Лигнин гидролизный это: инструкция по применению, аналоги, статьи » Справочник ЛС

Содержание

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИГНИНОВ В КАЧЕСТВЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИГНИНОВ В КАЧЕСТВЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ

Каренин Н.Е. 1

1

Дмитриенко Т.Г. 1

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

 ВВЕДЕНИЕ

В современном мире энтеросорбция стала одной из самых актуальных проблем в медицине. Если не так давно самым часто встречающимся и использующимся в медицинской практике энтеросорбентом был активированный уголь, то сейчас наука, используя новые открытия, смогла создать большой круг препаратов для выведения из организма токсинов и вредных веществ.

Энтеросорбенты — широко используемый в России класс препаратов с сорбционно-детоксикационными свойствами. Натуральный состав, широкий ассортимент наименований, представленных на фармацевтическом рынке страны, невысокие цены, сделали их популярными как среди врачей разных специальностей, так и среди пациентов [1-30].

Термин «энтеросорбент» произошел от слова «sorbens» (поглощающий). Энтеросорбенты способны связывать в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) экзогенные и эндогенные соединения, а также надмолекулярные структуры и клетки [23]. История применения энтеросорбентов началась в глубокой древности: врачеватели Древнего Египта, Индии, Греции использовали древесный уголь, глину для лечения отравлений, дизентерии, желтухи и других заболеваний. Целительные свойства энтеральных адсорбентов отмечали Гиппократ и Авиценна [24].

В период Второй мировой войны адсорбенты на основе лигнина широко применяли для лечения диареи у германских военнослужащих. С открытием антибиотиков интерес к сорбентам существенно снизился. Однако, появление препаратов с высокой сорбционной емкостью, способствующих удалению из организма метаболитов и токсинов, а также успешный опыт использования подобных лекарственных средств для выведения радионуклидов у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, стали причиной новой волны интереса к энтеросорбции [14-16].

Лечебное действие энтеросорбентов рассматривается с позиции прямого и опосредованного эффектов. Прямое действие — способность связывать яды и ксенобиотики непосредственно из просвета органов пищеварения. Процесс начинается в желудке и продолжается в тонкой кишке, где сорбируются элементы пищи, компоненты секрета слизистой оболочки, пищеварительные ферменты, регуляторные пептиды, микробные клетки и токсины. Опосредованное действие — подавление или ослабление токсико-аллергических реакций, воспалительных процессов, уменьшение нагрузки на органы детоксикации и экскреции, устранение метеоризма и улучшение трофики стенки кишечника [28-30].

Во многих литературных источниках сформулированы современные требования к энтеросорбентам, которые необходимо учитывать врачу при назначении препарата [12-23]:

• отсутствие токсических свойств;

• безопасность (нетравматичность) для слизистых оболочек;

• хорошая эвакуация из кишечника;

• хорошие функциональные (сорбционные) свойства;

• поддержание кишечной микрофлоры;

• доступная лекарственная форма.

Наблюдается тенденция использования в качестве энтеросорбентов гетерогенных по составу биополимеров [3-5]. Наличие гидроксильных, фенольных и карбоксильных групп в биополимерах обусловливает межмолекулярное взаимодействие за счёт водородных связей с функциональными группами различных по природе токсинов [6]. Для биополимеров характерны высокая водоудерживающая способность, ионообменные и другие специфические свойства. Биополимеры способны взаимодействовать с белками, ферментами, гормонами, продуктами распада углеводов, пептидами и аминокислотами, жирными и другими кислотами при биотрансформации компонентов пищи и кормов в желудочно-кишечном тракте человека и животного. Характер этих взаимодействий зависит от состава биополимеров, надмолекулярной структуры и кристалличности [1]. В этой связи представляется весьма перспективным в качестве энтеросорбента для микотоксинов применение целлюлозы и лигнина.

Лигнин (от лат. «lignum» – дерево, древесина) – сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений. Относится к инкрустирующим веществам оболочки растительной клетки. Лигнин – аморфное вещество жёлто-коричневого цвета; нерастворим в воде и органических растворителях; окрашивается основными красителями и даёт цветные реакции, характерные для фенолов. Биосинтез лигнина полностью не исследован. Его предшественником, как и ряда других ароматических соединений в растениях, является шикимовая кислота. Образование лигнина осуществляется через следующие основные стадии: шикимовая кислота — фенилаланин — коричная кислота — феруловая кислота — конифериловый спирт — лигнин.

Среди выделенных лигнинов различают препараты нерастворимых и растворимых лигнинов. Нерастворимые лигнины сохраняют сетчатую структуру. Растворимые лигнины, представляющие собой фрагменты сетки, имеют разветвленную структуру с высокой степенью разветвленности и неоднородных по молекулярной массе.

Лигнин – это органический гетероцепной кислородосодержащий полимер, но в отличие от полисахаридов, относящихся к полиацеталям, у лигнина отсутствует единый тип связи между мономерными звеньями. В структурных единицах лигнина содержаться различные полярные группы и в том числе способные к ионизации фенольные гидроксилы и в небольшом числе карбоксильные группы, вследствие чего лигнин является полярным полимером, проявляющим свойства полиэлектролита [14].

Лигнин – аморфный полимер, как природный, так и выделенный. Из-за высокой степени разветвленности макромолекулы выделенных растворимых лигнинов имеют глобулярную форму, и такие препараты представляют собой порошки. В лигнине, благодаря наличию большого числа гидроксильных и других полярных групп, значительно развиты водородные связи (внутри- и межмолекулярные) [15].

Лигнин в промышленности получают как отход при производстве целлюлозы (сульфатный лигнин, лигносульфоновые кислоты) и гидролизе растительных материалов (гидролизный лигнин) [16-18]. Одно из направлений применения гидролизного лигнина – это сорбенты медицинско-го назначения. В 1923 году в Германии впервые были разработаны сорбенты на основе лигнина. В нашей стране аналогичная разработка появилась в 70-х годах. Препараты на основе лигнина успешно использовались в зоне чернобыльской аварии.

Цель работы: исследовать сорбционные свойства лигнинов и возможность их применения в качестве энтеросорбентов для профилактики заболеваний органов пищеварения и предотвращения метаболических расстройств.

Задачи исследования:

1) исследовать перспективы применения энтеросорбционных материалов на основе лигнинов для медицины;

2) проанализировать строение лигнинов и их структуру;

3) изучить энтеросорбционные свойства лигнинов;

4) проанализировать адсорбционные характеристики лигнинов и их изучение физическими и физико-химическими методами.

I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Лигнины как перспективные материалы для медицины

Основные области применения лигнинов в медицине: выведение аллергенов, токсинов, патогенных микроорганизмов (вирусов, бактерий, грибков), восстановления нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта; при аллергодерматозах, дисбактериозе кишечника, возникающего в результате применения антибактериальных препаратов, воспалительных изменениях, возникающих в стенке кишечника в случае наличия кишечной инфекции различной этиологии, а также при заболеваниях желудочно-кишечного тракта [2-6].

Одним из направлений использования гидролизного лигнина является получение на его основе медицинских энтеросорбентов. Современная промышленность производит медицинские лигнины под названием полифепаны и полифаны, способные адсорбировать в желудочно-кишечном тракте бактерии, бактериальные токсины, яды, аллергены, соли тяжёлых металлов и др. [7-9].

Как известно, применение энтеросорбентов является одним из способов регулирования уровня половых стероидных гормонов в организме человека, что позволяет уменьшить риск развития онкологических заболеваний.

Состав гидролизного лигнина в общем случае малопредсказуем и может меняться в зависимости от состава исходного растительного сырья. Кроме негидролизируемого остатка – собственно лигнина, гидролизный лигнин содержит органические кислоты, олигосахара, легко- и трудногидролизи-руемые полисахариды, смолы, жиры, фенольные соединения, а также остаточную серную кислоту.

Медицинские энтеросорбенты по химическому составу, безусловно, более чистые, чем исходные гидролизные лигнины – в них отсутствует остаточная кислота, существенно меньше зольных и смолистых веществ, хотя количество основных компонентов предопределяется исходным сырьём [2-6].

Повышение содержания лигнина в медицинских препаратах положительно влияет на их сорбционную способность и, соответственно, качество препаратов.

Препараты на основе неорганических соединений («Смекта», «Полисорб»), а также активированный уголь не пригодны для длительного применения, поскольку относятся к лекарственным средствам, которые рекомендуются применять только при острых отравлениях.

Высокая химическая чистота МКЦ, отсутствие побочного действия на организм людей и животных в сочетании с другими ценными качествами (нерастворимость в воде, органических растворителях, способность диспер-гироваться в воде и масле, отсутствие запаха и вкуса, химическая стойкость, неволокнистая структура и т.п.) позволяют использовать ее для таблетиро-вания в смеси со многими фармацевтическими препаратами [14-17]. Особо ценным является свойство МКЦ быть связующим в сухом состоянии, что позволяет получать таблетки прямым прессованием (наиболее экономичным способом). Кроме таблеток, МКЦ может быть использована для производст-ва капсул, гранул, порошков, микрогранул и других лекарственных форм, например, аспирина, аскорбиновой кислоты, анальгетиков, поливитаминов, аминокислот, хинина, стероидов и др.

Наличие в массе МКЦ длинных частиц обеспечивает сохранение индивидуальности всех ингредиентов таблеточного порошка, и в то же время мелкие частицы обеспечивают хорошую его текучесть, достаточную даже для заполнения капсул [5-9]. Невысокая по сравнению с другими добавками способность МКЦ поглощать влагу из атмосферы позволяет таблетировать ее в смеси с гидролитически малоустойчивыми лекарственными веществами. Обычно используют 10-20 %-ные добавки МКЦ. Такой таблеточный порошок хорошо смешивается, и после прямого прессования образуются таблетки, которые по всем критериям – внешнему виду, повышенной твердости, малому времени распада – отвечают самым высоким фармакологическим требованиям [5]. Во всех случаях МКЦ уменьшает вес таблетки. Диспергированная в воде МКЦ служит суспензионным средством или стабилизатором тяжелых фармацевтических суспензий [7-10]. Ее целесообразно использовать при приготовлении коллоидной серы, антацида, трисульфата и неоминсульфата каолина с пектином. Коллоидная МКЦ по сравнению с другими коллоидными формами дешевле, имеет чисто белый цвет, является съедобной и, кроме того, обладает лучшим вкусом. Она представляет собой МКЦ, одну треть массы, которой составляют частицы с размером < 1 мкм. Получают ее путем механического измельчения влажной МКЦ, при этом при концентрации менее 1-го % коллоид имеет форму золя, а при более высокой – образуется высокотиксотропный гель, характеризую-щийся наименьшей границей текучести [6-9].

С целью улучшения текучести, уплотняемости и сжимаемости порошков при производстве твердых лекарственных форм предложено использовать следующие фармацевтические композиции: в качестве активного ингредиента 50-70 вес. % (S)-2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислоты, в качестве эксципиентов 30-50 вес. % микрокристаллической целлюлозы и < 0,3 вес. % коллоидной двуокиси кремния, дополнительно менее 0,3 вес. % смазывающего вещества, возможно добавочное введение смачивающего вещества, так, чтобы суммарное количество компонентов составляло 100 %, при условии, что композиция не содержит полиэтиленгликоля в качестве водорастворимого связующего вещества [12-16].

МКЦ со степенью полимеризации (СП) 15-375 используется в медицинской практике для получения рентгеноконтрастных сред в виде 3-35 %-ной суспензии МКЦ, сернокислого бария, хлорированного или йодированного арахисового масла и других соединений в воде или пищевых маслах [19].

Целлюлоза в форме порошка рекомендуется для использования в зубоврачебной практике. Так, МКЦ вводят в композиции адгезивных материалов на основе обычно применяемых растительных камедей или синтетических продуктов, обеспечивающих плотное прилегание протеза к слизистой оболочке неба и десен. МКЦ рекомендована также как компонент, не содержащих абразивных веществ зубных паст, при этом усиливается гигиеническое, профилактическое действие, отмечается хорошая пенно-образующая способность.

Получены хорошие результаты при использовании модифицированной МКЦ в санитарно-гигиенических целях – для получения поглощающих и перевязочных материалов с хорошими адсорбционными свойствами. Предложен композиционный материал, в состав которого входит порошковая целлюлоза в количестве 25-65 %, используемой для формования одноразовых жестких изделий санитарного назначения – подкладных суден, приемников мокроты, мочи и т.п. Также в композицию входят стекло-порошок, стекловата или стекловолокно, эфиры целлюлозы в качестве водорастворимого связующего, сушитель, наполнитель. Использованные изделия легко утилизировать с помощью машины для переработки отходов (под действием воды и механического размола) [19].

Следует отметить также кардиологический аспект использования МКЦ. Как известно, порошок МКЦ обладает хорошими адсорбционными свойствами, что позволяет выводить из организма избыток холестерина, а, по некоторым данным, и липопротеиды высокой плотности, которые являются «стройматериалами» склеротических изменений сосудов, в том числе и сосудов сердца. Использование МКЦ как энтеросорбента в профилактических целях позволяет замедлить неизбежные системные и локальные атеросклеротические изменения. Полагаем, что препараты МКЦ могут быть показаны и в реабилитационный период после перенесенных сосудистых катастроф, к которым относятся инфаркты и инсульты [12-19].

Традиционным сырьевым ресурсом МКЦ служат хлопковая и технические древесные целлюлозы. Нами разработаны способы получения МКЦ из соломы злаковых культур (СП~100-250). К достоинствам разработки относятся проведение процесса без предварительного разделения исходного сырья на составляющие его высокомолекулярные компоненты и высокая экологическая чистота конечного продукта. МКЦ из однолетних злаков рекомендуется для использования в пищевой, фармацевтической и косметической отраслях промышленности [15].

Все известные аптечные лигнинные препараты разработаны на основе гидролизных лигнинов, относящихся к техническим сильноизмененным лигнинам, по химической структуре и свойствам, сильно отличающимся от природного лигнина [14]. Широкое распространение имеет лечебный медицинский лигнин (препарат «Полифепан») – неспецифический энтеросорбент [16], который применяется при острых и хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта, экзогенных отравлениях, печеночной и почечной недостаточности, пищевой и лекарственной аллергии. Лигнинные энтеросорбенты используют для восстановления нормального баланса веществ в организме, при лечении дерматозов и хронической пневмонии [18].

Продукт, в котором сочетаются полезные качества облагороженного гидролизного лигнина и микрокристаллической целлюлозы, лиферанпоказан при инфекционных, токсикологических, гастроэнтерологических, нефрологических, травматических заболеваниях, аллергических реакциях, в диетологии и в предоперационный период при хирургическом вмешательстве [22]. Препарат характеризуется разнообразием функциональных групп – метоксильных, карбоксильных, карбонильных, гидроксильных различной природы, что придает лиферану свойства эффективного сорбента. Как показывают испытания, препарат лиферан по сорбционной способности в отношении E. сoli в 5-10 раз превосходит гранулированные угли, показывает высокие результаты при сорбции низко- и среднемолекулярных веществ, отличается высокой эффективностью при различных видах интоксикаций. Свойство лигнина гидрофобность, неблагоприятное для людей со сниженной моторикой, компенсируется введением ~ 7-ми % гидрофильной микрокристаллической целлюлозы. Такая добавка активизирует секреторную функцию и перистальтику кишечника [15].

Лигнинный препарат Олипифат оказывает противоожоговое, ранозаживляющее, противоаллергенное, противоопухолевое, антиметастати-ческое действие, воздействует на инфекцию, вызванную вирусами гепатита С и иммунодефицита человека [14]. Как известно, полифенолы, к которым относится лигнин, эффективно используются в медицинской практике как антиоксиданты, действие которых позволяет тормозить неферментативное свободнорадикальное окисление органических соединений [17]. Наибольшее распространение получили синтетические полифенольные соединения митофен, убихинон, олифен [23].

Результаты исследования энтеросорбционных и антиоксидантных свойств малоизмененных лигнинов из различных растений свидетельствуют о возможности и перспективности создания новых медицинских профилактических препаратов онко- и гетеротекторного действия [23].

1.2. Строение лигнинов и физические и физико-химические методы для определения их структур.

Лигнины, образовавшись в растительной ткани, выполняют разнообразные функции. В зависимости от роли растительной ткани, типа растения, его филогенетического происхождения, эти вещества могут различаться по химическому составу и структуре, но неизменно одно – все они построены из фенилпропановых структурных звеньев, соединенных простыми эфирными и углерод-углеродными связями [2].

Несмотря на многолетние исследования и достаточно большой объем экспериментальных данных о гидродинамических свойствах лигнинов различного происхождения, проблема топологической структуры макромолекул природных лигнинов не может считаться окончательно решенной [3]. Существующие проблемы связаны с особенностями лигнинов как природного химического соединения: в первую очередь, со сложностью, изменчивостью и непредсказуемостью его химической структуры, которая во многом зависит от биологического вида растения. Кроме того, следует отметить проблему сохранения нативной структуры лигнина в процессах его выделения из растительной ткани [4].

Набор прямых экспериментальных методов, используемые для характеристики топологической структуры лигнинов, является достаточно узким, что оставляет некоторые актуальные вопросы за пределами обсужде-ния. В частности, к одному из наиболее важных свойств, предопределяющих конформацию макромолекул, относится термодинамическая гибкость цепей и субцепей, однако экспериментальные данные о термодинамической гибкости лигнина как высокомолекулярного соединения в литературе практически отсутствуют [6].

Исследования физико-химических свойств и реакционной способности лигнина и лигнинов требуют наличия данных по термохимическим свойствам различных фенольных соединений, моделирующих структурные фрагменты природных полимеров [8-10].

Учитывая, что низкомолекулярные продукты ферментативной деструкции полисахаридных спутников целлюлозы (моносахариды) в ациклической форме обладают восстановительными свойствами [4], можно предположить, что результат обусловлен протеканием окислительно-восстановительных превращений в макромолекулах лигнина, обусловленных с наличием в его структуре ненасыщенных С=С и С=О связей. Химическая активность лигнина в отношении восстановителей описана в литературе на примере борогидриданатрия (NaBh5) [5]. Его действие сопоставлено с превращениями полимера в модельных щелочных растворах моносахаридов, являющихся основными продуктами деструкции полисахаридов.

На рис. 1 представлены спектральные кривые для исходного диоксанлигнина и измененного после обработки растворами восстановительных агентов.

ΔD

λ, нм

Рис.1. УФ – спектры для исходного диоксанлигнина

Как видно, воздействие NaBH4 приводит к снижению в 5,1 раза интенсивности максимума поглощения карбонилсодержащих фенилпропа-новых звеньев при 350 нм. Это согласуется с литературными данными о протекании реакции восстановления карбонильных групп лигнина гидридами металлов, которое протекает по механизму нуклеофильного присоединения.

Большой интерес представляет исследование этих препаратов с помощью ИК-Фурье спектроскопии, что позволяет провести оценку спектрально-химических корреляций. На рис. 2 представлены исходные ИК-спектры исследуемых препаратов лигнина в области 400-4000 см-1.

Рис. 2. Исходные ИК-спектры исследуемых препаратов лигнина в области 400-4000 см-1

1.3. Изучение адсорбции лигнинов на поверхности синтетических и природных сорбентов

В экспериментах использовали целлюлозу и лигнин, полученные в лабораторных условиях перекисно-щелочным способом из пшеничной соломы. Выход целлюлозы при делигнификации составил 55 %. Целлюлоза отбеливалась пероксидом водорода. Содержание лигнина в беленой целлюлозе составило 5 %. Белизна – 82 %. Целлюлоза измельчалась до дисперсности 50 — 200 мкм. Адсорбционная емкость по воде составила 900 %. Щелок нейтрализовали соляной кислотой, лигнин отделяли, промывали и высушивали при температуре 105 °С. Эффективность адсорбции Т-2 микотоксина оценивалиinvitro методом, предложенным В.С. Крюковым и др. с учетом особенности индикации Т-2 токсина [6]. Адсорбцию проводили при pH 2 и температура 37 ± 1 °C, что моделирует условия адсорбции микотоксинов, соответственно, в ротовой полости и желудке животных. Вероятность десорбции микотоксинов в кишечнике моделировали последующей после адсорбции микотоксинов адсорбентами при pH 2 десорбцией при pH 8.

При получении углеродных адсорбентов методы термохимической активации различных сырьевых материалов постепенно вытесняют широко распространенные, в недавнем прошлом, методы парогазовой активации. При термохимической активации и получении, таким образом, активных углей (АУ) различного качества используется главным образом некарбонизованные исходные материалы, к которым относятся в первую очередь древесные опилки и торф. Превращение такого сырья в АУ происходит под воздействием дегидратирующих агентов при высоких температурах. При этом кислород и водород избирательно и полностью удаляются из углеродсодержащего материала с одновременной его карбонизацией и активацией. К дегидратирующим агентам может быть отнесѐн целый ряд веществ, однако наибольшее применение получила ортофосфорная кислота. Гидроксид натрия также может быть отнесѐн к дегидратирующим агентам, использование которого ограничивается, в первую очередь, по причине высоких расходов на активацию и сложностью регенерации из отработанных промывных растворов.

На основании накопленных экспериментальных данных можно предположить, что расход NaOH на активацию древесных материалов можно существенно снизить за счет их предварительной карбонизации, что является действенным регулятором не только расхода реагента, но и адсорбционных свойств получаемых АУ. Поэтому изготовление АУ состоит из двух этапов: карбонизация сырья, в результате которой образуется уголь–сырец и его дальнейшая активация. В итоге уголь-сырец превращается в уголь, отличающийся развитой пористой структурой и поэтому обладающий огромной внутренней поверхностью.[7]

Были реализованы 2 серии опытов с использованием хвойных опилок в качестве сырьевого материала для синтеза АУ. Все исследования проводили методом планированного эксперимента. Первая серия была проведена с использованием 2%-ной ортофосфорной кислоты с целью увеличения выхода. В результате этой серии были сделаны выводы, что температура предпиролиза должна находиться на уровне 480°С, температура пиролиза 700 °С. В этих условиях наблюдаются самые высокие адсорбционные свойства и по МГ и по йоду, а значит их следует принять оптимальными. Расход щелочи не оказывает существенного влияния на сорбционные свойства, а значит, его следует зафиксировать на уровне 100% по отношению к сырью. При низких температурах пиролиза (550 °С) с повышением температуры предпиролиза сорбционные свойста АУ снижаются.

Мировой опыт свидетельствует, что производство и потребление активных углей (АУ) имеет устойчивую тенденцию к росту. Большой ассортимент адсорбентов можно получать на основе крупнотоннажных отходов химической и механической переработки древесины: опилок, коры, отходов лесозаготовок, осадков сточных вод, технических лигносульфонатов,

Следует отметить, что в синтезе активных углей в настоящее время методы химической активации находят все большее распространение. Это объясняется тем, что они позволяют получать адсорбенты со строго заданными параметрами пористой структуры и с высокими кинетическими показателями адсорбционных процессов. Так же к преимуществам способа следует отнести сравнительно короткое время активирования сырья, большой выход углеродного остатка, высокие адсорбционные свойства активного угля.

Заключение

Энтеросорбция – очень востребованный метод очистки организма от токсинов. Дальнейшее развитее энтеросорбции позволит медицине вылечить многих, возможно, тяжелобольных людей. Лигнин – биополимер, который по своим свойствам, – идеальный энтеросорбент.

Несмотря на то, что расширенное применение лигнина и лигноцеллюлозных материалов началось не так давно, в этой сфере уже многое открыто. Развитие темы: «Лигнин как энтеросорбент» должно быть плодотворным.

Таким образом, энтеросорбенты, несмотря на их весьма древнее применение в медицине, по-прежнему остаются актуальными препаратами. Использование этой группы препаратов шагнуло далеко за пределы гастроэнтерологии и позволяет эффективно оказывать помощь пациентам с различными заболеваниями, в том числе таких «болезней цивилизации», как сердечно-сосудистая патология, нарушения липидного и углеводного обменов. Очень ценно, что натуральный и безопасный состав препаратов полезен и здоровым людям с целью профилактики заболеваний органов пищеварения и предотвращения метаболических расстройств: позволяет достигать более высокого качества жизни — приоритетной задачи медицины.

Выводы

  1. Показано, что лигнины в экспериментальных исследованиях показали антиоксидантные и противовоспалительные свойства, что позволяет надеяться на эффективность этих препаратов в комплексной терапии онкологических больных.

  2. Установлено, что лигнины способны увеличивать лекарственное действие препаратов.

Cписок используемой литературы

1. Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Пищевые волокна и новые продукты питания (обзор) // Вопр. питания. — 1998. — №2. — C. 35 — 41.

2. Резников В. М., Михасева М. Ф. О филогении лигнина // Химия древесины. — 1982. -№ 6. — С. 77-87.

3. Лепилова О.В., Алеева С.В., Кокшаров С.А. Сопоставление редуцирующей способности растворов альдоз // Журнал органической химии. 2012. Т. 48. Вып. 1. С. 88-93.

4.Базарнова Н.Г., Маркин В.И., Колосов П.В., Катраков И.Б., Калюта Е.В., Чепрасова М.Ю. Методы получения лигноуглеводных композиций из химически модифицированного растительного сырья // Российский химический журнал. 2011. Т. 55. №1. С. 4–9.

5. Оболенская А.В. Химия лигнина. СПб.: ЛТА. 1993. 80 с

6. Крюков B.C., Крупин В.В., Котик А.Н. Применение клиноптилолита для профилактики микотоксикозов // Ветеринария. — 1992. — № 9-12. — С. 28-29.

7. Barret E.P., Joyner L.C., Halenda P.P. The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms // J. Am. Chem. Soc., 1951. ⎯ Vol. 73.⎯ № 1. ⎯ P. 373−380.

8. Бондарев Е. В., Штрыголь С. Ю., Дырявый С. Б. Применение энтеросорбентов в медицинской практике. Провизор. Электрон. ресурс. 2008; 13. URL: http://www.provisor.com.ua/archive/2008/N13.

9. Палий И. Г., Резниченко И. Г. Современный взгляд на проблему энтеросорбции: выбор оптимального препарата. Новости медицины и фармации. 2007; 11: 217.

10. Урсова Н. И., Горелов А. В. Современный взгляд на проблему энтеросорбции. Оптимальный подход к выбору препарата. РМЖ. 2006; 19: 1391–1396.

11. Щербаков П. Л., Петухов В. А. Сравнительная эффективность энтеросорбентов при диарее у детей. Вопросы современной педиатрии. 2005; 4 (4): 85–89.

12. Николаев В. Г., Гурина Н. М. Энтеросорбция сегодня: сорбционные материалы и механизм действия. Электрон. ресурс. URL:http;//kiulong.cjm.ua/content/view/66/58.

13. Федорова О.В., Федулова Э.Н., Тутина О.А., Копейкин В.Н.,Коркоташвили Л.В. Патогенетическая сорбционная терапия эндогенной интоксикации воспалительных заболеваний кишечника у детей. Педиатрическая фармакология. 2009; 6 (5): 34–37.

14. Casdorph H. R. Hypercholesteremia. Treatment with cholestyramine, a bile acid sequestering resin. Calif Med. 1967; 106 (4): 293–295.

15. Новокшонов А.А., Соколова Н.В. Метод энтеросорбции и его клиническая эффективность в комплексной терапии ОКИ у детей. Вопросы современной педиатрии. 2011; 1: 140–147.

16. Prince D. M., Welschenbach M. A. Olestra: a new food additive.

J Am Diet Assoc. 1998; 98 (5): 565–569.

17. Gonzalez R., de Medina F. S., Martinez-Augustin O. et al. Antiinflammatory effect of diosmectite in hapten-induced colitis in the rat. Br J Pharmacol. 2004; 141 (6): 951–960.

18. WHO diarrhoeal Disease Control Program. Drugs in the management of acute diarrhoea in infants and young children. Report WHO/CDD/CMT/86.1. 1986.

19. Wingate D., Phillips S. F., Lewis S. J. et al. Guidelines for adults on self-medication for the treatment of acute diarrhea. Alimentary Pharmacology and Therapeutics. 2001; 15 (6): 773–782.

20. Szajewska H., Dziechciarz P., Mrukowicz J. Meta-analysis: smectite in the treatment of acute infectious diarrhoea in children.Aliment Pharm Therap. 2006; 23 (2): 217–227.

21. Боткина А. С. Применение диоктаэдрического смектита у детей с атопическим дерматитом. Вопросы современной педиатрии. 2008; 7 (2): 1–4.

22. Маев И.В., Самсонов А. А., Голубев Н. Н. Аспекты клинического применения энтеросорбента Неосмектин. РМЖ. Болезни органов пищеварения. 2008; 2: 62–64.

23. Липатникова И. А., Решетников В. И. Разработка состава геля Полисорба и его биофармацевтическая оценка. Фармация. 2004; 3: 34–35.

24. Химкина Л., Пантелеева Г., Копытова Т. Клиническая эффективность Полисорба МП в комплексной терапии хронических распространенных дерматозов. Врач. 2010; 1: 38–40.

25. Афонин А., Шокарев А., Левкович А. Комплексная терапия гипербилирубинемии у доношенных новорожденных с перинатальным поражением центральной нервной системы. Врач. 2010; 8: 58–59.

26. Емельянов С. И., Брискин Б. С., Демидов Д. А., Демидова Т. И.Влияние пектинсодержащего препарата на слизистую оболочку пищеварительного тракта при кишечной недостаточности. Эксперимент Клин Гастроэнтерол. 2012; 2: 67–72.

27. Ставицкая С. С., Стрелко В. В., Викарчук Б. М. и др. Оценка селективности сорбции ионов токсичных металлов композиционным сорбентом «Ультрасорб» и его компонентами. Эфферентная терапия. 2001; 7 (1): 60–63.

28. Алексеева А.А. Применение энтеросорбентов в комплексной терапии атопического дерматита. Вопросы современной педиатрии. 2012; 11 (2): 151–154.

29. Харченко Н. В., Черненко В. В. Оценка эффективности и переносимости препарата Лактофильтрум в лечении гастроэнтерологических больных с синдромом дисбактериоза кишечника. Мистецтво лікування. 2006; 9: 14–15.

30. Ныркова О.И., Алексеева Л.А., Бехтерева М.К., Бессонова Т.В.Роль энтеросорбции в терапии бактериальных диарей у детей. Вопросы современной педиатрии. 2011; 10 (2): 96–101.

21

Просмотров работы: 3835

Отходы гидролизный лигнин — Справочник химика 21

    В каждом из производств исходное сырье подбирают таким образом, чтобы его состав обеспечивал максимальный выход желаемых продуктов. Долгое время не находил применения многотоннажный отход гидролизной промышленности — гидролизный лигнин. В настоящее время из лигнина уже получают некоторые ценные продукты и разрабатывают новые перспективные направления его использования (см. 12.2.4). [c.298]
    Отходы гидролизной промышленности (прежде всего лигнин) также служат крупной сырьевой базой для изготовления сорбентов из угля. Термическая переработка лигнина на угли - [c.102]

    Сохранение части лигнина в волокнистых полуфабрикатах и бумаге служит способом прямого его использования как сопутствующего волокну вещества. При этом уже не требуется разрабатывать методы его выделения и дальнейшей утилизации. Лигнин, содержащийся в большом количестве в ЦВВ, можно использовать для прививки к нему гидрофильных полимеров, например полимеров акриловой кислоты, что приводит к увеличению прочности целлюлозы [112]. Разработка подобных способов, а также способов отбелки с сохранением лигнина, делает перспективным производство волокнистых полуфабрикатов с высоким содержанием лигнина (см. 16.3). К техническим лигнинам относят щелочные лигнины — сульфатный и натронный — и лигносульфонаты, получающиеся при сульфатном, натронном и сульфитном методах варки (см. 16). Технический гидролизный лигнин в настоящее время имеет значение только в СССР. В будущем ценным химическим сырьем могут стать органорастворимые лигнины — отходы бессернистых методов варки. [c.417]

    В промышленности гидролиз растительного сырья осуществляют обычно с помощью разбавленной кислоты при высокой температуре (0,4…0,7 /о-я НгЗО 120… 190 С 0,6…1,5 МПа). В результате гидролиза получают гидролизат (раствор сахаров и продуктов их разложения) и в качестве отхода — гидролизный лигнин. Дегидратация пентоз и гексоз в ходе гидролиза позволяет получать, соответственно, фурфурол и леву-линовую кислоту. [c.298]

    Гидролизный лигнин является многотоннажным обременительным отходом гидролизной промышленности, перерабатывающей различные сельскохозяйственные отходы (подсолнечную лузгу, кукурузную кочерыжку, хлопковую шелуху и др.), а также одубииу онилков и т. д. на ценные продукты — этиловый спирт, фурфурол, кормовые дрожжи. [c.143]

    Конденсация фенола и гидролизного лигнина (многотоннажного отхода гидролизной промышленности) в соотношениях 1 1 в кислой среде нри температуре 110—120° С. [c.129]

    Одним из важных вопросов промышленности переработки древесины и древесных и других растительных отходов на кормовые дрожжи и спирт является вопрос утилизации основного отхода этой промышленности — гидролизного лигнина Учитывая зто, авторы сочли целесообразным включить в книгу краткий обзор работ по получению на основе гидролизного лигнина (методами хлорирования и нитрования) ценных продуктов для использования в различных областях народного хозяйства Реакции хлорирования и нитрования лигнина позволяют получать растворимые продукты с поверхностно-активными свойствами, некоторые из них уже нашли практическое применение [c.4]


    Отходы гидролизного производства крупнотоннажны и включают технологический гидролизный лигнин (ТГЛ), шламы, осадки сточных вод в первичных отстойниках, избыточный активный ил после биологической очистки сточных вод и собственно производственные стоки. Особенно в больших количествах образуется ТГЛ, выход которого составляет 30-40% массы перерабатываемого сырья, или [c.301]

    Не менее ценным органическим удобрением является другой крупнотоннажный отход гидролизного производства — лигнин, который представляет собой твердый остаток, образующийся после обработки древесины серной кислотой. В его состав входят лигнин древесины, полисахариды, не смытые после гидролиза, моносахариды, минеральные и органические кислоты, зольные элементы и некоторые другие соединения. [c.293]

    Кроме перечисленных компонентов, входящих в состав нерастворимой части технического лигнина, в нем содержатся также вещества, растворенные в жидкости, удерживаемой лигнином. В их состав входят минеральная кислота, применявшаяся в качестве катализатора, и органические вещества гидролизата, состоящие главным образом из глюкозы и продуктов ее распада. Требуется изыскать пути рационального применения огромного количества технического лигнина, получаемого на гидролизных заводах. В первые годы развития гидролизной промышленности в СССР технический лигнин повсеместно являлся отходом производсгва, не находившим сбыта в народном хозяйстве. Приходилось затрачивать большие средства на удаление лигнина с территории заводов. В дальнейшем гидролизный лигнин начали постепенно применять как полупродукт для различных целей. Наиболее широко используют гидролизный лигнин в качестве топлива. [c.398]

    Химические реакции лигнина имеют важное практическое значение в технологии химической переработки древесины реакции, протекающие при делигнификации древесины в процессах варки целлюлозы и технических целлюлоз в процессах их отбелки реакции лигнина при гидролизе древесины, приводящие к образованию многотоннажного отхода гидролизных производств — технического гидролизного лигнина реакции при переработке технических лигнинов, их химическом модифицировании реакции лигнина при термическом разложении древесины в пиролизных [c.422]

    На поверхности суши кроме перечисленных источников зафязнения большое влияние на наземные биогеоценозы оказывают шахтные отвалы (терриконы), отвалы теплоэлектростанций, сброс отработанных нефтепродуктов, солевых растворов, концентрированных кислот. В лесных регионах скапливаются крупнотоннажные отходы древесной коры, опилок, гидролизного лигнина и многое другое. [c.11]

    Промышленный пиролиз лигнина осуществлен только в СССР, где гидролизный лигнин рассматривают как ценное сырье для производства фенольных соединений и активного угля. При пиролизе гидролизного лигнина в антраценовом масле при температуре 440—460 °С и пониженном давлении выход мономерных фенолов составляет до 10 %, а лигнинного угля до 60% по отношению к лигнину. Состав фенольной фракции зависит от исходного сырья. При пиролизе гидролизных лигнинов, полученных из сельскохозяйственных отходов (подсолнечной лузги, кукурузной кочерыжки), в фенольной фракции преобладают крезолы, а в случае гидролизного лигнина из древесины хвойных пород до 50 % фенольной смеси составляет гваякол [186, 193]. Выход фенолов можно увеличить повторным пиролизом смолы или добавкой металлов [3]. [c.425]

    Полученные таким образом препараты хлорлигнина являются прекрасными реагентами для количественного извлечения (98 — 99%) некоторых редких металлов, например германия, из разбавленных производственных отходов (растворов) Так как германий с почти количественными выходами извлекается из тех же растворов природными дубителями, содержащими в своем составе галловую или л -дигалловую кислоту, можно думать, что активными в хлорлигнине в данном случае являются подобные группировки Введение уже 15% хлора в указанных условиях в гидролизный лигнин достаточно для количественного извлечения германия из очень разбавленных растворов [c.118]

    В химии лигнина хлорирование, как и нитрование, представляет значительный интерес в первую очередь с практической точки зрения Хлорирование применяется для удаления остаточного лигнина из целлюлоз при их отбелке, делигнификации растительных материалов и для количественного определения лигнина в растительных материалах Оно может быть использовано для модификации свойств изолированных лигнинов, например, отхода гидролизной промышленности — гидролизного лигнина с целью придания ему растворимости и поверхностно-активных свойств Бромирование лигнина протекает аналогично хлорированию Ввиду неизмеримо меньшего значения бромирования в химии лигнина, последнее специально почти не изучалось Еш е меньшее значение имеют иодирование и фторирование [c.79]


    Как нам представляется, для получения диметилсульфида более экономичным может оказаться лигнин, являющийся отходом гидролизного производства (осахаривание древесины разбавленными или концентрированными кислотами), количество которого составляет ежегодно свыше 400 тыс. т (в пересчете на абсолютно сухое вещество). [c.20]

    Лигнины без дополнительной модификации их свойств не находят себе применения в технике (за исключением тех случаев, когда их используют в качестве наполнителей) В силу особенностей их строения-зти полимеры непригодны для получения из них нитей и удовлетворительных пленок, их нельзя использовать в качестве пластиков и клеев В последние 20—30 лет делаются попытки найти какие-либо пути для переработки отходов гидролизного и бумажного производства — гидролизного лигнина и ЛСК — в технически ценные продукты Превращение зтих многотоннажных отходов путем химической и физической модификации в полезные для народного хозяйства продукты является важным и перспективным делом Хлорирование — один из возможных путей модификации свойств лигнинов с целью придания им растворимости в щелочах и органических растворителях, введения новых функциональных групп и изменения количества присущих лигнину функций в нужном направлении [c.117]

    Для защиты растений от сельскохозяйственных гербицидов также возможно использование активных углей из материалов, являющихся отходами некоторых производств. Например, возможно получение активных углей из лигнина, многотоннажного отхода гидролизных производств. При этом оптимальная поглотительная способность угля по гербицидам достигается при обгаре, равном 25 %, при следующих характеристиках пористой структуры Fx = 1,00 см /г  [c.560]

    Феноло-лигниновая смола Ф. Л. получается при взаимодействии лигнина с фенолом и серной кислотой. Может применяться щелочной лигнин, лигнин сульфитных щелоков, а также гидролизный лигнин. Лигнин — это отход целлюлозного и гидролизного производств, получаемый в огромных количествах и являющийся поэтому очень дешевым и недефицитным сырьем. [c.204]

    Одним из направлений работ, ведущихся на кафедре технологии ор-х анического синтеза Уральского политехнического института им. С. М. Кирова, является изучение химических превращений, а также путей использования гидролизного лигнина — многотоннажного отхода гидролизного производства. Учитывая инертность гидролизного лигнина, наиболее перспективным, по-видимому, следует считать активированный лигнин. [c.134]

    Для гидролизного производства разработан технологический процесс получения органоминеральных удобрений из образующихся при этом отходов [190]. Некоторые композиции органоминеральных удобрений, полученные из отходов гидролизных производств, состоят из осадка сточных вод, лигнина (структурообразователя) и других компонентов. [c.100]

    Лигнин (отходы гидролизно-цел  [c.39]

    При производстве целлюлозы сульфатным и натронным методами в качестве промышленного отхода получаются черные щелока, содержащие сульфатный или щелочной лигнин. При существующем технологическом режиме сульфатные щелока, с целью регенерации едкого натра, сжигаются. При гидролизе древесины и различных растительных отходов с целью получения этилового спирта и белковых дрожжей в качестве отхода получается нерастворимый остаток, называемый гидролизным лигнином. [c.51]

    Активные угли получают карбонизацией и последующей активацией органических веществ биологического, главным образом растительного, происхождения. В качестве сырья используют древесину различных пород, торф и торфяной полукокс с небольшим содержанием золы, ископаемые угли разной стадии метаморфизма (бурые, каменные угли, антрациты), полукоксы и коксы на их основе, солому, тростник, рисовую, хлопковую и подсолнечную шелуху, кукурузные кочерыжки, скорлупу орехов и косточки плодов, а также кожу, шерсть, мясо, кровь и кости животных, рыбу, морские водоросли, отходы целлюлозно-бумажной (сульфитный щелок), гидролизной (лигнин) и сахарной (патока) промышленности, полимерные смолы и другие материалы, содержащие углерод. [c.71]

    Появилась возможность на новом, более высоком техническом уровне использовать в качестве углеродистого сырья некоторые виды дешевого твердого топлива — угля из гидролизного лигнина, различных полукоксов, не используемых ныне отходов древесного угля. Естественно, что аппаратурное оформление этих процессов должно существенно измениться. [c.4]

    Техническим гидролизным лигнином называют отход, полученный при гидролизе древесины, разбавленной (0,80/о-ной) серной кислотой при 180—200 для производства спирта. [c.580]

    Указанный производственный режим гидролиза проверен на лабораторной перколяционной установке, в результате чего были подтверждены основные параметры процесса и получен близкий к расчетному выход сахаров. Отход — гидролизный лигнин — содержит 7,36% трудногидролизуемых полисахаридов. Методами хроматографического анализа установлен следующий состав сахаров гидролизата целлолигнина, % глюкоза — 92,5, ксилоза — 7, ара-биноза — 0,5, галактоза — следы. В составе сахаров предгидроли-затов обнаружено, % ксилозы — 79,4, арабинозы — 11,25, глюкозы — 8,94, галактозы — 0,25. [c.99]

    В гидролизных произ-вах потребляется 9-10 млн. м растит, сырья (1986), в т.ч. ок. 40% опилок. Отходы произ-ва-гидролизный лигнин (30-40% в расчете на абсолютно сухое сырье), к-рый применяют в осн. как котельное топливо, а также для получения высококачеств. углей разл назначения, удобрений, уксусной и щавелевой к-т, фенолов, [c.586]

    Действие азотной кислоты. На делигнификации этанольным раствором азотной кислоты основан способ Кюршнера определения содержания целлюлозы в древесине. Из гидролизного лигнина — отхода гидролизных производств — действием азотной кислоты можно получать нитролигнин, используемый в качестве понизителя вязкости глинистых суспензий при бурении нефтяных скважин. [c.450]

    Много исследований посвящено изучению влияния разных лигнинов на свойства резиновых смесей и резин. На Белоцер-ковском объединении прошли промышленные испытания модификатора М3 , представляющего собой гидролизный лигнин, модифицированный отходами производства морфолина 148]. Данный модификатор приводит к снижению себестоимости резиновых смесей, повышению модуля упругости при [c.156]

    Научно-исследовательскими работами, проведенными в Ленинградском филиале ВНИИВа и во ВНИИГСе, показано, что полноценным заменителем древесного угля для сероуглеродной промышленности может служить крупногранулированный уголь, полученный путем карбонизации гидролизного лигнина — многотоннажного отхода гидролизных заводов [3—6]. [c.115]

    Щелочной лигннн, который образуется в виде отхода при натронном ил сульфатном методе получения целлюлозы, отличается значительно большей реак ционной способностью, чем гидролизный лигнин. [c.416]

    Довольно широко распространено получение щавелевой кислоты, наряду с другими продуктами, из отходов целлюлозной промышленности — технического гидролизного лигнина (так называемой «сульфатной черной жидкости» после удаления из нее лигнина) и других сточных жидкостей. Обработку лигниновых остатков ведут различными способами. Например, один из них заключается в том, что гидролизный лигнин, высушенный до остаточной влажности 5-10/з, смешивают с раствором щелочи, имеющим концентрацию 40-б0 Ь. Полученную пасту таблетируют и сушат при 100-110°. Таблетки, содержащие около 35/0 сухого лигнина и примерно 65% едкого калин, окисляют воздухом при нагреве до 200-220°, после чего извлекают из них щавелевую (выход 45,5%) и пирокатеховую кислоты (выход 11,В/о) путем выщелачивания водой и дальнейшей обработки раствора [48], [c.27]

    Л и г н о л и т и 3 изготовляется из отходов гидролизного производства (лигнина), торфа и древесных опилок. По свойствам и производству аналогичен бумлитизу. [c.253]

    Гидролизный лигнин является отходом производства гидролизных заводов и квалифицированно не иснользу- [c.207]

    В перерабатываемой древесине содержится 20—30% лигнина. Гидролизная и целлюлозно-бумажная промышленность получают ежегодно в виде отходов около 4,5 млн. т лигнина (в пересчете на абсолютно сухое вещество). Только 20—30% от этого количества используется в производстве в качестве топлива и для получения углей различного назначения. Химическая переработка гидролизного лигнина для получения других ценных продуктов (нитролигнина, сунила, игетана) организована пока в очень малых масштабах на опытно-промыш-ленных установках. [c.134]

    Лигнин. Извес1ны два вида технического лигнина гидролизный лигнин, получаемый при производстве гидролизного спирта из древесины, и лигнин из сульфитных щелоков — отхода производства целлюлозы сульфитным способом. Химический состав лигнина не установлен, по-видимому, в основе его лежат производные ароматического ряда. В настоящее время установлена возможность частичной (до 15%) замены древесной муки лигнином в пресс-композициях темных цветов. [c.43]

    Кроме перечисленных видов изоляции находят применение другие материалы. Например, в районах, где имеются запасы бумажной и картонной макулатуры и древесных опилок, производят гидрофобный бумлитиз. Этот материал легкс выполняется в виде фасонных частей (скорлуп и сегментов) и удобен для изолирования трубопроводов и Деталей аппаратов. ВНИХИ разработана технология производства нового материала— лигнолитиза, который изготовляется из отходов гидролизных заводов (из технического лигнина). Естественно, что выбор того или иного изоляционного материала производится исходя из местных условий с учетом получения наибольшей экономической эффективности. [c.217]

    При гидролизе растительной ткани древесины или отходов с. х-ва (кукурузной кочерыжки, подсолнечной лузги, хлопковой шелухи, стеблей хлопчатника — гуза-наи и т. п.) углеводная часть под действием воды и тепла при участии катализаторов (минеральных кислот, кислых солей и др.) переходит в раствор, а лигнин, сохраняющий клеточную структуру гидролизуемого материала, остается в остатке. При переработке растительных материалов каталитич. гидролизом полисахариды превращают в моносахариды — гексозы и неп-тозы, а последние химич. и биохимич. цутем перерабатывают в кристаллич. монозы — глю1 бзы, ксилозы, в этиловый спирт, глицерин, ксилит, сорбит и др., в альдегиды и их производные—фурфурол, фуран, тетрагидро-фуран, малеиновый ангидрид и др. в органич. кислоты — уксусную, триоксиглутаровую, лимонную, яблочную в белково-витаминные дрожжи и другие продукты. Методом гидролиза можно получить из 1 т сухого сырья, в зависимости от избранного профиля произ-ва, до 150 кг фурфурола, до 500 кг многоатомных спиртов, до 140 кг первичных спиртов, до 300 кг кристаллич. глюкозы, до 250 кг белково-витаминных дрожжей и до 300 кг гидролизного лигнина. Эти продукты имеют большое нар.-хоз. значение. [c.139]

    При кислотном гидролизе древесины с целью получения глюкозы лигнин остается иерастворенным, В качестве промышленных отходов получаются в огромных количествах гидролизный лигнин и лигносуль-фоновые кислоты. По существу это ценный материал, над более рациональным использованием которого следует работать. [c.123]

    При кислотном гидролизе древесины с целью получения глюкозы лигнин остается иерастворенным. В качестве промышленных отходов получаются в огромных количествах гидролизный лигнин и лигносульфо- [c.136]


Помол лигнина, г. Москва

При переработке древесины хвойных и лиственных пород образуется отход лесохимии — гидролизный лигнин. Гидролизный лигнин представляет собой природное высокомолекулярное вещество с разветвленными макромолекулами, образовавшимися при полимеризации спиртов ароматического ряда. Он имеет молекулярную массу около 11 000, нерастворим в воде и органических растворителях. Это рыхлый продукт с размером кусков до 40 см коричневого цвета. В зависимости от вида древесины выход лигнина может составлять от 17 до 32 %.

Сейчас сложились следующие основные направления применения гидролизного лигнина: как топливно-выгорающей добавки в производстве керамических материалов; заменителя опилок в строительных изделиях; сырья для получения феноллигниновых полимеров; пластификатора и интенсификатора измельчения; перспективное направление использования гидролизного лигнина – топливные пеллеты и брикеты.

В наш адрес поступила задача по доизмельчению гидролизного лигнина минимальной влажности при исходной крупности 1,2 мм до размера частиц менее 20-15 мкм. Впрочем, для Заказчиков не так важна гранулометрия порошка, главная цель обработки – создать максимальную площадь поверхности конечного материала.

Помол гидролизного лигнина было предложено произвести на автоматизированной компакт-линии сушки-измельчения растительного сырья «МИКРОКСИЛЕМА — ДМ», оборудованной винтовым конвейером-питателем с расходным бункером, коллектором с дисковым затвором регулировки расхода воздуха, циклоном-разгрузителем с гибким шнеком.

Размер частиц продукта помола составил: 75 % < 20 мкм, средняя фракция: 50 % < 5 мкм.

Видеоотчет о пробном помоле:

Оборудование

МИКРОКСИЛЕМА — ДМАвтоматизированная компакт-линия сушки-измельчения растительного сырья

Проект UPM ValChem получил значительную финансовую поддержку от ЕС

Проект UPM ValChem получил 13,1 млн евро финансовой поддержки от Евросоюза. Проект будет осуществлен совместно с  компаниями Sekab, METabolic EXplorer и техническим университетом Darmstadt. Общий бюджет проекта составляет около 18,5 млн евро.

ValChem (химикат с добавленной стоимостью для создания строительных блоков и лигнина из древесины) – это амбициозный проект на стыке лесной, химической и биотехнологической индустрий, направленный на создание устойчивого и инновационного процесса «древесина в конечную продукцию». Цель проекта – показать техническую и экономическую целесообразность интегрированного биохимического процесса, охватывающего всю цепочку добавленной стоимости, от древесного сырья до отдельных базовых химикатов и химических продуктов тонкого органического синтеза на основе лигнина.


«Проект ValChem обладает огромным потенциалом и может стать еще одной  альтернативной цепочкой создания добавленной стоимости для использования ресурсов европейских лесов. Каждая часть процесса: древесина – гидролизная глюкоза для химического производства, производство биологического монопропиленгликоля из глюкозы и производство химических продуктов тонкого органического синтеза на основе лигнина – показывает прогресс на самом высоком уровне», — рассказывает Дирк Каррез, исполнительный директор Консорциума предприятий биотехнологической индустрии.


ValChem использует существующие опытные заводы партнеров проекта для производства химикатов, основанных на древесине, которые конкурентоспособны по отношению к ископаемым альтернативам в плане качества и затрат на создание. В проекто наиболее эффективно будет использоваться исключительно сырье из PEFC и FSC сертифицированных источников.


Технология CelluAPP® компании SEKAB для процесса производства глюкозы из древесины и для процесса конвертации нефтяного лигнина была подтверждена по показательной шкале для производства этанола, но в данном проекте она будет использована совместно с глюкозой от METabolic Explorer для монопропиленгликоля. Самые большие рынки для использования МПГ – ненасыщенные полиэфирные смолы, краски и покрытия, индустриальное использование и личная гигиена. Приложения по лигнину с высокой добавленной стоимостью будут разработаны UPM совместно с техническим университетом Darmstadt. Их примерное конечное использование – реактивные смолы на основе лигнина и аналогичные композиты.

Проект ValChem является частью совместного предприятия организаций биотехнологической индустрии: новое партнерство с капиталом 3,7 млрд евро между ЕС и Консорциумом предприятий биотехнологической индустрии (BIC) нацелено на повышение инвестиций в развитие устойчивого биотехнологического сектора промышленности в Европе. UPM – одна из членов-основателей BIC.
За дальнейшей информацией обращайтесь:

Юуусо Конттинен (Juuso Konttinen), вице-президент, UPM Biochemicals. тel. +358 (0)40 531 7405, [email protected]
Тор Линдгрен (Thore Lindgren), исполнительный вице-президент, глава подразделения Биоперерабатывающих технологий, Sekab тел. +46 (0)660 751 86, [email protected]
Мануэла Фалемпин (Manuela Falempin), директор по развитию бизнеса, METabolic EXplorer тел. +33 (0)473 334 300, [email protected]
Проф., доктор наук Маркус Биесалски, технический университет Darmstadt тел. +49 (0) 615 116 751 40, [email protected]

Sekab
SEKAB  — один из европейских лидеров по производству этанола. Мы производим и продаем биоэтаноловое топливо и продукцию из «зеленых химикатов». В дальнейшем мы нацелены на развитие обработки этанола нового поколения, основанного на целлюлозе. SEKAB в настоящее время проводит долгосрочную промышленную кампанию по этанолу второго поколения с целью развить индустриальную структуру для экспертизы и поставки оборудования для производства целлюлозного этанола.
http://www.sekab.com/

METabolic EXplorer
METabolic EXplorer – пионер индустрии биотехнологий, планирует занять лидирующие позиции в инновационной биоэкономике. METabolic EXplorer предоставляет конкуретноспособные решения биотехнологической индустрии для создания химикатов из возобновляемого сырья, таким образом создавая ценность для своих партнеров и клиентов. METabolic EXplorer находится в Клермонт-Ферранд, во Франции и его акции котируются на бирже NYSE Euronext в Париже (Compartment C, METEX), а также является частью CAC Small и лейбла EnterNext Tech50. www.metabolic-explorer.com

Технический университет Darmstadt
Технический университет (ТУ) Darmstadt  — один из ведущих немецких технических университетов. В нем работают около 300 профессоров, 4 230 ученых и административных сотрудников и примерно 26 000 студентов, которые занимаются разработками в сфере энергетики, мобильности, коммуникаций и информационных технологий.
www.tu-darmstadt.de

BBI
BBI — совместное предприятие организаций биотехнологической индустрии. Это госпредприятие с участием частного капитала между ЕС и Консорциумом предприятий биотехнологической индустрии (BIC). BIC  — промышленный партнер предприятия, уникальная смесь секторов, включающих сельское хозяйство, агропродукцию, поставщиков технологий, лесной сектор, химикаты и энергетику. Это ассоциация, которая была создана в 2012 году специально для того, чтобы представить частный сектор в BBI. На сегодняшний день BIC состоит из 70 промышленных компаний (крупных, малых и средних предприятий, объединений) и более чем 100 ассоциированных организаций (исследовательско-технические организации, университеты, ассоциации, технологические платформы).
http://bbi-europe.eu/

Семья из Краснодарского края пытается доказать свое соседство с опасными отходами

Новый дом идет трещинами, а деревья в саду сгорают изнутри — это не мистический триллер, а сюжет из жизни обычной кубанской семьи. В том, что происходит с их жилищем, люди винят отходы, которые могли достаться им в наследство от старого химического завода. Но в администрации района такую версию отвергают и говорят, что строительство велось неправильно.

Игорь Кисиленко показывает то, что осталось от фруктового сада. Растения практически сгорают, говорит мужчина. И происходит это из-за того, считают владельцы, что дом и огород находятся на месте бывшего полигона по утилизации химических отходов.

«Это так называемый гидролизный лигнин. Он просто крошится и окрашивает руки в неприятный цвет», — отмечает Игорь Кисиленко.

Лигнин — это отходы химического производства технического этилового спирта и фурфурола, ценного вещества, которое используют во многих отраслях. Несколько лет назад на территории Кропоткина работал большой химзавод. Сейчас здание предприятия уже закрыто и полуразрушено. Люди предполагают, что вредные отходы попали на пустырь, который потом стал жилым кварталам.

На мягкой рыхлой почве под собственной тяжестью просел фундамент коттеджа. Люди подали в суд на городскую администрацию, они считают, что власти должны выделить им новый равноценный участок земли с уже возведенным жильем. Мэр Кропоткина лично курировал проверки. Согласно экспертизе, Кисиленко изначально строили дом с нарушениями и без предварительных согласований с муниципальным управлением архитектуры. Строение вводили в эксплуатацию по решению суда.

«Разрешение на строительство на этом земельном участке ей не выдавалось, и поэтому в 2002 году дом был признан самовольной постройкой. В результате обследования было выявлено, что дом не имеет единой конструктивной схемы. Фундамент выполнен из различного рода материалов», — говорит глава администрации г.Кропоткина Владимир Елисеев.

Глава администрации считает, что тайные захоронения лигнина в черте города — это выдумка семьи Кисиленко, желающей получить новое жилье. Ведь за городом для утилизации отходов были официальные полигоны. Женщина пригласила на свой участок экспертов, те провели анализы и подтвердили — кислотность почвы действительно выше нормы.

«Вот они делали экспертизу. На нашем участке загрязнение в 18,8 раза превышает фоновое значение. На таких грунтах строить нельзя», — рассказывает Тамара Кисиленко.

По словам химиков, лигнин можно использовать как удобрение, но в умеренных количествах. Если же вещества слишком много, то неприятных последствий не избежать

«Лигнин при большом скоплении, при большой массе способен к самовозгоранию. Естественно, такого соседства лучше избежать», — отмечает профессор кафедры органической химии и технологии факультета химии и высоких технологий КубГУ Владимир Стрелков.

Семья опасается жить в доме, который может либо развалиться, либо воспламениться. Люди снова готовят заявление в суд и готовы до конца биться за улучшение своих бытовых условий.

Гидролизный лигнин — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Гидролизный лигнин

Cтраница 1

Гидролизный лигнин получают в качестве остатка от гидролиза растительного сырья. Поэтому он неоднороден по размеру частиц и химическому составу.  [1]

Гидролизный лигнин получается в виде остатка в процессе гидролиза древесины разбавленной ( 0 5 % — ной) серной кислотой при 170 — 190 С. Этот лигнин па строению и свойствам близок к препаратам кислотных лигни-нов, выделяемых с помощью концентрированных минеральных кислот. Технический гидролизный лигнин сильно загрязнен примесями углеводов, смолистых веществ, имеет высокую зольность.  [2]

Гидролизный лигнин используют в качестве топлива. Его сушат и используют в виде пылевидного топлива или брикетов. Из гидролизного лигнина получают хактивированный уголь. Гидролизный лигнин может использоваться в производстве пластмасс как наполнитель. Нитролигн ин и хлорлигнин, полученные из гидролизного лигнина, могутдприменяться для улучшения свойств глинистых растворов, используемых при бурении нефтяных скважин. Лигнин сульфитных щелоков ( лигносульфо-наты) отчасти используют в производстве крепителей формовочных земель для литья чугуна, как заменитель природных дубильных веществ, в качестве понизителя вязкости бурильных растворов и др. В небольших количествах из этого лигнина получают ванилин.  [3]

Гидролизный лигнин, являющийся побочным продуктом гидролизных производств, следует рассматривать в перспективе как ценное сырье для получения активных и лигнинных ( карбонизированных) углей, лиг-нобрикетов для цветной и черной металлургии в качестве восстановителей, порошкообразного лигнина как наполнителя для резинотехнических изделий и стройматериалов, удобрений, продуктов специального назначения.  [4]

Гидролизный лигнин подвергался термораспаду как таковой или в смеси со смолой ( 1: 1 или 3: 5), полученной при предварительном опыте. Было получено 47 5 — 65 % пекоподобного остатка и 10 — 32 5 % смолы. Остальное составляло воду газы и примеси.  [5]

Гидролизный лигнин также используется как наполнитель при производстве строительных, мебельных и теплоизоляционных лигноволокнистых плит, содержащих, кроме древесной массы или бумажной макулатуры, до 50 % по весу гидролизного лигнина.  [6]

Из гидролизного лигнина термолизом получают активированные угли, уксусную кислоту, фенол и другие реагенты; водной обработкой — наполнители для прессования; химической обработкой — активированный лигнин и щавелевую кислоту; прессованием — строительные и изоляционные лигношшты.  [7]

Использование гидролизного лигнина основано на его термич. При пиролизе лигнина происходит его карбонизация с получением смол и полукокса. Из смол выделяют фенолы ( иыход до 10 %) и ацетат кальция, а полукокс подвергают термич. При гидрировании гидролизного лигнина образуется толуол, бензол, фенолы п др. продукты. При обработке гидролизного лигнина щелочами он растворяется, а при последующем под-кислении выделяется активированный лигнин, являющийся активным наполнителем синтетич. Гидролизный лигнин находит применение как компонент феноло-формальдегидных смол; после отмывки от кислоты, сушки н дополнительного измельчении гидролизный лигнин применяется в пресспо-рошках, а также в нроиз-ве древесно-волокнистых плит. Теплотворность сухого лигнина 5500 — 6500 ккал / ке, он хороню горит в топках паровых котлов в смеси с углем или в пылевидном состоянии. Высушенный до остаточного содержания влаги 15 % лигнин легко брикетируется и может быть использован как топливо для коммунальных целей и газогенераторных двигателей.  [9]

Конденсацию гидролизного лигнина с фенолом осуществляют или под давлением при 200 — 220, или при атмосферном давлении при 170 — 180 в присутствии серной кислоты как катализатора. Дальнейшая конденсация с формальдегидом дает термопластичную смолу.  [10]

Производные гидролизного лигнина получаются путем обработки различными окислителями гидролизного лигнина, являющегося массовым отходом гидролизной промышленности.  [11]

Получается нитрованием гидролизного лигнина азотной кислотой, оксидами азота или смесью азотной и серной кислот.  [12]

Реагенты из гидролизного лигнина, применяющиеся при бурении нефтяных — и газовых скважин.  [13]

Таким образом, гидролизный лигнин может с успехом применяться при бурении глубоких и сверхглубоких скважин как активный реагент-понизитель величины рН, вязкости и предельного CHG буровых растворов.  [14]

Таким образом, гидролизный лигнин различного производства может с успехом применяться при бурении глубоких и сверхглубоких скважин как активный реагент понизитель величины рН, вязкости и предельного СНС промывочных жидкостей.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Способ сушки гидролизного лигнина и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам сушки лигнинсодержащего сырья и устройствам для их осуществления, может быть использовано для переработки крупнотоннажных отходов гидролизного лигнина в гидролизной промышленности и позволит обеспечить высокопроизводительный и безопасный процесс сушки гидролизного лигнина при одновременном сохранении химической и физической структуры лигнина и его полезных свойств. Гидролизный лигнин подвергают последовательной тепловой обработке во вращающемся барабане, на первой стадии влажный материал распределяют послойно в сушильном пространстве между двумя тепловыми элементами, выполненными в виде нагреваемых теплоносителем поверхностей для двухсторонней сушки материала, нагрев ведут без прямого контакта материала с теплоносителем до температуры, обеспечивающей температуру в массе выше температуры тления гидролизного лигнина, на второй стадии материал досушивают при естественном перемешивании, обеспечиваемом вращением барабана, а выделяющиеся в процессе сушки пары влаги и пылеобразной фракции гидролизного лигнина отделяют путем их отсоса, выгрузку высушенного материала ведут через открытое разгрузочное устройство, проницаемое для воздуха. Для осуществления способа предложена барабанная сушилка, выполненная в виде горизонтального вращающегося вокруг продольной оси барабана с коаксиально размещенным внутри нагревательным элементом, выполненным в виде жестко связанной с барабаном жаровой трубы, кольцевой зазор между стенками жаровой трубы и стенками барабана образует кольцевую камеру сушки, в которой установлен транспортирующий узел, выполненный в виде жестко дистанцированных друг от друга направляющих, жаровая труба с одной стороны снабжена топливным узлом, а с другой — глухим выходным торцом, который делит барабан на зону сушки материала в кольцевой камере сушки и зону его охлаждения и разгрузки, зона сушки снабжена узлом загрузки материала, зона охлаждения и разгрузки снабжена узлами разгрузки материала и отвода паров влаги, стенки барабана выполнены полыми, со стороны глухого выходного торца жаровой трубы размещены патрубки вывода отработанного теплоносителя, сообщенные с полой стенкой барабана, снабженной каналом вывода отработанного теплоносителя. Изобретение обеспечивает получение гидролизного лигнина с сохранением его структуры и полезных свойств при обеспечении безопасности процесса и его высокопроизводительности. 2 с и 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам сушки лигнинсодержащего сырья и устройствам для их осуществления и может быть использовано для переработки крупнотоннажных отходов гидролизного лигнина в гидролизной промышленности, в строительстве, деревообрабатывающей промышленности, нефтедобывающих отраслях, металлургической и теплоэнергетической промышленности.

Гидролизный лигнин, являясь крупнотоннажным отходом гидролизной промышленности, может быть использован в различных составах в качестве активного или инертного наполнителя, связующего. Однако его использование требует предварительной сушки. Сушка гидролизного лигнина является серьезной проблемой в промышленном масштабе, т.к. гидролизный лигнин является взрывоопасным материалом с нижним концентрационным пределом воспламенения 52,5 г/м3. Сушка гидролизного лигнина на открытом воздухе является непроизводительной, а сушка в закрытом сушильном пространстве при нагревании приводит к созданию взрывоопасной ситуации. Кроме того, гидролизный лигнин теряет свои полезные свойства при высокой температуре, т.к. подвержен структурным разрушениям, тлению, обугливанию. В промышленном масштабе сушку гидролизного лигнина ведут, как правило, для получения из него топлива, например, для котлов ТЭЦ. Так, на Тавдинском гидролизном заводе был освоен процесс сушки гидролизного лигнина, включающий подачу сырого лигнина в сушилку, выполненную в виде трубы, в которой в качестве теплоносителя используют топочные газы с температурой не более 550-600oC, выдерживание при температуре топочных газов в процессе перемещения материала вдоль трубы, удаление осевшей на дно трубы тяжелой фракции и отвод образующейся пылегазовой смеси в циклон с последующим разделением фаз, подачу высушенного лигнина в котлы ТЭЦ для сжигания. (Промышленный регламент на сушку лигнина для сжигания его в котлах ТЭЦ ПР-64-04-89, Тавдинский гидролизный завод). Для осуществления этого способа используют технологическую линию, состоящую из последовательно соединенных друг с другом транспортера сырого лигнина, узла просеивания, питателя-дозатора, трубы-сушилки, соединенной узлом подачи теплоносителя с камерной топкой, разгрузочного узла высушенного материала и узла вывода пылегазовой смеси, который снабжен циклоном для ее разделения. Известный способ сушки лигнина характеризуется высокой производительностью процесса, однако из-за высокой пожароопасности и взрывоопасности, которые связаны, в основном, с непосредственным контактом гидролизного лигнина и топочных газов во взвешенном состоянии в закрытом пространстве, не нашел длительного применения. Известен способ просушивания топлива и устройство для его осуществления, в котором горячие твердые материалы из котла с псевдоожиженным слоем рециркулируют в сушилку, где смешиваются с топливом при температуре смеси твердых материалов и топлива, превышающей температуру насыщения пара, но ниже температуры пиролиза топлива, в результате чего из топлива происходит выделение пара, а смесь просушенного топлива и твердых материалов слоя загружают в котел с псевдоожиженным слоем и регулируют интенсивность рециркуляции твердых материалов слоя. Устройство для осуществления этого способа состоит из котла с псевдоожиженным слоем, сушилки для топлива, сопла для рециркуляции твердых материалов слоя из котла в сушилку, сопла для загрузки смеси топлива с твердыми материалами слоя из сушилки в котел и устройства регулирования количества рециркулируемых твердых материалов слоя, поступающих в сушилку. (Патент RU N 2102661, МПК F 26 В 3/20, F 23 C 11/02, 1998 г.) Известный способ сушки материалов характеризуется высокой производительностью процесса, может быть применен для пожароопасных материалов, однако не применим для взрывоопасных материалов, таких как гидролизный лигнин, т.к. сушка материала происходит во взвешенном состоянии, что неизбежно приведет к созданию взрывоопасной ситуации. Наиболее близким к предлагаемому является способ сушки природного лигнинсодержащего материала, реализуемый на ленточной сушилке для гранулированного торфа (Свидетельство на полезную модель RU N 4592, МПК F 26 В 17/04, 1997 г.) и включающий подачу влажного материала в сушилку, нагревание в сушильном пространстве, проницаемом для воздуха, при бережном перемещении материала в тонком слое без перемешивания, выдерживание при температуре, превышающей температуру насыщения паров воды для выделения паров влаги, отвод образующихся паров влаги из сушильного пространства и выгрузку сухого материала. Наиболее близким устройством к предлагаемому является барабанная сушилка, обеспечивающая бесконтактную сушку материала, содержащая вращающийся вдоль продольной оси барабан с лопастными насадками на внутренней поверхности и нагревательными элементами в виде жаровых труб, расположенных внутри барабана, при этом каждая жаровая труба выполнена в виде многоходового регистра со съемным торцовым насадком со стороны разгрузочного узла, снабженным наружным продольным оребрением и эжекционной топливной форсункой внутри. (Авторское свидетельство SU N 1032297, МКИ F 26 В 11/04, 1983 г.). К достоинствам известного способа следует отнести обеспечение щадящего режима сушки без разрушения структуры материала, возможность использовать его для сушки взрывоопасных материалов. К недостаткам следует отнести невысокую производительность процесса сушки. К достоинствам известного устройства следует отнести его высокую производительность, а к недостаткам — создание взрывоопасной ситуации, т.к. процесс сушки сопровождается измельчением обрабатываемого материала, что приводит к повышению его концентрации в сушильном пространстве до критической. Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокопроизводительного и безопасного процесса сушки гидролизного лигнина при одновременном сохранении его структуры и полезных свойств. Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ сушки гидролизного лигнина включает подачу влажного материала в сушилку, нагревание в сушильном пространстве при перемещении материала, выдерживание при температуре, превышающей температуру насыщения паров воды для выделения паров, отвод образующихся паров влаги из сушильного пространства и выгрузку сухого материала, при этом в отличие от известного способа сушку ведут путем последовательной тепловой обработки во вращающемся барабане, на первой стадии влажный материал распределяют послойно в сушильном пространстве между двумя тепловыми элементами, выполненными в виде нагреваемых теплоносителем поверхностей для двухсторонней сушки материала, нагрев ведут без прямого контакта материала с теплоносителем до температуры, обеспечивающей температуру в массе не выше температуры тления гидролизного лигнина, на второй стадии материал досушивают путем выдерживания в нагретом состоянии при естественном перемешивании, обеспечиваемом вращением барабана, а выделяющиеся в процессе сушки материала и его досушивания пары влаги и пылеобразной фракции гидролизного лигнина отделяют путем их отсоса, выгрузку высушенного материала ведут через открытое разгрузочное устройство, проницаемое для воздуха. Предлагаемое устройство представляет собой барабанную сушилку, выполненную в виде горизонтального вращающегося вокруг продольной оси барабана с коаксиально размещенным внутри нагревательным элементом, выполненным в виде жаровой трубы, последняя жестко с барабаном связана, а кольцевой зазор между стенками жаровой трубы и стенками барабана образует кольцевую камеру сушки, жаровая труба выполнена с глухим выходным торцом, которой делит барабан на зону сушки материала в кольцевой камере сушки и зону его досушивания и разгрузки, зона сушки снабжена загрузочным узлом исходного материала, входной торец барабана снабжен узлами ввода и вывода теплоносителя, зона досушивания и разгрузки снабжена разгрузочным узлом готового материала и узлом отвода паров влаги, стенки барабана выполнены полыми, в кольцевой камере сушки с возможностью теплового контакта с жаровой трубой установлен транспортирующий узел, выполненный в виде жестко дистанцированных друг от друга направляющих, которые могут быть выполнены в виде наклонных перегородок, входной торец жаровой трубы снабжен топливным узлом, со стороны входного торца барабана размещены патрубки вывода отработанного теплоносителя, сообщенные с полой стенкой барабана, при этом внутри полой стенки барабана на уровне глухого выходного торца жаровой трубы установлена перегородка, образующая канал вывода отработанного теплоносителя, обеспечивающего нагрев корпуса барабана в зоне сушки. Разгрузочный узел готового материала может быть выполнен в виде транспортирующего шнека. Полые стенки барабана образованы внешним жестко связанным с барабаном теплоизолированным кожухом. Выходной торец барабана выполнен открытым и снабжен съемным вентилируемым кожухом. Для предотвращения обрастания внутренней полости барабана высушенным гидролизным лигнином, на стенках зоны досушивания и разгрузки барабана может быть жестко установлена подъемная насадка. Сравнение предлагаемого способа с известным позволяет сделать вывод о новом приеме сушки гидролизного лигнина — послойной бесконтактной сушки между двумя теплопередающими поверхностями при перемещении влажного материала, но без перемешивания, с последующей досушкой в присутствии открытого разгрузочного узла и вентилируемом отводе образующихся паров влаги и пылеобразной фракции гидролизного лигнина. Этот прием позволяет решить поставленную задачу — безопасная сушка гидролизного лигнина без угрозы взрыва при повышении производительности процесса сушки и обеспечение непрерывности процесса. Ведение нагревания при температуре, превышающей температуру насыщения паров воды, но ниже температуры тления гидролизного лигнина, обеспечивает сохранение его полезных свойств — высокий пластичности, вяжущих и сорбционных свойств, химической и физической структуры. Предлагаемое устройство позволяет реализовать заявляемый способ и характеризуется новым конструктивным выполнением сушильной зоны барабанной сушилки — созданием кольцевой камеры сушки с транспортным узлом, выполненным в виде дистанцированных друг от друга направляющих, на которых распределяется влажная масса гидролизного лигнина. Конструктивная схема организации тепловых потоков и схема теплопередачи позволяют обеспечить высокую производительность устройства. Конструктивное выполнение стадии сушки и досушивания, выполнение разгрузочного узла высушенного материала открытым, а узла отвода паров влаги и пылеобразного гидролизного лигнина вентилируемым позволяют добиться повышения эксплуатационной надежности устройства при работе с взрывоопасным материалом. Заявляемый способ и устройство для его осуществления связаны между собой единым изобретательским замыслом. Это позволяет сделать вывод о соответствии требованию «Единство изобретения». В науке и технике бесконтактная сушка материалов известна давно, однако предлагаемая нами совокупность существенных признаков позволяет добиться неочевидного результата — совместить высокую производительность процесса и его безопасность при работе с гидролизным лигнином. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «Изобретательский уровень». Заявляемый способ прошел опытно-промышленную проверку на предприятии Заявителя и может быть реализован в промышленности с использованием существующего уровня техники. Заявляемый способ и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежом, на котором показаны барабанная сушилка, общий вид, разрез А-А и разрез Б-Б. Барабанная сушилка содержит вращающийся вдоль продольной оси барабан 1 с полыми стенками, образованными кожухом 2, вращающимся совместно с барабаном, и глухой перегородкой 3, образующей рециркуляционный канал отвода отработанных газов 4. Барабан 1 с кожухом 2 установлены на опорах 5. Тепловой элемент в виде жаровой трубы 6 установлен соосно с барабаном 1 с возможностью совместного вращения. На входе жаровой трубы 6 размещена топка 7 с соплом, на выходе — глухой торец 8 и патрубки отвода отработанных газов 9. Межстеночный кольцевой зазор жаровой трубы 6 и барабана 1 образует кольцевую камеру сушки 10, в которой установлены направляющие 11, сообщенные с загрузочным узлом исходного материала 12. Топка 7 сообщена с узлом ввода теплоносителя 13, в качестве которого используют воздух. Канал вывода отработанных газов 4 соединен с узлом отвода теплоносителя 14. Глухой торец жаровой трубы 8 делит барабан на зону сушки, образованную кольцевой камерой сушки 10 и жаровой трубой 6, и зону досушивания и разгрузки 15. Барабан 1 снабжен съемным кожухом 16 с разгрузочным узлом готового материала 17 и узлом отвода паров влаги 18. Для предотвращения обрастания зоны досушивания и разгрузки 15 она дополнительно может быть снабжена подъемной насадкой, например, в виде полых полочек 19. Для улучшения теплообмена внутри жаровой трубы могут быть жестко установлены ребра, выполняющие функцию теплообменника 20. Барабанная сушилка работает следующим образом. После розжига топки 7 барабан 1 приводится во вращение посредством привода (не показан), а через загрузочный узел 12 влажный гидролизный лигнин подается в кольцевую камеру 10, распределяется в ней на направляющих 11 и перемещается вдоль жаровой трубы 6. В процессе перемещения влажного гидролизного лигнина происходит процесс его нагрева с выделением паров влаги, которые вместе в пылеобразной фракцией отводятся через вентилируемый узел отвода паров и пыли 18. Газы, образующиеся в процессе горения топки и состоящие из продуктов горения топлива, окисленной и неокисленной атмосферы и воздуха, проходят внутри жаровой трубы и через патрубки 9 поступают в канал 4, нагревая корпус барабана 1, поступают через узел отвода теплоносителя 14 в атмосферу. После прохождения кольцевой камеры сушки 10 частично высушенный гидролизный лигнин поступает в зону досушивания и разгрузки 15, где при вращательном движении барабана происходит процесс досушивания материала при его естественном перемешивании. Отходящие пары влаги и пылеобразная фракция лигнина отводятся через вентилируемый узел отвода паров и пыли 18. Высушенный материал через открытый разгрузочный узел 17 подается на транспортер (не показан), размещенный под естественным углом откоса. Способ иллюстрируется примером конкретного выполнения. Гидролизный лигнин Тавдинского гидролизного завода с исходной относительной влажностью 65-70%, представляющий собой отход гидролизного производства этилового спирта, кормовых дрожжей и технического фурфурола, порошок светло-коричневого цвета, насыпной вес 0,3 г/см3, теплотворная способность 3250 ккал/кг, T воспламенения 425oC, T воспламенения 195oC, T тления 185oC, нижний концентрационный предел воспламенения 52,5 гм3, по транспортеру через загрузочный узел 12 подают во вращающийся барабан 1. Влажный материал распределяется на наклонных направляющих 11 в кольцевой камере 10 и нагревается от жаровой трубы 6, барабана 1 и дополнительно от направляющих 11. Нагрев ведут до достижения температуры в массе лигнина, не превышающей температуру его тления. Температура внутренней поверхности жаровой трубы не превышает 650oC, температура стенок барабана, обогреваемого отходящими газами, не превышает 250oC. В кольцевой камере сушки гидролизный лигнин перемещается вдоль жаровой трубы 6 путем пересыпания с наклонных направляющих в зону досушивания и разгрузки 15. Выделяющаяся влага и пылеобразная фракция гидролизного лигнина отсасывается через вентилируемый узел отвода паров и пыли 18. В зоне досушивания и разгрузки 15 теплопередача осуществляется через теплопроводные стенки барабана, гидролизный лигнин перемешивается за счет вращательного движения барабана и через открытый узел разгрузки выводится из сушилки с относительной влажностью, не превышающей 15%. Режим подачи гидролизного лигнина регулируется температурой отходящих газов. Степень сушки материала регулируется скоростью подачи влажного гидролизного лигнина. Производительность процесса сушки гидролизного лигнина в предлагаемом устройстве составляет 1 тонна/час. Заявляемое изобретение позволяет в значительной степени решить проблему крупнотоннажного техногенного отхода с получением полезных материалов. Высушенный заявляемым способом гидролизный лигнин сохраняет присущие ему полезные свойства и пригоден в качестве связующего при производстве древесно-стружечных плит, других строительных материалов, в качестве наполнителя в составах, применяющихся при разработке нефтяных скважин, при производстве углеродных материалов, в качестве экзотермической составляющей теплоизолирующих смесей в черной металлургии и др.

Формула изобретения

1. Способ сушки гидролизного лигнина, включающий подачу влажного материала в сушилку, нагревание в сушильном пространстве при перемещении материала, выдерживание при температуре, превышающей температуру насыщения паров воды для выделения ее паров, отвод образующихся паров влаги из сушильного пространства и выгрузку сухого материала, отличающийся тем, что сушку ведут путем последовательной тепловой обработки во вращающемся барабане, на первой стадии влажный материал распределяют послойно в сушильном пространстве между двумя тепловыми элементами, выполненными в виде нагреваемых теплоносителем поверхностей для двусторонней сушки материала, нагрев ведут без прямого контакта материала с теплоносителем до температуры, обеспечивающей температуру в массе не выше температуры тления гидролизного лигнина, на второй стадии материал досушивают путем выдерживания в нагретом состоянии при естественном перемешиваний, обеспечиваемом вращением барабана, а выделяющиеся в процессе сушки материала и его досушивания пары влаги и пылеобразной фракции гидролизного лигнина отделяют путем их отсоса, выгрузку высушенного материала ведут через открытое разгрузочное устройство, проницаемое для воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку ведут при нагревании, обеспечивающим температуру в массе не выше 185°С. 3. Устройство для осуществления способа по п.1, выполненное в виде барабанной сушилки, содержащей горизонтальный вращающийся вокруг продольной оси барабан с размещенным внутри и жестко с ним связанным нагревательным элементом, выполненным в виде жаровой трубы, снабженной на входе топливным узлом, загрузочный и разгрузочные узлы, размещенные по торцам барабана, узлы ввода и вывода теплоносителя, отличающееся тем, что жаровая труба размещена в барабане коаксиально, кольцевой зазор между стенками жаровой трубы и барабана образует кольцевую камеру сушки, жаровая труба выполнена с глухим выходным торцом, который делит барабан на зону сушки материала и зону его досушивания и разгрузки, в кольцевой камере сушки с возможностью теплового контакта с жаровой трубой установлен транспортирующий узел, выполненный в виде жестко дистанцированных друг от друга направляющих, стенки барабана выполнены полыми, со стороны глухого выходного торца жаровой трубы размещены патрубки вывода отработанного теплоносителя, сообщенные с полыми стенками барабана, при этом внутри полых стенок барабана на уровне глухого выходного торца жаровой трубы установлены перегородки, образующие канал вывода отработанного теплоносителя в направлении узла вывода теплоносителя, размещенного со стороны входного торца барабана, узел загрузки материала сообщен с направляющими кольцевой камеры сушки, зона досушивания и разгрузки материала снабжена вентилируемым узлом отвода паров влаги и пыли. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что транспортирующий узел выполнен в виде наклонно установленных перегородок. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что узел разгрузки высушенного материала выполнен в виде транспортирующего шнека. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что полые стенки барабана образованы внешним жестко связанным с барабаном теплоизолированным кожухом. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что зона досушивания и разгрузки дополнительно снабжена жестко установленной на стенках барабана подъемной насадкой для предотвращения обрастания внутренней полости барабана высушенным материалом. 8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что внутри жаровой трубы для улучшения теплообмена жестко установлены ребра. 9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что выходной торец барабана выполнен открытым и снабжен съемным кожухом.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.03.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2003

Извещение опубликовано: 20.04.2003        


Лигнин – ферментные взаимодействия при гидролизе лигноцеллюлозной биомассы

https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2018.10.010Получить права и содержание

Основные моменты

Лигнин и производные лигнина фенольные соединения ингибируют лигноцеллюлолитические ферменты.

В то время как лигнин неспецифически адсорбирует ферменты, фенольные соединения ингибируют и / или дезактивируют их. Эффект будет варьироваться в зависимости от типа фенольных соединений, их концентрации и возможных синергетических эффектов.

Эффект также будет зависеть от типа фермента и микроорганизма, из которых они были произведены.Ферменты из Trichoderma reesei более восприимчивы к ингибирующим и / или дезактивирующим эффектам, чем ферменты из Aspergillus niger .

Некаталитические белки, такие как бычий сывороточный альбумин или белки, полученные из сои, минимизируют неспецифическую адсорбцию гидролитических ферментов на лигнине.

Понимание этих механизмов ингибирования или дезактивации ферментов и подходов к их смягчению потенциально способствует дальнейшему снижению затрат, связанных с конверсией целлюлозы.

Лигнин играет центральную роль в преодолении сопротивляемости ферментативному гидролизу лигноцеллюлозы. Хотя этот термин подразумевает физический барьер в структуре клеточной стенки, существуют также важные биохимические компоненты, которые направляют взаимодействия между лигнином и гидролитическими ферментами, которые атакуют целлюлозу в стенках растительных клеток. Прогресс на пути к более глубокому пониманию пути синтеза лигнина — и согласованности между рядом наблюдений за последние 40 лет в очень обширной литературе по гидролизу целлюлозы — приводит к достижениям в уменьшении основного препятствия на пути преобразования целлюлозы: стоимости ферментов .В этом обзоре рассматривается лигнин и его роль в гидролизе древесины лиственных пород и других лигноцеллюлозных остатков.

Ключевые слова

целлюлазы

β-глюкозидаза

гидролиз

лигнин

связывание лигнина с ферментом

фенилпропаноидный путь

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи Ltd. (0)

© 2018 Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Лигнин-ферментные взаимодействия при гидролизе лигноцеллюлозной биомассы

Обзор

.2019 Май; 37 (5): 518-531. DOI: 10.1016 / j.tibtech.2018.10.010. Epub 2018 23 ноя.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Лаборатория разработки возобновляемых ресурсов, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США.
  • 2 Департамент технологий сельскохозяйственного машиностроения, Университет Висконсина, Ривер-Фолс, Висконсин 54022, США.
  • 3 Лаборатория разработки возобновляемых ресурсов, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; www.purdue.edu/LORRE. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Обзор

Антонио Карлос душ Сантуш и др. Trends Biotechnol. 2019 май.

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

.2019 Май; 37 (5): 518-531. DOI: 10.1016 / j.tibtech.2018.10.010. Epub 2018 23 ноя.

Принадлежности

  • 1 Лаборатория разработки возобновляемых ресурсов, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США.
  • 2 Департамент технологий сельскохозяйственного машиностроения, Университет Висконсина, Ривер-Фолс, Висконсин 54022, США.
  • 3 Лаборатория разработки возобновляемых ресурсов, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, Вест-Лафайет, IN 47907, США; www.purdue.edu/LORRE. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Лигнин играет центральную роль в преодолении сопротивляемости ферментативному гидролизу лигноцеллюлозы.Хотя этот термин подразумевает физический барьер в структуре клеточной стенки, существуют также важные биохимические компоненты, которые направляют взаимодействия между лигнином и гидролитическими ферментами, которые атакуют целлюлозу в стенках растительных клеток. Прогресс на пути к более глубокому пониманию пути синтеза лигнина — и согласованности между рядом наблюдений за последние 40 лет в очень обширной литературе по гидролизу целлюлозы — приводит к достижениям в уменьшении основного препятствия на пути превращения целлюлозы: стоимости ферментов .В этом обзоре рассматривается лигнин и его роль в гидролизе древесины лиственных пород и других лигноцеллюлозных остатков.

Ключевые слова: целлюлазы; гидролиз; лигнин; связывание лигнина с ферментом; фенилпропаноидный путь; β-глюкозидаза.

Copyright © 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Похожие статьи

  • Физико-химическая конверсия лигноцеллюлозы: эффекты ингибиторов и стратегии детоксикации: мини-обзор.

    Ким Д. Ким Д. Молекулы. 2018 1 февраля; 23 (2): 309. DOI: 10,3390 / молекулы23020309. Молекулы. 2018. PMID: 29389875 Бесплатная статья PMC. Обзор.

  • Производство целлюлолитических ферментов и ферментативный гидролиз для производства биоэтанола второго поколения.

    Ван М., Ли З., Фанг Х, Ван Л., Цюй Ю. Ван М. и др. Adv Biochem Eng Biotechnol. 2012; 128: 1-24. DOI: 10.1007 / 10_2011_131. Adv Biochem Eng Biotechnol. 2012 г. PMID: 22231654 Обзор.

  • Быстрый микроанализ для оценки ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных субстратов.

    Берлин А., Максименко В., Бура Р., Канг К. Ю., Гилкс Н., Сэддлер Дж.Берлин А. и др. Biotechnol Bioeng. 2006 5 апреля; 93 (5): 880-6. DOI: 10.1002 / бит.20783. Biotechnol Bioeng. 2006 г. PMID: 16345088

  • Тканево-специфическая резистентность биомассы в кукурузной соломе, предварительно обработанной жидкой горячей водой: ферментативный гидролиз (часть 1).

    Zeng M, Ximenes E, Ladisch MR, Mosier NS, Vermerris W., Huang CP, Sherman DM. Zeng M, et al. Biotechnol Bioeng.2012 февраль; 109 (2): 390-7. DOI: 10.1002 / бит.23337. Epub 2011 17 октября. Biotechnol Bioeng. 2012 г. PMID: 21928336

  • Разложение лигноцеллюлозной биомассы на топливо и химикаты.

    Чундават СП, Бекхэм ГТ, Химмель МЭ, Дейл БЭ. Чундават С.П. и др. Annu Rev Chem Biomol Eng. 2011; 2: 121-45. DOI: 10.1146 / annurev-chembioeng-061010-114205. Annu Rev Chem Biomol Eng.2011 г. PMID: 22432613 Обзор.

Процитировано

15 статей
  • Биоинспирированные твердые кислотные катализаторы-миметики целлюлазы для гидролиза целлюлозы.

    Ян Г, Ло Х, Шуай Л. Ян Г и др. Фронт Bioeng Biotechnol. 2021, 18 ноября; 9: 770027.DOI: 10.3389 / fbioe.2021.770027. Электронная коллекция 2021 г. Фронт Bioeng Biotechnol. 2021 г. PMID: 34869284 Бесплатная статья PMC. Обзор.

  • Последние достижения в понимании влияния структурных характеристик лигнина на ферментативный гидролиз.

    Юань И, Цзян Б., Чен Х, Ву В, Ву С, Цзинь И, Сяо Х. Юань Y и др. Биотехнология Биотопливо. 2021 20 октября; 14 (1): 205. DOI: 10.1186 / s13068-021-02054-1. Биотехнология Биотопливо. 2021 г. PMID: 34670604 Бесплатная статья PMC. Обзор.

  • Регулирующая сеть, стимулирующая одревеснение побегов быстрорастущего бамбука.

    Ян К., Ли Л., Лу И, Чжу Ц., Ли Х, Гао З. Ян К. и др. Plant Physiol. 2021, 5 октября; 187 (2): 900-916. DOI: 10,1093 / plphys / kiab289. Plant Physiol. 2021 г. PMID: 34608957 Бесплатная статья PMC.

  • Разнообразные псевдостебли и раки банана являются отличительными чертами съедобных углеводов и осахаривания лигноцеллюлозы с целью получения высокого уровня производства биоэтанола при химической предварительной обработке и предварительной обработке жидкой горячей водой.

    Ли Дж, Лю Ф, Ю Х, Ли И, Чжоу С, Ай И, Чжоу Х, Ван И, Ван Л, Пэн Л, Ван Й. Ли Дж. И др. Молекулы. 2021 год, 24 июня; 26 (13): 3870. DOI: 10,3390 / молекулы26133870.Молекулы. 2021 г. PMID: 34202856 Бесплатная статья PMC.

  • Предварительная обработка лигноцеллюлоз зеленым растворителем как предварительный процесс биопереработки: небольшой обзор.

    Инь X, Вэй Л., Пань X, Лю Ц., Цзян Дж., Ван К. Инь X и др. Фронтальный завод им. 2021 г. 8 июня; 12: 670061. DOI: 10.3389 / fpls.2021.670061. Электронная коллекция 2021 г. Фронтальный завод им. 2021 г. PMID: 34168668 Бесплатная статья PMC.Обзор.

Типы публикаций

  • Поддержка исследований, за пределами США. Правительство
  • Поддержка исследований, Правительство США, Non-P.H.S.

LinkOut — дополнительные ресурсы

  • Источники полного текста

  • Разное

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Гидролитический лигнин: активированная и фторированная формы

[1] Дж.М. Росас, Р. Беренруер, М. Дж. Валеро-Ромеро, Дж. Родригес-Мирасол и Т. Кордеро, Границы в материалах Материалы на основе углерода. 1 (2014) 1-17. Информация на www.frontiersin.org.

[2] С.Гнеденков, Д. Опра, С. Синебрюхов, А. Цветников, А. Устинов, В. Сергиенко, Гидролизный лигнин: электрохимические свойства органического катодного материала для первичной литиевой батареи, J. Ind. Eng. Chem. 20 (2014) 903-910.

DOI: 10.1016 / j.jiec.2013.06.021

[3] Г.Милчарек, О. Инганас, Возобновляемые катодные материалы из взаимопроникающих сетей биополимер / сопряженный полимер, Наука. 335 (2012) 1468-1471.

DOI: 10.1126 / science.1215159

[4] Ю.М., Николенко Д. Опра, А. Цветников, А.А. Соколов, А. Зятдинов, С.В. Гнеденков, Лигнин, его графитированные и фторированные производные: Перспективы применения в качестве электродно-активного компонента литиевой батареи, Известия Высших учебных заведений серии химия и химическая технология. 59 (2016) 92-98.

DOI: 10.6060 / tcct.20165909.15y

[5] М. Кидзима, Т. Хирукава, Ф. Ханава, Т. Хата, Термическое превращение щелочного лигнина и его структурированных производных в пористые карбонизированные материалы, Технология биоресурсов.102 (2011) 6279-6285.

DOI: 10.1016/j.biortech.2011.03.023

[6] Yu.М. Николенко, А. Зятдинов, Пленки нанографита: структура и свойства, явления твердого тела. 247 (2016) 17-23.

DOI: 10.4028 / www.scientific.net / ssp.247.17

[7] С.Гнеденков, Д. Опра, Л.А. Земнухова, С. Синебрюхов, И.А. Кедринский, О. Патрушева, В. Сергиенко, Электрохимические характеристики лигнина Класона в качестве катодно-активного материала для литиевой батареи, J. Energ. Chem. 24 (2015) 346-352.

DOI: 10.1016 / s2095-4956 (15) 60321-7

[8] Диппель Б, Яндер Х, Хайнценберг Дж.Исследование пламенной сажи с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и фурье в ближнем инфракрасном диапазоне // Phys. Chem. Chem. Phys. 1 (1999) 4707-4712.

DOI: 10.1039 / a

9e

[9] Т.Джавари, А. Роид и Дж. Касадо, Рамановская спектроскопическая характеристика некоторых коммерчески доступных материалов сажи, Carbon. 33 (1995) 1561-1565.

DOI: 10.1016 / 0008-6223 (95) 00117-v

[10] А.Феррари К. и Робертсон Дж. Интерпретация спектров комбинационного рассеяния неупорядоченного и аморфного углерода // Phys. Ред. B. 61 (2000) 14095-14107.

DOI: 10.1103 / Physrevb.61.14095

[11] Ф.Туинстра, Дж. Л. Кениг, Рамановский спектр графита, J. ​​Phys. Chem. 53 (1970) 1126-1130.

[12] Л.Г. Кансадо, К. Такаи, Т. Эноки, М. Эндо, Ю.А. Ким, Х. Мизусаки, А. Джорио, Л.Н. Коэльо, Р. Магальяйнш-Паниаго, М.А. Пимента, Общее уравнение для определения размера кристаллитов La нанографита методом рамановской спектроскопии, Applied Phys. Позволять. 88 (2006) 163106. Информация на http://apl.aip.org/apl/copyright.jsp.

[13] Л.Чжао, В. Ван, А. Ван, К. Юань, С. Чен, Ю. Ян, Новый полихиноновый катодный материал для перезаряжаемых литиевых батарей, J. Power Sources. 233 (2013) 23-27.

DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.01.103

[14] W.А. Шалквейк, Б. Скросати, Достижения в литий-ионных батареях, Springer science + business media, Берлин, 2002, 513 с. ISBN 978-0-306-47508-5.

[15] Э.Дж. Ю, Дж. Ким, Э. Хосоно, Х. Чжоу, Т. Кудо, И. Хонма, Большое обратимое Li-хранилище семейств графеновых нанолистов для использования в перезаряжаемых литий-ионных батареях, Nano Letters. 8 (2008) 2277-2282.

DOI: 10.1021 / nl800957b

Влияние комплексообразования лигнин-металл на ферментативный гидролиз целлюлозы

Влияние комплексообразования лигнин-металл на ферментативный гидролиз целлюлозы | Treesearch Перейти к основному содержанию

.gov означает, что это официально.
Веб-сайты федерального правительства часто заканчиваются на .gov или .mil. Прежде чем делиться конфиденциальной информацией, убедитесь, что вы находитесь на сайте федерального правительства.

Сайт безопасен.
https: // гарантирует, что вы подключаетесь к официальному веб-сайту, и что любая предоставляемая вами информация шифруется и безопасно передается.

Тип публикации:

Разные публикации

Первичная станция (и):

Лаборатория лесных товаров

Источник:

Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии.Vol. 58, вып. 12 (2010): с. 7233-7238.

Описание

В этом исследовании изучали ингибирование ферментативного гидролиза несвязанным лигнином (растворимым и нерастворимым) с добавлением соединений металлов или без них. Сульфированный, органосольв и крафт-лигнин добавляли в водные системы фермент-целлюлоза в различных концентрациях перед гидролизом.Измеренная субстратная ферментативная перевариваемость (SED) целлюлозы снизилась на 15%, когда SL был добавлен до концентрации 0,1 г / л из-за непродуктивной адсорбции ферментов на лигнин. Было обнаружено, что Cu (II) и Fe (III) ингибируют ферментативный гидролиз целлюлозы в присутствии лигнина. Было обнаружено, что Ca (II) и Mg (II) уменьшают или устраняют адсорбцию непродуктивных ферментов за счет образования комплекса лигнин-металл. Добавление Ca (II) или Mg (II) до концентрации 10 мМ может почти полностью устранить снижение SED, вызванное непродуктивной адсорбцией фермента на исследуемых лигнинах (SL, OL или KL при концентрации 0.1 г / л). Было также обнаружено, что Ca (II) снижает ингибирующий эффект связанного лигнина в предварительно обработанном древесном субстрате, что позволяет предположить, что Ca (II) также может образовывать комплекс со связанным лигнином на предварительно обработанных твердых лигноцеллюлозах. Значительное улучшение SED примерно более чем на 27% эвкалиптового субстрата, полученного предварительной сульфитной обработкой для преодоления стойкости к лигноцеллюлозе (SPORL), было достигнуто с применением Ca (II).

Цитата

Лю Х.; Zhu, J.Y .; Фу, С.Ю. 2010. Влияние комплексообразования лигнин-металл на ферментативный гидролиз целлюлозы. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 58 (12): 7233-7238.

Процитировано

Примечания к публикации

  • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
  • Эта статья была написана и подготовлена ​​служащими правительства США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.

https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/36618

Frontiers | Усиление опосредованного ферментами гидролиза целлюлозы путем включения кислотных групп в лигнин во время предварительной обработки биомассы

Введение

Было доказано, что лигнин является серьезным препятствием при попытке провести эффективный ферментно-опосредованный гидролиз лигноцеллюлозных субстратов.Прошлые исследования показали, что этот лигнин ингибирует гидролиз с помощью двух основных механизмов, его присутствие ограничивает набухание субстрата и, следовательно, ограничивает доступность целлюлозы, а также связывание лигнина с целлюлолитическими ферментами и ограничение их активности (Nakagame et al., 2010; Del Rio et al. , 2011; Кумар и др., 2012; Рахикайнен и др., 2013). Хотя было показано, что удаление лигнина является эффективным способом усиления ферментативно-опосредованного гидролиза целлюлозы (Mooney et al., 1998), на сегодняшний день коммерчески не реализованы рентабельные методы, основанные на делигнификации, в первую очередь из-за стоимости, связанной с использование химикатов (Takada et al., 2020). В результате значительный объем работы был сосредоточен на попытках смягчить ингибирующий эффект лигнина путем его модификации, например, использования относительно мягких условий реакции, которые включают кислотные группы в макромолекулу лигнина, что, следовательно, усиливает гидролиз целлюлозы без необходимости полной делигнификации (Eriksson et al., 2002; Berlin et al., 2006; Pan, 2008; Del Rio et al., 2011; Nakagame et al., 2011a).

Окисление и сульфирование были наиболее распространенными методами, так как это изменяет структуру и заряд лигнина за счет включения кислотных групп.Оба подхода широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности, при этом щелочное окисление преимущественно используется для удаления остаточного лигнина из небеленой крафт-целлюлозы (Fengel and Wegener, 1989; Kalliola et al., 2011), а сульфирование преимущественно используется для смягчения лигнина перед механической обработкой. варка древесной щепы (Börås and Gatenholm, 1999). Совсем недавно обработки окислением и сульфированием, которые приводят к включению групп карбоновой и сульфоновой кислоты, соответственно, были включены в методы предварительной обработки для повышения доступности целлюлозы при сохранении компонентов гемицеллюлозы и лигнина (Chandra et al., 2016; Чу и др., 2017; Wu et al., 2019, 2020). Например, включение кислотных групп в лигнин, как было показано, усиливает набухание волокон, следовательно, увеличивает доступность ферментов для целлюлозы (Del Rio et al., 2011), а также снижает взаимодействие лигнин-фермент в результате гидрофобности (Eriksson et al. ., 2002), ионных (Berlin et al., 2006) и водородных связей (Sewalt et al., 1997; Pan, 2008). В результате этих обработок лигнин также становится более гидрофильным, что снижает его склонность к гидрофобному связыванию с ферментами (Nakagame et al., 2011а). Депротонирование кислотных групп генерирует отрицательный заряд, способствуя электростатическому отталкиванию между отрицательно заряженными ферментами лигнина и целлюлазой (Nakagame et al., 2010; Del Rio et al., 2011).

Несмотря на эти идеи, преимущества интеграции кислотных групп в деконструкцию биомассы еще предстоит полностью решить. Например, как структура и характеристики сульфоновой (сильная кислота) и карбоновых (слабая кислота) кислот влияют на гидролиз целлюлозы (Fengel and Wegener, 1989; Ben et al., 1993; Yang et al., 2003), в то время как в то же время повышение уровня pH может иметь потенциал для дальнейшей ионизации кислотных групп, присоединенных к лигнину. Поскольку было показано, что это увеличивает гидрофильность и отрицательный заряд, это также может способствовать отталкиванию между лигнином и отрицательно заряженными целлюлазами (Lan et al., 2013; Lou et al., 2013).

В работе, представленной здесь, аналогичные количества групп карбоновой и сульфоновой кислоты были включены в лигнин, присутствующий в предварительно обработанных механических волокнах.Исследование, описанное в рукописи, помогло лучше понять положительный эффект добавления группы сульфоновой и карбоновой кислоты к лигнину с точки зрения доступности / разрушения ферментов целлюлозы. Было показано, что образцы как окисленного, так и сульфированного лигнина менее ингибируют гидролиз целлюлозы, а также меньше адсорбируют ферменты. Сульфированный и окисленный лигнин содержал больше кислотных групп и алифатических гидроксильных групп и меньше фенольных гидроксильных групп. Это увеличивает гидрофильность лигнина и увеличивает отрицательный заряд, уменьшая непродуктивное связывание целлюлаз с лигнином.

Материалы и методы

Биомасса и химикаты

Древесная щепа из осины была получена на целлюлозном заводе в Западной Канаде, и щепа просеивалась с использованием ячеек размером 2,5 × 2,5 см и 5,0 × 5,0 см. Согласно Wu et al., Во время предварительной обработки на водной основе стружку нагревали при 170 ° C в течение 1 часа. (2019). Предварительно обработанная осина была впоследствии подвергнута механической варке / рафинированию с использованием соковыжималки с двумя зубчатыми колесами (соковыжималка super angel, модель 8500) в общем объеме 10 л воды.Кислотную промывку предварительно обработанной механической целлюлозы (MP) Aspen проводили в соответствии с Meng et al. (2015). Богатая целлюлозой делигнифицированная крафт-пульпа была предоставлена ​​Fortress Ltd. Ферменты протеазы, перкарбонат натрия, сульфит натрия и безводный эфир были приобретены у Millipore Sigma (Оквилл, Канада).

Щелочное окисление и нейтральное сульфирование предварительно обработанной осины

Двадцать граммов предварительно обработанной и промытой кислотой механической целлюлозы инкубировали в течение ночи либо с 16% сульфитом натрия, либо с 32% перкарбонатом натрия при 10% -ной загрузке твердого вещества на водяной бане при 60 ° C.После реакции субстраты промывали водой и хранили при 4 ° C для дальнейших анализов.

Ферментативный гидролиз

Смесь целлюлазы

Cellic CTec 3, используемая для ферментативного гидролиза, имеет содержание белка 208,9 мг / мл и целлюлазную активность FPU / мл. Ферментативный гидролиз субстратов при загрузке 2% твердых веществ проводили в центрифужных пробирках с завинчивающейся крышкой на 2 мл, содержащих натрий-ацетатный буфер (50 мМ, pH 4,8 и pH 6) и Cellic CTec 3 (в двух экземплярах). Пробирки инкубировали во вращающемся инкубаторе при 50 ° C и высвободившиеся сахара измеряли с помощью анализатора глюкозы (YSI 2700 Select Biochemistry Analyzer) через 6, 24 и 48 часов гидролиза.Перед ферментативным гидролизом содержание белка в препарате Cellic CTec 3 измеряли с использованием нингидринового эссе, согласно Mok et al. (2015).

Характеристики субстратов

Химический состав субстратов был проанализирован в соответствии с протоколом Класона с использованием стандартного метода TAPPI T222, как описано Wu et al. (2019). Доступность целлюлозы для ферментов измерялась модифицированным методом окраски Саймона с использованием высокомолекулярной фракции красителя Direct Orange 15, согласно Chandra and Saddler (2012).Кондуктометрическое титрование кислотных групп проводили с использованием модифицированной версии метода, разработанного Кацем и Битсоном (1984).

Выделение лигнина, обработанного протеазой (PTL)

PTL был выделен из субстратов биомассы с использованием метода, ранее описанного Nakagame (2010). Вкратце, предварительно обработанные субстраты подвергали ферментативному гидролизу с использованием препарата Cellic CTec 3 при 2% твердых веществ и загрузке белка 30 мг / г целлюлозы при 50 ° C в течение 72 часов. Остаток гидролиза центрифугировали, промывали и подвергали второму циклу ферментативного гидролиза в тех же условиях с последующим центрифугированием и промывкой.Этот остаток инкубировали с протеазой (1 ед. / Мл) в фосфатном буфере (50 мМ, pH 7) при 37 ° C в течение 24 часов, а затем переносили на водяную баню при 90 ° C на 2 часа для дезактивации протеазы. После промывки обработанный протеазой лигнин (PTL) пропускали через сито 40 меш и сушили вымораживанием.

Выделение ферментативного лигнина с умеренным ацидолизом (EMAL)

Лигнин EMAL экстрагировали из образцов лигнина, обработанного протеазой (PTL). Вкратце, лиофилизированный PTL подвергался мягкому ацидолизу в кислом водном растворе диоксана (85% диоксана: 15% воды, 0.01M HCl) с обратным холодильником при 87 ° C в течение 3 часов. Затем смесь центрифугировали (5000 об / мин, 5 мин), супернатант собирали и осаждали в безводном эфире. После осаждения лигнина его фильтровали через мембрану из поливинилиденфторида (PVDF), промывали безводным эфиром и сушили в вакуумном сушильном шкафу при 40 ° C.

Тест на гидрофобность лигнина

Гидрофобность образцов лигнина, обработанного протеазой (PTL), оценивалась путем их адаптации к красителю Rose Bengal, согласно Huang et al.(2017).

Измерение дзета-потенциала лигнина

Значения дзета-потенциала определяли в трех экземплярах с использованием Zeta-Meter 3.0+ (ZETA-METER, INC., Staunton, VA). Перед измерением образцы диспергировали в 50 мМ Na-ацетатном буфере (pH 4,8 и pH 6).

Адсорбция лигнина на коктейле с улучшенными ферментами (Cellic CTec3)

Адсорбцию ферментов, присутствующих в Cellic CTec3, на изолированных образцах лигнина, обработанного протеазой (PTL), проводили при 10 ° C в 2.Центрифужные пробирки объемом 0 мл с крышкой для экипажа с использованием 1 мл натрий-ацетатного буфера (50 мМ, pH 4,8 и pH 6). Флаконы, содержащие 1% (мас. / Об.) Лигнина и ферменты (0,5 мг / мл), инкубировали в течение 3 ч, затем центрифугировали и собирали супернатант. Содержание белка в супернатантах измеряли методом нингидрина согласно Mok et al. (2015), используя BSA в качестве стандарта белка. Количество фермента, адсорбированного на лигнине, определяли как разницу между начальной загрузкой фермента и свободным ферментом, присутствующим в супернатанте.

Гель-проникающая хроматография (ГПХ)

Молекулярную массу образцов лигнина EMAL анализировали с помощью ГПХ с использованием Agilent 1100, оборудованного детектором дифференциального показателя преломления optilab T-rEX (dRI, Wyatt Tech. CA, США) и поли (стиролсульфонатом) в качестве стандарта и DMSO / LiBr ( 0,5% мас. / Об.) В качестве элюента при скорости потока 0,5 мл / мин. Перед анализом 10 мг лигнина растворяли в 1 мл ДМСО / BrLi (0,5% мас. / Об.), Оставляли при комнатной температуре на 48 ч и фильтровали через фильтры из ПТФЭ 0,45 мкм.Данные были собраны и проанализированы с использованием программного обеспечения ASTRA 6.0.

31 P Ядерный магнитный резонанс ( 31 P ЯМР)

Типы и количество гидроксильных групп, расположенных на лигнине EMAL, анализировали методом ЯМР 31 P с использованием спектрометра Bruker Avance 300 МГц в соответствии с методом, описанным Song et al. (2019). Ацетилацетонат хрома (III) и N-гидрокси-5-норборнен-2,3-дикарбоксимид были выбраны в качестве соответствующих релаксационных реагентов и внутреннего стандарта, и их растворяли в смеси пиридин / CDCl 3 (1.6: 1, об. / Об.) При концентрациях 5,6 и 9,0 мг / мл соответственно. 20 мг высушенного лигнина EMAL растворяли в 400 мкл смеси пиридин / CDCl 3 , где 100 мкл раствора внутреннего стандарта, 40 мкл раствора релаксационного реагента и 50 мкл 2-хлор-4,4,5,5. -тетраметил-1,2,3-диоксафосфолан (TMDP) добавляли перед анализом 31 P ЯМР. Импульс развязки с обратным стробированием использовался со следующими параметрами; количество сканирований 800, задержка релаксации 5 с, время сбора данных 1,4 с, длительность импульса 6 мкс и ширина импульса 90 °.

Результаты и обсуждение

Влияние сульфирования и окисления лигнина на доступность целлюлозы и ферментативный гидролиз

Как мы и ожидали, присутствие гемицеллюлозы и присущих ей кислотных групп (например, коричных кислот и ацетильных групп), связанных с биомассой, также может влиять на набухание субстрата (Sjöström et al., 1965; Ju et al., 2013) и гидролиз целлюлозы , стадия предварительной обработки сначала была проведена при 170 ° C, чтобы в первую очередь солюбилизировать гемицеллюлозу при минимизации конденсации лигнина (Garrote et al., 2001; Ли и др., 2010). Предварительно обработанная суспензия осины была впоследствии измельчена с помощью соковыжималки с двумя зубчатыми колесами для имитации механического измельчения. Поскольку первоначальное кондуктометрическое титрование показало, что предварительно обработанная механическая пульпа (MP) все еще содержала некоторые слабые кислоты, пульпа была впоследствии промыта кислотой для удаления любых остаточных групп уроновой кислоты, которые потенциально были расположены на остаточной гемицеллюлозе (Meng et al., 2015). После этой серии обработок пульпа содержала менее 10% гемицеллюлозы, и любые связанные кислотные группы были ниже определяемых уровней (таблица 1).Последующие реакции щелочного окисления и нейтрального сульфирования пульпы без кислотных групп проводили с использованием перкарбоната натрия (Na 2 CO 3 ⋅ 1,5 H 2 O 2 ) и сульфита натрия (Na 2 SO ). 3 ), соответственно, поскольку ранее было показано, что щелочное окисление и нейтральное сульфирование усиливают ферментативный гидролиз предварительно обработанной целлюлозы (Yang et al., 2002; Kumar et al., 2011). Поскольку мы надеялись модифицировать лигнин, а не удалить его, реакцию проводили при 60 ° C, чтобы минимизировать солюбилизацию более гидрофильного окисленного / сульфированного лигнина.Как показано в Таблице 1, химическая загрузка 16% сульфита натрия и 32% перкарбоната натрия привела к включению аналогичных количеств групп сульфоновой и карбоновой кислоты (60 ммоль / кг) при извлечении более 90% исходных нерастворимых в воде компонент (таблица 1). Как описано ранее Sjöström et al. (1965), сульфирование также увеличивало воздействие групп карбоновых кислот, вероятно, из-за расщепления сложноэфирных связей между лигнином и гемицеллюлозой.

Таблица 1. Химический состав и характеристики немодифицированной, сульфированной и окисленной механической целлюлозы (MP), полученной из предварительно обработанной стружки осины.

Более ранняя работа показала, что добавление кислотных групп к лигнину усиливает набухание субстрата, что приводит как к увеличению доступности ферментов, так и к гидролизу целлюлозы (Del Rio et al., 2011). Поскольку метод окрашивания Саймона был успешно использован (Stone et al., 1969; Yu and Atalla, 1998) для прогнозирования доступности целлюлозы для ферментов целлюлазы (Chandra et al., 2009) путем измерения адсорбции субстрата к красителю Directed Orange (DO), при использовании этого метода было очевидно, что сульфирование и окисление увеличивают доступность всех трех предварительно обработанных механических пульп (Таблица 1), вероятно, из-за усиленного набухания субстрата в результате модификация лигнина. Также было очевидно, что обработка сульфированием и окислением усиливала ферментно-опосредованный гидролиз целлюлозы (рис. 1), при этом окисленный субстрат был более восприимчивым, несмотря на то, что обе пульпы имели одинаковое количество лигнина и кислотных групп (таблица 1).Однако, как предполагалось ранее (Sjöström et al., 1965), вероятно, что большинство групп карбоновых кислот, присутствующих в сульфированном субстрате, были расположены на компоненте гемицеллюлозы, в то время как группы карбоновых кислот, связанные с окисленным субстратом, были ассоциируется больше с лигнином.

Рис. 1. Степень ферментно-опосредованного гидролиза целлюлозы, присутствующей в немодифицированных, сульфированных и окисленных механических волокнах (MP) при 2% твердых веществ и загрузке фермента 20 мг / г целлюлозы.

Предыдущая работа предполагала, что гидролиз может быть усилен при повышенном pH за счет дальнейшего депротонирования кислотных групп и, следовательно, увеличения гидрофильности и отрицательного заряда лигнина (Lan et al., 2013; Lou et al., 2013). Однако гидролиз как контрольного, так и модифицированного субстратов был лишь незначительно усилен, когда его проводили при pH 6 (рис. 1). Чтобы гарантировать, что активность целлюлаз не снижалась при использовании повышенного pH, богатая целлюлозой делигнифицированная крафт-пульпа гидролизовали при обоих значениях pH 4.8 и pH 6 (рисунок 2). Как наблюдалось ранее, было очевидно, что немного лучший гидролиз достигается при pH 4,8 (Reese and Mandels, 1980; Ayyachamy et al., 2013).

Рисунок 2. Ферментативный гидролиз богатой целлюлозой делигнифицированной крафт-целлюлозы при 2% твердых веществ, pH 4,8 и 6 и загрузке фермента 2 и 5 мг / г целлюлозы. Ферментативный гидролиз проводили в течение 48 ч во вращающемся инкубаторе при 50 ° C.

Выделение, характеристика и влияние контроля и модифицированного лигнина на ферментативный гидролиз

Поскольку предыдущая работа показала, что лигнин ингибирует ферментно-опосредованный гидролиз целлюлозы, ограничивая набухание субстрата и связываясь с ферментами, мы затем попытались дифференцировать, как сульфирование и окисление могут влиять на эти два механизма.Поскольку трудно извлечь лигнин из субстратов биомассы без его модификации, обработанный протеазой лигнин (PTL) часто используется для представления лигнина, присутствующего в предварительно обработанной биомассе (Nakagame et al., 2011b; Yuan et al., 2018). В этом методе используется коктейль целлюлазы для удаления углеводных компонентов с образованием богатого лигнином остатка, который затем обрабатывается протеазой для удаления ферментов. Несмотря на удаление значительной части углеводов обработкой ферментом, следует отметить, что некоторый остаточный материал все еще был связан с лигнином (таблица 2).Когда модифицированные PTL были добавлены к гидролизу богатой целлюлозой крафт-целлюлозы (в соотношении 1: 1) при pH 4,8 и 6 (рис. 3), было очевидно, что оба модифицированных PTL были менее ингибирующими с лучшим гидролизом целлюлозы. достигается при pH 6. Когда изотермы адсорбции фермента целлюлаз в присутствии PTL были измерены при pH 4,8 и pH 6, было очевидно, что сульфирование и окисление уменьшают степень адсорбции между ферментами и модифицированным лигнином (Таблица 2).Хотя это несколько неожиданно, вполне вероятно, что наблюдаемое усиление гидролиза, наблюдаемое при более высоком pH, было связано с уменьшением непродуктивного связывания ферментов с лигнином.

Таблица 2. Химический состав, потенциальная адсорбция целлюлаз, гидрофобность (оценка по адсорбции бенгальского розового) и отрицательный заряд (оценка по дзета-потенциалу) лигнинов, выделенных из немодифицированных, сульфированных и окисленных механических пульп (MP).

Рисунок 3. Ферментативный гидролиз богатой целлюлозой делигнифицированной крафт-целлюлозы с добавлением PTL, выделенных из немодифицированных, сульфированных и окисленных механических пульп (MP), с содержанием твердых веществ 2% и загрузкой ферментов 2 и 5 мг / г целлюлозы. Ферментативный гидролиз проводили в течение 48 ч во вращающемся инкубаторе при 50 ° C.

Поскольку известно, что добавление кислотных групп влияет как на гидрофильность, так и на отрицательный заряд лигнина, следовательно, снижает связывание ферментов (Nakagame et al., 2011b), мы затем хотели подтвердить эти более ранние наблюдения, используя метод Бенгальской розы и измерения дзета-потенциала (Nakagame и другие., 2011b; Хуанг и др., 2017; Song et al., 2019). Было очевидно, что добавление групп сульфоновой и карбоновой кислоты к лигнину значительно увеличивает его гидрофильность и отрицательный заряд (таблица 2) с уменьшением дзета-потенциала окисленного PTL при pH 6, что указывает на большую диссоциацию группы карбоновой кислоты.

Поскольку было возможно, что остаточная целлюлоза, связанная с каждым из образцов PTL, может влиять на анализ лигнина и его структуру, мы также использовали метод ферментативного мягкого ацидолиза лигнина (EMAL) для выделения лигнина с относительно высокими выходами без изменения его структуры и свойств ( Guerra et al., 2006). Последующий анализ образцов EMAL с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC) показал, что как сульфирование, так и окисление привели к небольшому увеличению молекулярной массы компонентов лигнина, что свидетельствует о том, что лигнин подвергался мягкой реакции повторной полимеризации в щелочных условиях (Das et al. , 2019; Таблица 3 и Рисунок 4). В предыдущей работе использовался анализ ядерного магнитного резонанса (ЯМР) 31 P для успешного количественного определения количества и типа гидроксильных групп (–OH), расположенных в ароматических и алифатических структурах лигнина (Pu et al., 2011). Поскольку предыдущие исследования показали, что сирингиллигнин намного легче удалить, чем гваяциллигнин, во время предварительной обработки биомассы древесины лиственных пород (Yu et al., 2014; Li et al., 2016) вполне вероятно, что небольшое количество лигнина сирингильной субъединицы удалялся при окислении и сульфировании (таблица 1). Интересно, что как сульфирование, так и окисление привели к небольшому увеличению содержания алифатических гидроксильных групп в лигнине, что, вероятно, было связано с расщеплением сложноэфирных групп, соединяющих алифатическую цепь лигнина и углеводы во время сульфирования и окисления лигнина (Crestini and Argyropoulos, 1997).Наблюдаемое увеличение количества групп карбоновых кислот, присоединенных к лигнину EMAL, дополнительно подтвердило, что произошло окисление лигнина (таблица 3). Когда наблюдаемые изменения в содержании гидроксильных групп лигнина сравнивали со степенью гидролиза целлюлозы, было очевидно, что те субстраты, чей лигнин содержал больше алифатических гидроксильных групп и меньше фенольных гидроксильных групп, были более легко гидролизованы (рисунки 1, 3 и таблица 3). Это согласуется с предыдущими исследованиями, которые предполагали, что алифатические гидроксильные группы в лигнине делают его более гидрофильным, тем самым снижая связывание ферментов.Напротив, большее количество фенольных гидроксильных групп, по-видимому, усиливает связывание ферментов (Li et al., 2016; Yang and Pan, 2016).

Таблица 3. Молекулярная масса и содержание гидроксильных групп лигнина, экстрагированного из немодифицированных, сульфированных и окисленных предварительно гидролизованных механических пульп (MP).

Рис. 4. Профиль GPC лигнина, экстрагированного из немодифицированных, сульфированных и окисленных предварительно гидролизованных механических пульп (MP).

Заключение

Известно, что лигнин ингибирует эффективный ферментно-опосредованный гидролиз биомассы как за счет ограничения набухания субстрата, так и за счет связывания с ферментами целлюлазы.Доступность ферментов и гидролиз целлюлозы могут быть улучшены путем добавления групп сульфоновой и карбоновой кислоты к лигнину, присутствующему в субстратах биомассы. Было очевидно, что как окисление, так и сульфирование уменьшают степень связывания фермента с уменьшением количества фенольных гидроксильных групп, а также с включением кислотных групп, повышающих гидрофильность лигнина, следовательно, усиливая гидролиз целлюлозы.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

Авторские взносы

JW, RC, MT и JS разработали исследование. JW написал рукопись при поддержке RC и JS. JW проводил эксперименты. L-YL, SR, KK и CK внесли свой вклад в экспериментальную секцию. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим за финансовую поддержку Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады (NSERC) и Корейский институт науки и технологий (KIST). Мы также хотели бы поблагодарить Novozymes (Дэвис, Калифорния) за проверку ферментов, используемых в этом исследовании.

Список литературы

Айяхами М., Гупта В. К., Клифф Ф. Э. и Туохи М. Г. (2013). Ферментативное осахаривание лигноцеллюлозной биомассы. Lab. Protoc. Fungal Biol. 13, 475–481.DOI: 10.1007 / 978-1-4614-2356-0_44

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бен Ю., Дусе Дж., Калиагуин С. и Кокта Б. В. (1993). Влияние предварительной химической обработки на химические характеристики пульпы парового взрыва из осины. J. Wood Chem. Technol. 24, 349–369. DOI: 10.1080 / 02773819308020522

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берлин А., Балакшин М., Гилкес Н., Кадла Дж., Максименко В., Кубо С. и др. (2006). Ингибирование активности целлюлазы, ксиланазы и β-глюкозидазы препаратами лигнина мягкой древесины. J. Biotechnol. 125, 198–209. DOI: 10.1016 / j.jbiotec.2006.02.021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бёрас, Л., и Гатенхольм, П. (1999). Свойства поверхности механической массы, полученной при различных условиях сульфирования и времени предварительного нагрева. Holzforschung 53, 429–434. DOI: 10.1515 / HF.1999.071

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чандра, Р. П., Чу, К. Л., Ху, Дж., Чжун, Н., Лин, М., Ли, Дж.S., et al. (2016). Влияние лигнина на предварительную обработку паром и механическое измельчение тополя для достижения высокого извлечения сахара и облегчения ферментативного гидролиза. Биоресурсы. Technol. 199, 135–141. DOI: 10.1016 / j.biortech.2015.09.019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чандра, Р. П., Эваник, С. М., Чанг, П. А., Ау-Йунг, К., Дель Рио, Л. и др. (2009). Сравнение методов оценки доступности ферментов и гидролиза предварительно обработанных лигноцеллюлозных субстратов. Biotechnol. Lett. 31, 1217–1222. DOI: 10.1007 / s10529-009-9993-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чандра, Р. П., и Сэддлер, Дж. Н. (2012). Использование метода окрашивания Саймонса для оценки доступности целлюлозы в предварительно обработанных подложках. Ind. Biotechnol. 8, 230–237. DOI: 10.1089 / ind.2012.0016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чу, К., Чандра, Р. П., Ким, С. С., и Сэддлер, Дж. Н. (2017).Щелочно-кислородная пропитка перед предварительной паровой обработкой древесной щепы тополя улучшает селективную модификацию и удаление лигнина, одновременно увеличивая извлечение углеводов, доступность целлюлозы и ферментативный гидролиз. ACS Sustain. Chem. Англ. 5, 4011–4017. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.6b03169

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Crestini, C., и Argyropoulos, D. S. (1997). Структурный анализ лигнина соломы пшеницы методами количественной 31P- и 2D-спектроскопии ЯМР. Наличие сложноэфирных связей и субструктур α-O-4. J. Agric. Food Chem. 45, 1212–1219. DOI: 10.1021 / jf960568k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дас, П., Сто, Р. Б., Район, М. К., и Рагаускас, А. Дж. (2019). Влияние одностадийной щелочной и двухступенчатой ​​щелочно-разбавленной кислотной и щелочной / паровой предварительной обработки на структуру изолированного лигнина сосны. Биомасса Биоэнергетика 120, 350–358. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2018.11.029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дель Рио, Л.Ф., Чандра Р. П. и Саддлер Дж. Н. (2011). Влияние увеличения набухания и анионных зарядов на ферментативный гидролиз мягкой древесины, предварительно обработанной органозольвом, при низких ферментативных нагрузках. Biotechnol. Bioeng. 108, 1549–1558. DOI: 10.1002 / бит. 23090

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эрикссон, Т., Бёрджессон, Дж., И Тьернельд, Ф. (2002). Механизм действия ПАВ при ферментативном гидролизе лигноцеллюлозы. Enzyme Microb. Technol. 31, 353–364. DOI: 10.1016 / S0141-0229 (02) 00134-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фенгель Д. и Вегенер Г. (1989). Дерево: химия, ультраструктура, реакции. Берлин: Вальтер де Грюйтер, DOI: 10.1007 / BF02608943

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарроте, Г., Домингес, Х., и Параджо, Дж. К. (2001). Исследование деацетилирования гемицеллюлоз при гидротермальной обработке древесины эвкалипта. Holz als Roh — und Werkst. 59, 53–59. DOI: 10.1007 / s001070050473

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Герра А., Филппонен И., Люсия Л. А., Сакинг К., Баумбергер С. и Аргиропулос Д. С. (2006). К лучшему пониманию процесса выделения лигнина из древесины. J. Agric. Food Chem. 54, 5939–5947. DOI: 10.1021 / jf060722v

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, Ю., Сунь, С., Хуан, К., Юн, К., Старейшина, Т., и Ту, М.(2017). Биотехнология для биотоплива. Стимуляция и ингибирование ферментативного гидролиза органическими лигнинами, что определяется дзета-потенциалом и гидрофобностью. Biotechnol. Биотопливо 17, 1–11. DOI: 10.1186 / s13068-017-0853-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзюй X., Грего К. и Чжан X. (2013). Специфическое влияние размера волокон и набухания волокон на площадь поверхности субстрата биомассы и ферментативную усвояемость. Биоресурсы. Technol. 144, 232–239. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.06.100

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каллиола, А., Куйтунен, С., Лийтия, Т., Ровио, С., Охра-Ахо, Т., Вуоринен, Т., и др. (2011). Механизмы окисления лигнина в условиях кислородной делигнификации. Часть 1. Результаты прямого анализа. Holzforschung 65, 567–574. DOI: 10.1515 / HF.2011.101

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кац, С., и Битсон, Р. П.(1984). Определение сильных и слабых кислотных групп в сульфитных целлюлозах. Sven. Papperstidning 87, 48–53. DOI: 10.3183 / npprj-1993-08-01-p048-052

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, Л., Арантес, В., Чандра, Р., и Сэддлер, Дж. (2012). Лигнин, содержащийся в предварительно обработанной паром мягкой древесине, связывает ферменты и ограничивает доступность целлюлозы. Биоресурсы. Technol. 103, 201–208. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.09.091

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, Л., Чандра, Р., и Сэддлер, Дж. (2011). Влияние жесткости предварительной обработки паром на последующие обработки, используемые для усиления ферментативного гидролиза предварительно обработанной древесины мягких пород при низких ферментативных нагрузках. Biotechnol. Bioeng. 108, 2300–2311. DOI: 10.1002 / бит 23185

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лан, Т.К., Лу, Х., и Чжу, Дж. Ю. (2013). Ферментативное осахаривание лигноцеллюлоз следует проводить при повышенном pH 5,2–6,2. Bioenerg. Res. 6, 476–485.DOI: 10.1007 / s12155-012-9273-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х., Саид, А., Джахан, М., С., Ни, Ю., и Ван Хейнинген, А. (2010). Удаление гемицеллюлозы из щепы лиственных пород на стадии предварительного гидролиза в процессе производства растворяющейся целлюлозы на основе крафт-бумаги. J. Wood Chem. Technol. 30, 48–60. DOI: 10.1080 / 02773810

9227

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Пу, Ю., и Рагаускас, А. Дж. (2016). Современное понимание корреляции структуры лигнина с устойчивостью биомассы. Перед. Chem. 4:45. DOI: 10.3389 / fchem.2016.00045

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, Х., Чжу, Дж. Й., Лан, Т. К., Лай, Х., и Цю, X. (2013). PH-индуцированная модификация поверхности лигнина для уменьшения неспецифического связывания целлюлазы и усиления ферментативного осахаривания лигноцеллюлоз. ChemSusChem 6, 919–927. DOI: 10.1002 / cssc.201200859

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мэн, К., Фу, С., Ли, Б., и Люсия, Л. А. (2015). Влияние ксиланазы и предварительной обработки горячей кислотой на гексагоны при отбеливании эвкалиптовой крафт-целлюлозы. J. Wood Chem. Technol. 21, 239–250. DOI: 10.1080 / 02773813.2014.

7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мок, Ю. К., Арантес, В., и Сэддлер, Дж. Н. (2015). Анализ на основе нингидрина, связанного с NaBH 4 , для количественного определения белков / ферментов во время ферментативного гидролиза предварительно обработанной лигноцеллюлозной биомассы. Прил. Биохим. Biotechnol. 176, 1564–1580. DOI: 10.1007 / s12010-015-1662-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Муни, К. А., Мэнсфилд, С. Д., Тухи, М. Г., и Сэддлер, Дж. Н. (1998). Влияние начального объема пор и содержания лигнина на ферментативный гидролиз древесины хвойных пород. Биоресурсы. Technol. 64, 113–119. DOI: 10.1016 / S0960-8524 (97) 00181-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накагаме, С., Чандра, Р. П., Кадла, Дж. Ф., и Сэддлер, Дж. Н. (2011a). Усиление ферментативного гидролиза лигноцеллюлозной биомассы за счет увеличения содержания карбоновой кислоты в связанном лигнине. Biotechnol. Bioeng. 108, 538–548. DOI: 10.1002 / бит.22981

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накагаме С., Чандра Р. П., Кадла Дж. Ф. и Саддлер Дж. Н. (2011b). Выделение, характеристика и влияние лигнина, выделенного из предварительно обработанной паром пихты Дугласа, на ферментативный гидролиз целлюлозы. Биоресурсы. Technol. 102, 4507–4517. DOI: 10.1016 / j.biortech.2010.12.082

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накагаме С., Чандра Р. П. и Саддлер Дж. Н. (2010). Влияние изолированных лигнинов, полученных из ряда предварительно обработанных лигноцеллюлозных субстратов, на ферментативный гидролиз. Biotechnol. Bioeng. 105, 871–879. DOI: 10.1002 / бит. 22626

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пан, X.(2008). Роль функциональных групп в ингибировании лигнином ферментативного гидролиза целлюлозы до глюкозы. J. Biobased Mater. Биоэнергетика 2, 25–32. DOI: 10.1166 / jbmb.2008.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пу, Ю., Цао, С., и Рагаускас, А. Дж. (2011). Применение количественного ЯМР 31P для характеристики лигнина биомассы и прекурсоров биотоплива. Energy Environ. Sci. 4: 3154. DOI: 10.1039 / c1ee01201k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рахикайнен, Дж.Л., Мартин-Сампедро, Р., Хейккинен, Х., Ровио, С., Марьямаа, К., Тамминен, Т. и др. (2013). Ингибирующее действие лигнина во время биоконверсии целлюлозы: влияние химии лигнина на адсорбцию непродуктивных ферментов. Биоресурсы. Technol. 133, 270–278. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.01.075

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сьюолт, В. Дж. Х., Глассер, В. Г., и Бошемин, К. А. (1997). Влияние лигнина на деградацию волокна 3. Обращение ингибирования ферментативного гидролиза путем химической модификации лигнина и добавками. J. Agric. Food Chem. 45, 1823–1828. DOI: 10.1021 / jf9608074

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sjöström, E., Janson, T., Haglund, P., and Enström, B. (1965). Кислотные группы в древесине и целлюлозе, измеренные методом ионного обмена. В Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia. Хобокен, Нью-Джерси: Интернет-библиотека Wiley, 221–241.

Google Scholar

Сонг, Ю., Чандра, Р., Чжан, X., Тан, Т., и Сэддлер, Дж. (2019). Сравнение растворителя глубокой эвтектики (DES) с гидротропами по их способности улучшать фракционирование и ферментативный гидролиз ивы и кукурузной соломы. Sustain. Энергетическое топливо 3, 1329–1337. DOI: 10.1039 / C8SE00617B

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стоун, Дж. Э., Скаллан, А. М., Донефер, Э. и Альгрен, Э. (1969). Усвояемость как простая функция молекулы такого же размера, как у фермента целлюлазы. Adv. Chem. Серии 69, 219–241. DOI: 10.1021 / ba-1969-0095.ch013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такада, М., Чандра, Р., Ву, Дж., И Сэддлер, Дж. Н. (2020). Влияние лигнина на эффективность использования химико-термомеханического процесса варки целлюлозы для предварительной обработки щепы и гранул хвойных пород перед ферментативным гидролизом. Биоресурсы. Technol. 302: 122895. DOI: 10.1016 / j.biortech.2020.122895

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву Дж., Чандра Р. и Сэддлер Дж. (2019). Щелочно-кислородная обработка перед механической варкой древесины твердых пород усиливает ферментативный гидролиз и извлечение углеводов за счет селективной модификации лигнина. Sustain. Энергетическое топливо 3, 227–236. DOI: 10.1039 / C8SE00452H

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Дж., Chandra, R., Takada, M., Del, P., Ho, K., Soo, C., et al. (2020). Щелочное сульфирование и предварительная термомеханическая обработка древесной щепы и гранул хвойных пород с целью усиления ферментативного гидролиза. Биоресурсы. Technol. 315: 123789. DOI: 10.1016 / j.biortech.2020.123789

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Б., Буссаид А., Мэнсфилд С. Д., Грегг Д. Дж. И Саддлер Дж. Н. (2002). Быстрая и эффективная щелочная обработка перекисью водорода для повышения ферментативной усвояемости субстратов из мягкой древесины, подвергшихся паровой взрывной обработке. Biotechnol. Bioeng. 77, 678–684. DOI: 10.1002 / бит.10159

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, К., и Пан, X. (2016). Корреляция между физико-химическими свойствами лигнина и ингибированием ферментативного гидролиза целлюлозы. Biotechnol. Bioeng. 113, 1213–1224. DOI: 10.1002 / бит.25903

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Р., Люсия Л., Рагаускас А. Дж. И Джамиль Х.(2003). Химия кислородной делигнификации и ее влияние на волокна пульпы. J. Wood Chem. Technol. 23, 13–29. DOI: 10.1081 / WCT-120018613

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. X., Аталла Р. Х. (1998). Метод окрашивания для оценки изменений пористой структуры порошков микрокристаллической целлюлозы. Порошок Технол. 98, 135–138. DOI: 10.1016 / S0032-5910 (98) 00024-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., З., Гвак, К. С., Треже, Т., Джамиль, Х., Чанг, Х. М., и Парк, С. (2014). Влияние химии лигнина на ферментативный гидролиз древесной биомассы. ChemSusChem 7, 1942–1950. DOI: 10.1002 / cssc.201400042

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юань, Ю., Чжай, Р., Ли, Ю., Чен, X., и Цзинь, М. (2018). Разработка стратегии быстрой рециркуляции ферментов путем выяснения кинетики адсорбции ферментов на кукурузной соломе, предварительно обработанной щелочью и кислотой. Biotechnol.Биотопливо 11, 1–12. DOI: 10.1186 / s13068-018-1315-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

% PDF-1.4 % 1 0 объект > поток 2014-08-22T05: 30: 33-04: 00pdftk 1.44 — www.pdftk.com2022-01-05T04: 13: 52-08: 002022-01-05T04: 13: 52-08: 00iText 4.2.0 от 1T3XTStampPDF Batch 5.1 27 января 2010, 9.0.1uuid: 72b64e4b-9e09-11b2-0a00-610000800100uuid: 72b64e4e-9e09-11b2-0a00-b0792015ff7fapplication / pdf

  • Нур Сякилла Хассан
  • Хайрия Хаджи Бадри
  • конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток xXˎ6 ߯ đH = «(] Yl: (~ Id [N dcS_ 琞 K0} ~> Џ5> O? [rDxӳ ~ Q`w`Q% L4r ^ + LO +) ~ zggL

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *