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 e TB ringraziano Haitham Ayeb per le analisi statistiche e la preparazione delle figure, la regione vallone (Sviluppo regionale europeo-VERDIR) e il ministro dell'istruzione superiore e della ricerca scientifica (Taoufik Bettaieb) per il finanziamento.

1. Preparazione delle biomasse
<ol><li>Essiccazione della biomassa<ol>
<li>Mettere le foglie di Posidonia e le palline di aegagropile(Posidonia oceanica),raccolte dalle spiagge mediterranee, in forno a 40 °C per 72 ore.</li>
		<li>Mettere i gusci di mandorle(Prunus dulcis),generati dalle industrie alimentari, e le vinacce dioliva (Olea europaea L.), ottenutedai frantoi, in forno a 40 °C per 72 ore.</li>
		<li>Posizionare le pigne (Pinus halepensis), raccolte da una foresta, e le fo...

<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>

Questo studio aveva molti obiettivi; il primo dei quali è stato quello di preparare e utilizzare solventi verdi a basso costo con le caratteristiche sia dei liquidi ionici che dei solventi organici. Il secondo obiettivo era quello di frazionare la biomassa ed estrarre la lignina in un'unica fase, senza richiedere fasi preliminari come l'estrazione di estraibili utilizzando Soxhlet o emicellulosa utilizzando solventi alcalini, tecniche di base o termofise. Il terzo obiettivo era quello di recuperare la lignina mediante s...

I processi di bioraffineria sostenibile integrano la lavorazione della biomassa, il suo frazionamento in molecole di interesse e la loro conversione in prodotti avalore aggiunto 1. Nella bioraffineria di seconda generazione, il pretrattamento è considerato essenziale per frazionare la biomassa nei suoi componenti principali2. I metodi tradizionali di pretrattamento che utilizzano strategie chimiche, fisiche o biologiche sono stati ampiamente applicati3. Tuttavia, tale pretrattamento è considerato il passo più costoso nella bioraffinatura e presenta altri svantaggi come lunghi tempi di lavorazione, elevato consumo di calore ed energia e impurità del solvente4. Recentemente, i DES, le cui proprietà sono simili a quelle dei liquidi ionici3,sono emersi come solventi verdi grazie a vantaggi come biodegradabilità, compatibilità ambientale, facilità di sintesi e recupero dopo il trattamento5.
I DES sono miscele di almeno un HBD, come acido lattico, acido malico o acido ossalico, e un accettore di legame idrogeno (HBA) come betaina o cloruro di colina (ChCl)6. Le interazioni HBA-HBD consentono un meccanismo catalitico che consente la scissione di legami chimici, causando il frazionamento della biomassa e la separazione della lignina. Molti ricercatori hanno riportato il pretrattamento a base di DES di materie prime lignocellulosiche come chcl-glicerolo sulla pannocchiera del mais e stover7,8, ChCl-urea e acido chcl-ossalico sulla paglia di grano9,acido chcl-lattico sulla segatura di eucalipto 10e acido chcl-acetico11 e glicole chcl-etilene sullegno 11. Per migliorare l'efficienza del DES, il pretrattamento deve essere combinato con il trattamento a microonde per accelerare il frazionamento dellabiomassa 5. Molti ricercatori hanno riportato un pretrattamento combinato (DES e microonde) dilegno 8 e di stover di mais, switchgrass e Miscanthus 5 , chefornisce nuoveinformazioni sulla capacità di DESs per il frazionamento lignocellulosico e l'estrazione della lignina in un semplice passaggio in un breve periodo.
La lignina è una macromolecola fenolica valorizzata come materia prima per la produzione di biopolimeri e presenta un'alternativa per la produzione di sostanze chimiche come monomeri aromatici e oligomeri12. Inoltre, la lignina ha attività antiossidanti e di assorbimentoultravioletto 13. Diversi studi hanno riportato applicazioni di lignina nei prodotti cosmetici14,15. La sua integrazione nei prodotti commerciali per la protezione solare ha migliorato il fattore di protezione solare (SPF) del prodotto da SPF 15 a SPF 30 con l'aggiunta di solo il 2 wt % di lignina e fino a SPF 50 con l'aggiunta del 10 wt % lignin16. Questo documento descrive un approccio ultraveloce per la scissione lignina-carboidrati, assistito dal pretrattamento combinato DES-microonde delle biomasse mediterranee. Queste biomasse sono costituite da sottoprodotti agroalimentati, in particolare sansa di oliva e gusci di mandorle. Altre biomasse che sono state studiate sono state quelle di origine marina (foglie di Posidonia e aegagropile) e quelle provenienti da una foresta (pigne ed erbe selvatiche). Lo studio si è posto l'obiettivo di testare solventi verdi a basso costo per valutare gli effetti di questo pretrattamento combinato sul frazionamento delle materie prime, di studiarne l'influenza sulla purezza e sulla resa della lignina e di studiarne gli effetti sui pesi molecolari e sui gruppi funzionali chimici nella lignina estratta.

<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

Il pretrattamento è ancora il passo più costoso nei processi di bioraffineria lignocellulosica. Deve essere reso conveniente riducendo al minimo i requisiti chimici, il consumo di energia e calore e utilizzando solventi rispettosi dell'ambiente. I solventi eutettici profondi (DES) sono solventi chiave, verdi e a basso costo nei bioradiostori sostenibili. Sono miscele trasparenti caratterizzate da bassi punti di congelamento risultanti da almeno un donatore di legami idrogeno e un accettore di legami idrogeno. Sebbene i DES siano solventi promettenti, è necessario combinarli con una tecnologia di riscaldamento economica, come l'irradiazione a microonde, per una redditività competitiva. L'irradiazione a microonde è una strategia promettente per ridurre i tempi di riscaldamento e aumentare il frazionamento perché può raggiungere rapidamente la temperatura appropriata. Lo scopo di questo studio era quello di sviluppare un metodo rapido e in una fase per il frazionamento della biomassa e l'estrazione della lignina utilizzando un solvente a basso costo e biodegradabile. 
In questo studio, un pretrattamento DES assistito da microonde è stato condotto per 60 s a 800 W, utilizzando tre tipi di DES. Le miscele DES sono state preparate in modo facile dal cloruro di colina (ChCl) e da tre donatori di legame idrogeno (HBD): un acido monocarrbossilico (acido lattico), un acido dicarrbossilico (acido ossalico) e urea. Questo pretrattamento è stato utilizzato per il frazionamento della biomassa e il recupero della lignina dai residui marini (foglie di Posidonia e aegagropile), sottoprodotti agroalimentari (gusci di mandorle e vinacce di olive), residui forestali (pigne) ed erbe lignocellulosiche perenni(Stipa tenacissima). Ulteriori analisi sono state condotte per determinare la resa, la purezza e la distribuzione del peso molecolare della lignina recuperata. Inoltre, l'effetto dei DES sui gruppi funzionali chimici nella lignina estratta è stato determinato dalla spettroscopia a infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR). I risultati indicano che la miscela di acido chcl-ossalico offre la massima purezza di lignina e la resa più bassa. Il presente studio dimostra che il processo DES-microonde è una tecnologia ultraveloce, efficiente e competitiva in termini di costi per il frazionamento della biomassa lignocellulosica.

La figura 2A-C illustra la resa di lignina dell'estrazione dalle sei materie prime, illustrata nella figura 1A-F, dopo il pretrattamento combinato microonde-DES. I risultati mostrano che la resa di lignina ottenuta con DES1 (acido chcl-ossoalico) (figura 2A) era inferiore alle rese ottenute con DES2 (acido chcl-lattico) e DES3 (ChCl-urea)<strong cl...

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Ultrafast Lignin Extraction from Unusual Mediterranean Lignocellulosic Residues

Il pretrattamento a base di solvente eutettico profondo, assistito da microonde, è un processo verde, veloce ed efficiente per il frazionamento lignocellulosico e il recupero della lignina ad alta purezza.

Estrazione ultraveloce di Lignin da residui lignocellulosici mediterranei insoliti

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

L'obiettivo del nostro protocollo è quello di frazionare la biomassa ed estrarre la lignina in un'unica fase. Utilizzando questo metodo, la lignina può essere recuperata con una semplice filtrazione dopo il trattamento senza regolazione del pH, ma semplicemente aggiungendo acqua distillata. Lo scopo di questo studio è valutare l'effetto di questo trattamento combinato del frazionamento delle materie prime, la sua influenza sulla purezza e la resa della lignina e il suo effetto sui pesi molecolari e sui gruppi funzionali chimici nella lignina estratta.Il processo a microonde a soluzione eutettica profonda è una tecnologia ultra veloce, efficiente e competitiva in termini di costi per il frazionamento della biomassa lignocellulosica e il recupero della lignina con elevata purezza. Preparare la soluzione eutettica profonda in un pallone rotondo inferiore da 500 millilitri come descritto nel manoscritto testuale. Quindi mettere cinque grammi di materia prima, 50 millilitri di soluzione eutettica profonda e una barra di agitazione in un forno a microonde in un reattore chiuso di politetrafluoroetilene.Chiudere il contenitore a microonde con un tappo appropriato e fissare un limite di temperatura. Posizionarlo sul bordo del giradischi, assicurandosi che sia costantemente agitato e far funzionare il microonde per un minuto. Utilizzando guanti adatti, eserti il contenitore dal microonde e lasciare raffreddare la miscela.Preparare una soluzione omogenea anti-solvente e aggiungere 50 millilitri di questa soluzione alla materia prima trattata. Centrifugare la miscela per cinque minuti a 3.000 volte G.Filtrare il supernatante utilizzando un crogiolo filtrante in vetro. Raccogliere il residuo residuo di cellulosa rimanente e lavarlo aggiungendo 25 millilitri di soluzione anti solvente e centrifugazione.Aggiungere la frazione filtrata ricca di lignina e i lavaggi filtrati in un pallone inferiore rotondo da 500 millilitri. Evaporare l'etanolo utilizzando un evaporatore rotante a 50 gradi Celsius e 110 millibar. Quindi aggiungere 150 millilitri di acqua deionizzata al liquore concentrato.Precipitare la lignina per centrifugazione. Raccogliere la lignina come pellet e lavarla quattro volte con 25 millilitri di acqua distillata. Quindi liofilizzare la lignina o asciugarla in forno a 40 gradi Celsius.Posizionare il crogiolo filtrante in un forno a muffola a 550 gradi Celsius per quattro ore. Quando il forno si raffredda a 150 gradi Celsius, rimuovere il crogiolo e posizionare in un essiccatore per raffreddare. Allora pesalo.Aggiungere circa 30 milligrammi di lignina in un tubo di vetro borosilicato. Quindi aggiungere un millilitro del 72% sulfureo al campione e posizionarlo in un bagno di 30 gradi Celsius per 60 minuti. Rimuovere il campione e trasferirlo in una bottiglia di vetro da 100 millilitri.Quindi aggiungere 28 millilitri di acqua distillata per diluire l'acido a una concentrazione del 4%Mettere la bottiglia di vetro in un'autoclave a 121 gradi Celsius per 60 minuti. Quindi rimuovere la bottiglia dall'autoclave e lasciare raffreddarla. Per analizzare la lignina acida insolubile, filtrare l'idrolizzato utilizzando un crogiolo sotto vuoto e raccogliere i solidi rimanenti nella bottiglia di vetro con acqua deionizzata.Asciugare il crogiolo contenente i solidi posizionandolo in un forno a 105 gradi Celsius per 16 ore. Quindi raffreddarlo in un essiccatore e pesare il campione. Posizionare il crogiolo in un forno a muffola a 550 gradi Celsius per quattro ore.Pesare il campione dopo averlo asciugato in un essiccatore. Per l'analisi della lignina solubile acida, misurare l'assorbanza del filtrato idrolizzare con uno spettrofotometro a 205 nanometri utilizzando cuvette di quarzo. Per analizzare la funzione chimica della lignina estratta, elaborare lo sfondo a canale singolo senza campione.Quindi regolare i parametri e posizionare un milligrammo del campione sul cristallo. Premere il campione a canale singolo ed elaborare gli spettri ottenuti. Per determinare il peso molecolare della lignina estratta, sciogliere tre milligrammi del campione di lignina in tre millilitri di DMF con cloruro di litio allo 0,5%.Mettere la lignina disciolta in una fiala e installare la colonna procedendo da una colonna di guardia. Iniettare il campione in un sistema ultravioletto di cromatografia liquida ad alte prestazioni. Dopo aver analizzato i dati, calcolare il peso molecolare della lignina estratta come descritto nel manoscritto testuale.Pesare un campione di 50 milligrammi di lignina in un tubo di vetro borosilicato e aggiungere tre millilitri di un acido solforico molare. Quindi scaldare la miscela per tre ore a 100 gradi Celsius e raffreddarla. Aggiungere un millilitro di 15 idrossido di ammonio molare e controllare il pH per assicurarsi che sia neutro o alcalino.Aggiungere un millilitro di 2-deossiglucosio a ciascun campione come standard interno. Quindi aggiungere 400 microlitri di questa soluzione in tubi speciali contenenti 400 microlitri di soluzione mista. Aggiungere due millilitri di soluzione di solfossido di boroidride di sodio dimetil.Chiudere i tubi e incubare per 90 minuti a 40 gradi Celsius in un bagno d'acqua. Rimuovere i tubi dal bagno d'acqua e aggiungere 0,6 millilitri di acido acetico glaciale, 0,4 millilitri di 1-metillimidazolo e circa quattro millilitri di anidride acetica. Dopo 15 minuti, aggiungere 10 millilitri di acqua distillata. Bello.E aggiungere circa tre millilitri di diclorometano. Dopo due ore, raccogliere circa un millilitro della fase organica inferiore e iniettarlo in un gascromatografo dotato di una colonna capillare del rivelatore di ionizzazione di fiamma. La resa di lignina ottenuta con soluzione eutettica profonda un acido ossalico era inferiore alle rese ottenute con soluzione eutettica profonda due acido lattico e soluzione eutettica profonda tre urea.La purezza della lignina ha superato il 70% per i tre pretrattamenti delle biomasse, ad eccezione della soluzione eutettica profonda tre pretrattamento di urea di foglie alfa, Aegagropila e gusci di mandorle, che hanno dato una purezza di lignina del 65%La purezza della lignina più alta ha superato il 90%È stato ottenuto con la soluzione eutetica profonda un trattamento. I dati sulla purezza e sulla resa della lignina sono stati sottoposti ad analisi dei componenti principali, che hanno mostrato la soluzione eutettica profonda un trattamento da correlare positivamente con la purezza della lignina e hanno confermato che si tratta della lignina più pura con la resa più bassa. Il contenuto di zucchero nella lignina estratta con soluzione eutettica profonda tre è stato il più alto e seguito da quello ottenuto dalle soluzioni due e una.Analogamente, il contenuto di azoto della soluzione eutettica profonda un estratto di lignina era inferiore a quello ottenuto dalle soluzioni due e tre. Anche il tipo di zuccheri nella lignina estratta è stato caratterizzato, raffigurando D-xilosio e D-glucosio come i monosaccaridi più abbondanti. I gruppi funzionali chimici presenti nei lignani estratti sono stati studiati mediante spettroscopia FTIR.Qui vengono presentati spettri infrarossi dei diversi lignani tra 3.500 e 800 centimetri reciproci. Gli spettri di lignina estratti con soluzioni eutettiche profonde uno e due mostrano le vibrazioni di allungamento di gruppi carbonili non coniugati e coniugati, che erano assenti nei tre lignani commerciali: lignani grezzi, lavorati in soda e lignani estratti alcalin. Il segnale dell'acido carbossilico, C doppio legame O, indica la possibilità della coniugazione di alcune funzioni di lignina con gli acidi durante la sua estrazione e solubilizzazione con il trattamento con solvente eutettico profondo assistito da microonde.Questi risultati dimostrano la possibilità di estrarre lignina a valore aggiunto ad alta purezza dalle biomasse mediterranee, attualmente sottovalutata e che può contribuire a determinare il solvente eutettico profondo ottimale garantendo al contempo la purezza della lignina.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Chimica

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