असामान्य भूमध्य लिग्नोसेल्यूलोसिक अवशेषों से अल्ट्राफास्ट लिग्निन निष्कर्षण
Summary
डीप यूटेक्टिक सॉल्वेंट-आधारित, माइक्रोवेव-असिस्टेड प्रीट्रीटमेंट लिग्नोसेल्यूलोसिक फ्रैक्शन और हाई-प्योरिटी लिग्निन रिकवरी के लिए एक ग्रीन, फास्ट और कुशल प्रक्रिया है।
Abstract
प्रीट्रीटमेंट अभी भी लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोरिफाइनरी प्रक्रियाओं में सबसे महंगा कदम है। इसे रासायनिक आवश्यकताओं के साथ-साथ बिजली और गर्मी की खपत को कम करके और पर्यावरण के अनुकूल सॉल्वैंट्स का उपयोग करके लागत प्रभावी बनाया जाना चाहिए। डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) टिकाऊ बायोरिफाइनरीज में कुंजी, हरे और कम लागत वाले सॉल्वैंट्स हैं। वे कम से कम एक हाइड्रोजन बॉन्ड दाता और एक हाइड्रोजन बॉन्ड स्वीकारकर्ता के परिणामस्वरूप कम फ्रीजिंग पॉइंट्स की विशेषता वाले पारदर्शी मिश्रण हैं। हालांकि DESs सॉल्वैंट्स का वादा कर रहे हैं, यह प्रतिस्पर्धी लाभप्रदता के लिए माइक्रोवेव विकिरण के रूप में एक आर्थिक हीटिंग प्रौद्योगिकी के साथ गठबंधन करने के लिए आवश्यक है । माइक्रोवेव विकिरण हीटिंग समय को छोटा करने और अंश को बढ़ावा देने के लिए एक आशाजनक रणनीति है क्योंकि यह तेजी से उचित तापमान प्राप्त कर सकता है। इस अध्ययन का उद्देश्य कम लागत और बायोडिग्रेडेबल सॉल्वेंट का उपयोग करके बायोमास आंशिकता और लिग्निन निष्कर्षण के लिए एक कदम, तेजी से विधि विकसित करना था।
इस अध्ययन में, तीन प्रकार के डीईएस का उपयोग करके 800 डब्ल्यू में 60 एस के लिए माइक्रोवेव-असिस्टेड डेस प्रीट्रीटमेंट का आयोजन किया गया था। डेस मिश्रण कोलीन क्लोराइड (सीसीएल) और तीन हाइड्रोजन-बॉन्ड दानदाताओं (एचबीडी) से तैयार किए गए थे: एक मोनोकार्बोक्सिलिक एसिड (लैक्टिक एसिड), एक डिकार्बोक्सिलिक एसिड (ऑक्सालिक एसिड), और यूरिया। इस प्रीट्रीटमेंट का उपयोग समुद्री अवशेषों (पोसिडोनिया पत्तियों और एगाग्रोपाइल), कृषि-खाद्य उपउत्पादों (बादाम के गोले और जैतून पोमास), वन अवशेषों (पाइनकोन्स), और बारहमासी लिग्नोसेल्यूलोसिक घास(स्टिपा टेनाइसिमा)से बायोमास आंशिकता और लिग्निन वसूली के लिए किया जाता था। बरामद लिग्निन की उपज, शुद्धता और आणविक वजन वितरण का निर्धारण करने के लिए आगे विश्लेषण किए गए। इसके अलावा, निकाले गए लिग्निन में रासायनिक कार्यात्मक समूहों पर डीएसएस का प्रभाव फोरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड (एफटीआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा निर्धारित किया गया था। परिणाम इंगित करते हैं कि सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड मिश्रण उच्चतम लिग्निन शुद्धता और सबसे कम उपज प्रदान करता है। वर्तमान अध्ययन दर्शाता है कि डेस-माइक्रोवेव प्रक्रिया लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोमास अंश के लिए एक अल्ट्राफास्ट, कुशल और लागत-प्रतिस्पर्धी तकनीक है।
Introduction
टिकाऊ बायोरिफाइनरी प्रक्रियाएं बायोमास प्रसंस्करण, ब्याज के अणुओं में इसका अंश, और मूल्य वर्धित उत्पादों में उनके रूपांतरण को एकीकृत करती हैं1। दूसरी पीढ़ी के बायोरिफाइनिंग में, बायोमास को इसके मुख्य घटकों में आंशिक करने के लिए प्रीट्रीटमेंट आवश्यक माना जाता है2। रासायनिक, भौतिक या जैविक रणनीतियों का उपयोग करने वाले पारंपरिक पूर्वउपचार विधियों को व्यापक रूप से लागू किया गया है3। हालांकि, इस तरह के प्रीट्रीटमेंट को बायोरिफाइनिंग में सबसे महंगा कदम माना जाता है और इसमें लंबे प्रसंस्करण समय, उच्च गर्मी और बिजली की खपत, और विलायक अशुद्धियों4जैसे अन्य नुकसान हैं। हाल ही में, डीएसएस, जिनके गुण आयनिक तरल पदार्थ3के समान हैं, बायोडिग्रेडेबिलिटी, पर्यावरण-मित्रता, संश्लेषण में आसानी और उपचार के बाद वसूली जैसे फायदों के कारण हरे सॉल्वैंट्स के रूप में उभरे हैं5।
डीईएस कम से कम एक एचबीडी के मिश्रण हैं, जैसे लैक्टिक एसिड, मैलिक एसिड, या ऑक्सालिक एसिड, और हाइड्रोजन-बॉन्ड स्वीकारकर्ता (एचबीए) जैसे बीटाइन या कोलीन क्लोराइड (सीसीएल)6। एचबीए-एचबीडी इंटरैक्शन एक उत्प्रेरक तंत्र को सक्षम करता है जो रासायनिक बांडों के दरार की अनुमति देता है, जिससे बायोमास फ्रैक्शन और लिग्निन अलगाव होता है। कई शोधकर्ताओं ने मकई की कोख पर सीसीएल-ग्लाइसरोल जैसे लिग्नोसेल्यूलोसिक फीडस्टॉक्स के डेस आधारित प्रीट्रीटमेंट औरस्टावर 7,8,सीसीएल-यूरिया की सूचना दी है। और गेहूं के भूसे पर सीसीएल-ऑक्सालिक एसिड9, यूकेलिप्टस चूराब 10पर सीसीएल-लैक्टिक एसिड, और लकड़ी11 पर सीसीएल-एसिटिक एसिड11और सीसीएल-एथिलीन ग्लाइकोल । डेस दक्षता में सुधार करने के लिए, प्रीट्रीटमेंट को माइक्रोवेव उपचार के साथ जोड़ा जाना चाहिए ताकि बायोमास अंश5में तेजी लाई जा सके। कई शोधकर्ताओं ने लकड़ी 8 और मकई स्टोवर, स्विचग्रास और मिकैनथस5के इसतरह के संयुक्त प्रीट्रीटमेंट (डीईएस और माइक्रोवेव) की सूचना दी है, जो एक छोटी अवधि में एक आसान कदम में लिग्नोसेल्यूलोसिक अंश और लिग्निन निष्कर्षण के लिए डीएसएस की क्षमता में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
लिग्निन एक फेनोलिक मैक्रोमॉल्यूल है जो बायोपॉलिमर के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में वैलोर किया जाता है और सुगंधित मोनोमर और ओलिगोमर12जैसे रसायनों के उत्पादन के लिए एक विकल्प प्रस्तुत करता है। इसके अलावा लिग्निन में एंटीऑक्सीडेंट और पराबैंगनी अवशोषण गतिविधियां13हैं । कई अध्ययनों में कॉस्मेटिक उत्पादों में लिग्निन अनुप्रयोगों की सूचना दी गई है14,15. वाणिज्यिक सनस्क्रीन उत्पादों में इसके एकीकरण ने उत्पाद के सन प्रोटेक्शन फैक्टर (एसपीएफ) को एसपीएफ 15 से एसपीएफ 30 में सुधार किया है जिसमें केवल 2 डब्ल्यूटी% लिग्निन और एसपीएफ 50 तक 10 डब्ल्यूटी% लिग्निन16के अलावा शामिल किया गया है। यह पेपर लिग्निन-कार्बोहाइड्रेट दरार के लिए एक अल्ट्राफास्ट दृष्टिकोण का वर्णन करता है, जो भूमध्य बायोसमान के संयुक्त डेस-माइक्रोवेव प्रीट्रीटमेंट द्वारा सहायता प्रदान करता है। इन बायोसमान में कृषि-खाद्य उपउत्पाद, विशेष रूप से जैतून पोमे और बादाम के गोले शामिल हैं। जिन अन्य बायोमैस की जांच की गई थी, वे समुद्री मूल (पोसिडोनिया के पत्ते और एगाग्रोपाइल) और जंगल (पाइनकोन और जंगली घास) से उत्पन्न होने वाले थे। इस अध्ययन का ध्यान फीडस्टॉक अंश पर इस संयुक्त पूर्व उपचार के प्रभावों का मूल्यांकन करने, लिग्निन शुद्धता और उपज पर इसके प्रभाव की जांच करने और निकाले गए लिग्निन में आणविक वजन और रासायनिक कार्यात्मक समूहों पर इसके प्रभावों का अध्ययन करने के लिए कम लागत वाले हरे सॉल्वैंट्स का परीक्षण करना था।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन के कई उद्देश्य थे; जिनमें से पहला आयनिक तरल पदार्थ और कार्बनिक सॉल्वैंट्स दोनों की विशेषताओं के साथ कम लागत वाले हरे सॉल्वैंट्स को तैयार करना और उपयोग करना था। दूसरा उद्देश्य बायोमास को अलग ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एमके और टीबी ने सांख्यिकीय विश्लेषणों और चित्रा तैयार करने, वाल्लून क्षेत्र (यूरोपीय क्षेत्रीय विकास-VERDIR) और उच्च शिक्षा और वैज्ञानिक अनुसंधान मंत्री (Taoufik Bettaieb) के लिए धन के लिए हैथम अयब को धन्यवाद दिया ।
Materials
| HPLC Gel Permeation Chromatography | Agilent 1200 series | ||
| 1 methylimadazole | Acros organics | ||
| 2-deoxy-D-glucose (internal standard) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Acetic acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Acetic anhydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Adjustables pipettors | |||
| Alkali | alkali-extracted lignin | ||
| Arabinose (99%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Autoclave | CERTO CLAV (Model CV-22-VAC-Pro) | ||
| Water Bath at 70 °C | |||
| Boric acid | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Bromocresol | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Catalyst | CTQ (coded A22) (1.5 g K2SO4 + 0.045 g CuSO4.5 H2O + 0.045 g TiO2) | Merck | |
| Centrifugation container | |||
| Centrifuge | BECKMAN COULTER | Avanti J-E centrifuge | |
| Ceramic crucibles | |||
| Choline chloride 99% | Acros organics | ||
| Column | Agilent PLGel Mixed C (alpha 3,000 (4.6 × 250 mm, 5 µm) preceded by a guard column (TSK gel alpha guard column 4.6 mm × 50 mm, 5 µm) | ||
| Column | HP1-methylsisoxane (30 m, 0.32 mm, 0.25 mm) | ||
| Crucible porosity N°4 ( Filtering crucible) | Shott Duran Germany | boro 3.3 | |
| Deonized water | |||
| Dessicator | |||
| Dimethylformamide | VWR BDH Chemicals | ||
| Dimethylsulfoxide | Acros organics | ||
| Erlenmeyer flask | |||
| Ethanol | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Filtering crucibles, procelain | |||
| Filtration flasks | |||
| Fourrier Transformed Inra- Red | Vertex 70 Bruker apparatus equipped with an attenuated total reflectance (ATR) module. Spectra were recorded in the 4,000–400 cm−1 range with 32 scans at a resolution of 4.0 cm−1 |
||
| Galactose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Gaz Chromatography | Agilent (7890 series) | ||
| Glass bottle 100 mL | |||
| Glass tubes ( borosilicate) with teflon caps 10 mL | |||
| Glucose (98% | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Golves | |||
| Graduated cylinder 50 mL /100 mL | |||
| H2SO4 Titrisol (0.1 N) | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| H2SO4 (95-98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | BUCHI R-114) | |
| Hummer cutter equiped with 1 mm and 0.5 mm sieve | Mill Ttecator (Sweden) | Cyclotec 1093 | |
| Indulin | Raw lignin control | ||
| Kjeldahl distiller | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| Kjeldahl tube | FOSS | ||
| Kjeldhal rack | |||
| Kjeldhal digester | Kjeltec 2300 (Foss) | ||
| Kjeldhal suction system | |||
| Lab Chem station Software | GC data analysis | ||
| Lactic acid | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Lithium chloride LiCl | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Mannose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Methyl red | |||
| Microwave | START SYNTH MILESTONE Microwave laboratory system | ||
| Microwave temperature probe | |||
| Microwave container | |||
| Muffle Furnace | |||
| NaOH | Merck (Darmstadtt, Germany) | ||
| Nitrogen free- paper | |||
| Opus | spectroscopy software | ||
| Oven | GmbH Memmert SNB100 | Memmert SNB100 | |
| Oxalic acid | VWR BDH Chemicals | ||
| P 1000 | Soda-processed lignin | ||
| pH paper | |||
| precision balance | |||
| Infrared spectroscopy | |||
| Quatz cuvette | |||
| Rhamnose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Rotary vacuum evaporator | Bucher | ||
| Round-bottom flask 500 mL | |||
| sodium borohydride NaBH4 | |||
| Schott bottle | glass bottle | ||
| Sovirel tubes | sovirel | Borosilicate glass tubes | |
| Spatule | |||
| Special tube | |||
| Spectophotometer | UV-1800 Shimadzu | ||
| Sterilization indicator tape | |||
| Stir bar in teflon | |||
| Stirring plate | |||
| Syringes | |||
| Sodium borohydride | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) | ||
| Titrisol | Merck | Merck 109984 | 0.1 N H2SO4 |
| Urea | VWR BDH Chemicals | ||
| Vials | |||
| VolumetriC flask 2.5 L /5 L | Bucher | ||
| Vortex | |||
| Xylose (98%) | Sigma Aldrich (St. Louis, USA) |
References
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