Zastosowanie wysokosprawnej kolumnowej chromatografii cieczowej w odwróconych układach faz (RP-HPLC) do rozdzielania i wstępnej identyfikacji składników hydrofilowych mieszanin po hydrolizie zasadowej biomasy lignocelulozowej (BMLC)

• Autorzy: Nowak P. , Łukajtis R. , Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

Application of high performance column liquid chromatography in reversed phase to separation and pre-identification ingredients of hydrophilic mixtures after alkaline hydrolysis of lignocellulosic biomass

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzrost konsumpcji paliw kopalnych, ich pozyskiwanie oraz eksploatacja niesie ze sobą wiele zagrożeń dla środowiska, dlatego alternatywnym źródłem energii stają się biopaliwa, w tym bio-wodór pozyskiwany w konwersji biomasy ligno-celulozowej, która poddawana jest obróbce wstępnej. Najczęściej wykorzystywaną metodą obróbki wstępnej jest hydroliza alkaliczna, podczas której powstaję bardzo dużo produktów ubocznych, nieprzydatnych do wytwarzania paliw, szczególnie powstałych z hydrolizy ligniny. Najczęściej wykorzystywaną techniką identyfikacji i oznaczania składu hydrolizatów biomasy ligno-celulozowej jest chromatografia cieczowa realizowana w różnych układach faz oraz z wykorzystaniem elucji gradientowej. W przypadku badania hydrolizatów zawierających hydrofobowe składniki, najbardziej korzystne wydają się warunki odwróconych układów faz – RP-HPLC. W niniejszej pracy porównano dwie metodyki wysokosprawnej kolumnowej chromatografii cieczowej w odwróconych układach faz (RP-HPLC) do rozdzielania i wstępnej identyfikacji składników hydrofilowych mieszanin po hydrolizie zasadowej biomasy lignocelulozowej, w celu optymalizacji procesu konwersji biomasy ligno-celulozowej (BMLC) do uzyskania najlepszej efektywności procesu hydrolizy. Wyniki tych badań powinny doprowadzić w przyszłości do procedur pozyskania ubocznych produktów, powstających podczas procesu hydrolizy BMLC, przydatnych użytkowo. Konieczne będą badania uzupełniające, wykonywane w warunkach dwu-wymiarowej elucyjnej gradientowej kolumnowej wysokosprawnej chromatografii cieczowej, z uwzględnieniem spektrometrii Mas (MS), oprócz detektora spektrofotometrycznego z detektorem typu DAD (Diode Array) - 2D-Grad-HPLC-UV-VIS-DAD / MS.

EN

The increase in the consumption of fossil fuels, their acquisition and exploitation carries a lot of threats to the environment, therefore an alternative source of energy are biofuels, including biohydrogen obtained in the conversion of ligno-cellulosic biomass, which undergoes pre-treatment. The most frequently used method of pre-treatment is alkaline hydrolysis, during which a lot of by-products are generated, unsuitable for the production of fuels, especially those resulting from hydrolysis of lignin. The most commonly used technique for identifying and determining the composition of lignocellulose biomass hydrolysates is liquid chromatography carried out in various phase systems and using gradient elution. In the case of testing hydrolysates containing hydrophobic components, the conditions of reversed phase systems - RP-HPLC seem to be most favorable. This paper compares two methods of high performance reverse phase column chromatography (RP-HPLC) for the separation and initial identification of components of hydrophilic mixtures after basic hydrolysis of lignocellulose biomass, in order to optimize the process of converting lignocellulose biomass (BMLC) to the best the effectiveness of the hydrolysis process. The results of these tests should lead in the future to procedures for obtaining by-products of BMLC hydrolysis which are useful for use. Supplementary tests will be required, performed in two-dimensional, elution, gradient, columnar high performance liquid chromatography, including Mas (MS) spectrometry, in addition to a spectrophotometric detector with a DAD detector (Diode Array) - 2D-Grad-HPLC-UV-VISDAD / MS.

Słowa kluczowe

PL

biomasa lignocelulozowa (BMLC); hydroliza zasadowa; składniki hydrolizy ligniny; rozdzielanie; odwrócone układy faz RP-HPLC; elucja gradientowa; detekcja UV-VIS-DAD; identyfikacja na podstawie widm UV-VIS

EN

RP-HPLC; alkaline hydrolysis; lignocellulosic biomass; separation; identification; UV-VIS-DAD detection

• Wydawca: Publishing House of Siedlce University of Natural Sciences and Humanities
• Czasopismo: Camera Separatoria
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 9, No. 2
• Strony: 131--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowak P.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk

autor

Łukajtis R.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk

autor

Kamiński M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12 80-233 Gdańsk

Bibliografia

• 1. A. Kacprzak, K. Michalska, „Chemiczna hydroliza biomasy – innowacyjne technologie dla procesu fermentacji metanowej”, Chemical hydrolysis of biomass - innovative technologies for methane fermentation, Journal of Bioenergetics and Biomembranes, 40 (2011).
• 2. G. Bali, X. Meng, J.I. Deneff, The Effect of Alkaline Pretreatment Methods on Cellulose Structureand Accessibilty, Bioresources Technology, 144 (2013).
• 3. P. I. Boerjesson, Energy analysis of biomass production and transportation, Biomass Bioenergy, 11 (1996) 305-318.
• 4. P. Capros, L. Mantzos, N. Tasios, A. De Vita, N. Kouvatakis, EU energy trends to 2030 (update 2009), Bruksela. Directoriat General for Energy, 180 (2010).
• 5. A. Dunneta, N. Shan, Prospects for Bioenergy, Journal of Biobased Materials and Bioenergy, 1 (2007) 1-18.
• 6. A. Roszkowski, “Bioenergia – pola i lasy zastąpią węgiel, ropę i gaz?", Bioenergy - fields and forests will replace coal, oil and gas ?, 1 (2009) 243-257.
• 7. P. Gołos, A. Kaliszewski, Wybrane aspekty wykorzystania biomasy drzewnej do celów energetycznych, Aspects of using wood biomass for energy production, Leśne Prace Badawcze, 1 (2009) 243-257.
• 8. N. Mosier, C. Wyman, B. Dale, R. Elander, Y.Y. Lee, M. Holtzaplle, M. Ladisch, Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass, Bioresources Technology, 96 (2005) 673-686.
• 9. Y. Sun, J. Cheng, Hydrolysis of lignocellulosic material for ethanol production: a review, Bioresources Technology, 83 (2002) 1-11.
• 10. A. T. W. M. Hendriks, G. Zeeman, Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass, Bioresources Technology, 100 (2009) 10-18.
• 11. C.E. Wyman, B.E. Dale, R.T. Elander, M. Holtzapple, M.R. Ladisch, Y.Y. Lee, Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies, Bioresources Technology, 96 (2005) 1956-1966.
• 12. J.Y.Zhu, X. Pan, S. Ronald, J. Zalesny, Pretreatment of woody biomass for biofuel production: energy efficiency, technologies, and recalcitrance, Applied Microbioogy and Biotechnology, 87 (2010).
• 13. J. Zhu, et al., Swine manure fermentation for hydrogen production, Bioresources Technology, 100 (2009).
• 14. V.B. Agbor, N. Cicek, R. Sparling, A. Berlin, D.B. Levin, Biomass pretreatment: Fundamentals toward application, Biotechnology Advances, 29 (2011).
• 15. A. Boussaid, Y. Cai, J. Robinson, D. J. Gregg, Q. Nguyen, J. N. Saddler, Sugar Recovery and Fermentability of Hemicellulose Hydrolysates from Steam-Exploded Softwoods Containing Bark, Biotechnology Progress, 17 (2001).
• 16. F. Mechmech, H. Chadjaa, M. Rahni, M. Marinova, N.B. Akacha, M. Gargouri, Improvement of butanol production from a hardwood hemicelluloses hydrolysate by combined sugar concentration and phenols removal, Bioresources Technology, 192 (2015).
• 17. I.S.M. Rafiqul, A.M. Mimi Sakinah, Kinetic studies on acid hydrolysis of Meranti wood sawdust for xylose production, Chemical Engineering Science, 71 (2012).
• 18. H.B. Klinke, B.K. Ahring, A.S. Schmidt, A.B. Thomsen, Characterization of degradation products from alkaline wet oxidation of wheat straw, Bioresources Technology, 82 (2002).
• 19. Y. Su, R. Du, H. Guo, M. Cao, Q. Wu, R. Su, W. Qi, Z. He, Fractional pretreatment of lignocellulose by alkaline hydrogen peroxide: Characterization of its major components, Food and Bioproduction Processing, 94 (2015).
• 20. C.F. Crespo, M. Badshah, M.T. Alvarez, B. Mattiasson, Ethanol production by continuous fermentation of D-(+)-cellobiose, D-(+)-xylose and sugarcane bagasse hydrolysate using the thermos anerobe Caloramator boliviensis, Bioresources Technology, 103 (2012).
• 21. A.K. Gautam, T.J. Menkhaus, Performance evaluation and fouling analysis for reverse osmosis and nanofiltration membranes during processing of lignocellulosic biomass hydrolysate, Journal of Membrane Science, 451 (2014).
• 22. R. Xie, M. Tu, Y. Wu, S. Adhikari, Improvement in HPLC separation of acetic acid and levulinic acid in the profiling of biomass hydrolysate, Bioresources Technology, 102 (2011).
• 23. K. Ziemiński, I. Romanowska, M. Kowalska, Enzymatic pretreatment of lignocellulosic wastes to improve biogas production, Waste Management, 32 (2012).
• 24. L. Coulier, Y. Zha, R. Bas, P.J. Punt, Analysis of oligosaccharides in lignocellulosic biomass hydrolysates by high-performance anion-exchange chromatography coupled with mass spectrometry (HPAEC-MS), Bioresources Technology, 133 (2013).
• 25. A. Wei, X. Zhang, D. Wei, G. Chen, Q. Wu, S.-T. Yang, Effects of cassava starch hydrolysate on cell growth and lipid accumulation of the heterotrophic microalgae Chlorella protothecoides, Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 36 (2009).
• 26. B. Kaya, S. Irmak, A. Hasanoglu, O. Erbatus, Evaluation of various carbon materials supported Pt catalysis for aqueous-phase reforming of lignocellulosic biomass hydrolysate, International Journal of Hydrogen Energy, 39 (2014).
• 27. R. Datara, J. Huanga, P. Manessa, A. Mohagheghia, S. Czernika, E. Chornetb, Hydrogen production from the fermentation of corn stover biomass pretreated with a steam-explosion process, International Journal of Hydrogen Energy, 32 (2007).
• 28. A. Converti, M.D. Borghi, Inhibition of the fermentation of oak hemicelulose acid hydrolisate by minor sugars, Journal of Biotechnology, 64 (1998).
• 29. J. Chen, X. Liu, D. Wei, G. Chen, High yields of fatty acid and neutral lipid production from cassava bagasse hydrolysate (CBH) by heterotrophic Chlorella protothecoides, Bioresources Technology, 64 (1998).
• 30. F. C. Martín, M. Galbe, N.O. Nilvebrant, L. J. Jönsson, Comparison of the fermentability of enzymatic hydrolyzates of sugarcane bagasse pretreated by steam explosion using different impregnating agents, Applied Biochemistry and Biotechnology, 4 (2002) 98-100.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).