Die Auswirkung der Vorbehandlung mit Lösungsmitteln mit niedrigem Schmelzpunkt auf die Struktur und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Lignin aus Bambussprossen
Lignin ist ein amorphes natürliches Polymer, das durch oxidative Kopplung von Phenylpropan-Struktureinheiten entsteht. Es ist einer der Bestandteile von nicht wasserlöslichen Ballaststoffen und enthält aktive Gruppen wie Methoxy, phenolisches Hydroxyl, Alkoholhydroxyl, Carboxyl usw. Es hat eine hohe biologische Aktivität. Rodr í guez gut é rrez et al. fanden heraus, dass Lignin im Vergleich zu Cellulose und Hemicellulose eine stärkere Adsorptionskapazität für Gallensäuren besitzt; Gong et al. fanden heraus, dass Lignin als Immobilisierungsträger für Alpha-Amylase verwendet werden kann. Lignin hat auch starke biologische Aktivitäten, wie z. B. antioxidative, antibakterielle, UV-resistente, sonnenschützende und hautpflegende Eigenschaften sowie die Hemmung von Hautkrebs. Es besitzt eine gute Biokompatibilität und hat das Potenzial, in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie eingesetzt zu werden.
Bislang gab es eine Reihe chemischer, mechanischer und biologischer Vorbehandlungsverfahren für die Ligninextraktion, darunter die Dampfexplosion, die Vorbehandlung mit organischen Lösungsmitteln und die DES-Vorbehandlung (Deep Eutectic Solvent). Chemische Verfahren zur Abtrennung von Lignin erfordern jedoch starke Säuren oder Basen sowie hohe Temperatur- und Druckbedingungen, die zu Umweltverschmutzung führen können. Biologische Methoden sind oft durch die Unsicherheit der Temperatur und der biologischen Aktivität begrenzt. DES, auch bekannt als niedrigschmelzende Lösungsmittel oder ionische Flüssigkeiten, ist ein niedrigschmelzendes Gemisch aus Wasserstoffbrückenbindungs-Donatoren und -Akzeptoren. Die Forschung von Ma et al. hat gezeigt, dass DES-Lösungsmittel nicht nur Lignin, sondern auch Cellulose kaum auflösen. Aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften hat das DES-Lösungsmittel einen niedrigeren Schmelzpunkt als alle seine Komponenten und ist bei Raumtemperatur ein flüssiges eutektisches System. DES-Lösungsmittel gilt als effiziente Methode zur Verringerung der physikalischen Barriere von Lignocellulose und hat die Vorteile einer einfachen Zubereitung, des Umweltschutzes und der Kosteneffizienz.
DES können je nach pH-Wert in drei Typen unterteilt werden: neutral, sauer und alkalisch. Tan et al. verglichen und analysierten die Extraktionswirkung von neutralen, sauren und alkalischen DES auf Lignin aus leeren Fruchtschalen der Ölpalme und stellten fest, dass saure DES eine stärkere Extraktionswirkung als die beiden anderen hatten. Tan et al. fanden heraus, dass Lignin, das aus Cholinchlorid-Milchsäure-DES extrahiert wurde, im Vergleich zu Cholinchlorid-Milchsäure-DES viele β-O-4'-Bindungen und mehr biologisch aktive Stellen enthält. Allerdings ist die Struktur von Cholinchlorid-Ameisensäure-Lignin stärker geschädigt, was zu mehr Kondensationsstrukturen führt. Daher ist Lignin, das aus Cholinchlorid-Milchsäure-DES extrahiert wird, für die weitere Verwendung besser geeignet. Derzeit gibt es jedoch nur wenige Forschungsarbeiten über die Anwendung von DES-Lösungsmitteln in Rohstoffen aus Bambussprossen zur Extraktion von Lignin. Die Provinz Sichuan verfügt über reichhaltige Bambusressourcen, von denen die Anbaufläche von Zizhu 100000 Hektar erreicht hat, wodurch jedes Jahr große Mengen an Bambusschalenabfällen anfallen. Daher wurde in dieser Studie die Bambusschale von Neosinocalamus affinis als experimentelles Rohmaterial verwendet, und verschiedene Bedingungen des DES-Lösungsmittels (das molare Verhältnis von Cholinchlorid und Milchsäure ist 1:3, 1:6, 1:9) und Temperatur (90, 110, 130 ℃) wurden verwendet, um Lignin vorzubehandeln, und dann wurden das gemahlene Lignin und das mit DES-Lösungsmittel vorbehandelte Lignin verglichen und durch Gelchromatographie, Infrarotspektroskopie, Phosphorspektrum und Thermogravimetrie-Analyse analysiert, um die Struktur und die thermische Stabilität des mit DES extrahierten Lignins zu erforschen und die Stärke der antioxidativen Aktivität weiter zu untersuchen, um den geeigneten Anteil des DES-Lösungsmittels und die Temperaturbedingungen für die Extraktion von Lignin zu finden, um so eine neue Richtung für die hochwertige Nutzung von Bambusschalenressourcen zu eröffnen.

In dieser Studie wurde Cholinchlorid/Milchsäure als Lösungsmittel mit niedrigem Schmelzpunkt zur Extraktion von CC-LA-Lignin verwendet. Unter milden Bedingungen: Cholinchlorid/Milchsäure=1:6, Temperatur 110 ℃, betrug die Ligninausbeute 62,32%, was höher war als bei anderen Lösungsmitteln mit niedrigem Schmelzpunkt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Cholinchlorid/Milchsäure-DES-Lösung eine stärkere Trennfähigkeit für Poaceae-Rohstoffe aufweist, die weit über der Ausbeute von MWL (13,4%) liegt, was darauf hindeutet, dass diese Extraktionsmethode für die Extraktion von Lignin aus Bambussprossenschalen geeignet ist. Das Molekulargewicht von CC-LA-Lignin ist relativ niedrig, mit einem PDI<2 und guter Gleichmäßigkeit, was darauf hindeutet, dass die chemischen Bindungen der Lignin-Makromoleküle nach der Vorbehandlung mit Lösungsmitteln mit niedrigem Schmelzpunkt aufgebrochen werden. Durch FI-TR- und 31P-NMR-Analysen wurde festgestellt, dass CC-LA-Lignin mehr polyphenolische Hydroxylgruppen enthält und eine gute thermische Stabilität aufweist. Im Vergleich zu kommerziellen Antioxidantien hat es eine höhere antioxidative Aktivität, da die antioxidative Aktivität von Lignin positiv mit dem Gehalt an phenolischen Hydroxylgruppen korreliert. Daher hat CC-LA-Lignin das Potenzial, als Antioxidans in Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetika eingesetzt zu werden.