Pflanzlicher Biomasse ist ein wichtiger klimaneutrale erneuerbare Ressource, die für die Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden könnten. Pflanzliche Biomasse besteht im Wesentlichen aus Zellwände, eine strukturell komplexen Verbundwerkstoff bezeichnet Lignocellulose. Hier beschreiben wir ein Protokoll für eine umfassende Analyse des Inhalts und der Zusammensetzung der Polyphenol-Lignin.
Der Bedarf an erneuerbaren, klimaneutralen und nachwachsenden Rohstoffen für die Industrie und die Gesellschaft hat sich zu einem der drängendsten Probleme des 21. Jahrhunderts. Dies hat das Interesse an der Verwendung von pflanzlichen Erzeugnissen als industrielle Rohstoffe für die Produktion von flüssigen Kraftstoffen für den Transport neu entfacht<sup> 1</sup> Und andere Produkte wie Biokomposit Materialien<sup> 7</sup>. Pflanzlicher Biomasse bleibt eines der größten unerschlossenen Reserven auf dem Planeten<sup> 4</sup>. Es ist vor allem der Zellwände, die von energiereichen Polymeren, einschließlich Cellulose, Hemicellulosen verschiedenen (Matrix Polysaccharide und das Polyphenol Lignin sind zusammen<sup> 6</sup> Und damit manchmal Lignocellulose bezeichnet. Allerdings haben pflanzlichen Zellwände entwickelt, um widerspenstig, um den Abbau als Wände Zugfestigkeit bereitzustellen, um Zellen und die gesamte Pflanzen, Pathogene abzuwehren, und damit das Wasser in der Pflanze transportiert werden; im Fall von Bäumen bis zu mehr die 100 m über Erdgeschoss. Aufgrund der vielfältigen Funktionen von Wänden, gibt es eine immense strukturelle Vielfalt innerhalb der Mauern der verschiedenen Pflanzenarten und Zelltypen innerhalb einer einzigen Anlage<sup> 4</sup>. Daher, je von dem, was Pflanzenarten und Abwechslung, oder Pflanzengewebe ist für eine Bioraffinerie verwendet wird, müssen die Verarbeitungsschritte für die Depolymerisation durch chemische / enzymatische Prozesse und die anschließende Vergärung der verschiedenen Zuckerarten auf flüssige Biokraftstoffe angepasst und optimiert werden. Diese Tatsache unterstreicht die Notwendigkeit, für eine gründliche Charakterisierung pflanzlicher Biomassen. Hier beschreiben wir eine umfassende analytische Methode, die Bestimmung der Zusammensetzung von Lignocellulose ermöglicht und ist offen für eine mittel-bis High-Throughput-Analyse. In diesem ersten Teil haben wir auf die Analyse der Polyphenol Lignin (Abbildung 1) zu konzentrieren. Das Verfahren beginnt mit der Vorbereitung der Stärke befreite Zellwandmaterial. Die daraus resultierende Lignocellulose werden dann bis zu seinem Ligningehalt von acetylbromide Solubilisierung bestimmen split<sup> 3</sup>, Und seine Ligninzusammensetzung in Bezug auf seine Syringyl, Guaiacyl-und p-hydroxyphenyl Einheiten<sup> 5</sup>. Das Protokoll für die Analyse der Kohlenhydrate in Lignozellulose einschließlich Cellulose-Gehalt und Matrix Polysaccharidzusammensetzung ist in Teil II diskutiert<sup> 2</sup>.
Die beschriebenen Methoden ermöglichen eine schnelle quantitative Beurteilung der Ligningehalt und Zusammensetzung von Lignocellulose-Biomasse-Anlage. Mit dem iWall Roboter ca. 350 Proben können Boden und abgegeben werden pro Tag. Der Durchsatz der verschiedenen analytischen Methoden pro Person variiert. Mit der beschriebenen Protokolle hier aus können 30 Proben für Ligningehalt verarbeitet werden, und 15 für Ligninzusammensetzung pro Tag. Durch die quantitative Natur der Daten optimal Rohstoff Getreide können Sorte oder Genotypen in Bezug auf ihre Eignung für die Produktion von Biokraftstoffen bewertet werden.
Wir sind dankbar, dass Matthew Robert Weatherhead für einen exzellenten technischen Service und John Ralph, University of Wisconsin für wertvolle Ratschläge, Diskussionen und die Pappel Probe. Diese Arbeit wurde vom US Department of Energy (DOE) Great Lakes Bioenergy Research Center (DOE BER Office of Science DE-FC02-07ER64494) und von der Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science finanziert , US Department of Energy (Preis-Nr. DE-FG02-91ER20021).
Material Name | Typ | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
Hydroxylamine Hydrochloride | Sigma-Aldrich | 255580 | ||
Acetyl Bromide | Aldrich | 135968 | ||
Ethanethiol | Sigma-Aldrich | E3708 | ||
Borontrifluoride diethyl etherate | Fluka | 15719 | ||
N,O,-Bis(trimethylsilyl) acetimide | Fluka | 15241 | ||
Dioxane | Sigma-Aldrich | 296309 | ||
Spectromax Plus 384 | Molecular Devices | Plus384 | ||
GC-MS | Agilent | 6890 GC/5975B MSD | (lignin composition) | |
5.5mm Stainless Steel Balls | Salem Ball Company | (N/A) | ||
96 well plate heat spreader | Biocision | Coolsink 96F | ||
Heating block | Techne | Dri-block DB-3D | ||
Sample concentrator | Techne | FSC400D |