Name: ultrafast lignin extraction from unusual mediterranean lignocellulosic residues
Uploaded: 2021-03-09T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues at JoVE.com

MK og TB takker Haitham Ayeb for statistiske analyser og figurforberedelse, Den Vallonske Region (European Regional Development-VERDIR) og minister for videregående uddannelse og videnskabelig forskning (Taoufik Bettaieb) for finansiering.

1. Forberedelse af biomasse
<ol><li>Tørring af biomasse<ol>
<li>Posidonia-bladene og aegagropilekuglerne (Posidonia oceanica), der er høstet fra Middelhavsstrande, anbringes i en ovn ved 40 °C i 72 timer.</li>
		<li>Mandelskallerne (Prunus dulcis), der stammer fra fødevareindustrien, og olivenpresserester (Olea europaea L.), der er fremstillet af olivenoliemøller, anbringes i en ovn ved 40 °C i 72 timer.</li>
		<li>Placer pinecones (Pinus halepensis), indsamlet fra en skov, og ...

<ol>
	<li>Kammoun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+dehydration+of+monosaccharides+promoted+by+seawater+fundamentals+on+the+catalytic+role+of+inorganic+salts.">Hydrothermal dehydration of monosaccharides promoted by seawater fundamentals on the catalytic role of inorganic salts.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 132 (2019).</li><li>Kammoun, M., Ayeb, H., Bettaieb, T., Richel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+characterisation+and+technical+assessment+of+agri-food+residues,+marine+matrices,+and+wild+grasses+in+the+South+Mediterranean+area:+A+considerable+inflow+for+biorefineries.">Chemical characterisation and technical assessment of agri-food residues, marine matrices, and wild grasses in the South Mediterranean area: A considerable inflow for biorefineries.</a> Waste Management. 118, 247-257 (2020).</li><li>Zhang, C. W., Xia, S. Q., Ma, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+using+deep+eutectic+solvents.">Facile pretreatment of lignocellulosic biomass using deep eutectic solvents.</a> Bioresource Technology. 219, 1-5 (2016).</li><li>Mora-Pale, M., Meli, L., Doherty, T. V., Linhardt, R. J., Dordick, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room+temperature+ionic+liquids+as+emerging+solvents+for+the+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass.">Room temperature ionic liquids as emerging solvents for the pretreatment of lignocellulosic biomass.</a> Biotechnology and Bioengineering. 108 (6), 1229-1245 (2011).</li><li>Chen, Z., Wan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+fractionation+of+lignocellulosic+biomass+by+microwave-assisted+deep+eutectic+solvent+pretreatment.">Ultrafast fractionation of lignocellulosic biomass by microwave-assisted deep eutectic solvent pretreatment.</a> Bioresource Technologie. 250, 532-537 (2018).</li><li>Francisco, M., Van Den Bruinhorst, A., Kroon, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+natural+and+renewable+low+transition+temperature+mixtures+(+LTTMs+):+screening+as+solvents+for+lignocellulosic+biomass+processing.">New natural and renewable low transition temperature mixtures ( LTTMs ): screening as solvents for lignocellulosic biomass processing.</a> Green Chemistry. 14 (8), 2153-2157 (2012).</li><li>Liu, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+cleavage+of+lignin+-+carbohydrate+complexes+and+ultrafast+extraction+of+lignin+oligomers+from+wood+biomass+by+microwave-assisted+treatment+with+deep+eutectic+solvent.">Efficient cleavage of lignin - carbohydrate complexes and ultrafast extraction of lignin oligomers from wood biomass by microwave-assisted treatment with deep eutectic solvent.</a> Chem sus chem. 10, 1692-1700 (2017).</li><li>Xu, G. C., Ding, J. C., Han, R. Z., Dong, J. J., Ni, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+cellulose+accessibility+of+corn+stover+by+deep+eutectic+solvent+pretreatment+for+butanol+fermentation.">Enhancing cellulose accessibility of corn stover by deep eutectic solvent pretreatment for butanol fermentation.</a> Bioresource Technologie. 203, 364-369 (2016).</li><li>Jablonsk&#253;, M., Andrea, &. #. 3. 5. 2. ;., Kamensk&#225;, L., Vr&#353;ka, M., &#352;ima, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+eutectic+solvents+fractionation+of+wheat+straw+deep+eutectic+solvents+fractionation+of+wheat+straw.">Deep eutectic solvents fractionation of wheat straw deep eutectic solvents fractionation of wheat straw.</a> Bioresources. 10 (4), 8039-8047 (2015).</li><li>Shen, X. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+fractionation+of+lignocelluloses+by+biomass-derived+deep+eutectic+solvent+(DES)+pretreatment+for+cellulose+enzymatic+hydrolysis+and+lignin+valorization.">Facile fractionation of lignocelluloses by biomass-derived deep eutectic solvent (DES) pretreatment for cellulose enzymatic hydrolysis and lignin valorization.</a> Green Chemistry. 21, 275-283 (2019).</li><li>Alvarez-Vasco, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+low-molecular-weight+lignin+with+high+purity+extracted+from+wood+by+deep+eutectic+solvents+(DES):+a+source+of+lignin+for+valorization.">Unique low-molecular-weight lignin with high purity extracted from wood by deep eutectic solvents (DES): a source of lignin for valorization.</a> Green Chemistry. 18, 5133-5141 (2016).</li><li>Banu, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+biopolymer+production+via+lignin+valorization.">A review on biopolymer production via lignin valorization.</a> Bioresource Technologie. 290, 121790 (2019).</li><li>Gordobil, O., Olaizola, P., Banales, J. M., Labidi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignins+from+agroindustrial+by-products+as+natural+ingredients+for+cosmetics+chemical+structure+and+in+vitro+sunscreen+and+cytotoxic+activities.">Lignins from agroindustrial by-products as natural ingredients for cosmetics chemical structure and in vitro sunscreen and cytotoxic activities.</a> Molecules. 25 (5), 1131 (2020).</li><li>Lee, C. S., Thu Tran, T. M., Weon Choi, J., Won, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+for+white+natural+sunscreens.">Lignin for white natural sunscreens.</a> International Journal of Biological Macromolecules. 122, 549-554 (2019).</li><li>Widsten, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin-based+sunscreens-state-of-the-art,+prospects+and+challenges.">Lignin-based sunscreens-state-of-the-art, prospects and challenges.</a> Cosmetics. 7, 85 (2020).</li><li>Qian, Y., Qiu, X., Zhu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin:+a+nature-inspired+sun+blocker+for+broad-spectrum+sunscreens.">Lignin: a nature-inspired sun blocker for broad-spectrum sunscreens.</a> Royal Society of Chemistry. 17, 320-324 (2015).</li><li>Zijlstra, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+of+lignin+with+high+&#946;-O-4+content+by+mild+ethanol+extraction+and+its+effect+on+the+depolymerization+yield.">Extraction of lignin with high &#946;-O-4 content by mild ethanol extraction and its effect on the depolymerization yield.</a> Journal of Visualized Experiments. (143), e58575 (2019).</li></ol>

Denne undersøgelse havde mange mål; den første var at forberede og anvende billige grønne opløsningsmidler med karakter af både ioniske væsker og organiske opløsningsmidler. Det andet mål var at fraktionere biomassen og udvinde lignin i et enkelt trin uden at kræve indledende foranstaltninger såsom udvinding af ekstrakter, der anvender Soxhlet eller hemicellulose ved hjælp af alkaliske opløsningsmidler, grundlæggende eller termofysiske teknikker. Det tredje mål var at genvinde lignin ved simpel filtrering ...

Bæredygtige biorefineryprocesser integrerer biomasseforarbejdning, fraktionering i molekyler af interesse og deres omdannelse til merværdiprodukter1. Ved andengenerationsbiorefinering anses forbehandling for at være afgørende for at fraktionere biomasse i hovedkomponenterne2. Traditionelle forbehandlingsmetoder, der anvender kemiske, fysiske eller biologiske strategier, er blevet anvendt bredt3. En sådan forbehandling betragtes dog som det dyreste skridt i bioraffinering og har andre ulemper såsom lang behandlingstid, højt varme- og strømforbrug og opløsningsmiddel urenheder4. For nylig har DES'er, hvis egenskaber ligner egenskaberne af ioniske væsker3, vist sig som grønne opløsningsmidler på grund af fordele som bionedbrydelighed, miljøvenlighed, let syntese og genopretning efter behandling5.
DES'er er blandinger af mindst én HBD, såsom mælkesyre, æblesyre eller oxalsyre, og en hydrogenbindingstager (HBA), såsom betain eller cholinchlorid (ChCl)6. HBA-HBD-interaktioner muliggør en katalytisk mekanisme, der tillader kavalergang af kemiske bindinger, hvilket forårsager biomassefraktionering og ligninadskillelse. Mange forskere har rapporteret DES-baserede forbehandling af lignocellulosic råvarer såsom ChCl-glycerol på majs cob og stover7,8, ChCl-urea, chcl-oxalsyre på hvedestrå9, chcl-mælkesyre på Eucalyptus savsmuld10og chcl-eddikesyre11 og ChCl-ethylenglycol på træ11. For at forbedre DES-effektiviteten bør forbehandling kombineres med mikrobølgebehandling for at fremskynde biomassefraktionering5. Mange forskere har rapporteret en sådan kombineret forbehandling (DES og mikrobølgeovn) af træ8 og majs komfur, switchgrass, og Miscanthus 5 , som giver ny indsigt i kapaciteten af DESs for lignocellulosic fraktionering og ligninudvindingi et let skridt over en kort periode.
Lignin er et phenolisk makromolekyle, der valoriseres som råmateriale til produktion af biopolymerer og udgør et alternativ til fremstilling af kemikalier som aromatiske monomerer og oligomerer12. Derudover har lignin antioxidant og ultraviolet absorptionsaktiviteter13. Flere undersøgelser har rapporteret lignin applikationer i kosmetiske produkter14,15. Dens integration i kommercielle solbeskyttelsesprodukter har forbedret produktets solbeskyttelsesfaktor (SPF) fra SPF 15 til SPF 30 med tilsætning af kun 2 wt % lignin og op til SPF 50 med tilsætning af 10 wt % lignin16. Dette papir beskriver en ultrahurtig tilgang til lignin-kulhydrat kavalergang, bistået af kombineret DES-mikrobølgeforbehandling af middelhavet biomasse. Disse biomasseer består af landbrugsfødevarer, især olivenpresserester og mandelskaller. Andre biomasse, der blev undersøgt, var biomasse af marine oprindelse (Posidonia blade og aegagropile) og biomasse fra en skov (fyrrekoggere og vilde græsser). Fokus for denne undersøgelse var at teste billige grønne opløsningsmidler for at evaluere virkningerne af denne kombinerede forbehandling på råvarefraktionering, for at undersøge dens indflydelse på ligninrenhed og udbytte og for at studere dens virkninger på de molekylære vægte og kemiske funktionelle grupper i den ekstraherede lignin.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>HPLC Gel Permeation Chromatography</td>
			<td>Agilent 1200 series</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 methylimadazole</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-deoxy-D-glucose (internal standard)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic anhydride</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustables pipettors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkali</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>alkali-extracted lignin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arabinose (99%)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>CERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Bath at 70 &#176;C</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromocresol</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalyst</td>
			<td>CTQ (coded A22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2)</td>
			<td>Merck</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifugation container</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>BECKMAN COULTER</td>
			<td>Avanti J-E centrifuge</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic crucibles</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Choline chloride 99%</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Column</td>
			<td>Agilent PLGel Mixed C (alpha 3,000 (4.6 &#215; 250 mm, 5 &#181;m) preceded by a guard column (TSK gel alpha guard column 4.6 mm &#215; 50 mm, 5 &#181;m)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Column</td>
			<td>HP1-methylsisoxane (30 m, 0.32 mm, 0.25 mm)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crucible porosity N&#176;4 ( Filtering crucible)</td>
			<td>Shott Duran Germany</td>
			<td>boro 3.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deonized water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylformamide</td>
			<td>VWR BDH Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylsulfoxide</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlenmeyer flask</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtering crucibles, procelain</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtration flasks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fourrier Transformed Inra- Red</td>
			<td>Vertex 70 Bruker apparatus 
			equipped with an attenuated total reflectance (ATR) module. 
			Spectra were recorded in the 4,000&#8211;400 cm&#8722;1 range with 32 scans 
			at a resolution of 4.0 cm&#8722;1</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galactose (98%</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gaz Chromatography</td>
			<td>Agilent (7890 series)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bottle 100 mL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass tubes ( borosilicate) with teflon caps 10 mL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose (98%</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Golves</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graduated cylinder 50 mL /100 mL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2SO4 Titrisol (0.1 N)</td>
			<td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2SO4 (95-98%)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td>BUCHI R-114)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hummer cutter equiped with 1 mm and 0.5 mm sieve</td>
			<td>Mill Ttecator (Sweden)</td>
			<td>Cyclotec 1093</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indulin</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Raw lignin control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kjeldahl distiller</td>
			<td>Kjeltec 2300 (Foss)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kjeldahl tube</td>
			<td>FOSS</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kjeldhal rack</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kjeldhal digester</td>
			<td>Kjeltec 2300 (Foss)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kjeldhal suction system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lab Chem station Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GC data analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lactic acid</td>
			<td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium chloride LiCl</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannose (98%)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl red</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave</td>
			<td>START SYNTH MILESTONE Microwave laboratory system</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave temperature probe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave container</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Muffle Furnace</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Merck (Darmstadtt, Germany)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen free- paper</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opus</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>spectroscopy software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>GmbH Memmert SNB100</td>
			<td>Memmert SNB100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic acid</td>
			<td>VWR BDH Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P 1000</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Soda-processed lignin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH paper</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>precision balance</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared spectroscopy</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quatz cuvette</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhamnose (98%)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary vacuum evaporator</td>
			<td>Bucher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Round-bottom flask 500 mL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium borohydride NaBH4</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schott bottle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>glass bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sovirel tubes</td>
			<td>sovirel</td>
			<td></td>
			<td>Borosilicate glass tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatule</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Special tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectophotometer</td>
			<td>UV-1800 Shimadzu</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilization indicator tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bar in teflon</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring plate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium borohydride</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titrisol</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Merck 109984</td>
			<td>0.1 N H2SO4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea</td>
			<td>VWR BDH Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VolumetriC flask 2.5 L /5 L</td>
			<td>Bucher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylose (98%)</td>
			<td>Sigma Aldrich (St. Louis, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrafast lignin extraction from unusual mediterranean lignocellulosic residues

Forbehandling er stadig det dyreste skridt i lignocellulosic biorefinery processer. Det skal gøres omkostningseffektivt ved at minimere kemiske krav samt el- og varmeforbrug og ved hjælp af miljøvenlige opløsningsmidler. Dybe eutektiske opløsningsmidler (DES'er) er vigtige, grønne og billige opløsningsmidler i bæredygtige bioraffinaderier. De er gennemsigtige blandinger karakteriseret ved lave frysepunkter som følge af mindst en hydrogenbindingsdonor og en hydrogenbindingstager. Selv om DES'er er lovende opløsningsmidler, er det nødvendigt at kombinere dem med en økonomisk opvarmningsteknologi, såsom mikrobølgebestråling, for at sikre konkurrencemæssig rentabilitet. Mikrobølgebestråling er en lovende strategi for at forkorte opvarmningstiden og øge fraktioneringen, fordi den hurtigt kan opnå den rette temperatur. Formålet med denne undersøgelse var at udvikle en ettrins, hurtig metode til biomassefraktionering og ligninudvinding ved hjælp af et billigt og bionedbrydeligt opløsningsmiddel. 
I denne undersøgelse blev der udført en mikrobølgeassisteret DES-forbehandling for 60 s ved 800 W ved hjælp af tre slags DES'er. DES-blandingerne blev let fremstillet af cholinchlorid (ChCl) og tre hydrogenbindingsdonorer (HBD'er): en monocarboxylsyre (mælkesyre), en dicarboxylsyre (oxalsyre) og urinstof. Denne forbehandling blev anvendt til fraktionering af biomasse og genvinding af lignin fra marine rester (Posidonia blade og aegagropile), landbrugsfødevarer biprodukter (mandelskaller og olivenpresse), skovrester (pinecones) og flerårige lignocellulosic græs(Stipa tenacissima). Yderligere analyser blev udført for at bestemme udbyttet, renheden og molekylevægtfordelingen af den genvundne lignin. Desuden blev DES'ernes indvirkning på de kemiske funktionelle grupper i den ekstraherede lignin bestemt af Fourier-transform infrarød (FTIR) spektroskopi. Resultaterne viser, at blandingen af ChCl-oxalsyre giver den højeste ligninrenhed og det laveste udbytte. Denne undersøgelse viser, at DES-mikrobølgeprocessen er en ultrahurtig, effektiv og omkostningseffektiv teknologi til fraktionering af lignocellulosisk biomasse.

Figur 2A-C viser ligninudbyttet fra ekstraktionen fra de seks råmaterialer, der er vist i figur 1A-F, efter den kombinerede mikrobølge-DES-forbehandling. Resultaterne viser, at ligninudbyttet opnået med DES1 (ChCl-oxalsyre)(figur 2A)var lavere end udbyttet opnået med DES2 (ChCl-mælkesyre) og DES3 (ChCl-urea)(Figur 2B,</str...

Watch this Scientific Journal Video about Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues at JoVE.com

Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

Dyb eutektisk opløsningsmiddelbaseret, mikrobølgeassisteret forbehandling er en grøn, hurtig og effektiv proces til lignocellulosic fraktionering og høj renhed lignin opsving.

Ultrahurtig Lignin Ekstraktion fra usædvanlige Middelhavet Lignocellulosic Rester

Pretreatment is still the most expensive step in lignocellulosic biorefinery processes. It must be made cost-effective by minimizing chemical requirements ...

Formålet med vores protokol er at fraktionere biomassen og udvinde lignin i et enkelt trin. Ved hjælp af denne metode kan lignin genvindes ved simpel filtrering efter behandling uden justering af pH, men blot ved at tilføje destilleret vand. Fokus for denne undersøgelse er at evaluere effekten af denne kombinerede behandling af råvarefraktionering, dens indflydelse på lignin renhed og udbytte og dens virkning på de molekylære vægte og kemiske funktionelle grupper i den ekstraherede lignin.Dyb eutektisk løsning mikrobølgeovn proces er en ultra hurtig, effektiv og omkostningseffektiv konkurrencedygtig teknologi til lignocellulosic biomassefraktionering og lignin opsving med høj renhed. Forbered den dybe eutektiske opløsning i en 500 milliliter rund bundkolbe som beskrevet i tekstmanuskriptet. Placer derefter fem gram råvare, 50 milliliter dyb eutektisk opløsning og en omrøringsstang i en mikrobølgeovn i en lukket polytetrafluorethylenreaktor.Luk mikrobølgebeholderen med en passende hætte og fastgør en temperaturhætte. Placer den på kanten af pladespilleren, så det hele tiden omrøres, og mikrobølgeovnen køres i et minut. Brug passende handsker, tag beholderen ud af mikrobølgeovnen og lad blandingen køle af.Der fremstilles en homogen opløsning mod opløsningsmidler, og der tilsættes 50 milliliter af denne opløsning til den behandlede råvare. Centrifuge blandingen i fem minutter ved 3.000 gange G.Filter supernatanten ved hjælp af en glasfilterdigel. De resterende celluloserester opsamles og vaskes ved at tilsætte 25 milliliter opløsningsopløsning og centrifugering.Tilsæt den filtrerede lignin-rige fraktion og de filtrerede vasker til en 500 milliliter rund bundkolbe. Ethanolen fordampes ved hjælp af en roterende fordamper ved 50 grader Celsius og 110 millibar. Derefter tilsættes 150 milliliter deioniseret vand til den koncentrerede spiritus.Ræld ligninen ved centrifugering. Opsaml lignin som pellet og vask det fire gange med 25 milliliter destilleret vand. Derefter lyophilize lignin eller tør det i en ovn ved 40 grader Celsius.Placer filterdigelen i en dæmperovn ved 550 grader Celsius i fire timer. Når ovnen køler til 150 grader Celsius, skal du fjerne diglen og placere den i en desiccator for at køle af. Så vejer det.Der tilsættes ca. 30 mg lignin i et borosilikatglasrør. Derefter tilsættes en milliliter på 72% svovl til prøven og læg den i et 30 grader Celsius bad i 60 minutter. Fjern prøven og overfør den til en 100 milliliter glasflaske.Derefter tilsættes 28 milliliter destilleret vand for at fortynde syren til en koncentration på 4%Sæt glasflasken i en autoklave ved 121 grader Celsius i 60 minutter. Fjern derefter flasken fra autoklaven og lad den køle af. For at analysere syre uopløselig lignin filtreres hydrolysatet ved hjælp af en smeltedigel under vakuum og opsamles de resterende faste stoffer i glasflasken med deioniseret vand.Tør diglen, der indeholder faste stoffer, ved at placere den i en ovn ved 105 grader Celsius i 16 timer. Derefter afkøles det i en ekssikkator og vejes prøven. Sæt smeltedigelen i en dæmperovn ved 550 grader Celsius i fire timer.Prøven vejes efter tørring i en ekssikkator. Til analyse af syreopløselig lignin måles absorbansen af hydrolysat filtrat med et spektrofotometer ved 205 nanometer ved hjælp af kvarts cuvettes. For at analysere den ekstraherede lignins kemiske funktion skal baggrundskanalen behandles uden prøve.Juster derefter parametrene, og placer et milligram af prøven på krystallen. Tryk prøve enkelt kanal og behandle de opnåede spektre. For at bestemme den ekstraktionerede lignins molekylvægt opløses tre milligram ligninprøven i tre milliliter DMF med 0,5% lithiumchlorid.Sæt den opløste lignin i et hætteglas og installer kolonnen, der er udført af en vagtkolonne. Prøven indsprøjtes i et højtydende ultraviolette system til flydende kromatografi. Efter at have analyseret dataene skal du beregne den molekylære vægt af den udtrukne lignin som beskrevet i tekstmanuskriptet.Der afvejes en prøve på 50 mg lignin i et borosilikatglasrør, og der tilsættes tre milliliter af en molarsulfidsyre. Derefter opvarmes blandingen i tre timer ved 100 grader Celsius og afkøles. Tilsæt en milliliter af 15 molar ammoniumhydroxid og kontroller pH for at sikre, at den er neutral eller alkalisk.Der tilsættes en milliliter 2-deoxyglucose til hver prøve som intern standard. Derefter tilsættes 400 mikroliter af denne opløsning i specielle rør, der indeholder 400 mikroliter blandet opløsning. Der tilsættes to milliliter natriumborohydrid dimethylsulfoxidopløsning.Luk rørene og inkuber i 90 minutter ved 40 grader Celsius i et vandbad. Tag rørene ud af vandbadet og tilsæt 0,6 milliliter iseddike, 0,4 milliliter 1-methylimidazole og ca. fire milliliter eddikesyreanhydrid. Efter 15 minutter tilsættes 10 milliliter destilleret vand. kølig.Og tilsæt ca. tre milliliter dichlormethan. Efter to timer, indsamle ca en milliliter af den nederste organiske fase og injicere det i en gas kromatograf udstyret med en flamme ionisering detektor kapillær kolonne. Ligninudbyttet opnået med dyb eutektisk opløsning en oxalsyre var lavere end udbyttet opnået med dyb eutektisk opløsning to mælkesyre og dyb eutektisk opløsning tre urinstof.Lignin renhed oversteg 70% for de tre forbehandlinger af biomasse, bortset fra dyb eutektisk opløsning tre urinstofforbehandling af alfablade, Aegagropila og mandelskaller, som gav en ligninrenhed på 65%Den højeste lignin renhed oversteg 90%Det blev opnået med den dybe eutektiske opløsning en behandling. Lignins renheds- og udbyttedata blev underkastet hovedkomponentanalyser, som viste, at den dybe eutektiske opløsning en behandling var positivt korreleret med ligninrenhed og bekræftede, at det var den reneste lignin med det laveste udbytte. Sukkerindholdet i lignin udvundet ved hjælp af dyb eutektisk opløsning tre var det højeste og efterfulgt af det, der blev opnået fra opløsning to og et.På samme måde var kvælstofindholdet i dyb eutektisk opløsning et ligninekstrakt lavere end det, der opnås ved opløsning to og tre. Typen af sukker i den ekstraherede lignin blev også karakteriseret, der skildrer D-xylose og D-glukose til at være de mest rigelige monosaccharider. De kemiske funktionelle grupper, der var til stede i de udvundne lignaner, blev undersøgt af FTIR-spektroskopi.Infrarøde spektre af de forskellige lignaner mellem 3.500 og 800 gensidige centimeter præsenteres her. Spektre af lignin udvundet med dybe eutektiske løsninger en og to viser de strækvibrationer af ikke-konjugerede og konjugerede carbonylgrupper, som ikke var til stede i de tre kommercielle lignaner:rå, sodaforarbejdet og alkaliudvundet lignans. Carboxylicsyresignalet, C dobbeltbinding O, indikerer muligheden for bøjning af nogle ligninfunktioner med syrer under ekstraktion og opløselighed med mikrobølgeassisteret dyb eutektisk opløsningsmiddelbehandling.Disse resultater viser muligheden for at udvinde merværdi lignin af høj renhed fra middelhavsbiomasser, som i øjeblikket undervurderes og kan hjælpe med at bestemme det optimale dybe eutektiske opløsningsmiddel og samtidig sikre renheden af lignin.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

Mod Biomimicking Wood: Færdige Fritstående Film af Nanocellulose, Lignin, og en syntetisk polykation

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

Forberedelse Silica Aerogelpartikler Monoliths via en hurtig Supercritical ekstraktionsmetode

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

Optimering af syntetiske Proteiner: Identifikation af Interpositional Afhængigheder Angivelse Strukturelt og / eller funktionelt knyttet Rester

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

Direkte Imaging af Laser-drevet Ultrahurtig Molekylær Rotation

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography (HPLC)

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography HPLC

En enkel metode til glucosinolater Ekstraktion og analyse med Højtryks-væskekromatografi (HPLC)

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil ...

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Ekstraktion og oprensning af polyphenoler fra frysetørret bærpulver til behandling af vaskulære glatte muskelceller<em&gt; In Vitro</em

Epidemiological studies indicate that increased flavonoid intake correlates with decreased mortality due to cardiovascular diseases (CVD) in the United ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Fabrikation og afprøvning af katalytisk aerogeler fremstillet Via Rapid superkritisk ekstraktion

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

Mikrofluid Chips for In Situ Crystal røntgen diffraktion og In Situ dynamisk lysspredning for serielle krystallografi

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The ...

Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

Adskillelse af aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger ved hjælp af en Bisulfite udvinding protokol

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

Measurement of Ultrafast Vibrational Coherences in Polyatomic Radical Cations with Strong-Field Adiabatic Ionization

Måling af ultrahurtig vibrationelle sammenhænge i Polyatomic radikale kationer med Strong-felt adiabatisk ionisering

We present a pump-probe method for preparing vibrational coherences in polyatomic radical cations and probing their ultrafast dynamics. By shifting the ...