JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Глубокая эвтектическая предварительная обработка на основе растворителей с помощью микроволновой печи — это зеленый, быстрый и эффективный процесс фракционирования лигноцеллюлозы и восстановления лигнина высокой чистоты.

Аннотация

Предварительная обработка по-прежнему является самым дорогим этапом в лигноцеллюлозных процессах биоперерабатывающего производства. Он должен быть экономически эффективным за счет минимизации химических требований, а также потребления энергии и тепла и использования экологически чистых растворителей. Глубокие эвтектические растворители (DES) являются ключевыми, зелеными и недорогими растворителями на устойчивых биообиплавательных предприятиях. Они представляют собой прозрачные смеси, характеризующиеся низкими температурами замерзания, возникающими в результате по меньшей мере одного донора водородной связи и одного акцептора водородных связей. Хотя DES являются перспективными растворителями, для конкурентоспособной рентабельности их необходимо сочетать с экономичной технологией отопления, такой как микроволновое облучение. Микроволновое облучение является многообещающей стратегией для сокращения времени нагрева и повышения фракционирования, поскольку оно может быстро достичь соответствующей температуры. Целью этого исследования была разработка одноэтапного, быстрого метода фракционирования биомассы и экстракции лигнина с использованием недорогого и биоразлагаемого растворителя.

В этом исследовании проводилась предварительная обработка DES с помощью микроволновой печи в течение 60 с при 800 Вт с использованием трех видов DES. Смеси DES были легко приготовлены из холина хлорида (ChCl) и трех доноров водородных связей (HBD): монокарбоновой кислоты (молочной кислоты), дикарбоновой кислоты (щавелевой кислоты) и мочевины. Эта предварительная обработка использовалась для фракционирования биомассы и извлечения лигнина из морских остатков (листья Posidonia и aegagropile), агропищевых побочных продуктов (миндальные раковины и оливковое жмых), лесных остатков (сосновые шишки) и многолетних лигноцеллюлозных трав(Stipa tenacissima). Дальнейшие анализы были проведены для определения выхода, чистоты и молекулярно-массового распределения восстановленного лигнина. Кроме того, влияние ДСС на химические функциональные группы в экстрагированном лигнине определяли методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Результаты показывают, что смесь ChCl-щавелевой кислоты обеспечивает самую высокую чистоту лигнина и самый низкий выход. Настоящее исследование показывает, что процесс DES-микроволновой печи является сверхбыстрой, эффективной и конкурентоспособной по стоимости технологией фракционирования лигноцеллюлозной биомассы.

Введение

Устойчивые процессы биопереработки интегрируют переработку биомассы, ее фракционирование в молекулы, представляющие интерес, и их преобразование в продукты с добавленной стоимостью1. При биорефинировки второго поколения предварительная обработка считается необходимой для фракционирования биомассы на ее основные компоненты2. Широко применяются традиционные методы предварительной обработки с использованием химических, физических или биологических стратегий3. Однако такая предварительная обработка считается самым дорогим этапом биопереработки и имеет другие недостатки, такие как длительное время обработки, высокое потребление тепла и энергии, а также примеси растворителя4. В последнее время DES, свойства которых аналогичны свойствам ионных жидкостей3,появились в качестве зеленых растворителей благодаря таким преимуществам, как биоразлагаемость, экологичность, простота синтеза и восстановление после обработки5.

DES представляют собой смеси по меньшей мере одного HBD, такого как молочная кислота, яблочная кислота или щавелевая кислота, и акцептора водородных связей (HBA), такого как бетаин или холинхлорид(ChCl)6. Взаимодействия HBA-HBD обеспечивают каталитический механизм, который позволяет расщеплять химические связи, вызывая фракционирование биомассы и разделение лигнина. Многие исследователи сообщали о предварительной обработке на основе DES лигноцеллюлозного сырья, такого как ChCl-глицерин на початках кукурузы и стовер7,8,ChCl-мочевина и ChCl-щавелевая кислота на пшеничной соломе9,ChCl-молочная кислота на эвкалиптовых опилках10и ChCl-уксусная кислота11 и ChCl-этиленгликоль на древесине11. Для повышения эффективности ДЭС предварительную обработку следует сочетать с микроволновой обработкой для ускорения фракционирования биомассы5. Многие исследователи сообщали о такой комбинированной предварительной обработке (DES и микроволновой печи) древесины8 и кукурузы, травы и Мискантуса5,что дает новое представление о способности DES для лигноцеллюлозного фракционирования и экстракции лигнина за один простой шаг в течение короткого периода.

Лигнин представляет собой фенольные макромолекулы, валоризированные в качестве сырья для производства биополимеров и представляющие собой альтернативу для производства химических веществ, таких как ароматические мономеры и олигомеры12. Кроме того, лигнин обладает антиоксидантной и ультрафиолетовой абсорбционной активностью13. В нескольких исследованиях сообщалось о применении лигнина в косметических продуктах14,15. Его интеграция в коммерческие солнцезащитные продукты улучшила фактор защиты от солнца (SPF) продукта с SPF 15 до SPF 30 с добавлением только 2 мас.% лигнина и до SPF 50 с добавлением 10 мас.% лигнина16. В данной работе описывается сверхбыстрый подход к расщеплению лигнин-углеводов, поддерживаемый комбинированной DES-микроволновой предварительной обработкой средиземноморских биомасс. Эти биомассы состоят из побочных продуктов сельскохозяйственной пищи, особенно оливкового выжимки и миндальных оболочек. Другими биомассами, которые были исследованы, были биомассы морского происхождения (листья Посидонии и агагропиле) и биомассы, происходящие из леса (сосновые шишки и дикие травы). Основное внимание в этом исследовании было уделено тестированию недорогих зеленых растворителей для оценки влияния этой комбинированной предварительной обработки на фракционирование сырья, изучения его влияния на чистоту и выход лигнина, а также изучения его влияния на молекулярные массы и химические функциональные группы в экстрагированном лигнине.

протокол

1. Подготовка биомассы

  1. Сушка биомассы
    1. Поместите листья Посидонии и шарики aegagropile(Posidonia oceanica),собранные на средиземноморских пляжах, в духовку при 40 °C в течение 72 ч.
    2. Поместите миндальные раковины(Prunus dulcis),полученные в пищевой промышленности, и оливковыйжмых (Olea europaea L.),полученный из мельниц оливкового масла, в печь при 40 °C в течение 72 ч.
    3. Поместите сосновые шишки(Pinus halepensis),собранные из леса, и листья альфа(Stipa tenacissima), собранныеиз южного средиземноморского бассейна, в печь при 40 °C в течение 72 ч.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если биомасса содержит песок, ее необходимо промыть дистиллированной водой перед тем, как поместить в духовку. Биомассы показаны на рисунке 1A-F.
  2. Измельчение биомассы
    1. Поместите 20 г каждой биомассы в молотковый резак, оснащенный ситом 1 мм. Соберите полученную порошок в 0,25 л и подайте его в молотковый резак, оснащенный ситом 0,5 мм. Соберите порошок в 0,25 л.

2. Сверхбыстрая экстракция лигнина с помощью микроволновой печи

  1. Препарат глубокого эвтектического растворителя (DES)
    1. Готовят DES1 (ChCl-щавелевую кислоту) в молярном соотношении 1:1, смешивая 174 г ChCl со 126 г дигидрата щавелевой кислоты в колбе круглого дна объемом 500 мл и плавя их в ванне при 70 °C в течение 4 ч до образования однородной и прозрачной жидкости.
    2. Готовят DES2 (ChCl-молочная кислота) в молярном соотношении 1:1, смешивая 174 г ChCl с 90 г молочной кислоты в колбе круглого дна объемом 500 мл и плавя их в ванне при 70 °C в течение 4 ч до образования однородной и прозрачной жидкости.
    3. Готовят DES3 (ChCl-мочевину) в молярном соотношении 1:12, смешивая 174 г ChCl со 120 г мочевины в колбе круглого дна объемом 500 мл и плавя их в ванне при 70 °C в течение 4 ч до образования однородной и прозрачной жидкости.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Непрерывно перемешивать эти смеси с помощью перемешивания при 500 об/мин.
  2. Комбинированная микроволново-DES обработка
    1. Поместите 5 г исходного сырья в микроволновую печь в закрытом политетрафторэтиленовом реакторе. Добавьте 50 мл ДЭС и поместите в образец перемешивающий батончик. Закройте контейнер для микроволновой печи соответствующим колпачком и прикрепите температурный колпачок.
    2. Поместите микроволновый контейнер на край поворотного стола, следя за тем, чтобы он постоянно перемешивался. Установите мощность микроволновой печи на 800 Вт в течение 1 мин. Используя подходящие перчатки, доньте контейнер из микроволновой печи и дайте смеси остыть. Повторите эту обработку, используя три DES для каждого образца биомассы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Проверьте и убедитесь, что датчик температуры правильно размещен, а микроволновый контейнер имеет однородную температуру.
  3. Выделение лигнина
    1. Готовят однородный раствор антирастворимого действия, смешивая этанол:вода в соотношении 50:50 (v:v). Добавить 50 мл антирастворимого раствора в обработанное сырье, поместить смесь в контейнер для центрифугирования (250 мл) и центрифугу в течение 5 мин при 3000 × г.
    2. После центрифугирования фильтруют супернатант (богатую лигнином фракцию) с помощью стеклянного фильтрующего тигля (пористость 4, 10-16 мкм, диаметр 10 мм). Оставшийся целлюлозный остаток, собранный после центрифугирования, промыть 25 мл раствора антирастворимого.
    3. Центрифуга по 3000 × г в течение 5 мин после каждой стирки. Повторные промывки 4x, а затем собирают и фильтруют промывки через стеклянный фильтр тигель (пористость N 4, 10-16 мкм, диаметр 10 мм).
    4. Добавьте отфильтрованную фракцию, богатую лигнином, со ступени 2.3.2 в фильтрованные промывки со ступени 2.3.3 в колбу с круглым дном 500 мл. Выпаривание этанола с помощью роторного испарителя при 50 °C и 110 мбар.
    5. Добавьте 150 мл деионизированной воды в концентрированный щелок (фракция, богатая лигнином) и осадите лигнин центрифугированием. Собрать лигнин в виде гранулы и промыть его 25 мл дистиллированной воды; повторите стирки 4x. Лиофилизируйте лигнин или высушите его в духовке при 40 °C.
      ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости промывайте лигнин >4x для удаления солей из растворителей.
    6. Используйте следующую формулу для определения урожайности:
      figure-protocol-4451
      ПРИМЕЧАНИЕ: Экстракцию лигнина также проводили с двумя другими DES: холина хлорида + резорцина и холина хлорида + масляной кислоты через 1 мин. Однако количества лигнина, восстановленные с использованием этих DES, были чрезвычайно малы (и невосстановимы) по сравнению с количествами, полученными с использованием трех других DES.

3. Определение чистоты экстрагированного лигнина klason

  1. Пробоподготовка для гидролиза Класона
    1. Поместите тигель фильтра (пористость 4, диаметр 4,5 мм) в муфельную печь при 550 °C на 4 ч (рампа 2 ч, от 25°С). Снимите тигель, когда духовка остынет до 150 °C, поместите его в адсорбатор для охлаждения и взвесьте.
    2. Добавьте приблизительно 30 мг лигнина в боросиликатную стеклянную трубку (см. Таблицу материалов)и обратите внимание на вес образца. Добавьте к образцу 1 мл 72% серной кислоты(H2SO4),поместите образец в ванну с 30 °C в течение 60 мин и перемешайте каждые 10 мин путем вихря.
    3. Извлеките образец, переложите его в стеклянную бутылку объемом 100 мл и добавьте 28 мл дистиллированной воды, чтобы разбавить кислоту до концентрации 4%. Поместите стеклянную бутылку в автоклав при 121 °C в течение 60 мин. Снимите стеклянную бутылку и дайте ей остыть.
  2. Анализ кислотно-нерастворимого лигнина
    1. Отфильтруйте гидролизат с помощью тигля под вакуумом. Соберите все твердые вещества в стеклянную бутылку, содержащую деионизированную воду. Промойте тигель 50 мл деионизированной воды.
    2. Высушите тигель, содержащий твердые вещества, поместив его в духовку при 105 °C в течение 16 ч. Достаньте тигель из духовки, поместите его в адсорбатор и дайте остыть. Взвесьте образец.
    3. Поместите тигель в муфельную печь при 550 °C в течение 4 ч (рампа 2 ч). Снимите его и поместите в адсорбатор. Взвесьте образец.
    4. Используйте следующую формулу для расчета процента кислотно-нерастворимого остатка (AIR):
      figure-protocol-6526
      WCSA: вес тигля + образец после извлечения их из духовки
      Туалет: вес тигля
      WCSMF: вес тигля после извлечения его из муфельной печи
      ODW: сухой вес образца в духовке
  3. Анализ кислоторастворимого лигнина
    1. Измерьте поглощение фильтрата, полученного на этапе 3.2.1, с помощью спектрофотометра на 205 нм с помощью кварцевых кювет. Используйте дистиллированную воду в качестве заготовки.
    2. Используйте следующую формулу для расчета процента кислоторастворимого остатка (ASL):
      figure-protocol-7116
      ПРИМЕЧАНИЕ: Поглощение должно составлять от 0,2 до 0,7. При необходимости разбавьте образец.
      UVabs: поглощение при 205 нм
      Длина контура: световой путь измерительной ячейки (в см)
      ε: поглощение биомассы на определенной длине волны

4. Содержание азота в экстрагированном лигнине

  1. Приготовление раствора щелочей
    1. В объемной колбе объемом 2,5 л взвесьте 1 кг гидроксида натрия (NaOH) и добавьте деионизированную воду до отметки. Поместите магнитный стержень в колбу и перемешивайте до тех пор, пока NaOH полностью не растворится.
  2. Приготовление раствора серной кислоты
    1. Возьмите 0,1 N H2SO4 (см. Таблицу материалов)в объемную колбу объемом 5 л, добавьте деионизированную воду до отметки 5 л, поместите магнитный стержень и перемешивайте до тех пор, пока содержимое не растворится.
  3. Приготовление приемного раствора
    1. В объемной колбе объемом 5 л растворить 100 г H3BO3 (борной кислоты) в деионизированной воде и довести объем до отметки.
    2. Взвесьте 100 мг бромокресола зеленого в объемной колбе объемом 100 мл и добавьте технический метанол до отметки.
    3. Взвесьте 100 мг метилового красного в объемной колбе объемом 100 мл и добавьте технический метанол до отметки.
    4. В емкость влейте 5 л раствораH3BO3 со ступени 4.3.1, 100 мл зеленого раствора бромокресола со ступени 4.3.2, 70 мл метилового красного раствора со ступени 4.3.3 и 5 л деионизированной воды в емкость. Хорошо встряхните приемный раствор в течение 30 мин.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Конечный цвет раствора должен быть зеленым. Если цвет не зеленый, добавьте 50 мл 1 N раствора NaOH.
  4. Пробоподготовка
    1. В пробирку Кьельдала поместите 100 мг взвешенного лигнина на безазотную бумагу, добавьте таблетку Кьелдхала (1,5 г сульфата калия (K2SO4)+ 0,045 г пентагидрата сульфата меди (CuSO4,5H2O) + 0,045 г диоксида титана (TiO2))и добавьте 7,2 мл концентрированного H2SO4.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте четыре пробирки только с безазотистой бумагой (без образцов) в качестве заготовок.
  5. Переваривание проб
    1. Включите термостат на реакторе за 1 ч при 360 °C.
    2. Поместите пробоотборники на стойку, поместите четыре пустые трубки в четыре угла стойки и заполните отверстия (если таковые есть) стойки пустыми трубками.
    3. Поместите стойку в предварительно нагретый реактор, накройте систему всасывания и откройте водяной насос.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Позаботьтесь о том, чтобы избежать паров; увеличить поток воды при появлении паров.
    4. Через 2 ч выключите нагрев, извлеките образцы и поместите их на металлическую опору. Дайте стойке остыть в течение примерно 40 минут при включенной системе всасывания.
  6. Процедура дистилляции Kjeldhal
    1. Включите дистиллятор Kjeldahl. Разрешить выполнение самотестов до тех пор, пока на экране не появится selection. Переключитесь в ручной режим, вставьте пустую трубку и закройте раздвижную дверь.
    2. Продувку титранта бюретки (0,02 Н НН 2SO4)(поднимите крышку), нажав на нее снизу и сверху несколько раз, и устраните пузырьки воздуха из труб, сжав трубку флакона H2SO4. Закройте капот.
    3. Продувка приемного раствора H3BO3x.
    4. Добавьте воду в 3 раза и переключитесь на активный пар (10 мин). Переключитесь на программу анализа Kjeldahl 1. Введите Бланко с помощью стрелок на уровне строки результата.
    5. Вставьте трубку. Начните с четырех пробелов и рассчитайте их средние значения. Введите значение в строке Бланко
      ПРИМЕЧАНИЕ: После вставки трубки устройство автоматически и последовательно добавляет 30 мл H2O, 30 мл H3BO3и 40 мл 10 N NaOH.
    6. Переключитесь на мл титранта в строке результата. Вставьте трубку и обратите внимание на количество используемого H2SO4.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы протестировать дистиллятор Kjeldahl, учтите, что 50 мг глицерина соответствуют 18,60% ± 5% % N. В конце каждого титрования устройство автоматически опорожняет и очищает трубку.
    7. Вычисление процента N.
      figure-protocol-11709
      V s.a : Объем серной кислоты
      T s.a : 0.02 N H2SO4
      S: масса образца

5. Зольность в экстрагированном лигнине

  1. Высушите керамические тигли в течение 1 ч при 105 °C. Оставьте их остывать в адсорбаторе.
  2. Взвесьте тигель и запишите его номер. Добавьте приблизительно 1 г порошка образца. Поместите тигель в муфельную печь со следующей программой: 2-часовой рампой до 575 °C; плато 4 ч при 575 °C.
  3. Дайте духовке остыть до 100 °C. Снимите тигли, поместите их в адсорбатор и взвесьте.

6. Содержание углеводов

  1. Приготовление раствора боргидриданатрия (NaBH 4)/диметилсульфоксида (ДМСО)
    1. Поместите 2 г NaBH4 в объемную колбу объемом 100 мл и заполните до отметки ДМСО. Нагрейте до 100 °C в ванной Майора и перемешайте раствор до полного растворения.
  2. Приготовление раствора MIX
    1. Поместите по 20 мг ксилозы, арабинозы, римнозы, глюкозы, галактозы, маннозы и 2-дезоксиглюкозы в объемную колбу объемом 100 мл и заполните до отметки 100 мл деионизированной водой.
  3. Гидролиз образца
    1. Взвесите 50 мг образца лигнина в боросиликатной стеклянной трубке, добавьте 3 мл 1 МН2SO4и нагрейте смесь в течение 3 ч при 100 °С.
    2. Охладите образец, добавьте 1 мл 15 М гидроксида аммония (NH4OH) и проверьте рН, чтобы убедиться, что он нейтральный или щелочной. Добавьте ровно 1 мл внутреннего стандарта (2-дезоксиглюкозы) к каждому образцу.
      ПРИМЕЧАНИЕ: 2-дезоксиглюкоза, добавленная в качестве внутреннего стандарта, позволяет количественно оценить количество каждой дозы, присутствующей в образце.
  4. Восстановление и ацетилирование моносахаридов в ацетат альдитола
    1. Возьмите 400 мкл раствора из шага 6.3.2 и поместите его в специальные пробирки. Возьмите 400 мкл контрольного раствора MIX и поместите его в специальные пробирки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование решения MIX облегчает расчет коэффициентов отклика (RF) и моносахаридных процентных соотношений.
    2. Добавить 2 мл раствора NaBH4/DMSO,приготовленного в разделе 6.1. Закройте трубку и высиживайте в течение 90 мин при 40 °C на водяной бане. Снимите трубку с водяной бани и добавьте 0,6 мл ледниковой уксусной кислоты.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку это экзотермическая реакция, появятся пузырьки и дым.
    3. Добавьте приблизительно 0,4 мл 1-метилимидазола и приблизительно 4 мл уксусного ангидрида. Через 15 мин добавить 10 мл дистиллированной воды, охладить и добавить ~3 мл дихлорметана (CH2Cl2).
    4. По меньшей мере через 2 ч собирают ~1 мл нижней (органической) фазы и вводят его в газовый хроматограф, оснащенный капиллярной колонкой пламенно-ионизационного детектора HP1-метилсилоксан (30 м (длина) x 320 мкм (внутренний диаметр), 0,25 мкм (толщина пленки)). Анализируйте данные.
    5. Используйте следующую формулу для расчета коэффициента отклика (РЧ).
      figure-protocol-14831
      A м. п.: Среднее значение площади пика моносахарида в растворе MIX
      M a. h из 2 - дезокси глюкозы: масса 2-дезоксиглюкозы после гидролиза
      A 2дг. p: Среднее значение площади пика 2-дезоксиглюкозы в растворе MIX
      M a. h моносахарида: масса моносахарида после гидролиза
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ангидрокоррекция составляет 0,8 для ромнозы, 0,88 для арабинозы и ксилозы и 0,9 для маннозы, глюкозы и галактозы. Масса после гидролиза = ангидрокоррекция х масса (г) моносахарида, используемого в растворе MIX.
    6. Используйте следующую формулу для расчета массы моносахаридов.
      figure-protocol-15480
      АП. M: Область пика моносахаридов в анализируемом образце
      M. IS: Добавлена масса внутреннего стандарта; здесь, C SI=1 мг/мл
      AP.2: Пиковая область 2-дезоксиглюкозы в образце
      RF: коэффициент отклика
    7. Рассчитайте процентное содержание каждого моносахарида, используя следующую формулу.
      figure-protocol-15855

7. Химические функции в экстрагированном лигнине (инфракрасный фурье-трансформированный)

  1. Для идентификации химических функциональных групп в экстрагированном лигнине используйте FT-IR-спектрометр, оснащенный модулем аттенуированного общего отражения (ATR). Откройте программное обеспечение для спектроскопии и настройте параметры: разрешение 4 см-1,время сканирования образца 32, время фонового сканирования 16, сохранение данных от 4000 до 400 см-1,коэффициент пропускания спектра результата.
  2. Не добавляйте образец; нажмите фоновый одноканальный. Теперь поместите 1 мг образца на кристалл и нажмите на образец одноканальным. Обработайте полученные спектры.

8. Молекулярная масса экстрагированного лигнина (гель-проникающая хроматография)

  1. Готовят раствор диметилформамида (ДМФ) с 0,5% хлоридом лития (LiCl). Возьмите 5 г LiCl в объемной колбе объемом 1 л, добавьте DMF до калибровочной линии и перемешайте содержимое до получения однородной жидкости.
  2. Растворить 3 мг образца лигнина в 3 мл ДМФ с 0,5% LiCl. Центрифугу в 10 мл центрифужной трубки и разделите растворимую фракцию во флакон.
  3. Растворить 3 мг полистирола стандарта 1 кДа, 2 кДа, 3 кДа, 10 кДа, 20 кДа и 30 кДа в растворе ДМФ с 0,5% LiCl. Центрифугу в стеклянных трубках боросиликатного по 10 мл и переложите растворимую фракцию во флакон.
  4. Подготовьте высокоэффективную жидкостную хроматографическо-ультрафиолетовую (УФ) систему.
    1. Откройте систему данных и проверьте УФ-детектор.
    2. Продувки системы дистиллированной водой. Установите плунжер в элюент (DMF с 0,5% LiCl). Откройте продувочный клапан и продувки линии со скоростью потока 1 мл/мин в течение 15 мин. Остановите поток и закройте продувочный клапан.
    3. Установите скорость потока на 1 мл/мин в течение 10 мин, чтобы очистить элюентный путь к детектору. Остановите скорость потока.
    4. Установите столбец, которому предшествует защитный столбец (см. Таблицу материалов). Включите нагреватель колонн при 45 °C, включите УФ-детектор и устанавливайте скорость потока постепенно, пока не будет достигнута скорость потока 0,6 мл / мин.
    5. Вводят по 30 мкл каждого образца в течение 40 мин на длине волны 270 нм. Обработайте полученные данные, и рассчитайте распределение масс с помощью калибровочной линии.
    6. Рассчитайте среднечислую молекулярную массу (Mn), среднюю молекулярную массу (Mw) и индекс полидисперсности (PDI).
      figure-protocol-18529
      figure-protocol-18599
      figure-protocol-18669
      Mi: молекулярная масса цепи
      Ni: количество цепей для этой молекулярной массы

9. Обработка данных и статистический анализ

  1. Выполняйте все аналитические эксперименты в трех количествах и выражайте результаты в % сухого вещества.
  2. Выполните односторонний дисперсионный анализ (ANOVA) и сравните средства, используя множественный сравнительный тест Туки.
  3. Выполните анализ главных компонентов (PCA).

Результаты

На фиг.2А-С показан выход лигнина при экстракции из шести видов сырья, показанный на фиг.1А-F,после комбинированной предварительной обработки микроволновой печиСОФ. Результаты показывают, что выход лигнина, п?...

Обсуждение

Это исследование имело много целей; первым из которых было приготовление и использование недорогих зеленых растворителей с характеристиками как ионных жидкостей, так и органических растворителей. Вторая цель состояла в том, чтобы фракционировать биомассу и экстрагировать лигнин за о...

Раскрытие информации

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

МК и ТБ благодарят Хайтама Айеба за статистический анализ и подготовку цифр, Валлонский регион (Европейское региональное развитие - VERDIR) и министра высшего образования и научных исследований (Тауфик Беттайеб) за финансирование.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
HPLC Gel Permeation ChromatographyAgilent 1200 series
1 methylimadazoleAcros organics
2-deoxy-D-glucose (internal standard)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Acetic acidSigma Aldrich (St. Louis, USA)
Acetic anhydrideSigma Aldrich (St. Louis, USA)
Adjustables pipettors
Alkalialkali-extracted lignin
Arabinose (99%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
AutoclaveCERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro)
Water Bath at 70 °C
Boric acidSigma Aldrich (St. Louis, USA)
BromocresolSigma Aldrich (St. Louis, USA)
CatalystCTQ (coded A22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2)Merck
Centrifugation container
CentrifugeBECKMAN COULTERAvanti J-E centrifuge
Ceramic crucibles
Choline chloride 99%Acros organics
ColumnAgilent 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)
ColumnHP1-methylsisoxane (30 m, 0.32 mm, 0.25 mm)
Crucible porosity N°4 ( Filtering crucible)Shott Duran Germanyboro 3.3
Deonized water
Dessicator
DimethylformamideVWR BDH Chemicals
DimethylsulfoxideAcros organics
Erlenmeyer flask
EthanolMerck (Darmstadtt, Germany)
Filtering crucibles, procelain
Filtration flasks
Fourrier Transformed Inra- RedVertex 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 ChromatographyAgilent (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 sieveMill Ttecator (Sweden)Cyclotec 1093
IndulinRaw lignin control
Kjeldahl distillerKjeltec 2300 (Foss)
Kjeldahl tubeFOSS
Kjeldhal rack
Kjeldhal digesterKjeltec 2300 (Foss)
Kjeldhal suction system
Lab Chem station SoftwareGC data analysis
Lactic acidMerck (Darmstadtt, Germany)
Lithium chloride LiClSigma Aldrich (St. Louis, USA)
Mannose (98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Methyl red
MicrowaveSTART SYNTH MILESTONE Microwave laboratory system
Microwave temperature probe
Microwave container
Muffle Furnace
NaOHMerck (Darmstadtt, Germany)
Nitrogen free- paper
Opusspectroscopy software
OvenGmbH Memmert SNB100Memmert SNB100
Oxalic acidVWR BDH Chemicals
P 1000Soda-processed lignin
pH paper
precision balance
Infrared spectroscopy
Quatz cuvette
Rhamnose (98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)
Rotary vacuum evaporatorBucher
Round-bottom flask 500 mL
sodium borohydride NaBH4
Schott bottleglass bottle
Sovirel tubessovirelBorosilicate glass tubes
Spatule
Special tube
SpectophotometerUV-1800 Shimadzu
Sterilization indicator tape
Stir bar in teflon
Stirring plate
Syringes
Sodium borohydrideSigma Aldrich (St. Louis, USA)
TitrisolMerckMerck 1099840.1 N H2SO4
UreaVWR BDH Chemicals
Vials
VolumetriC flask 2.5 L /5 LBucher
Vortex
Xylose (98%)Sigma Aldrich (St. Louis, USA)

Ссылки

  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, &. #. 3. 5. 2. ;., 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).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

169

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены