تحليل شامل للالتركيبية جدران الخلايا النباتية (الكتلة الحيوية Lignocellulosic) الجزء الأول : اللجنين
Summary
الكتلة الحيوية النباتية هي كبيرة خالية من الكربون الموارد المتجددة التي يمكن استخدامها لانتاج الوقود الحيوي. الكتلة الحيوية النباتية يتكون أساسا من جدران الخلايا ، والمواد المركبة المعقدة هيكليا ووصف lignocellulosics. نحن هنا وصف بروتوكول لإجراء تحليل شامل لمحتوى وتكوين اللجنين polyphenolic.
Abstract
أصبحت الحاجة للتجديد ومحايدة الكربون ، والمواد الخام اللازمة للصناعة مستدامة والمجتمع واحدة من القضايا الأكثر إلحاحا في القرن 21. وأعاد هذا الاهتمام في استخدام المنتجات النباتية والمواد الخام الصناعية لانتاج الوقود السائل للنقل<sup> 1</sup> وغيرها من المنتجات مثل المواد biocomposite<sup> 7</sup>. الكتلة الحيوية النباتية يظل واحدا من أكبر احتياطيات غير مستغلة على كوكب الأرض<sup> 4</sup>. وتتألف في الغالب من جدران الخلايا التي تتكون من البوليمرات الغنية بالطاقة بما في ذلك السليلوز ، hemicelluloses المختلفة (مصفوفة السكريات ، واللجنين مادة البوليفينول<sup> 6</sup> وبالتالي يطلق عليه أحيانا lignocellulosics. ومع ذلك ، فقد تطورت جدران الخلايا النباتية لتكون عنيدة والتدهور ، وتوفير قوة الشد جدران الخلايا والنباتات بأسره ، درء مسببات الأمراض ، والسماح بنقل المياه في جميع أنحاء المصنع ، أما في حالة الأشجار تصل إلى أكثر من 100 متر فوق المستوى الأرضي. يرجع ذلك إلى وظائف مختلفة من الجدران ، وهناك تنوع هائل الهيكلية داخل جدران من أنواع النباتات المختلفة وأنواع الخلايا داخل مصنع واحد<sup> 4</sup>. وبالتالي ، اعتمادا على ما يتم استخدام أنواع المحاصيل ، وتنوع المحاصيل ، أو الأنسجة النباتية لمعامل تكرير أحيائية ، والخطوات تجهيز التحلل بواسطة العمليات الكيميائية / الأنزيمية والتخمير لاحقة من السكريات لمختلف أنواع الوقود الحيوي السائل تحتاج إلى تعديل وتحسين. هذا الواقع يعزز الحاجة إلى توصيف دقيق من المواد الأولية الكتلة الحيوية النباتية. نحن هنا وصف منهجية تحليلية شاملة تمكن من تحديد تركيبة lignocellulosics ، وهي قابلة للمتوسطة إلى عالية الإنتاجية التحليل. في هذا الجزء الأول ونحن نركز على تحليل اللجنين مادة البوليفينول (الشكل 1). الأسلوب يبدأ من بإعداد المواد destarched جدار الخلية. يتم تقسيم ثم lignocellulosics الناتجة تصل إلى تحديد مضمونها اللجنين التي solubilization acetylbromide<sup> 3</sup> ، وتكوين اللجنين من حيث وحداتها ، syringyl guaiacyl و p – hydroxyphenyl<sup> 5</sup>. ويناقش بروتوكول لتحليل الكربوهيدرات في الكتلة الحيوية بما في ذلك المحتوى lignocellulosic السليلوز وتكوين مصفوفة السكاريد في الجزء الثاني<sup> 2</sup>.
Protocol
Discussion
الأساليب المذكورة تمكين التقييم السريع الكمي لمحتوى اللجنين وتكوين الكتلة الحيوية النباتية lignocellulosic. ويمكن استخدام الروبوت iWall تكون الأرض حوالي 350 العينات والاستغناء يوميا. الإنتاجية من أساليب تحليلية مختلفة للشخص الواحد يختلف. باستخدام البروتوكولات وصفها هنا ، يمكن معالجة 30 عينات لمحتوى اللجنين ، و 15 للتكوين اللجنين في اليوم الواحد. نظرا لطبيعة كمية من المواد الوسيطة المحاصيل البيانات الأمثل ، يمكن تقييم أو المورثات متنوعة من حيث ملاءمتها لإنتاج الوقود الحيوي.
Acknowledgements
نحن ممتنون لماثيو روبرت يذرهيد للخدمة فنية ممتازة وجون رالف ، جامعة ويسكونسن للحصول على المشورة القيمة والمناقشات ، والحور الخشب العينة. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة الطاقة الأميركية (وزارة الطاقة) في منطقة البحيرات الكبرى مركز بحوث الطاقة الحيوية (وزارة الطاقة مكتب العلوم BER DE – 07ER64494 – FC02) ، والعلوم الكيميائية ، علوم الأرض والعلوم البيولوجية شعبة ، ومكتب للعلوم الأساسية للطاقة ، ومكتب للعلوم ، وزارة الطاقة الأميركية (أي تعويض. FG02 – DE – 91ER20021).
Materials
| Material Name | Type | 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 |
References
- Carroll, A., Somerville, C. Cellulosic Biofuels. Annual Review of Plant Biology. 60, 165-165 (2009).
- Foster, C. E., Martin, T., Pauly, M. Comprehensive compositional analysis of Plant Cell Walls (Lignocellulosic biomass), Part II: Carbohydrates. J Vis Exp. , (2010).
- Fukushima, R. S., Hatfield, R. D. Extraction and isolation of lignin for utilization as a standard to determine lignin concentration using the acetyl bromide spectrophotometric method. J. Agric. Food Chem. 49 (7), 3133-3133 (2001).
- Pauly, M., Keegstra, K. Cell-wall carbohydrates and their modification as a resource for biofuels. Plant J. 54 (4), 559-559 (2008).
- Robinson, A. R., Mansfield, S. D. Rapid analysis of poplar lignin monomer composition by a streamlined thioacidolysis procedure and near-infrared reflectance-based prediction modeling. Plant J. 58 (4), 706-706 (2009).
- Somerville, C. Toward a systems approach to understanding plant-cell walls. Science. 306 (5705), 2206-2206 (2004).
- Teeri, T. T., Brumer, H. Discovery, characterization and applications of enzymes from the wood-forming tissues of poplar: Glycosyl transferases and xyloglucan endo-transglycosylases. Biocatalysis and Biotransformation. 21, 173-173 (2003).
