58,09% uit en het tweede onderdeel, PCA2, legde 41,91% van de totale variatie uit. Ligninezuiverheid was positief gecorreleerd met de BEHANDELING MET DES1 (Ox). De Pearson correlatiecoëfficiënten (R) waren alfa (A Ox) 0,32, olive pomace (OP Ox) 0,27, pinecones (PC Ox) 0,2, Posidonia leaves (PL Ox) 0,35, almond shells (AS Ox) 0,32 en aegagropile (Ag Ox) 0,05. De BEHANDELING met DES3 was echter negatief gecorreleerd met lignineopbrengst met R-waarden die schommelden tussen −0,37 en −0,05. Pca-resultaten bevestigden dus dat lignine gewonnen met DES1 de zuiverste was met de laagste opbrengst.
Lignine werd gekenmerkt om zijn suiker-, stikstof- en asgehalte (figuur 5A-C). Het totale suikergehalte werd bepaald door gaschromatografie (GC). Het koolhydraatgehalte in lignine werd geëxtraheerd met behulp van DES3 (ChCl-ureum) was het hoogste (6-15%). Dit werd gevolgd door lignine geëxtraheerd met BEHULP VAN DES2 (ChCl-melkzuur), die een koolhydraatgehalte van 3-12% had. Het laagste koolhydraatgehalte (1%) werd gemeld voor lignine geëxtraheerd met BEHULP VAN DES1 (ChCl-oxaalzuur). Het soort geïdentificeerde suikers verschilde aanzienlijk (figuur 6A-C); D-xylose en D-glucose waren de meest voorkomende monosachariden. Deze resultaten geven aan dat DES1 uiterst selectief was in de extractie van lignine in vergelijking met de andere twee DES's, die niet alleen lignine, maar ook koolhydraten extraheerden. Met andere woorden, lignine zuiverheid was lager na extractie met het melkzuur en ureum DESs.
De hoge selectiviteit van DES1 om de lignocellulosische matrix te fractioneren en zuivere lignine te extraheren, is waarschijnlijk te maken met de hoge zuurgraad van de waterstofbindingen (alfa = 1,3). Cholinechloride bevat chloride-ionen die de intramoleculaire interacties van waterstofbindingen doorbreken, en de carboxylaatgroepen in oxaalzuur dragen bij aan het oplossen van de ligninepolymeren. Evenzo was het stikstofgehalte van lignine gewonnen met DES1 lager dan het stikstofgehalte van lignine geëxtraheerd met DES2 en DES3, tot 3% (figuur 5A-C). Lignine gewonnen uit alfabladeren had het hoogste stikstofgehalte: respectievelijk 2,70, 3,84 en 3,40 voor DES1, DES2 en DES3. Deze resultaten bewijzen dat stikstofverbindingen werden geëxtraheerd en samengeprecipiteerd met lignine. Bovendien gaf ligninecalccinatie in alle monsters aan dat lignine geëxtraheerd met DES2 en DES3 een hogere anorganische component bevatte dan lignine geëxtraheerd met BEHULP VAN DES1.
Deze resultaten geven aan dat DES1 de extractie van lignine met hoge zuiverheid, maar met een laag stikstof-, koolhydraat- en asgehalte bevorderde. Met andere woorden, lignine geëxtraheerd met BEHULP VAN DES1 (ChCl-oxaalzuur) was zuiverder dan die geëxtraheerd met BEHULP VAN DES2 (ChCl-melkzuur) en DES3 (ChCl-ureum), die een lagere zuiverheid en een hoog stikstof-, koolhydraat- en asgehalte bezit. Tabel 1 vat de moleculaire massaverdeling van lignine samen, zoals geanalyseerd door gelpermeatiechromatografie (GPC) en vertegenwoordigd door het getalgemiddelde molecuulgewicht (Mn), het gewichtsgemiddelde molecuulgewicht (Mw) en de polydispersiteitsindex (PDI). De Mw-waarden varieerden van 48.123 tot 147.233 g mol-1. De lignine gewonnen door DES2 uit alfabladeren, amandelschillen en aegagropile had een lagere PDI dan de lignine geëxtraheerd door DES1, DES3, en alkali, evenals rauwe lignine. Lignine daarentegen, gewonnen door DES2 uit dennenappels, olijfpulp en Posidonia-bladeren, vertoonde een hogere PDI. De lagere PDI van de lignine gewonnen uit aegagropile geeft aan dat het molecuulgewicht homogener is dan dat van de lignines die uit de andere biomassa's worden gewonnen.
De chemische functionele groepen in geëxtraheerd lignine werden onderzocht door FTIR-spectroscopie (figuur 7A-F). De sterke, brede band tussen 3.441 en 3.198 cm-1 werd toegeschreven aan OH uitrekkende trillingen van de alcoholische en fenolische hydroxylgroepen die betrokken zijn bij waterstofbinding. De signalen in het golfnummerbereik 2.963-2.852 cm-1 werden toegewezen aan alkyl C-H uitrekkende trillingen. Olijfpulp, alfabladeren en amandelschillen vertoonden intensere banden dan de andere biomassa. Er werden geen banden waargenomen van 2.800 tot 1.800 cm-1. De lignine verkregen door DES1 en DES2 behandeling, had een stijgende band op 1.708 cm-1, wat de aanwezigheid van niet-geconjugeerde C = O-groepen aangaf. Dit signaal ontbrak echter in de oplosmiddelspectra (figuur 8B). Melkzuur en oxaalzuurspectra werden gekenmerkt door een band in het bereik van 1.737-1.723 cm-1, wat de aanwezigheid van niet-geconjugeerde C=O-groepen aangaf, terwijl het ureumspectrum werd gekenmerkt door twee signalen in het golfnummerbereik van 1.660 cm-1 en 1.604 cm-1 toegeschreven aan amidegroepen. De banden bij 1.606-1.618 cm-1 werden waargenomen in lignine geëxtraheerd door DES1 en DES2 behandeling, geassocieerd met ring-geconjugeerde C = C stretch.
Het signaal bij 1.640 cm-1 in lignine geëxtraheerd door DES3 wees op de aanwezigheid van C=O uitrekkende trillingen in geconjugeerde carbonylgroepen van lignine. Het signaal op 1516 cm-1 kwam voort uit de trillingen van de aromatische ringen in lignine, terwijl de band op 1200 cm-1 de aanwezigheid van ethergroepen aangaf. Banden in het golfnummerbereik van 1.250-1.200 cm-1 werden toegewezen aan C-O-stretching van niet-aromatische alcoholen. De band op 953 cm-1 werd toegewezen aan methylsubstituenten. De resultaten geven aan dat DES-ligninefracties spectra signalen vertoonden bij respectievelijk 1.730-1.702 cm-1 en 1.643-1.635 cm-1, toegewezen aan de uitrekkende trilling van niet-geconjugeerde en geconjugeerde carbonylgroepen. Deze bandbereiken waren echter afwezig in drie commerciële lignines: ruwe, met soda verwerkte en alkali-geëxtraheerde lignines (figuur 8A). Deze observatie geeft aan dat tijdens de extractie en solubilisatie sommige functionele groepen lignine werden geconjugeerd met oxaalzuur en melkzuur.
Figuur 1: Bestudeerde mediterrane biomassa. (A) Amandelschillen, (B) Olijf pomace, (C) Cone pines, (D) Aegagropile (Posidonia balls), (E) Posidonia leaves, (F) Alfa leaves. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Lignineopbrengst. (A) Cholinechloride + Oxaalzuur (DES1), (B) Cholinechloride + Melkzuur (DES2), (C) Cholinechloride + Ureum (DES3). Significante verschillen werden bepaald met de post-hoctest van ANOVA en Fisher in één keer (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; ns = niet significant. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Lignine (%). (A) Cholinechloride + Oxaalzuur (DES1), (B) Cholinechloride + Melkzuur (DES2), (C) Cholinechloride + Ureum (DES3). Significante verschillen werden bepaald met de post-hoctest van ANOVA en Fisher in één keer (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; ns = niet significant. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Analyse van de opbrengst en zuiverheid van lignine gewonnen uit mediterrane biomassa. Waterstof-binding acceptor (HBA) is cholinechloride (ChCl) en waterstof-binding donoren (HBD) zijn Ox = oxaalzuur, Lac : melkzuur, en Ureum. PCA = analyse van de hoofdcomponent; A = Alfa bladeren, AS = Amandel schelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Koolhydraat (%), stikstof (%), en asgehalte (%) in ligninemonsters. (A) Cholinechloride + Oxaalzuur (DES1), (B) Cholinechloride + Melkzuur (DES2), (C) Cholinechloride + Ureum (DES3). Significante verschillen werden bepaald met de post-hoctest van ANOVA en Fisher in één keer (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; ns = niet significant. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 6: Identificatie van monosachariden in ligninemonsters (%). (A) Cholinechloride + Oxaalzuur (DES1), (B) Cholinechloride + Melkzuur (DES2), (C) Cholinechloride + Ureum (DES3). Significante verschillen werden bepaald met de post-hoctest van ANOVA en Fisher in één keer (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001). Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; ns = niet significant. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 7: Fourier-transform infrarood spectra van ligninemonsters. (A) Alfabladeren, (B) Amandelschillen, (C) Pinecones, (D) Posidonia bladeren, (E) Olijf pomace, (F) Aegagropile. Afkortingen: DES1 = Cholinechloride + Oxaalzuur, DES2 = Cholinechloride + Melkzuur, DES3 = Cholinechloride + Ureum. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 8: Fourier-transform infrarood spectra. (A) Lignine controles, (B) waterstof binding donoren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
| monster | behandeling | Mn | Mw | Pdi |
| een | ureum | 47558 | 120141 | 2.5 |
| Lac | 35241 | 73665 | 2.1 | |
| os | 35793 | 84312 | 2.4 | |
| als | ureum | 50181 | 105817 | 2.1 |
| Lac | 60409 | 104915 | 1.7 | |
| os | 83112 | 147233 | 1.8 | |
| PC | ureum | 34013 | 65181 | 1.9 |
| Lac | 55513 | 145963 | 2.6 | |
| os | 46409 | 102298 | 2.2 | |
| Pl | ureum | 25696 | 50093 | 1.9 |
| Lac | 45530 | 122900 | 2.7 | |
| os | 28427 | 70726 | 2.5 | |
| OP | ureum | 29669 | 70424 | 2.4 |
| Lac | 26735 | 66743 | 2.5 | |
| os | 34161 | 75509 | 2.2 | |
| Ag | ureum | 30184 | 48123 | 1.6 |
| Lac | 33835 | 52123 | 1.5 | |
| os | 30025 | 49808 | 1.7 | |
| beheersen | Ruwe lignine | 23275.3 | 36496.5 | 1.6 |
| Alkali-geëxtraheerde lignine | 22792.6 | 43014.3 | 1.9 |
Tabel 1: Moleculaire gewichten van de lignines. Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; Mn = getalgemiddeld molecuulgewicht; Mw = gemiddeld molecuulgewicht; PDI = polydispersiteitsindex; Os =oxaalzuur; Lac = melkzuur.
Figuur S1: Lignine. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S2: Monsters na autoclaaf (30 mg lignine + 1 ml zwavelzuur van 72% + 28 ml gedestilleerd water). Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S3: Ligninekorrels. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S4: Vaste resten vier keer gewassen om het maximale ligninegehalte terug te winnen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S5: Gelpermeatiechromatogrammen van ligninecontroles, ruwe en alkali-geëxtraheerde lignines. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S6: Gelpermeatiechromatogrammen van ligninemonsters. Afkortingen: A = Alfa bladeren, AS = Amandelschelpen, PC = Pinecones, PL = Posidonia bladeren, OP = Olijf pomace, Ag = Aegagropile; DES1 = Cholinechloride + Oxaalzuur, DES2 = Cholinechloride + Melkzuur, DES3 = Cholinechloride + Ureum. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Figuur S7: Flowsheet van het deep eutectic solvent (DES)-microgolfproces voor lignine-extractie. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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 filtratie na de behandeling, zonder aanpassing van de pH, maar eenvoudig door toevoeging van gedestilleerd water. De resultaten van de ultrasnelle extractie van lignine uit zes verschillende bronnen met behulp van het microgolfondersteunde, OP DES gebaseerde proces met behulp van drie verschillende DES's geven aan dat de extractieopbrengst kan variëren afhankelijk van de biomassa en de aard van de DES. De hoogste opbrengst van ligninewinning onder alle drie de DESs was bijvoorbeeld afkomstig van afvallen van olijven. Dit werd gevolgd door de opbrengsten van alfabladeren, dennenappels en amandelschillen. De extractieopbrengsten waren lager voor de bladeren en ballen van Posidonia oceanica.
De zuiverheid van lignine werd geëvalueerd met behulp van de Klason, Kjeldahl (stikstof), koolhydraten (GC) en asmethoden. Zoals afgebeeld in figuur 3 en figuur 5A-C, nam de zuiverheid van lignine af als gevolg van de co-neerslag van stikstof-, koolhydraat- en ascomponenten met lignine. De voorwaarden voor lignine-extractie met DES1 zorgden voor een hoge zuiverheid, maar een lage opbrengst, wat aangeeft dat procesverbeteringen nodig zijn voor de positieve correlatie tussen de opbrengst en zuiverheid van lignine. De lignineopbrengst kan worden verbeterd als de duur van de behandeling langer is, het microgolfvermogen wordt verhoogd van 800 W naar 1200 W of de verhouding van vast:oplosmiddel (1:10) wordt verminderd. Lignine moleculaire gewichtsgegevens geven inzicht in de dissociatie of repolymerisatie van ligninefragmenten na de behandeling. Een toename van de Mw lignine voor de biomassa werd waargenomen na de extractie met behulp van microgolf-DES, zoals bijvoorbeeld duidelijk is in het geval van Posidonia-bladeren (de Mw is 50093 voor DES3 en is 70726 voor DES1), wat aantoont dat depolymerisatie plaatsvond tijdens de extractie van lignine en werd gevolgd door een snelle repolymerisatie van de koolstof-koolstofintereenheid onder de actie van de DES. Dit vereist het gebruik van een vanagens, zoals formaldehyde, om de implementatie te stabiliseren.
Bij DES-voorbehandeling zijn ligninedissociatie en condensatie de twee concurrerende reacties. De PDI van de geëxtraheerde lignines is lager dan die van beuken lignine gewonnen met organische oplosmiddelen (ethanol/water/H2SO4) gerapporteerd in de literatuur17. Dit geeft aan dat de DES-behandeling de homogeniteit van het molecuulgewicht in lignine verbetert in vergelijking met behandeling met organische oplosmiddelen. De FTIR-spectra geven aan dat lignine functionele groepen worden beïnvloed door het gebruikte DES-oplosmiddel. Spectra tonen signalen op 1.730-1.702 cm-1 toegewezen aan de uitrekkende trilling van niet-geconjugeerde carbonylgroepen, terwijl pieken op 1.643-1.635 cm-1 wijzen op de uitrekkende trilling van geconjugeerde carbonylgroepen. Deze resultaten tonen de mogelijkheid aan om lignine met toegevoegde waarde met een hoge zuiverheid te extraheren uit mediterrane biomassa (dat momenteel ondergewaardeerd is en wordt gebruikt als voer of als bodemwijziging) en kan helpen bij het bepalen van het optimale DES-oplosmiddel en tegelijkertijd de zuiverheid van lignine garanderen. DeS1 toonde bijvoorbeeld de zuiverste extractie van lignine aan, zij het met een lagere opbrengst dan die waargenomen met behulp van de andere twee DES's.
De voorgestelde methode kan gemakkelijk worden toegepast vanwege het goedkope en groene ChCl-oxaalzuur diepe eutectische oplosmiddelsysteem. Cholinechloride is een organisch zout en oxaalzuur is beschikbaar als een natuurlijk product van planten, die overvloedig zijn met lage kosten. Deze techniek (een ultrasnel protocol, dat in één stap zorgt voor biomassafractie en hoogzuivere lignineterugwinning) is van toepassing op elk type lignocellulosische biomassa met een chemische samenstelling die vergelijkbaar is met die hier op laboratoriumschaal met behulp van het microgolf-DES-proces of op de proefschaal met behulp van het DES-ultrageluidproces of door convectieverwarming.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs melden geen belangenverstrengeling.
Acknowledgments
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.
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
- 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).
- 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).
- Zhang, C. W., Xia, S. Q., Ma, P. Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents. Bioresource Technology. 219, 1-5 (2016).
- 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).
- Chen, Z., Wan, C. Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment. Bioresource Technologie. 250, 532-537 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Banu, J. R., et al. A review on biopolymer production via lignin valorization. Bioresource Technologie. 290, 121790 (2019).
- 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).
- 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).
- Widsten, P. Lignin-based sunscreens-state-of-the-art, prospects and challenges. Cosmetics. 7, 85 (2020).
- Qian, Y., Qiu, X., Zhu, S. Lignin: a nature-inspired sun blocker for broad-spectrum sunscreens. Royal Society of Chemistry. 17, 320-324 (2015).
- 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).
