(Phys.org)—La lignina è un componente importante della parete cellulare nelle cellule vegetali e rappresenta strutture rigide, come la corteccia degli alberi. È un polimero organico insolubile in acqua, e racchiude le fibre di cellulosa tramite l'adesione a vari polisaccaridi che sono noti collettivamente come emicellulosa. Parte del processo di fabbricazione della carta consiste nel rimuovere la lignina, o delignificazione. Inoltre, c'è molto interesse nel trovare semplici, modi ecologici per rimuovere la lignina per accedere alla cellulosa per i biocarburanti e da utilizzare come bioprodotto. Però, i processi di delignificazione tendono a comportare condizioni dure, come alte temperature e pressioni, e richiedono reagenti caustici.

Diversi ricercatori provenienti da istituzioni in Cina, Finlandia, e gli Stati Uniti, guidato dal Dr. Junyong Zhu dell'USDA Forest Products Laboratory a Madison, Wisconsin, hanno dimostrato che l'acido p-toluensolfonico serve come un buon idrotropo per la solubilizzazione quasi completa della lignina del legno a temperature pari o inferiori a ottanta gradi. Per di più, questo processo richiede meno della metà del tempo richiesto nei tipici processi di delignificazione. Questo idrotropo ha lasciato intatta gran parte della struttura della lignina, consentito la separazione di altri zuccheri dal campione di legno, e dimostrata riutilizzabilità. Il loro studio appare in Progressi scientifici .
Un modo per recuperare polisaccaridi puri dalla biomassa linocellulosica è separare la lignina. Ciò si ottiene meglio in un sistema acquoso piuttosto che in solventi a causa dei costi di recupero del solvente e delle preoccupazioni ambientali. Gli idrotropi sono una buona opzione per solubilizzare i componenti normalmente insolubili della lignina in acqua, lasciando dietro di sé gli zuccheri insolubili in acqua. acido p-toluensolfonico, o p-TsOH, ha una parte idrofila (acido solfonico) e una parte idrofoba (toluene), rendendolo un buon candidato per un idrotropo efficace.

Dopo aver testato le particelle NE22 di pioppo macinato Wiley con p-TsOH a varie concentrazioni, temperature, e tempi di reazione, gli autori hanno scoperto che p-TsOH a concentrazioni sufficientemente elevate da formare cluster aggregati e a temperature pari o inferiori a 80 ^o C è risultato solubilizzato al 90% della lignina nel campione, fare due frazioni. Una frazione solida conteneva principalmente cellulosa che era insolubile in acqua e può essere utilizzata per produrre nanomateriali di cellulosa, o fibre, o zuccheri monomerici tramite enzimi per biocarburanti o prodotti biochimici.

L'altra frazione liquida conteneva lignina solubilizzata e alcuni zuccheri emicellulosa, che può essere convertito in furfurale dal p-TsOH nel liquore esaurito.

Gli autori sono stati in grado di recuperare la lignina solida dalla frazione disciolta tramite diluizione e precipitazione. Poiché p-TsOH è un idrotropo, deve formare aggregati per solubilizzare la lignina. Ciò significa che c'è una concentrazione minima di p-TsOH necessaria per formare aggregati, nota come concentrazione minima di idrotropi, o MHC. Gli autori hanno scoperto che l'MHC per p-TsOH è di circa l'11,5% in peso. Dopo il frazionamento del legno, la frazione con lignina in essa può essere diluita al di sotto del MHC per precipitare la lignina.

Gli autori hanno quindi esaminato il precipitato di lignina utilizzando la microscopia a forza atomica. Hanno scoperto che la procedura più delicata per solubilizzare la lignina utilizzata in questo studio ha portato a una gamma di dimensioni degli aggregati di lignina (da 100 nm a 1,5 μm). Questo è di interesse per le applicazioni nello sviluppo di materiali biodegradabili.

Per capire come le diverse concentrazioni di p-TsOH e le temperature influiscano sulla solubilizzazione, gli autori hanno analizzato le frazioni di pioppo con 2D NMR e hanno confrontato le loro frazioni con le pareti cellulari intere di pioppo. Hanno quindi utilizzato questi risultati per ottimizzare le condizioni di concentrazione e temperatura per consentire la separazione dei polisaccaridi dalla parete cellulare. Sulla base dei loro risultati NMR, la migliore concentrazione di p-TsOH è del 70% in peso. La temperatura può essere abbassata da 80 ^o C a 65 ^o C e provoca ancora la separazione della lignina dai polisaccaridi all'interno della parete cellulare.

Finalmente, gli autori hanno condotto un test preliminare che ha dimostrato che p-TsOH potrebbe essere rimosso dal liquore esaurito attraverso la ricristallizzazione e riutilizzato. I loro risultati hanno mostrato differenze trascurabili tra la quantità di lignina che è stata solubilizzata nel primo ciclo rispetto al secondo ciclo, dimostrando che p-TsOH probabilmente ha una buona riciclabilità. Dovranno essere eseguiti ulteriori test per quantificare la quantità di p-TsOH consumata.

Globale, questa ricerca dimostra che l'acido p-toluensolfonico è un valido candidato per processi di delignificazione su larga scala perché è riciclabile, utilizza condizioni relativamente miti, e solubilizza quasi tutta la lignina nei campioni di legno.

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